CN104597425A - 一种适用于gis电子式互感器带电考核平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于GIS电子式互感器带电考核平台,包括GIS管道连接的样品安装工位、大电流发生器和升压装置；电子式互感器样机设置在样品安装工位内，GIS管道设有断路器、隔离开关、VFTO测量传感器、标准电流互感器、标准电压互感器、振动传感器、温度测量传感器和湿度测量传感器；GIS管道的与样品安装工位连接的工位连接端的底部均设有滑轨。与现有技术相比，本发明提供的带电考核平台用于模拟实际工程中电子式互感器在正常工况和故障工况下开展长期可靠性分析、使用寿命预计、连续运行数据分析以及电磁兼容方面工作；保证了电子式互感器在实际工程中运行的可靠性，推进了电子式互感器在智能电网中的广泛应用。

Description

一种适用于GIS电子式互感器带电考核平台

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，具体讲涉及一种适用于GIS电子式互感器带电考核平台。

背景技术

电子式互感器是一种直接运行在数十万伏高压导线上的电子设备，接受的电磁干扰强度远远超过了其它任何既有电子装置，电子式互感器大量的使用光学器件，半导体元件和无源器件，极易受到外界干扰，特别是温度，湿度、凝露、震动、电磁暂态过程等因素对电子式互感器的长期稳定运行影响很大。电子式互感器的国家标准GB20840.X对电子式互感器的可靠性做出了相应规定。电子式互感器在可靠性方面与变电站的保护设备中的电子元件的可靠性可比，电子式互感器作为保护设备信号的来源，其可靠性应比变电站保护设备中的电子元件的可靠性更高或同等对待。但标准未提及电子式互感器的长期稳定性试验项目及试验方法。对电子式互感器可靠性的研究工作开展得不广泛，主要是从理论方面做了初步探讨，有相关文献报道，但对可靠性问题进行系统化、实用化的研究不多。为了推进电子式互感器在智能电网中的广泛应用，对电子式互感器进行可靠性研究已经成为电子式互感器研制过程中的必不可少的一部分，也是未来发展的必然趋势。

目前，由于电子式互感器在实际智能变电站工程应用中积累的运行经验少，在实用化过程中面临着多种理论和关键的技术问题，而现有的技术只能够对电子式互感器进行耐压、机械强度、稳态精度、抗扰度等的常规性能研究；受到试验条件限制；检测机构无法对电子式互感器进行长期可靠性分析、使用寿命预计、连续运行数据分析以及电磁兼容等方面的全面且精准的考核，缺乏系统深入的研究。

为了推进电子式互感器在智能电网中的广泛应用，如何设计一种全面且精确的对电子式互感器进行可靠性研究的平台；是本领域人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种适用于GIS电子式互感器带电考核平台，该带电考核平台用于模拟实际工程中电子式互感器在正常工况和故障工况下开展长期可靠性分析、使用寿命预计、连续运行数据分析以及电磁兼容方面工作；保证了电子式互感器在实际工程中运行的可靠性，推进了电子式互感器在智能电网中的广泛应用。

一种适用于GIS电子式互感器带电考核平台,所述带电考核平台包括电子式互感器样机和GIS管道，所述GIS管道内部设有与其同轴设置的母线导杆且GIS管道内部充满SF6气体，

所述带电考核平台包括用所述GIS管道连接的样品安装工位、大电流发生器和升压装置；

所述电子式互感器样机设置在所述样品安装工位内；

所述电子式互感器样机包括电子式电流互感器和电子式电压互感器；

所述GIS管道设有断路器、隔离开关和测量组件。

优选的，所述样品安装工位包括依次连接的电子式电流互感器安装工位和电子式电压互感器安装工位，所述电子式电流互感器安装工位和电子式电压互感器安装工位均为与所述GIS管道的半径相同的管状；

所述样品安装工位的数量为1至3个。

优选的，所述GIS管道的2个工位连接端与所述样品安装工位的两端分别连接，2个所述工位连接端的底部均设有滑轨。

优选的，所述电子式电流互感器安装工位、电子式电压互感器安装工位和GIS管道之间的连接处均设有盆式绝缘子；所述电子式电流互感器安装工位和电子式电压互感器安装工位上均设有气体压力表和充气嘴。

优选的，所述GIS管道与所述样品安装工位、大电流发生器和升压装置的连接处均设有所述盆式绝缘子。

优选的，所述测量组件包括VFTO测量传感器、标准电流互感器、标准电压互感器、振动传感器、温度测量传感器和湿度测量传感器；

多个所述VFTO测量传感器通过所述GIS管道外壁上的手孔分别设置在所述GIS管道各处的腔体内，所述VFTO测量传感器的内部设有二次光学元件和信号处理系统；

所述标准电流互感器连接至电子式电流互感器校验仪；所述电子式电流互感器与电流合并单元和所述电子式电流互感器校验仪依次连接；

所述标准电压互感器与感性分压器和电子式电压互感器校验仪依次连接；所述电子式电流互感器与电压合并单元和所述电子式电压互感器校验仪依次连接；

多个所述振动传感器分别设置在所述样品安装工位和所述隔离开关的两端的所述GIS管道的外壁上；

多个所述温度测量传感器和湿度测量传感器分别设置在GIS管道各处的外壁上和远离所述GIS管道的外部环境中。

优选的，所述大电流发生器的中心设有通孔，所述GIS管道穿过所述通孔与所述大电流发生器连接；

所述大电流发生器的一次绕组设置在其内部，其二次线圈为穿过所述通孔的所述GIS管道内的所述GIS母线导杆与所述大电流发生器形成的单匝穿心结构，所述一次绕组为干式结构并用H级薄膜覆盖。

优选的，所述大电流发生器内的铁芯为卷铁芯。

优选的，所述隔离开关和断路器均设置在所述GIS管道内的同一气室中。

优选的，所述升压装置用进出线套管与所述GIS管道连接。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种适用于GIS电子式互感器带电考核平台,包括GIS管道连接的样品安装工位、大电流发生器和升压装置；电子式互感器样机设置在样品安装工位内，GIS管道设有断路器、隔离开关、VFTO测量传感器、标准电流互感器、标准电压互感器、振动传感器、温度测量传感器和湿度测量传感器；GIS管道的与样品安装工位连接的工位连接端的底部均设有滑轨。本发明的带电考核平台用于模拟实际工程中电子式互感器在正常工况和故障工况下开展长期可靠性分析、使用寿命预计、连续运行数据分析以及电磁兼容方面工作；保证了电子式互感器在实际工程中运行的可靠性，推进了电子式互感器在智能电网中的广泛应用。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：

1.本发明提供的技术方案，包含330kV电压等级GIS设备主要元件，包括GIS罐体、母线导杆，进出线套管、断路器，隔离开关、盆式绝缘子组成；用于模拟实际工程中330kV的电子式互感器在正常工况和故障工况下开展长期可靠性分析、使用寿命预计、连续运行数据分析以及电磁兼容方面工作；保证了电子式互感器在实际工程中运行的可靠性，推进了电子式互感器在智能电网中的广泛应用。

2.本发明提供的技术方案，与样品安装工位连接的GIS管道的工位连接端采用滑轨式结构设计，使得GIS管道底部上的滑轨可依据需求自由移动，而不影响GIS管道的其他部分，有利于待考核电子式互感器的安装、更换和维护。

3.本发明提供的技术方案，采用的大电流发生系统，大电流发生器的铁芯采用卷铁芯无需冲剪、无冲孔，消除了传统铁芯的横向、纵向的接缝，减小磁阻和损耗，充分利用了硅钢片的取向性，消除了因磁路与硅钢片的取向不一致所增加的损耗，并大大降低了噪声；绕组环型绕制,具有良好的冲击电压波分布，适度加固，具有足够的短路承受能力，提高了考核平台的可靠性。

4.本发明提供的技术方案，多个VFTO测量传感器安装于GIS罐体的不同位置，通过同步采集信号控制各传感器在同一时间采集VFTO信号，用以研究VFTO在GIS罐体内部的传播特性和研究VFTO暂态过程对电子式互感器稳定性的影响，并进一步提出VFTO信号抑制方法，保证了考核的准确性和有效性。

5.本发明提供的技术方案，振动传感器的使用，获取了GIS断路器动作过程中产生的振动对电子式互感器的影响，提高了对电子式互感器考核的全面性。

6.本发明提供的技术方案，隔离开关的利用，可用于研究隔离开关操作对电子式互感器性能影响的试验研究，包括隔离开关分合小电流测试；研究断路器分、合振动对电子式互感器性能影响的试验研究；隔离开关操作等过程产生的冲击电流，可用于研究冲击电流对电子式互感器性能的影响；提高了对电子式互感器考核的全面性和准确性。

7.本发明提供的技术方案，温度传感器和湿度传感器的使用，检测不同大气环境，在不同环境开展准确度试验，运行环境(大气、电磁场)变化对电子式互感器精确采集、可靠工作的影响，并对试验结果进行对比分析；使得考核过程精确有效；提高了考核平台的可靠性。

8.本发明提供的技术方案，应用广泛，具有显著的社会效益和经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简要地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的适用于GIS电子式互感器带电考核平台的结构示意图；

图2是本发明的电子式电流互感器考核校验原理图；

图3是本发明的电子式电压互感器考核校验原理图；

图4是本发明的样品安装工位与GIS管道连接示意图。

其中，1-进出线套管、2-电子式互感器样机、201-电子式电流互感器安装工位、202-电子式电压互感器安装工位、3-盆式绝缘子、4-隔离开关、5-VFTO测量传感器、6-断路器、7-大电流发生器、8-标准电流互感器、9-标准电压互感器、10-耦合电容器、11-升压装置、12-GIS管道、13-滑轨、14-工位连接端、15-气体压力表、16-充气嘴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的一种适用于GIS电子式互感器带电考核平台,其包括电子式互感器样机和GIS管道12，GIS管道12内部设有与其同轴设置的母线导杆且GIS管道12内部充满SF6气体，

带电考核平台包括用GIS管道12连接的样品安装工位2、大电流发生器7和升压装置11；

电子式互感器样机设置在样品安装工位2内；

电子式互感器样机包括电子式电流互感器和电子式电压互感器；

GIS管道12设有断路器6、隔离开关4和测量组件。

样品安装工位2的数量为1至3个；其中，目前市场上实际存在各种原理的电子式互感器，当应用于本平台进行考核时只需要改变试验样品过渡筒连接法兰的尺寸，使之与平台中样品安装工位2的法兰尺寸匹配，不需要改变样品本体结构尺寸。有利于不同厂家、不同形式产品的性能考察和比较。

GIS管道12与样品安装工位2、大电流发生器7和升压装置11的连接处均设有盆式绝缘子3。

其中，测量组件包括VFTO测量传感器5、标准电流互感器8、标准电压互感器9、未在图中显示的振动传感器和温度测量传感器；

多个VFTO测量传感器5通过GIS管道12外壁上的手孔分别设置在GIS管道12各处的腔体内，通过同步采集信号控制各VFTO测量传感器5在同一时间采集VFTO信号，VFTO测量传感器5即为快速暂态过电压测量传感器；研究快速暂态过电压在GIS罐体内部的传播特性，进一步提出VFTO信号抑制方法；VFTO测量传感器5用于检测隔离开关4开合过程中产生的VFTO信号，进而研究隔离开关4开合过程中产生的快速暂态过电压对电子式互感器样机的二次部分稳定性、可靠性的影响。通过多次试验研究其二次部分的薄弱部分，并对采用快速暂态过电压抑制措施后的二次部分的实际效果进行评估。

VFTO测量传感器5的内部设有二次光学元件和信号处理系统；利用上位机在数据采集、分析处理和存储的优势，提取VFTO峰值电压、频率、放电次数等特征参数。其中，VFTO测量传感器5为基于Pockels效应的高灵敏度光学VFTO测量传感头，Pockels效应是指某些晶体材料在外加电场作用下，其折射率随外加电场发生变化的一种现象，亦称为线性电光效应。传统电容测量方式的暂态过程和带宽限制影响了其测量精度和准确性。而利用光学测量方式，光子的响应速度极快，本征频率高，其测量带宽高达GHz，本系统测量带宽可达500MHz以上。

如图2所示，为长期带电考核温度变化、隔离开关4分合容性电流、断路器6动作振动等情况对电子式电流互感器的误差特性的影响，需要在试验前后比对电子式电流互感器的准确度是否变化并满足标准要求；

标准电流互感器8连接至电子式电流互感器校验仪；电子式电流互感器与电流合并单元和电子式电流互感器校验仪依次连接；即待测的电子式电流互感器的二次输出与合并单元相连后输出至电子式互感器校验仪，电子式互感器校验仪的另一端与标准电流互感器8的二次输出相连。标准电流互感器8准确度至少优于待检的电子式电流互感器一个级别，参考相关标准对待检的电子式电流互感器开展准确度试验。

如图3所示，为长期带电考核温度变化、隔离开关4分合容性电流、断路器6动作振动等情况对电子式电压互感器对误差特性的影响，需要在试验前后比对电子式电压互感器的误差是否变化并满足标准要求；

标准电压互感器9与感性分压器和电子式电压互感器校验仪依次连接；电子式电流互感器与电压合并单元和电子式电压互感器校验仪依次连接；即待检的电子式电压互感器的二次输出与感性分压器相连后输出至电子式互感器校验仪，标准电压互感器9二次输出与合并单元相连后接至电子式互感器校验仪。标准电压互感器9准确的至少优于待检的电子式电压互感器一个级别，参考相关标准对待检得电子式电压互感器开展准确度试验。

多个振动传感器分别设置在样品安装工位2和隔离开关4的两端的GIS管道12的外壁上；为了获取断路器6动作对电子式互感器的影响，搭建基于机械参量的应用于振动传感器的监测采集平台，振动测量系统完整记录断路器6动作整个过程中的振动数据，同时依据相关标准测量待考核电子式互感器二次侧的输出，分析振动强度对电子式互感器输出特性的影响，从而开展断路器6振动对电子式互感器影响的试验与分析，同时也可在该平台上验证新型电子式互感器减振措施的实际效果。

多个温度测量传感器和湿度测量传感器分别设置在GIS管道12各处的外壁上和远离所述GIS管道12的外部环境中，包括GIS管道12上靠近待考核的电子式互感器样机处；用以考核长期带电下不同温度环境对电子式互感器特性的影响，GIS管道12各处的外壁上的温度传感器和湿度测量传感器用于测量平台运行时不同位置的温度和湿度参数，远离所述GIS管道12的外部环境中的温度传感器和湿度测量传感器用于测量环境温度和湿度；一般认为温度对电子式互感器的特性具有较大影响，长期考核过程中收集温度数据和待检的电子式互感器二次输出数据，建立对应关系，研究温度对电子式互感器运行的实际影响情况。

其中，大电流发生器7的中心设有通孔，GIS管道12穿过通孔与大电流发生器7连接；GIS管道12内的母线导杆还连接有耦合电容器10和电源。

大电流发生器7的一次绕组设置在其内部，其二次线圈为穿过其通孔的GIS管道12中的GIS母线导杆与大电流发生器7形成的单匝穿心结构，一次绕组为干式结构并用H级薄膜覆盖；其中，干式结构是指一次绕组的内部不需要填充浸渍料；其铁芯采用卷铁芯无需冲剪、无冲孔，消除了传统铁芯的横向、纵向的接缝，减小磁阻和损耗，充分利用了硅钢片的取向性，消除了因磁路与硅钢片的取向不一致所增加的损耗，并大大降低了噪声；且其绕组环型绕制,具有良好的冲击电压波分布，适度加固，具有足够的短路承受能力；

其中，为减少其对周围的标准电流互感器8的仪器设备造成干扰对大电流发生器7本体进行电磁屏蔽处理，所有金属件均采用非导磁不锈钢材料制造,保证尽可能减少在邻近设备及金属支架上产生涡流。为防止风尘、雨水等并考虑漏磁场及互感引起涡流损耗，采用不锈钢外罩。同时使用散热增加风扇进行强迫风冷。

隔离开关4和断路器6均设置在GIS管道12内的同一气室中。

升压装置11用进出线套管1与GIS管道12连接，其中，进出线套管1用于连接外部套管和母线导杆使平台整体构成回路，外部套管的尺寸与母线导杆尺寸一致，从而保证回路整体阻抗一致。

如图4所示，样品安装工位2包括依次连接的电子式电流互感器安装工位201和电子式电压互感器安装工位202，电子式电流互感器安装工位201和电子式电压互感器安装工位202均为与GIS管道12的半径相同的管状；

其中，GIS管道12的2个工位连接端14与样品安装工位2的两端分别连接，2个工位连接端14的底部均设有滑轨13，其中，GIS管道12底部上的滑轨13可依据需求自由移动，而不影响GIS管道12的其他部分，采用滑轨13的设计有利用待考核的电子式互感器的安装、更换和维护。

其中，电子式电流互感器安装工位201、电子式电压互感器安装工位202和GIS管道12之间的连接处均设有盆式绝缘子3；电子式电流互感器安装工位201和电子式电压互感器安装工位202上均设有气体压力表15和充气嘴16，其中，气体压力表15用于指示样品安装工位2和GIS管道12内部的气体压力，充气嘴16用于将样品安装工位2和GIS管道12内充入SF6气体。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于GIS电子式互感器带电考核平台,所述带电考核平台包括电子式互感器样机和GIS管道，所述GIS管道内部设有与其同轴设置的母线导杆且GIS管道内部充满SF6气体，其特征在于，

所述带电考核平台包括用所述GIS管道连接的样品安装工位、大电流发生器和升压装置；

所述电子式互感器样机设置在所述样品安装工位内；

所述电子式互感器样机包括电子式电流互感器和电子式电压互感器；

所述GIS管道设有断路器、隔离开关和测量组件。

2.如权利要求1所述的带电考核平台，其特征在于，所述样品安装工位包括依次连接的电子式电流互感器安装工位和电子式电压互感器安装工位，所述电子式电流互感器安装工位和电子式电压互感器安装工位均为与所述GIS管道的半径相同的管状；

所述样品安装工位的数量为1至3个。

3.如权利要求2所述的带电考核平台，其特征在于，所述GIS管道的2个工位连接端与所述样品安装工位的两端分别连接，2个所述工位连接端的底部均设有滑轨。

4.如权利要求2或3所述的带电考核平台，其特征在于，所述电子式电流互感器安装工位、电子式电压互感器安装工位和GIS管道之间的连接处均设有盆式绝缘子；所述电子式电流互感器安装工位和电子式电压互感器安装工位上均设有气体压力表和充气嘴。

5.如权利要求4所述的带电考核平台，其特征在于，所述GIS管道与所述样品安装工位、大电流发生器和升压装置的连接处均设有所述盆式绝缘子。

6.如权利要求1所述的带电考核平台，其特征在于，所述测量组件包括VFTO测量传感器、标准电流互感器、标准电压互感器、振动传感器、温度测量传感器和湿度测量传感器；

多个所述VFTO测量传感器通过所述GIS管道外壁上的手孔分别设置在所述GIS管道各处的腔体内，所述VFTO测量传感器的内部设有二次光学元件和信号处理系统；

所述标准电流互感器连接至电子式电流互感器校验仪；所述电子式电流互感器与电流合并单元和所述电子式电流互感器校验仪依次连接；

所述标准电压互感器与感性分压器和电子式电压互感器校验仪依次连接；所述电子式电流互感器与电压合并单元和所述电子式电压互感器校验仪依次连接；

多个所述振动传感器分别设置在所述样品安装工位和所述隔离开关的两端的所述GIS管道的外壁上；

多个所述温度测量传感器和湿度测量传感器分别设置在GIS管道各处的外壁上和远离所述GIS管道的外部环境中。

7.如权利要求1所述的带电考核平台，其特征在于，所述大电流发生器的中心设有通孔，所述GIS管道穿过所述通孔与所述大电流发生器连接；

所述大电流发生器的一次绕组设置在其内部，其二次线圈为穿过所述通孔的所述GIS管道内的所述GIS母线导杆与所述大电流发生器形成的单匝穿心结构，所述一次绕组为干式结构并用H级薄膜覆盖。

8.如权利要求1或6所述的带电考核平台，其特征在于，所述大电流发生器内的铁芯为卷铁芯。

9.如权利要求1所述的带电考核平台，其特征在于，所述隔离开关和断路器均设置在所述GIS管道内的同一气室中。

10.如权利要求1所述的带电考核平台，其特征在于，所述升压装置用进出线套管与所述GIS管道连接。