CN104502731B - 一种获取gis电压互感器误差试验线路的分布电容方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了涉及一种获取GIS电压互感器误差试验线路的分布电容方法，其中GIS母线等效分布电容的方法包括以下步骤：测量GIS设备绝缘外壳半径R、母线导体半径r，母线导体长度l；根据GIS设备中SF6气体的介电常数ε，得到母线的等效分布电容Cm；通过对断路器、接地开关等一次设备进行耐压试验，测得所加试验电压u与电流i，得到断路器等效电容Cd；同理可求出误差试验回路中接地开关、避雷器和高压套管等一次设备的等效分布电容值Cj、Cb和Ct；最终得到GIS电压互感器误差试验线路总的分布电容C0。本发明可完成谐振升压试验，通过现场数据验证，计算结果基本满足工程需求，可节约大量试验运输费用、人力资源和时间。
Description
技术领域
本发明涉及GIS互感器试验线路测量，具体涉及一种获取GIS电压互感器误差试验线路的分布电容方法。
背景技术
随着电力系统向大容量、特高压方向发展，小型化、高可靠性的气体绝缘全封闭式组合电器(以下简称GIS)越来越广泛地应用在发电厂、变电站中。与常规敞开式变电站相比，GIS装置占地面积小，安全可靠，特别是土地资源有限的大中等城市更是迫切需求。GIS装置将断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等设备或部件全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有一定压力的SF6绝缘气体。
目前，GIS电压互感器误差测试在停电状态下进行，采用比较法对被试电压互感器进行现场误差测试。将标准电压互感器和被试电压互感器并联，对两个二次输出电压进行比较测差。在进行互感器误差试验时，由于GIS独特的结构，无法将单只电压互感器进行升压，造成GIS互感器的误差试验一次信号加载较为困难。通过GIS出线口进行升压时，一次设备的导体与外壳之间存在着较大的分布电容，试验线路中连接的高压套管也存在着较大的分布电容，将大大增加试验设备的电源容量，对其误差试验存在较大的影响。通常采用将一次设备如母线、断路器、接地开关等与被试电磁式电压互感器看成一个整体，利用一次设备的分布电容和电抗器串联谐振升压，完成误差检测试验。因此，准确掌握各项一次设备的分布电容参数是完成GIS变电站中互感器的误差测试试验的关键因素。
目前，通常采用获取误差试验线路一次设备分布电容的方法是利用GIS耐压试验，根据测得容性电流，推算出容抗和相应的分布电容值；或者根据变频谐振高压时的频率和电抗数据，推算出分布电容与杂散电容之和。这些方法均需要进行现场高压试验，存在试验设备庞大、设备运送十分不便且耗费大量试验设备运输费用，人力资源和时间等问题，且目前没有关于此方面的理论计算模型。
发明内容
本发明的目的在于提供一种获取GIS电压互感器误差试验线路的分布电容方法，解决现有的母线电容获取方法存在试验设备庞大、设备运送十分不便且耗费大量试验设备运输费用，人力资源和时间的问题。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种获取GIS电压互感器误差试验线路的分布电容方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，测量GIS设备绝缘外壳半径R、母线导体半径r，母线导体长度l；
步骤二，根据GIS设备中SF6气体的介电常数ε，通过公式
∮SEds＝E∮Sds＝E·2πxl＝q/ε
得到母线的等效分布电容Cm；
步骤三，通过对断路器、接地开关等一次设备进行耐压试验，测得所加试验电压u与电流i，
通过公式
由于则可通过公式
得到断路器等效电容Cd；
步骤四，同理可求出误差试验回路中接地开关、避雷器和高压套管等一次设备的等效分布电容值Cj、Cb和Ct；
步骤五，通过建立的GIS电压互感器误差试验线路分布电容计算模型，等效模型等效为各个集中参数电容并联，总的等效分布电容为母线、断路器、接地开关、避雷器、高压套管等所有设备等效电容之和，通过公式
C0＝Cm+Cd+Cj+Cb+Ct
得到GIS电压互感器误差试验线路总的分布电容C0。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明配合断路器的等效分布电容、隔离开关的等效分布电容，以及避雷器、高压电缆、高压套管等其他元件的等效分布电容，并将分布电容值带入等效模型，等效为一个集中分布电容参数，匹配相应的电抗器即可完成谐振升压试验，不需要进行现场高压试验，通过现场数据验证，计算结果基本满足工程需求，可节约大量试验运输费用、人力资源和时间。
附图说明
图1为GIS母线管道横截面示意图。
图2为分布分布电容的互感器一次电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
GIS母线被安装在绝缘管道外壳内部，存在较大的分布电容。特别是在长距离水电站GIS中，由于母线的长度较长，其分布电容对误差试验的影响更大，其内部分布电容可等效为一个圆筒形电容分布，如图1所示。
若忽略电容的边缘效应，圆筒内的介质任意一点的电场方向均与半径方向一致。由于其设备结构的对称性，在介质内与中心距离相等的任意点的电场强度大小相等。根据高斯定理，均匀介质中任意闭合面的通量恒等于闭合面内部总电荷与介质介电常数之比。取闭合面为中心对称的圆柱体，则圆柱体侧面上的电场方向为外法线方向，而上下底面的电场方向与法线方向垂直。
图2示出了本发明一种获取GIS母线等效分布电容的方法的一个实施例：一种获取GIS电压互感器误差试验线路的分布电容方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，测量GIS设备绝缘外壳半径R、母线导体半径r，母线导体长度l；
步骤二，根据GIS设备中SF6气体的介电常数ε，通过公式
∮SEds＝E∮Sds＝E·2πxl＝q/ε
得到母线的等效分布电容Cm；
步骤三，通过对断路器、接地开关等一次设备进行耐压试验，测得所加试验电压u与电流i，
通过公式
由于则可通过公式
得到断路器等效电容Cd；
步骤四，同理可求出误差试验回路中接地开关、避雷器和高压套管等一次设备的等效分布电容值Cj、Cb和Ct；
步骤五，通过建立的GIS电压互感器误差试验线路分布电容计算模型，等效模型等效为各个集中参数电容并联，总的等效分布电容为母线、断路器、接地开关、避雷器、高压套管等所有设备等效电容之和，通过公式
C0＝Cm+Cd+Cj+Cb+Ct
得到GIS电压互感器误差试验线路总的分布电容C0。
在GIS设备中，其他设备元件的等效分布电容值由于不同的GIS变电站结构、设备安装各有不同，也不尽相同，在进行分布电容分析，谐振升压时，因具体问题具体分析。表1所列为各元件入口电容值的代表性参数。具体GIS中各设备的等效分布电容可通过分别进行耐压试验计算获得。将设备一端接一次高压，另一端接地，进行耐压试验，测得设备的容性电流，进而计算出其等效的分布电容值。
表1 GIS设备中各元件的入口电容值的代表性参数
如表1所示，对电磁式电压互感器来说，GIS设备中元件越多，一次分布电容就越大，随着回路电容的增加，升压器的容量和电源容量也将大大增加，升压也就变得越来越困难。另外，由表1中所知变压器的分布电容较大，故在互感器误差检测试验时，常常将变压器断开进行。
根据GIS互感器误差测量试验原理，分析一次设备中各元件的分布电容参数，建立GIS互感器测量接线等效模型。如附图2所示，考虑一次设备各项分布电容的等效电路图，其中，Cm为母线的等效分布电容，Cd为断路器的等效分布电容，Cg为隔离开关的等效分布电容，电路还包括了以及避雷器、高压电缆、高压套管等其他元件的等效分布电容。
实例1：
某500kVGIS水电站，对I回出线三相相关数据如下：
其中，通过计算模型求得单位分布电容如下：
根据该水电站GIS电压互感器误差试验线路中，包含断路器4个，隔离开关12个，避雷器2个，通过分布电容等效模型可求得试验线路的分布电容值。如A相分布电容：
1)单位长度的母线分布电容由公式得：
2)分别对GIS设备中各项设备进行耐压试验，计算出其等效分布电容值；
3)总分布电容有：
CA＝CBUS+CCB+CDS+Carrester+Cbushing＝26156.12pF,具体结果如下表所示。
通过与现场实测值进行对比，证明该计算模型与实测值误差较小，能基本满足工程要求。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
Claims (1)
1.一种获取GIS电压互感器误差试验线路的分布电容方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，测量GIS设备绝缘外壳半径R、母线导体半径r，母线导体长度l；
步骤二，根据GIS设备中SF6气体的介电常数ε，通过公式
<mrow>
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</mrow>
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</mrow>
得到母线的等效分布电容Cm；
步骤三，通过对断路器、接地开关等一次设备进行耐压试验，测得所加试验电压u与电流i，
通过公式
<mrow>
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由于则可通过公式
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</mrow>
得到断路器等效电容Cd；
步骤四，同理可求出误差试验回路中接地开关、避雷器和高压套管等一次设备的等效分布电容值Cj、Cb和Ct；
步骤五，通过建立的GIS电压互感器误差试验线路分布电容计算模型，等效模型等效为各个集中参数电容并联，总的等效分布电容为母线、断路器、接地开关、避雷器、高压套管等所有设备等效电容之和，通过公式
C0＝Cm+Cd+Cj+Cb+Ct
得到GIS电压互感器误差试验线路总的分布电容C0。
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