CN106124979A - 500kV交流滤波器断路器断口电压测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种500kV交流滤波器断路器断口电压测量系统，包括断路器、三联箱和断路器支柱，还包括用于测量断路器断口电压的测量组件，所述测量组件包括放电球隙、放电球隙支柱、直流高压发生器、直流控制装置和放电棒。本发明还公开了一种500kV交流滤波器断路器断口电压测量方法。本发明通过放电球隙直接测量断口电压，排除局部放电、周围设备电晕、断路器支柱等因素对断口电压分布影响，通过计算断路器开断容性负载后直流分量在两个断口的分布，为交流滤波器断路器放电故障诊断提供指导，还可以帮助生产运行人员掌握断路器开断容性负载后两个断口的电压分布情况。

Description

500kV交流滤波器断路器断口电压测量系统及方法

技术领域

本发明涉及直流输电系统生产和运维技术领域，具体涉及一种基于实测断口电压评估500kV交流滤波器断路器双断口电压分布的方法。

背景技术

500kV交流滤波器断路器主要用于投切换流站滤波器组，一般采用T型或Y型双断口型式。交流滤波器断路器特殊工况主要在于开断交流滤波器组时，交流滤波器断路器需承受交直流混合电压。

500kV交流滤波器断路器的结构请参照图1所示，断路器1具有第一断口11和第二断口12，三联箱2的左右两侧分别连接第一断口11和第二断口12，三联箱2的下侧连接断路器支柱3。交流滤波器断路器开断滤波器组时，由于滤波器组电容器电压不能突变，且电容器电压短时间内衰减很小，相当于断路器的一端承受直流分量，而断路器另一端连接交流母线，因此，在开断容性负载后，交流滤波器断路器承受交直流混合电压。

目前，500kV交流滤波器断路器放电故障频繁发生，已经严重危害到了电网系统的正常运行。断路器厂家和研究机构对断路器设备故障机理和反事故措施的研究较少，均未考虑开断容性负载后，直流分量在断口间电压分布，目前只考虑交流电压作用下并联电容器不均匀系数为1.05。直流残压在断路器两个串联断口的电压分布受外部污秽影响较大，如果两个断口污秽分布不均匀度较大，将可能导致直流残压在断口分压不均匀，一个断口承受大部分的直流电压，存在过电压击穿的风险。

发明专利201510351472.6，张长虹等提出一种交流滤波器断路器双断口电压分布特性评估系统及方法，通过在断路器两个断口分别连接一个微安表，检测断路器双断口在直流高压下的电导特性，计算交流滤波器小组断路器开断容性负载后直流残压在两个断口的分布范围，评估断路器的均压情况。这种基于断口泄漏电流评估断口电压分布的方法，由于泄漏电流一般为μA级别，对测量系统精度要求高，且泄漏电流受局部放电、周围设备电晕等因素影响较大，现场泄漏电流波动性较大。

因此，为了正确测量直流分量在断路器断口电压分布情况，本专利提出一种500kV交流滤波器断路器断口电压测量试验方法，可以对断路器生产运行提供指导，也可为故障诊断提供一种可靠的分析手段。

发明内容

为了正确测量直流电压在断路器断口间分布情况，本发明的目的之一在于提供一种500kV交流滤波器断路器断口电压测量系统，其通过放电球隙实测断路器断口电压，排除断路器绝缘支柱的影响，计算断路器开断容性负载后直流残压在两个断口的分布，评估断路器的直流均压情况，为生产运行和故障诊断提供指导。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种500kV交流滤波器断路器断口电压测量系统，包括断路器、三联箱和断路器支柱，所述断路器具有第一断口和第二断口，所述第一断口和第二断口分别连接在三联箱的左右两侧，所述三联箱的下侧连接断路器支柱，所述断路器支柱的另一端接地，还包括用于测量断路器断口电压的测量组件，所述测量组件包括放电球隙、放电球隙支柱、直流高压发生器、直流控制装置和放电棒，所述放电球隙由两个完全相同的放电铜球组成，所述放电铜球分别由放电球隙支柱支撑，所述放电球隙的一端接地，所述直流控制装置的输出端连接直流高压发生器的控制端以使直流高压发生器向放电球隙的另一端输出不同的直流电压信号，所述直流高压发生器的接地端与放电棒连接。

进一步地，所述直流高压发生器输出端设保护电阻。

本发明的另一目的在于提供一种500kV交流滤波器断路器断口电压测量方法，其通过放电球隙实测断路器断口的电压，排除断路器绝缘支柱的影响，计算断路器开断容性负载后直流残压在两个断口的分布，评估断路器的均压情况，为故障诊断及生产运行提供指导。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种采用上述500kV交流滤波器断路器断口电压测量系统进行断口电压测量的方法，包括以下步骤：

步骤1、将放电球隙的一端接地，另一端连接直流高压发生器，调节放电球隙的长度，测量至少10组击穿电压，记录数据并判断击穿电压的稳定性，选取击穿电压稳定的球隙长度；

步骤2、将断路器的第一断口并联放电球隙并接地，直流高压发生器的输出端与三联箱连接，通过直流控制装置调节直流高压发生器的输出电压，使放电球隙击穿，得到此时第一断口的断口电压U₁，记录至少3组数据，计算出平均值

步骤3、保持断路器的第一断口并联放电球隙并接地，将直流高压发生器的输出端与断路器的第二断口连接，通过直流控制装置使直流高压发生器均匀升压，直至放电球隙击穿，记录此时直流高压发生器的输出电压U，计算第二断口的断口电压U₂＝U-U₁，记录至少3组数据，计算出平均值

步骤4、将断路器的第二断口并联放电球隙并接地，直流高压发生器的输出端与三联箱连接，通过直流控制装置调节直流高压发生器的输出电压，使放电球隙击穿，得到此时第二断口的断口电压U'₂，记录至少3组数据，计算出平均值

步骤5、保持断路器的第二断口并联放电球隙并接地，将直流高压发生器的输出端与断路器第一断口连接，通过直流控制装置使直流高压发生器均匀升压，直至放电球隙击穿，记录此时直流高压发生器的输出电压U'，计算第一断口的断口电压U₁'＝U'-U'₂，记录至少3组数据，计算出平均值U'₁；

步骤6、计算断路器第一断口与第二断口的电压分布：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{Y}{X//Z}=\frac{\stackrel{\‾}{U_2}}{\stackrel{\‾}{U_1}}\\ \frac{X}{Y//Z}=\frac{\stackrel{\‾}{U_1^{\′}}}{\stackrel{\‾}{U_2^{\′}}}\end{array}\right.$

其中X为第一断口的阻抗，Y为第二断口的阻抗，Z为断路器支柱和放电球隙支柱的并联阻抗，X//Z为X和Z并联后的总阻抗，Y//Z为Y和Z并联后的总阻抗，通过上述公式，最终消除Z，得到X/Y的比值即为断路器第一断口与第二断口的电压分布值。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：通过放电球隙直接测量断口电压，排除局部放电、周围设备电晕、断路器支柱等因素对断口电压分布影响，通过计算断路器开断容性负载后直流分量在两个断口的分布，为交流滤波器断路器放电故障诊断提供指导，还可以帮助生产运行人员掌握断路器开断容性负载后两个断口的电压分布情况。

附图说明

图1为500kV交流滤波器断路器的结构示意图；

图2为本发明测量系统的测量组件的结构示意图；

图3为本发明方法直接测量断路器第一断口电压的示意图；

图4为本发明方法间接测量断路器第二断口电压的示意图；

图5为本发明方法直接测量断路器第二断口电压的示意图；

图6为本发明方法间接测量断路器第一断口电压的示意图；

图7为本发明方法计算断口电压分布的等效阻抗电路图。

图8为本发明实测500kV交流滤波器断路器断口电压分布的流程图；

附图标记说明：1-断路器；2-三联箱；3-断路器支柱；4-放电球隙；5-放电球隙支柱；6-保护电阻；7-直流高压发生器；8-直流控制装置；9-放电棒；10-交流电源；11-第一断口；12-第二断口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

请参照图1和图2所示，一种500kV交流滤波器断路器断口电压测量系统，其为对适用于Y型或T型结构500kV断路器断口电压测量。该测量系统包括断路器1、三联箱2和断路器支柱3，所述断路器1具有第一断口11和第二断口12，所述第一断口11和第二断口12分别连接在三联箱2的左右两侧，所述三联箱2的下侧连接断路器支柱3，所述断路器支柱3的另一端接地，还包括用于测量断路器1断口电压的测量组件，所述测量组件包括放电球隙4、放电球隙支柱5、直流高压发生器7、直流控制装置8和放电棒9，所述放电球隙4由两个完全相同的放电铜球组成，所述放电铜球分别由放电球隙支柱5支撑，所述放电球隙4的一端接地，所述直流控制装置8的输出端连接直流高压发生器7的控制端以使直流高压发生器7向放电球隙4的另一端输出不同的直流电压信号，所述高压发生器7的接地端与放电棒9连接。

其中，所述直流高压发生器7由硅堆和倍压电容组成，所述直流控制装置8由交流电源10供电，所述直流控制装置8调节直流高压发生器7的输入电压，经过硅堆及倍压电容最终控制直流高压发生器7输出电压的大小，输出电压极性由硅堆方向决定。

其中，所述直流高压发生器7输出端设保护电阻6。

一种采用上述500kV交流滤波器断路器断口电压测量系统进行断口电压测量的方法，包括以下步骤：

步骤1、如图2所示，将放电球隙4的一端接地，另一端连接直流高压发生器7，调节放电球隙4的长度，测量至少10组击穿电压，记录数据并判断击穿电压的稳定性，选取击穿电压稳定的球隙长度；

步骤2、如图3所示，将断路器1的第一断口11并联放电球隙4并接地，直流高压发生器7的输出端与三联箱2连接，通过直流控制装置8调节直流高压发生器7的输出电压，使放电球隙4击穿，得到此时第一断口11的断口电压U₁，记录至少3组数据，计算出平均值

步骤3、如图4所示，保持断路器1的第一断口11并联放电球隙4并接地，将直流高压发生器7的输出端与断路器1的第二断口12连接，通过直流控制装置8使直流高压发生器7均匀升压，直至放电球隙4击穿，记录此时直流高压发生器7的输出电压U，计算第二断口12的断口电压U₂＝U-U₁，记录至少3组数据，计算出平均值

步骤4、如图5所示，将断路器1的第二断口12并联放电球隙4并接地，直流高压发生器7的输出端与三联箱2连接，通过直流控制装置8调节直流高压发生器7的输出电压，使放电球隙4击穿，得到此时第二断口12的断口电压U'₂，记录至少3组数据，计算出平均值

步骤5、如图6所示，保持断路器1的第二断口12并联放电球隙4并接地，将直流高压发生器7的输出端与断路器1第一断口11连接，通过直流控制装置8使直流高压发生器7均匀升压，直至放电球隙4击穿，记录此时直流高压发生器7的输出电压U'，计算第一断口11的断口电压U₁'＝U'-U'₂，记录至少3组数据，计算出平均值

步骤6、计算断路器1第一断口11与第二断口12的电压分布：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{Y}{X//Z}=\frac{\stackrel{\‾}{U_2}}{\stackrel{\‾}{U_1}}\\ \frac{X}{Y//Z}=\frac{\stackrel{\‾}{U_1^{\′}}}{\stackrel{\‾}{U_2^{\′}}}\end{array}\right.$

如图7所示，其中X为第一断口11的阻抗，Y为第二断口12的阻抗，Z为断路器支柱3和放电球隙支柱5的并联阻抗，X//Z为X和Z并联后的总阻抗，Y//Z为Y和Z并联后的总阻抗，通过上述公式，最终消除Z，得到X/Y的比值即为断路器1第一断口11与第二断口12的电压分布值。

下面以一台T型500kV交流滤波器断路器测试实例，对本发明的测量方法进行具体说明，整个测试流程如图8所示，主要包括以下五个步骤：

步骤1、试验仪器准备

1)直流高压发生器1套，300kV，5mA。

2)放电铜球2个，可调节球隙长度0～30mm。

步骤2试验接线

1)测量放电球隙4的稳定性，一个放电铜球接高压直流发生器7，另一个放电铜球接地，详见图2所示。

2)直接测量第一断口11的断口电压，第一断口11并联放电球隙4并接地，直流高压发生器7与三联箱2连接，详见图3所示。

3)间接测量第二断口12的断口电压，第一断口11并联放电球隙4并接地，直流高压发生器7与第二断口12连接，详见图4所示。

4)直接测量第二断口12的断口电压，第二断口12并联放电球隙4并接地，直流高压发生器7与三联箱2连接，详见图5所示。

5)间接测量第一断口11的断口电压，第二断口12并联放电球隙4并接地，直流高压发生器7与第一断口11连接，详见图6所示。

步骤3数据记录

1)记录试验环境温度、相对湿度。

2)记录每组放电球隙4的击穿电压10次，选取稳定性好的球隙长度，如表a所示。

3)放电球隙4并联在第一断口11，直流高压发生器7分别接三联箱2和第二断口12，记录放电球隙4的击穿电压，正负极性各3次，如表b所示。

4)放电球隙4并联在第二断口12，直流高压发生器7分别接三联箱2和第一断口11，记录放电球隙4的击穿电压，正负极性各3次，如表c所示。

试验数据记录如下：

a.放电球隙击穿电压

b.放电球隙并联在第一断口的测试数据

c.放电球隙并联在第二断口的测试数据

步骤4试验数据分析

根据表b数据可知，第一断口11电压与第二断口12电压不相等，表c也存在相同现象，说明断路器支柱3和放电球隙支柱5对电压分布影响较大，消除绝缘支柱的影响尤为重要。此外，对比放电球隙4并联第一断口11和第二断口12的两种工况，非接地侧与接地侧电压比值不相等，说明第一断口11与第二断口12承受电压存在差异。

步骤5计算断路器断口电压分布

如图7所示，通过设第一断口11的阻抗为X，第二断口12的阻抗为Y，断路器支柱3和放电球隙支柱5的并联阻抗为Z，联合建立两组三元一次方程，最终消除Z，得到断路器1第一断口11与第二断口12正负极性电压分布。

1)正极性：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{Y}{X//Z}=\frac{43.0}{20.1}\\ \frac{X}{Y//Z}=\frac{58.5}{20.1}\end{array}\right.---\left(1\right)$

由上式可得，X/Y＝3.9/3.1≈1.26，即此交流滤波器断路器正极性直流残压断口间分布不均匀系数达1.26。

2)负极性：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{Y}{X//Z}=\frac{43.3}{20.9}\\ \frac{X}{X//Z}=\frac{58.7}{20.9}\end{array}\right.---\left(2\right)$

由上式可得，X/Y＝3.8/3.1≈1.23，即此交流滤波器断路器负极性直流残压断口间分布不均匀系数达1.23。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种500kV交流滤波器断路器断口电压测量系统，包括断路器(1)、三联箱(2)和断路器支柱(3)，所述断路器(1)具有第一断口(11)和第二断口(12)，所述第一断口(11)和第二断口(12)分别连接在三联箱(2)的左右两侧，所述三联箱(2)的下侧连接断路器支柱(3)，所述断路器支柱(3)的另一端接地，其特征在于，还包括用于测量断路器(1)断口电压的测量组件，所述测量组件包括放电球隙(4)、放电球隙支柱(5)、直流高压发生器(7)、直流控制装置(8)和放电棒(9)，所述放电球隙(4)由两个完全相同的放电铜球组成，所述放电铜球分别由放电球隙支柱(5)支撑，所述放电球隙(4)的一端接地，所述直流控制装置(8)的输出端连接直流高压发生器(7)的控制端以使直流高压发生器(7)向放电球隙(4)的另一端输出不同的直流电压信号，所述高压发生器(7)的接地端与放电棒(9)连接。

2.根据权利要求1所述的500kV交流滤波器断路器断口电压测量系统，其特征在于，所述直流高压发生器(7)的输出端设保护电阻(6)。

3.一种采用权利要求1-2任一项所述的500kV交流滤波器断路器断口电压测量系统进行断口电压测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将放电球隙(4)的一端接地，另一端连接直流高压发生器(7)，调节放电球隙(4)的长度，测量至少10组击穿电压，记录数据并判断击穿电压的稳定性，选取击穿电压稳定的球隙长度；

步骤2、将断路器(1)的第一断口(11)并联放电球隙(4)并接地，直流高压发生器(7)的输出端与三联箱(2)连接，通过直流控制装置(8)调节直流高压发生器(7)的输出电压，使放电球隙(4)击穿，得到此时第一断口(11)的断口电压U₁，记录至少3组数据，计算出平均值

步骤3、保持断路器(1)的第一断口(11)并联放电球隙(4)并接地，将直流高压发生器(7)的输出端与断路器(1)的第二断口(12)连接，通过直流控制装置(8)使直流高压发生器(7)均匀升压，直至放电球隙(4)击穿，记录此时直流高压发生器(7)的输出电压U，计算第二断口(12)的断口电压U₂＝U-U₁，记录至少3组数据，计算出平均值

步骤4、将断路器(1)的第二断口(12)并联放电球隙(4)并接地，直流高压发生器(7)的输出端与三联箱(2)连接，通过直流控制装置(8)调节直流高压发生器(7)的输出电压，使放电球隙(4)击穿，得到此时第二断口(12)的断口电压U'₂，记录至少3组数据，计算出平均值

步骤5、保持断路器(1)的第二断口(12)并联放电球隙(4)并接地，将直流高压发生器(7)的输出端与断路器(1)的第一断口(11)连接，通过直流控制装置(8)使直流高压发生器(7)均匀升压，直至放电球隙(4)击穿，记录此时直流高压发生器(7)的输出电压U'，计算第一断口(11)的断口电压U′₁＝U'-U'₂，记录至少3组数据，计算出平均值

步骤6、计算断路器(1)第一断口(11)与第二断口(12)的电压分布：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{Y}{X//Z}=\frac{\stackrel{\‾}{U_2}}{\stackrel{\‾}{U_1}}\\ \frac{X}{Y//Z}=\frac{\stackrel{\‾}{U_1^{\′}}}{\stackrel{\‾}{U_2^{\′}}}\end{array}\right.$

其中X为第一断口(11)的阻抗，Y为第二断口(12)的阻抗，Z为断路器支柱(3)和放电球隙支柱(5)的并联阻抗，X//Z为X和Z并联后的总阻抗，Y//Z为Y和Z并联后的总阻抗，通过上述公式，最终消除Z，得到X/Y的比值即为断路器(1)第一断口(11)与第二断口(12)的电压分布值。