CN106841943A - 一种用于gis试验的小型化大容量耐压装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于GIS试验的小型化大容量耐压装置，分别与外接电源和被试验GIS设备连接，用于实现GIS设备的耐压试验，所述装置包括整体移动底盘和设置在整体移动底盘上的电抗模块、电容模块和隔离阻抗模块，所述电抗模块、电容模块和隔离阻抗模块均为由SF6气体绝缘的金属封闭模块，共同连接形成串联谐振升压电路，所述电抗模块的输入端与外接电源连接，输出端与隔离阻抗模块的输入端连接，所述隔离阻抗模块的输出端分别与电容模块和被试验的GIS设备连接。与现有技术相比，本发明具有容量大、小型化、具有脉冲电流法局部放电测量功能以及可移动等优点。

Description

一种用于GIS试验的小型化大容量耐压装置

技术领域

本发明涉及变电站装置，尤其是涉及一种用于GIS试验的小型化大容量耐压装置。

背景技术

GIS耐压有串联谐振耐压和变压器工频耐压两种方式。串联谐振耐压试验方法中电抗器是一关键的设备，传统的油浸式电抗器需保证绝缘距离，这意味着试验现场必须有足够的空间以满足安全距离的要求。在地下变电站和户内变电站等内部空间相对狭小的应用环境下，传统的串联谐振试验装置的使用会受到很大的限制。

对于用电负荷相对集中的大中型城市，受到土地资源紧缺、外部自然环境恶劣等影响而需要减少变电站的占地面积，甚至建设地下变电站。而在变电站建设过程中，地下变电站的空间狭小，通常采用GIS设备以节省占地和高度，GIS设备需要在正式运行前做耐压试验，常规的试验装置体积庞大，因此在建筑构件设计时需要考虑足够的带电安全间距，大间距的经济性方面并不合理，施工难度也较大，因此从必要性和经济性分析，大容量小型化耐压试验装置优势明显，有较大的研究价值。

串联谐振耐压试验方法中电抗器是一关键的设备，传统的油浸式电抗器体积庞大，需借助套管引出保证绝缘，这意味着试验现场必须有足够的空间以满足安全距离的要求。地下变电站由于内部空间相对狭小，传统的串联谐振试验装置的使用会受到很大的限制。

为解决此问题，国外首先研制出SF6气体绝缘变压器，将它和耦合电容器、测量单元集成一体，做成全封闭式结构直接与被试GIS连接，构成全屏蔽的试验回路，这种结构也解决了高压试验时的安全距离问题，因此特别适用于变电站GIS设备的现场绝缘试验，但是由于采用了变压器升压原理，存在设备容量过小的问题，可同时开展耐压试验的GIS间隔数仅为单间隔1～2相。

我国也开发了此类产品，并已有应用案例。目前国内外已有德国High Voltage公司、上海思源、苏州华电等几家企业处于相关技术及产品的试验研发阶段。但现阶段其试制的试验装备容量较小，设备重量也较重，同时针对地下变电站的特殊试验方案不规范、不明确，待进一步规范化。

因此，亟需研制一种适用于地下变电站和户内变电站等内部空间相对狭小的应用环境下的GIS大容量耐压装置，要求该装置小型化，能够在狭小空间中完成各种耐压试验，能够保证有足够大的耐压容量，以便连接较多的被试验GIS设备，减少试验的次数。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种用于GIS试验的小型化大容量耐压装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于GIS试验的小型化大容量耐压装置，分别与外接电源和被试验GIS设备连接，用于实现GIS设备的耐压试验，所述装置包括整体移动底盘和设置在整体移动底盘上的电抗模块、电容模块和隔离阻抗模块，所述电抗模块、电容模块和隔离阻抗模块均为由SF6气体绝缘的金属封闭模块，共同连接形成串联谐振升压电路，所述电抗模块的输入端与外接电源连接，输出端与隔离阻抗模块的输入端连接，所述隔离阻抗模块的输出端分别与电容模块和被试验的GIS设备连接。

所述电抗模块包括串联的低电位电抗组件和高电位电抗组件，所述低电位电抗组件的输入端与外接电源连接，所述高电位电抗组件的输出端与隔离阻抗模块连接。

所述低电位电抗组件包括依次连接的肘形电缆连接头、第一内部绕组、低电位导电杆、第二内部绕组和500kV盆式绝缘子，所述肘形连接头与外接电源连接，所述500kV盆式绝缘子与高电位电抗组件连接。

所述高电位电抗组件包括依次连接的500kV盆式绝缘子、端部连接件、第三内部绕组、高电位导电杆、第四内部绕组和800kV盆式绝缘子，所述500kV盆式绝缘子与低电位电抗组件连接，所述800kV盆式绝缘子与隔离阻抗模块连接。

所述电容模块包括罐体和设置在罐体内部的800kV盆式绝缘子、电容器和接线端子，所述800kV盆式绝缘子分别与隔离阻抗模块和电容器连接，所述电容器末端固定于罐体的罐盖上，与罐盖上的接线端子连接。

所述隔离阻抗模块包括壳体和设置在壳体内部的2个800kV盆式绝缘子和隔离阻抗，所述第一个800kV盆式绝缘子分别与电抗模块和隔离阻抗连接，所述隔离阻抗与第二个800kV盆式绝缘子连接，所述第二个800kV盆式绝缘子与电容模块连接。

所述隔离阻抗模块还包括接地开关和方波电极，所述方波电极设置在接地开关上，所述接地开关在插入时与隔离阻抗连接，在拔出时与壳体连接。

所述整体移动底盘包括板体和设置在板体上的移动轮、牵引挂钩、底盘吊耳和调节支撑零件，所述移动轮均匀分布在板体底面，所述牵引挂钩位于板体的端部，所述底盘吊耳均匀的分布于板体的边沿，所述调节支撑零件均匀的分布在板体底面。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)该GIS大容量耐压装置，通过电抗模块、电容模块和隔离阻抗模块的完整连接形成串联谐振升压电路，且各个模块均为由SF6气体实现绝缘的金属封闭结构，这种结构可以大大减小各个模块的体积，从而减小整个装置的体积，因此与常规串联谐振耐压装置相比，容量更大，占地面积更小，且层高要求更低，继而使得土建消耗的成本低，大大降低了使用成本。

(2)隔离阻抗模块设有接地开关和方波电极，可以实现在试验前用标准方波对局部放电量进行标定，从而实现局部放电的测量。

(3)装置底部设有整体移动底盘，可以实现装置的移动，便于装置的灵活运输，使得装置的适用范围更广，使用灵活性更高。

附图说明

图1为本发明装置的整体结构主视图；

图2为低电位电抗组件的主视图；

图3为高电位电抗组件的主视图；

图4为电容模块的主视图；

图5为隔离阻抗模块的示意图，其中(5a)为主视图，(5b)为右视图；

图6为整体移动底盘的示意图，其中(6a)为主视图，(6b)为仰视图；

其中，1为整体移动底盘，2为低电位电抗组件，3为高电位电抗组件，4为电容模块，5为隔离阻抗模块，21为低电位导电杆，22为肘形电缆连接头，31为高电位导电杆，41为接线端子，42为电容器，51为壳体，52为隔离阻抗，53为方波电极，54为接地开关，61为调节支撑零件，62为底盘吊耳，63为移动轮，64为牵引挂钩。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示为本实施例中提供的一种用于GIS试验的小型化大容量耐压装置，分别与外接电源和被试验GIS设备连接，用于实现GIS设备的耐压试验，装置包括整体移动底盘1和设置在整体移动底盘1上的电抗模块、电容模块4和隔离阻抗模块5，电抗模块、电容模块4和隔离阻抗模块5均为由SF6气体绝缘的金属封闭模块，共同连接形成串联谐振升压电路，电抗模块的输入端与外接电源连接，输出端与隔离阻抗模块5的输入端连接，隔离阻抗模块5的输出端分别与电容模块4和被试验的GIS设备连接。

其中，电抗模块包括串联的低电位电抗组件2和高电位电抗组件3，低电位电抗组件2的输入端与外接电源连接，高电位电抗组件3的输出端与隔离阻抗模块5连接。低电位电抗组件2包括依次连接的肘形电缆连接头22、第一内部绕组、低电位导电杆21、第二内部绕组和500kV盆式绝缘子，肘形连接头与外接电源连接，500kV盆式绝缘子与高电位电抗组件3连接。高电位电抗组件3包括依次连接的500kV盆式绝缘子、端部连接件、第三内部绕组、高电位导电杆31、第四内部绕组和800kV盆式绝缘子，500kV盆式绝缘子与低电位电抗组件2连接，800kV盆式绝缘子与隔离阻抗模块5连接。电容模块4包括罐体和设置在罐体内部的800kV盆式绝缘子、电容器42和接线端子41，800kV盆式绝缘子分别与隔离阻抗模块5和电容器42连接，电容器42末端固定于罐体的罐盖上，与罐盖上的接线端子41连接。隔离阻抗模块5包括壳体51和设置在壳体51内部的2个800kV盆式绝缘子和隔离阻抗52，第一个800kV盆式绝缘子分别与电抗模块和隔离阻抗52连接，隔离阻抗52与第二个800kV盆式绝缘子连接，第二个800kV盆式绝缘子与电容模块4连接。隔离阻抗模块5还包括接地开关54和方波电极53，方波电极53设置在接地开关54上，接地开关54在插入时与隔离阻抗52连接，在拔出时与壳体51连接。整体移动底盘1包括板体和设置在板体上的移动轮63、牵引挂钩64、底盘吊耳62和调节支撑零件61，移动轮63均匀的分布在板体底面，牵引挂钩64位于板体的端部，底盘吊耳62均匀的分布于板体的边沿，调节支撑零件61均匀的分布在板体底面。

根据上述模块的设置，经对多个地下变电站和户内变电站的GIS设备区空间布置、通道走廊、运输路径等的调研，最终确定成套装置的主体部分的外形尺寸：长<4.9m，宽<2m，高<3.5m。该装置的整体结构为：电源联接电抗器(低电位)处的肘型电缆附件，由电抗器(低电位)通过联接罐和550kV盆式绝缘子串接电抗器(高电位)，通过800kV盆式绝缘子联接隔离阻抗52，再分支两个出口，一端通过盆子联接电容器42，另一端通过盆子作为对接试品接口。在分支电容器42和出口的中心部件处，在隔离阻抗52罐体上设有接地开关54。设备的移动通过牵引车牵引或推车推动。成套设备重量：约7800kg。

其中各个部位的结构及参数为：

1)电抗器(低电位)结构及参数

11)外形尺寸：长1620*宽1400*高1530

12)结构说明：通过肘型电缆进线，联接内部绕组1，在通过导电杆实现两绕组的串联，最终通过550kV盆式绝缘子输出。

13)设备重量：约1400kg

14)外形图：如图2所示。

2)电抗器(高电位)结构及参数

21)外形尺寸：长1880*宽1500*高1580

22)结构说明：550kV盆式绝缘子输入电压，通过端部连接件联接内部绕组一，再通过导电杆实现两绕组的串联，最终通过800kV盆式绝缘子输出。

23)设备重量：1550kg

24)技术参数：

额定电压750kV，额定电流2.5A，额定容量1800kVar，电感量995H±5％，品质因数≥60，非线性度≤1％，SF6气体绝缘，冷却方式气体自冷式，运行时间750kV/2.4A下连续运行10min间隔8h，在规定运行时间内绕组温升≤75，

25)外形图：如图3所示。

3)电容器42结构及参数

31)外形尺寸：长3575*宽1170*高1270

32)结构说明：800kV盆式绝缘子输入电压，并通过导体联接电容器42，电容器42末端固定在壳体罐盖上，罐盖设有一接线柱，与电容器42末端输出联接。

33)设备重量：约1250kg

34)技术参数

额定电压750kV，标称电容量350pF，工频耐压水平1.1倍额定电压1min，介质损耗因数≤0.3％，测量不确定度≤1％，装在SF6气体罐内，由高压臂、低压臂可测量高压电压，端部引出可注入方波。

35)外形图：如图4所示。

4)隔离阻抗结构及参数

41)外形尺寸：长1160*宽1810*高2930

42)结构说明：800kV盆式绝缘子输入电压，并通过导体联接隔离阻抗52，下端用绝缘子支撑，上端通过导体联接电容器罐和输出，侧面装有接地开关54和方波电极53。

43)设备重量：约1650kg

44)外形图：如图5所示。

5)底盘结构及参数

51)外形尺寸：长4600*宽1900*高440

52)结构说明：由200*200工字钢组成框架结构，中部用20#槽钢和200*200工字钢组合成中部支撑，设有电抗器安装孔、隔离阻抗安装孔、移动轮和调节支撑等。

53)设备重量：约1550kg

54)外形图：如图6所示。

整套装置基于串联谐振原理，由励磁变输入电压，由变频柜产生频率可调的输出信号，在试品电容和电抗器之间的30～300Hz频率范围内产生谐振，品质系数可达40以上。励磁变压器为单相，额定频率50Hz，工作频率30～300Hz，额定容量60kVA，额定输入电压0.35kV/0.4kV两种电压，低压可串/并联，额定输入电流171.4A×2，额定输出电压25kV，额定输出电流2.4A，阻抗电压<6％(所有高压线圈与低压之间)，绝缘水平低压线圈对地5kV/1min，高压线圈对地27.5kV/1min，冷却方式ONAN，额定容量下运行60min，线圈温升≤65K，油面温升≤55K。变频电源额定容量75kW(30～300Hz范围内)，输入电压三相380V±10％，输入频率50Hz，额定输出电压单相0～350V(正弦波)连续可调，输出电压不稳定度≤1％，工作频率范围30～300Hz，频率分辨率0.01Hz，绝缘水平AC 3kV/1min，局部放电水平<5pC，冷却方式强迫风冷，连续运行时间60min(额定输出时)。

GIS是封闭式气体绝缘和环氧固体绝缘的混合绝缘系统，特点是在一个金属封闭体内充满SF6气体，用环氧浇注的绝缘子，把载流导体支撑在外壳上。由于GIS内工作场强很高，就可能产生局部放电。

脉冲电流法是目前较为灵敏的局部放电检测法，脉冲电流法的基本原理是：试品在加压情况下发生局部放电时，两端会产生一个瞬时的电压变化，此时如果经过一个耦合电容耦合到一个检测阻抗上，回路中就会产生一个脉冲电流，将该脉冲电流流经检测阻抗产生的脉冲电压予以采集、放大和显示处理，就可测定局部放电基本量。这种方法灵敏度高，是目前国际电工委员会推荐进行局部放电测试的一种通用方法。

用脉冲电流法测量时，在示波器50Hz扫描椭圆时基上，可以看到不同的放电图形。本实施例中可以用脉冲电流法测出局部放电的放电电荷、放电能量、放电相位、两次放电间的时间间隔等参数，分析其统计量及其分布。

为了保证GIS的产品质量和安全运行，必须进行局部放电的测量，我国GB7674关于SF6封闭式组合电器的国家标准中规定，要在和1.1Um/√3(Um为试品的额定工作电压)进行局部放电的测量。为了控制产品质量，在生产过程中要对绝缘子和GIS间隔预先进行局部放电的测量，通常情况下，允许局部放电的水平，国家电网公司要求整间隔小于5pC，绝缘件小于3pC。出厂局部放电的指标，特殊情况下由制造厂可能达到的水平与用户商定。

目前GIS中局部放电的测量，在厂内主要是用脉冲电流法，可以得到以pC为单位的局部放电量；在现场往往由于环境干扰、升压装置自身干扰、高压试验接线等的干扰，而采用超声波法或者特高频法，这两种方法的检测结果以mV为单位，与出厂试验值无法对比。

本实施例的升压装置由于采用了气体绝缘金属封闭结构，所有高压导体均内置，内外部的干扰信号都得到消除，因此可以在现场试验中应用脉冲电流法进行局部放电测量时。本装置采用并联直测法的试验线路。测试方法按GB 7354《局部放电测量》国家标准有关规定。测量的灵敏度高，可测最小放电量不大于1pC。

为了解决试验前用标准方波对局部放电量进行标定的问题，在隔离阻抗52与试品GIS连接的部位增加了一个类似接地开关的方波脉冲注入装置，如图(5b)所示。

图中“接地开关”与一般的接地开关的工作状态不同，它在插入时，与装置内部导体接通，与外壳绝缘，将校准的方波信号注入试验测试回路，在拉出时，它和外壳连接，处于接地导通状态，屏蔽所有外部信号。

局部放电量的单位为pC，一般进行局放试验时，应先保证试验场地背景干扰不太大，然后使用方波发生器对局放仪进行校准。局放试验试验应在耐受电压之后进行，迅速下降电压至测量电压点(1.1*Um/√3)。最少保持1分钟后进行测量。

耐压试验中，若GIS试品绝缘状况不佳，则会出现击穿。击穿时会有高频高能量的电磁波和电流信号，本实施例利用一种基于振动测试的GIS现场耐压试验的击穿故障定位方法。该方法要事先在被试范围内的GIS外壳上布置多个振动传感器进行监测，采集GIS击穿故障发生时的振动信号，通过比较分析各测点信号间的幅值差和时间差来进行故障定位。

与现有的人工听声音、事后测量SF6气室内分解物浓度等击穿定位方法相比，基于振动的定位法具有测试精度高，抗电磁干扰能力强的优点。通过振动测试来实现故障定位，避免了大面积解体检查的麻烦，从而有效地提高了现场施工进度，同时消除了由于大面积解体带来的质量隐患。

Claims (8)

1.一种用于GIS试验的小型化大容量耐压装置，分别与外接电源和被试验GIS设备连接，用于实现GIS设备的耐压试验，其特征在于，所述装置包括整体移动底盘和设置在整体移动底盘上的电抗模块、电容模块和隔离阻抗模块，所述电抗模块、电容模块和隔离阻抗模块均为由SF6气体绝缘的金属封闭模块，共同连接形成串联谐振升压电路，所述电抗模块的输入端与外接电源连接，输出端与隔离阻抗模块的输入端连接，所述隔离阻抗模块的输出端分别与电容模块和被试验的GIS设备连接。

2.根据权利要求1所述的用于GIS试验的小型化大容量耐压装置，其特征在于，所述电抗模块包括串联的低电位电抗组件和高电位电抗组件，所述低电位电抗组件的输入端与外接电源连接，所述高电位电抗组件的输出端与隔离阻抗模块连接。

3.根据权利要求2所述的用于GIS试验的小型化大容量耐压装置，其特征在于，所述低电位电抗组件包括依次连接的肘形电缆连接头、第一内部绕组、低电位导电杆、第二内部绕组和500kV盆式绝缘子，所述肘形连接头与外接电源连接，所述500kV盆式绝缘子与高电位电抗组件连接。

4.根据权利要求2所述的用于GIS试验的小型化大容量耐压装置，其特征在于，所述高电位电抗组件包括依次连接的500kV盆式绝缘子、端部连接件、第三内部绕组、高电位导电杆、第四内部绕组和800kV盆式绝缘子，所述500kV盆式绝缘子与低电位电抗组件连接，所述800kV盆式绝缘子与隔离阻抗模块连接。

5.根据权利要求1所述的用于GIS试验的小型化大容量耐压装置，其特征在于，所述电容模块包括罐体和设置在罐体内部的800kV盆式绝缘子、电容器和接线端子，所述800kV盆式绝缘子分别与隔离阻抗模块和电容器连接，所述电容器末端固定于罐体的罐盖上，与罐盖上的接线端子连接。

6.根据权利要求1所述的用于GIS试验的小型化大容量耐压装置，其特征在于，所述隔离阻抗模块包括壳体和设置在壳体内部的2个800kV盆式绝缘子和隔离阻抗，所述第一个800kV盆式绝缘子分别与电抗模块和隔离阻抗连接，所述隔离阻抗与第二个800kV盆式绝缘子连接，所述第二个800kV盆式绝缘子与电容模块连接。

7.根据权利要求6所述的用于GIS试验的小型化大容量耐压装置，其特征在于，所述隔离阻抗模块还包括接地开关和方波电极，所述方波电极设置在接地开关上，所述接地开关在插入时与隔离阻抗连接，在拔出时与壳体连接。

8.根据权利要求1所述的用于GIS试验的小型化大容量耐压装置，其特征在于，所述整体移动底盘包括板体和设置在板体上的移动轮、牵引挂钩、底盘吊耳和调节支撑零件，所述移动轮均匀分布在板体底面，所述牵引挂钩位于板体的端部，所述底盘吊耳均匀的分布于板体的边沿，所述调节支撑零件均匀的分布在板体底面。