CN102866331A - 高海拔地区换流变压器现场局部放电试验抗干扰方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高海拔地区换流变压器现场局部放电试验抗干扰方法，在局部放电试验系统的补偿电抗器、励磁变压器和换流变压器上均加装适于高海拔地区的均压环，设备间的连接采用直径为150mm的布扩径导线；有效的避免了在高海拔地区由于周围试验环境、试验接线、试验方法等带来的干扰，达到精准测量的目的，进而通过可靠的试验数据合理判断变压器状况，为换流变能否投入运行提供可靠的判定依据。

Description

高海拔地区换流变压器现场局部放电试验抗干扰方法

【技术领域】

本发明涉及变压器技术领域，特别涉及一种高海拔地区换流变压器现场局部放电试验抗干扰方法。

【背景技术】

青藏±400kV直流联网工程于2012年投入运行，是迄今为止世界上高海拔、高寒地区建设的规模最大的输电工程。青藏高原地区海拔高、空气稀薄、气候寒冷、昼夜温差大等，注定了电气一次设备检测技术及试验设备的特殊性。

变压器局部放电测量试验可以有效判断变压器的绝缘状况，是判断变压器质量的重要检测手段之一。在变压器局部放电测试中，各种干扰信号能通过测试回路掺杂到测量仪器图谱中，各种干扰信号和变压器局部放电信号混杂在一起，给变压器局部放电信号的观察和测量带来了很大的困难，如何正确区分干扰信号且消除干扰信号是能否顺利进行局部放电试验的关键。虽然已有部分省级电网开展了换流变压器局部放电试验，积累了一定的换流变局部放电试验的经验，但是目前高海拔地区换流变局部放电试验仍属一片空白，尤其是如何判断并排除试验过程中存在的各种干扰信号仍为此项试验的一大难点。因此，急需提出一种高海拔地区换流变局部放电试验抗干扰的方法。

目前，我国已建成多个±500kV直流输变电工程，但此类工程均处于我国平原地区，现在平原地区±500kV直流输变电工程电气一次设备检测技术较为成熟，直流电气一次设备的检测手段较为全面。青藏±400kV直流联网工程为青藏高原地区首个直流输变电工程，由于该地区海拔高度高，空气稀薄，环境较为恶劣，需要研究分析特殊环境对直流输变电工程换流变压器设备局部放电关键检测技术的影响，研究一种高海拔地区换流变压器局部放电试验抗干扰方法是确保换流变局部放电试验顺利完成的关键一步，为准确测量换流变局放量，确保换流变在良好的状态下投入运行起着非常重要的作用。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种高海拔地区换流变压器现场局部放电试验抗干扰方法，以在高海拔地区进行环流变压器局部放电试验时，排除试验过程中存在的各种干扰信号，能够准确的测量换流变局放量，确保换流变在良好的状态下投入运行。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高海拔地区换流变压器现场局部放电试验抗干扰方法，将三相380V电源通过变频柜连接励磁变压器Tr的低压侧，将励磁变压器Tr的高压侧与换流变压器的输入侧相连接，换流变压器的输出侧连接检测阻抗Z1,将局部放电测试仪连接检测阻抗Z1；励磁变压器Tr的输出侧并联有电抗器组和分压器，电抗器组由三台补偿电抗器串联形成，分压器包括相互串联的第一电容和第二电容；补偿电抗器包括电抗器外壳、首端和尾端；电抗器外壳内设有线圈，首端设置于电抗器外壳上部并连接电抗器外壳内线圈的一端，尾端设置于电抗器外壳下部并连接电抗器外壳内线圈的另一端；在补偿电抗器的首端和尾端外周通过若干卡槽分别固定设置直径为1.5米的第一均压环和第二绝缘环，第一均压环和第二绝缘环均为单环均压环；第一均压环和第二绝缘环分别通过卡槽与首端和尾端电连接；补偿电抗器上还设有首端接线桩头和尾端接线桩头，首端接线桩头通过铜线一端与线圈的首端固定连接，另一端与第一均压环固定连接，首端接线桩头通过铜线缠绕或螺丝与第一均压环固定连接；尾端接线桩头通过铜线一端与线圈的尾端固定连接，另一端与第二均压环固定连接，尾端接线桩头通过铜线缠绕或螺丝与第二均压环固定连接。

本发明进一步的改进在于：单台补偿电抗器局放量小于10pC；补偿电抗器的外壳上下盖板、上下法兰均采用不导磁或反磁性板。

本发明进一步的改进在于：励磁变压器Tr内部绝缘介质采用SF₆气体；励磁变压器Tr的高压侧桩头均安装有直径为20cm的单环均压环。

本发明进一步的改进在于：换流变压器上设有网侧330kV套管、阀侧星形套管首端和阀侧角形套管；在换流变压器的网侧330kV套管及阀侧角形套管加装第三均压环，在阀侧星形套管加装第四均压环；第三均压环和第四均压环均包括上均压环、下均压环、安装套筒和支撑杆；上均压环、下均压环和安装套筒同轴设置，安装套筒设置于上均压环和下均压环之间；六根支撑杆中的三根一端连接上均压环的下端，另一端连接安装套筒的上端；另三根支撑杆一端连接安装套筒的下端，另一端连接下均压环的上端；上均压环和下均压环的外径和截面直径相同，上均压环和下均压环的外径大于安装套筒的外径；安装套筒的外径为45cm，高度为10cm；第三均压环的上均压环和下均压环的直径为1.1米，截面直径为0.3米；第四均压环的上均压环和下均压环的直径为0.9米、截面直径为0.2米。

本发明进一步的改进在于：换流变压器阀侧星型绕组、励磁变压器高压侧、补偿电抗器间的连接采用直径Φ150mm的布扩径导线。

本发明进一步的改进在于：将三相380V电源、励磁变压器和补偿电抗器外壳接地线分别引至换流变压器本体的接地引下线上，防止地线环流产生干扰。

本发明进一步的改进在于：励磁变压器Tr的高压侧和换流变压器的输入侧之间设有测量回路电流的电流互感器CT1，第二电容（C2）两端并联有电压表。

本发明进一步的改进在于：换流变压器的阀侧y接绕组端子一端加压励磁，一端接地。

本发明进一步的改进在于：所述换流变压器为±400kV换流变压器；高海拔地区为海拔2800米的地区。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.换流变局部放电试验采用的每台补偿电抗器首端及尾端均加装了均压环，均压环直径为1.5米，通过本体上设计的四个卡槽实现均压环与本体的可靠连接，并设计一个专用接线桩头与均压环可靠连接，避免因接触不良产生放电；单台电抗器局放量小于10pC，外壳上下盖板、上下法兰均采用不导磁或反磁性板，将电抗器本身的局放降为最低；

2.局部放电试验采用的试验变压器内部绝缘介质采用SF₆气体，提高了绝缘性能，减轻了试验变自身重量，确保试验装置性能稳定，变压器高压侧桩头均安装有均压环，更方便试验接线并防止起晕干扰对试验的影响；

3.局放试验采用的高压连接导线为直径Φ150mm的布扩径导线，保证与被试换流变压器阀侧星型绕组、励磁变压器高压侧、补偿电抗器等设备间的可靠连接外，防止了高压导线起晕对试验过程中的影响；

4.在测量过程中，通过在局放仪与电源间加装隔离变压器，局放仪接取同步电源措施，有效避免来自试验电源侧带来的干扰；

5.局部放电试验坚持一点接地的原则，试验电源装置、励磁变压器和补偿电抗器外壳接地线分别引至被试换流变压器本体的接地引下线上，防止地线环流产生干扰。

【附图说明】

图1是局部放电试验系统示意图；

图2为补偿电抗器的示意图；

图3为换流变压器上安装的均压环的结构示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

请参阅图1所示，进行换流变压器现场局部放电试验的系统，包括：三相380V电源、变频柜、励磁变压器Tr、换流变压器（即被试变压器）和局部放电测试仪。

三相380V电源通过变频柜变频后连接励磁变压器Tr的低压侧，励磁变压器Tr的高压侧连接换流变压器的输入侧，换流变压器的输出侧连接检测阻抗Z1,局部放电测试仪连接检测阻抗Z1检测换流变压器的局部放电量。励磁变压器Tr的输出侧并联有由三个补偿电抗器L1、L2、L3串联形成的电抗器组和分压器，分压器包括相互串联的电容C1和电容C2。励磁变压器Tr的高压侧和换流变压器的输入侧之间设有测量回路电流的电流互感器CT1，电容C2两端并联有电压表。

请参阅图1至图3所示，本发明高海拔地区换流变压器现场局部放电试验抗干扰方法，包括：

1、补偿电抗器抗干扰

如图2所示，换流变局部放电试验所需电抗器描述如下：

±400kV换流变压器网侧绕组——阀侧星型绕组及地电容量为：15.2nF；估算该换流变压器入口电容集中参数值为15.2/3=5.07nF；换流变网侧对阀侧变比为（主分接位置）：

网侧电容量换算到阀侧电容量为：5.07×k2=5.07×2.072=21.7nF；换流变压器阀侧星型绕组——地电容量为：3nF；换流变压器阀侧角形绕组——地电容量为：4nF；分压器电容量为：1nF；综上换流变阀侧对地等效电容量为：21.7+3+4+1=29.7nF，因此通过改变频率使补偿电抗与此电容达到谐振，则其电抗值

由此式知：f＝160Hz时，L=31.9H；f＝200Hz时，L=21.2H；所以，电抗器的电感值若控制在20H和30H之间，若设计成单台电抗器，虽然能满足换流变局部放电试验的需要，但设备应用到一般变电站主变进行相关试验比较困难，再加上电压、电流、容量、绝缘水平、工作频率范围局部放电量等方面的综合考虑，本发明设计了三种型号电抗器，分别为2台型号为CHX（kf）-1430kVA/130kV、2台型号为CHX（kf）-660kVA/60kV、2台型号为CHX（kf）-660kVA/60kV的电抗器。

请参阅图2所示，补偿电抗器包括电抗器外壳5、首端6和尾端7；电抗器外壳5内设有线圈，首端6设置于电抗器外壳5上部并连接电抗器外壳5内线圈的一端，尾端7设置于电抗器外壳5下部并连接电抗器外壳5内线圈的另一端。

补偿电抗器抗干扰方法为：在补偿电抗器的首端6和尾端7外周分别设置直径为1.5米的第一均压环8和第二绝缘环9，第一均压环8和第二绝缘环9均为单环均压环；第一均压环8和第二绝缘环9通过若干卡槽固定于电抗器上，并分别通过卡槽与首端6和尾端7电连接；电抗器上还设有首端接线桩头和尾端接线桩头，首端接线桩头通过铜线一端与线圈的首端固定连接，另一端与第一均压环8固定连接，首端接线桩头通过铜线缠绕或螺丝与第一均压环8固定连接；尾端接线桩头通过铜线一端与线圈的尾端固定连接，另一端与第二均压环9固定连接，尾端接线桩头通过铜线缠绕或螺丝与第二均压环9固定连接。

每台电抗器首端及尾端均加装了直径为1.5米的均压环，通过电抗器本体上的卡槽实现均压环与本体的可靠连接，并设计一个专用接线桩头与均压环可靠连接，避免因接触不良产生放电。单台电抗器局放量小于10pC，电抗器外壳上下盖板、上下法兰均采用不导磁或反磁性板，将电抗器本身的局放降为最低。

2、励磁变压器抗干扰

励磁变压器内部绝缘介质采用SF₆气体，提高了绝缘性能，减轻了试验变自身重量，确保试验装置性能稳定，励磁变压器的高压侧桩头均安装有直径为20cm的单环均压环，更方便试验接线并防止起晕干扰对试验的影响。

3、换流变压器抗干扰

如图3所示，在换流变局部放电试验过程中，换流变压器网侧330kV套管、阀侧星形套管首端、阀侧角形套管首端都加装了双环均压环。

请参阅图3所示，双环均压环包括上均压环1、下均压环2、安装套筒3和支撑杆4；上均压环1、下均压环2和安装套筒3同轴设置，安装套筒3设置于上均压环1和下均压环2之间；6根支撑杆4中的3根一端连接上均压环的下端，另一端连接安装套筒3的上端；另3根支撑杆4一端连接安装套筒3的下端，另一端连接下均压环2的上端。使用时，通过安装套筒3可双均压环安装于换流变压器网侧330kV套管、阀侧星形绕组首端或阀侧角形绕组首端上，其相对于单均压环均压效果更好，更适合于高海拔地区。上均压环1和下均压环2的外径和截面直径相同，上均压环1和下均压环2的外径大于安装套筒3的外径；安装套筒3的外径为45cm，高度为10cm。

双环均压环设计结构及外径计算具体情况如下：

换流变压器的网侧330kV套管及阀侧角形套管加装第三均压环，第三均压环的上均压环1和下均压环2的直径为1.1米，截面直径为0.3米；阀侧星形套管加装第四均压环；第四均压环的上均压环1和下均压环2的直径为0.9米、截面直径为0.2米。

根据静电场分析，通过电晕起始场强的经验公式可以计算均压环上的最大场强。外施电压U和Emax间的关系为:

$U=E_{\max }\frac{d}{f}$

式中，d为电极间距离，f为电场不均匀系数。

试验时计算均压环最大场强采用球---板模型。设均压环距离构架平面为6m，则该模型几何特性系数为：

p1=（r+d)/r=(0.75+6)/0.75=9；

p2=(0.5+6)/0.5=13。

查表可得这时电场不均匀系数为f1=8，f2=10.6。试验电压为356.3kV（因阀侧角形电压为297.7kV，低于网侧电压，因此只需核算网侧起晕场强）,可得：

$E_{\max 1}=U\frac{f}{d}=356.3\×8/600=4.8\mathrm{kV}/\mathrm{cm}$

E_max2+171.9×10.6/600=3.0kV/㎝

格尔木±400kV换流站海拔约为2800m，空气相对密度δ为0.709，可得海拔修正后E_max1=4.8/0.709=6.8kV/㎝，E_max2=3.0/0.709=4.2kV/㎝，分别小于均压环起晕场强E1=10kV/㎝，E2=8kV/㎝。因此，在该海拔下进行局部放电试验过程中将不会起晕带来干扰的问题。

4、高压导线抗干扰

换流变压器局部放电试验过程中，为防止高压试验连接线起晕带来干扰，换流变压器阀侧星型绕组、励磁变压器高压侧、补偿电抗器间的连接采用直径Φ150mm的布扩径导线，详细情况如下：

由经验公式可得，单根导线的起晕场强为：

$\mathrm{Ec}=30.3\×\mathrm{m\δ}(1+\frac{0.298}{\sqrt{\mathrm{r\δ}}})\mathrm{kV}/\mathrm{cm}$

式中，m为表面粗糙系数，对于试验用导线，取其值为0.5；δ为空气相对密度，格尔木±400kV换流站所处海拔约为2800m，则δ为0.709；r为导线半径。

本次试验采用导线半径为7.5cm。此时导线的起晕场强(峰值)为：

$\mathrm{Ec}=30.3\×0.709\×0.5\×(1+0.298/\sqrt{7.5\×0.709})=12.1\mathrm{kV}/\mathrm{cm}$

由此可以得出导线的起晕电压为：

$\mathrm{Uc}=\mathrm{Ecr}\ln \frac{d}{r}$

式中d为导线离地距离，试验接线时取为400㎝。因此，该导线的起晕电压(峰值)为：Uc=12.1×7.5×ln20/7.5=360.9kV

起晕电压有效值为： $U=360.9/\sqrt{2}=255.2\mathrm{kV}$

试验测量电压

下，励磁变压器高压侧电压为171.87kV，采用直径Φ150mm的布扩径导线在试验测量电压下不会发生起晕。

进行局部放电试验时，依据GB 50150-2006《电气装置安装工程电气设备交接试验规程》的规定，电压等级在110kV及以上的变压器进行局部放电的过程为：从变压器低压侧加压，高压侧感应电压1.1×Um/下持续5min，加压至1.5×Um/或1.3×Um/下持续5min，再加压至1.7×Um/下持续时间不少于15s进行全电压试验，降至1.5×Um/或1.3×Um/下持续60min（对于Um≥300kV）或30min（对于Um＜300kV），高压线端测得的视在放电量不超过500pC，最后电压降至1.1×Um/下保持5min，高压线端测得的视在放电量不超过100pC，Um为变压器高压绕组侧所在系统的最高电压。传统的变压器局部放电试验方法均是非励磁绕组一端接地，另一端悬空感应出试验电压。为了降低试验引线的对地电压，采取对称加压方式，即阀侧y接绕组的两个端子均不接地，而在励磁变压器高压绕组或补偿电抗器的中部接地，这样可以使引线及阀侧y接绕组端子的对地电压只有励磁电压的一半，从而方便试验接线。

局部放电试验坚持一点接地的原则，试验电源装置、励磁变压器和补偿电抗器外壳接地线分别引至被试换流变压器本体的接地引下线上，防止地线环流产生干扰。

针对现有技术存在的不足，本发明方法通过对换流变局部放电试验装置进行改良，对试验引线进行改进，对均压环结构及外径进行科学计算，得以改良以往试验中存在的不足；换流变局放试验在考核换流变压器绝缘强度、检查局部缺陷的同时，有效发现换流变压器内部是否存在异常缺陷（线圈绝缘受潮或在运输过程中由于振动引起的线圈松动、位移而造成的引线绝缘距离变化）等情况所带来的放电现象，避免周围试验环境、试验接线、试验方法等带来的干扰，达到精准测量的目的，进而通过可靠的试验数据合理判断变压器状况，为换流变能否投入运行提供可靠的判定依据。

本发明抗干扰方法首先满足高海拔地区试验现场的要求，通过对换流变具体结构、参数及周围环境情况的综合考虑，高压试验引线经过专业计算设计，试验设备采取均压措施，避免由于试验外部源引起干扰，保证换流变局部放电试验正常进行。试验中采取换流变阀侧y接绕组端子一端加压励磁，一端接地的方式进行，确保试验顺利可靠完成。

试验时，采用变频并联谐振方法进行，试验原理以并联谐振为基础，采用固定的高压电抗器与试验回路并联，以调整施加到该回路电压频率的方式实现谐振，从而实现试验回路电流最小的目的。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种高海拔地区换流变压器现场局部放电试验抗干扰方法，其特征在于，将三相380V电源通过变频柜连接励磁变压器Tr的低压侧，将励磁变压器Tr的高压侧与换流变压器的输入侧相连接，换流变压器的输出侧连接检测阻抗Z1,将局部放电测试仪连接检测阻抗Z1；励磁变压器Tr的输出侧并联有电抗器组和分压器，电抗器组由三台补偿电抗器（L1、L2、L3）串联形成，分压器包括相互串联的第一电容（C1）和第二电容（C2）；

补偿电抗器包括电抗器外壳（5）、首端（6）和尾端（7）；电抗器外壳（5）内设有线圈，首端（6）设置于电抗器外壳（5）上部并连接电抗器外壳（5）内线圈的一端，尾端（7）设置于电抗器外壳（5）下部并连接电抗器外壳（5）内线圈的另一端；在补偿电抗器的首端（6）和尾端（7）外周通过若干卡槽分别固定设置直径为1.5米的第一均压环（8）和第二绝缘环（9），第一均压环（8）和第二绝缘环（9）均为单环均压环；第一均压环（8）和第二绝缘环（9）分别通过卡槽与首端（6）和尾端（7）电连接；补偿电抗器上还设有首端接线桩头和尾端接线桩头，首端接线桩头通过铜线一端与线圈的首端固定连接，另一端与第一均压环（8）固定连接，首端接线桩头通过铜线缠绕或螺丝与第一均压环（8）固定连接；尾端接线桩头通过铜线一端与线圈的尾端固定连接，另一端与第二均压环（9）固定连接，尾端接线桩头通过铜线缠绕或螺丝与第二均压环（9）固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种高海拔地区换流变压器现场局部放电试验抗干扰方法，其特征在于，单台补偿电抗器局放量小于10pC；补偿电抗器的外壳上下盖板、上下法兰均采用不导磁或反磁性板。

3.根据权利要求1所述的一种高海拔地区换流变压器现场局部放电试验抗干扰方法，其特征在于，励磁变压器Tr内部绝缘介质采用SF6气体；励磁变压器Tr的高压侧桩头均安装有直径为20cm的单环均压环。

4.根据权利要求1所述的一种高海拔地区换流变压器现场局部放电试验抗干扰方法，其特征在于，换流变压器上设有网侧330kV套管、阀侧星形套管首端和阀侧角形套管；在换流变压器的网侧330kV套管及阀侧角形套管加装第三均压环，在阀侧星形套管加装第四均压环；

第三均压环和第四均压环均包括上均压环（1）、下均压环（2）、安装套筒（3）和支撑杆（4）；上均压环（1）、下均压环（2）和安装套筒（3）同轴设置，安装套筒（3）设置于上均压环（1）和下均压环（2）之间；六根支撑杆（4）中的三根一端连接上均压环的下端，另一端连接安装套筒（3）的上端；另三根支撑杆（4）一端连接安装套筒（3）的下端，另一端连接下均压环（2）的上端；上均压环（1）和下均压环（2）的外径和截面直径相同，上均压环（1）和下均压环（2）的外径大于安装套筒（3）的外径；安装套筒（3）的外径为45cm，高度为10cm；

第三均压环的上均压环（1）和下均压环（2）的直径为1.1米，截面直径为0.3米；第四均压环的上均压环（1）和下均压环（2）的直径为0.9米、截面直径为0.2米。

5.根据权利要求1所述的一种高海拔地区换流变压器现场局部放电试验抗干扰方法，其特征在于，换流变压器阀侧星型绕组、励磁变压器高压侧、补偿电抗器间的连接采用直径Φ150mm的布扩径导线。

6.根据权利要求1所述的一种高海拔地区换流变压器现场局部放电试验抗干扰方法，其特征在于，将三相380V电源、励磁变压器和补偿电抗器外壳接地线分别引至换流变压器本体的接地引下线上，防止地线环流产生干扰。

7.根据权利要求1所述的一种高海拔地区换流变压器现场局部放电试验抗干扰方法，其特征在于，励磁变压器Tr的高压侧和换流变压器的输入侧之间设有测量回路电流的电流互感器CT1，第二电容（C2）两端并联有电压表。

8.根据权利要求1所述的一种高海拔地区换流变压器现场局部放电试验抗干扰方法，其特征在于，换流变压器的阀侧y接绕组端子一端加压励磁，一端接地。

9.根据权利要求1所述的一种高海拔地区换流变压器现场局部放电试验抗干扰方法，其特征在于，所述换流变压器为±400kV换流变压器；高海拔地区为海拔2800米的地区。

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