直流叠加雷电冲击电压试验方法和意义

作者： 国自电气 时间：2024-08-17 09:19:16 阅读：40

     在中国的超﹑特高压工程中,气体绝缘金属封闭式组合电器(gas insulated switchgear , GIS)由于具有占地空间小、检修周期长、受环境影响小、维护工作量少、运行可靠性高、运行费用低等显著优点,得到了广泛应用。GIS母线分闸后有残余的直流电压在母线上,会造成盆式绝缘子表面电荷的积聚,当母线合闸时,残余的直流电压与合闸的操作冲击电压共同作用可能会造成GIS母线发生闪络,中国特高压交流工程系统调试过程中曾出现过多次该现象。开展该电压等级GIS母线有残余直流电压情况下叠加冲击电压试验,是研究提高GIS母线绝缘水平的必要方法。

      国内外研究人员对于直流叠加冲击电压试验方法和GIS母线闪络特性开展了一些研究。王渊等人搭建了同轴圆柱腔体试验模型,对外径为260mm 、高度为500mm的126kV盆式绝缘子预加+100kV直流电压,然后叠加冲击电压,结果表明:叠加电压作用时较单独雷电冲击电压作用时的闪络电压明显下降,且随着预加直流电压时间越长,叠加电压作用时的闪络电压越低。搭建了有机玻璃腔体,研制直径为25mm .高度为15mm的环氧树脂绝缘子模型用于模拟盆式绝缘子,开展直流叠加雷电冲击电压试验,结果表明:当直流电压和雷电冲击电压同极性时,叠加电压下的闪络电压几乎与单独雷电冲击电压下的闪络电压相同,但是当它们的极性相反时,闪络电压会随着直流电压的升高而降低。Shigemitsu o等人将直径为62mm,高度为25mm的环氧垫片安装在同轴圆柱形电极之间,模拟GIS腔体,研究盆式绝缘子在直流叠加冲击电压作用时的闪络特性,试验结果表明:直流电压和冲击电压极性相反时,叠加电压下的闪络电压较单独雷电冲击电压下的闪络电压有明显下降趋势⒃。综上所述,国内外已有一些关于直流叠加冲击电压时绝缘子闪络特性的研究,试验方法值得借鉴,但这些研究中试验的电压等级较低,或搭建的腔体模型较小,与实际GIS母线存在差距。为研究超、特高压工程实际中GIS母线在残余直流叠加冲击电压时的绝缘特性,需要建立实际尺寸的试验平台开展试验研究,之前的文献研究较少。

      搭建直流叠加冲击电压试验回路,研制1100 kV串联550kVGIS母线试验平台,开展不同幅值、不同极性的直流叠加雷电或操作冲击电压试验,研究盆式绝缘子洁净状态时GIS母线的闪络特性。

1试验回路和方法

1.1试验回路

    直流叠加冲击电压试验回路原理图见图 ,现场接线图见图2,白线为接线示意。其中直流电压发生器的额定输出电压为1200kV、额定电流为20mA,冲击电压发生器标称电压为4800kV。通过理论计算,选取30nF/10m的隔直电容保护冲击电压发生器免受直流电压的影响，选取外绝缘优化后的500kQ/10m保护电阻保护直流电压发生器免受冲击电压的影响,选取3600kV的阻容分压器用于测量叠加试验的电压波形。

1.2研制的GIS母线试验平台

    研制的1100kV串联550kV GIS母线试验段见图3 ,试品由套管﹑隔离开关、过渡单元与母线试验段共6部分组成,其中1个1100kV套管、1个1100 k V隔离刀闸、1个套管与隔离开关之间的过渡单元、1个1100 kV母线试验段、1个1100 kV 与550kV母线对接过渡段,1个550kV母线试验段,各气室间由盆式绝缘子分开。隔离开关提供符合要求的隔离断口,过渡单元用于套管与隔离开关及试验母线之间的连接。1100 kV与550kV母线过渡段安装有特快速暂态过电压(very fast transient over-voltage ,VFTO)测量装置,1100 kV 与550kV母线过渡段及550kV母线试验段设计了6个观察窗,用于观察盆式绝缘子放电现象。

1.3试验方法

    对研制的1100 kV串550kV试验平台开展单独冲击电压或直流叠加冲击电压试验。试验中所使用的雷电与操作冲击电压分别为550kV母线雷电与操作冲击额定耐受电压1675kV 与1300 kV,1100 kV母线雷电与操作冲击额定耐受电压2400 k V与1800 kV。直流电压分别选择90、225 、360 、450 kV四种。

    考虑不同极性的影响,正、负极性的直流电压分别与正﹑负极性的冲击电压进行不同组合叠加试验,如90kV叠加1675kV雷电冲击电压试验包括4种组合试验，+90kV叠加+1675kV ,+90kV叠加-1675 kV ,-90 kV叠加+1675 kV及-90kV叠加-1675kV ,其余直流电压与冲击电压叠加试验方法相同。每种组合叠加试验做10次。使用相机进行拍摄,以便确定发生闪络的气室位置。

    试验中首先将直流电压升至所需幅值,预加30min ,再施加冲击电压,如果母线发生闪络记录闪络时直流电压与冲击电压。每次放电发生后,对试验气室进行处理,对盆式绝缘子上的闪络痕迹进行擦拭,对中心导杆和筒壁上的放电点进行打磨,保持整个气室的洁净,以便开展下一次试验。