CN107271869A - 高海拔地区750kV并联电抗器局部放电试验方法 - Google Patents

高海拔地区750kV并联电抗器局部放电试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高海拔地区750kV并联电抗器局部放电试验方法，采用高海拔地区750kV并联电抗器局部放电试验装置，包括变频电源、隔离变压器T、串联谐振电容C0、并联补偿电容C1、C2、被试电抗器L0、阻波电抗器LP以及局部放电测量回路PD，试验采用串联谐振升压的方式，通过调节变频电源的电压频率，使被试电抗器L0与回路中的电容器形成谐振即可在被试电抗器上得到需要的试验电压。通过局部放电试验检测750kV并联电抗器绝缘性能，对于750kV并联电抗器的安全使用及超高压电网的稳定运行有非常重要的意义。

Description

高海拔地区750kV并联电抗器局部放电试验方法
技术领域
本发明涉及现场局部放电试验技术领域，尤其涉及一种高海拔地区750kV并联电抗器局部放电试验方法。
背景技术
西北750kV超高压输变电工程是我国西北地区运行电压等级最高的输变电工程，形成的750kV电网骨干网架，对实现我国资源优化配置具有重要意义。750kV并联电抗器作为一种提供无功补偿的装置，在电网运行中起到了非常重要的作用。且随着我国超高压电网与特高压电网的发展与建设，这种作用将越发明显。但与此同时，750kV并联电抗器在运行过程中的问题也日渐增多，除振动大、噪音高等问题外，750kV并联电抗器内部由于局部放电、发热等问题造成的电抗器油色谱异常的现象较为突出，情况严重时会引起故障停运。并联电抗器的绝缘性能是否良好影响着电网的安全可靠运行，所以对并联电抗器进行局部放电试验是非常必要的。
传统的工频试验变压器体积大重量重、对运输以及安装都带来极大的困难，而且在进行高电压等级的交流耐压试验中还需要使用大容量的试验电源，有时无法在现场进行试验。通过变频电源和串联谐振技术实现交流耐压试验，是现阶段鉴定电气设备绝缘强度最直接有效的方法。
目前国内已通过串联谐振技术成功完成500kV并联电抗器现场局部放电试验，但开展750kV并联电抗器现场局部放电试验仍然没有可以直接应用的标准，也没有成熟的技术和经验提供支持。由于试验现场处于变电站内，试验电压等级高、设备容量大、背景干扰强，传统的500kV试验回路无法满足更高电压等级试验的要求。因此提出改进的试验方法并应用于750kV并联电抗器局部放电现场试验。
发明内容
本发明的目的是：为了克服上述现有技术存在的缺陷，从而提供一种750kV并联电抗器局部放电试验方法，并应用于高海拔地区750kV电压等级的局部放电试验中。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：高海拔地区750kV并联电抗器局部放电试验方法，采用高海拔750kV并联电抗器现场局部放电试验装置，其特征在于：所述试验装置包括变频电源、隔离变压器T、串联谐振电容C0、并联补偿电容C1，C2、被试电抗器L0、阻波电抗器LP以及局部放电测试仪PD；变频电源输出连接隔离变压器T低压输入端，隔离变压器高压输出端连接串联谐振电容C0和被试电抗器L0，在串联谐振电容C0和被试电抗器L0之间并联补偿电容C1，C2，并联补偿电容同时作为电容分压器使用，在被试电抗器L0高压端安装阻波电抗器LP，在被试电抗器L0套管末屏处连接局部放电测试仪PD；
试验采用串联谐振升压的方式，通过调节变频电源的电压频率，使被试电抗器L0与回路中的电容器形成谐振即可在被试电抗器上得到需要的试验电压；所述方法包括如下步骤：
(1)考虑到所有被试电抗器电感值范围、变频电源频率范围选择在80-300Hz范围内，并要满足只使用一套电容器设备满足不同电感值的电抗器的局部放电试验，通过谐振频率计算公式选取合适的电容器电容参数；
(2)根据选取的电容器电容值及不同的被试电抗器电感值计算确定每个电抗器测试回路的回路谐振频率；
(3)根据试验具体实施步骤进行试验，观察并记录数据。
进一步地，试验装置包括450kW变频电源、450kVA/30kV隔离变压器、1mH/2mH阻波电抗器、局部放电测试仪、0.08μF/267kV电容器9台，3台串联为一组，每组电容器高压端安装Φ600×2300mm双环均压环；电源输出端连接隔离变压器，然后与谐振电路相连；将一组电容器用做串联谐振电容与被试电抗器串联，两组与被试电抗器并联提供补偿；回路采用串联谐振升压方式，调整电源频率使电路发生谐振，逐渐升压以达到最高试验电压为UL＝768kV。
进一步地，由于现场试验背景干扰大，采取如下抗干扰措施：
(1)保证试验回路各连接处连接稳固，提高电容器均压环尺寸，避免发生局部放电或电晕放电，有效降低回路等效电阻；
(2)在被试电抗器高压端安装阻波电抗器，在套管末屏处安装测量阻抗以及局部放电测试仪，减小来自试验回路对测量回路的干扰；
(3)回路在被试电抗器低压侧采用单点接地，避免接地回路产生耦合干扰；
(4)清理试验现场其他可能存在悬浮电位的物体或使其可靠接地。
进一步地，因试验现场位于高海拔地区，海拔高度升高会降低设备外绝缘性能，因此采取相关的改善措施是：试验中使用在电容器高压端装设的均压环设计为Φ600×2300mm双环结构，试验导线采用Φ800防晕导线。
进一步地，现场试验时，每台并联电抗器每一相单独加压试验，连接好试验回路后，首先根据电抗器电感值在2％试验电压下调整电源频率至最佳谐振频率，之后在不超过40％试验电压情况下再调整一次，这样可以避免由于电压上升速度太快以及电压波动可能导致的电压保护动作。
进一步地，试验加压程序如下：试验最高电压为U1＝1.66p.u，调整好电源频率后，施加电压时，先增加至U1＝1.1p.u持续五分钟，无异常增加至U2＝1.44p.u继续持续五分钟，无异常情况增加至U3进行局部放电观测，并记录数据，持续时间视具体情况而定；记录完毕后降低电压至电压U2并持续观察并记录放电情况；随后降低至电压U1，观察并记录放电情况；最后降低电压至零并断开电源。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、首次提出适用于750kV并联电抗器的局部放电现场试验方法，适用于不同电感值的750kV电抗器的局部放电试验。
2、提出了改善750kV现场试验干扰较大的措施，保证实验数据的准确。
附图说明
图1是750kV电抗器局部放电试验回路。
其中：T：隔离变压器；LT：隔离变压器归算到二次侧电感；R：回路等效电阻；C0：串联谐振电容；C1：电容分压器高压臂；C2：电容分压器低压臂；PD：局部放电测试仪；Lp：阻波电抗器；L0：被试电抗器。
图2是简化谐振回路。
其中：C：串联谐振电容；CB：并联补偿电容；R：回路等效电阻；L0：被试电抗器。
图3是谐振频率与电感和电容之间的关系。
图4是施加试验电压步骤。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。
如图1所示，本发明实施例提供的高海拔地区750kV并联电抗器局部放电试验方法，采用高海拔地区750kV并联电抗器局部放电试验装置，所述试验装置包括变频电源、隔离变压器(T)、串联谐振电容(C0)、并联补偿电容(C1、C2)、被试电抗器(L0)、阻波电抗器(LP)、以及局部放电测试仪(PD)；并联补偿电容同时可作为电容分压器使用。变频电源、隔离变压器(T)、串联谐振电容(C0)和被试电抗器(LP)依次连接，在串联谐振电容(C0)和被试电抗器(L0)之间并联两组补偿电容器(C1、C2)，并联电容器可同时用作电容分压器，在被试电抗器高压端安装阻波电抗器(LP)，在被试电抗器(L0)套管末屏处连接局部放电测试仪(PD)。
试验系统包括450kW变频电源、450kVA/30kV隔离变压器、1mH/2mH阻波电抗器、局部放电测试仪、0.08μF/267kV电容器9台，3台串联为一组，每组电容器高压端安装Φ600×2300mm双环均压环。电源输出端连接隔离变压器，然后与谐振电路相连。将一组电容器用做串联谐振电容与被试电抗器串联，两组与被试电抗器并联提供补偿。回路采用串联谐振升压方式，调整电源频率使电路发生谐振，逐渐升压以达到最高试验电压为UL＝768kV。
为了保证谐振电压足够高，既回路品质因数Q足够大，在试验中应采取等措施来减小回路电阻。回路中的杂散电容和电晕损耗等效电阻会使回路品质因数Q降低。在不良天气下，电晕损耗会增多，造成品质因数降低。随着试验时间的延长，设备受热，等效电阻会增大，也会使得品质因数Q降低。所以为了保证试验回路有足够的品质因数，应采取有效的措施：
1、合理调整均压环大小及导线直径尽量减小电晕放电损耗，并且设备各连接处要连接稳固不能出现松动增加损耗；
2、试验现场环境要尽量配合试验的进行，选择在良好的天气条件下进行试验；
3、合理安排实验加压时间，有需要可以采取散热措施；
4、调整频率与升高电压要互相配合，避免发生较大的电压波动，影响试验。
与以往500kV并联电抗器局部放电试验相比，750kV并联电抗器局部放电试验由于试验电压更高，背景干扰问题更为突出，之前的试验方法无法满足高海拔下750kV并联电抗器局部放电试验的要求。因此提出一些解决干扰问题的措施：
1、保证试验回路各连接处连接稳固，提高电容器均压环尺寸，避免发生局部放电或电晕放电，有效降低回路等效电阻。
2、在被试电抗器高压端安装阻波电抗器，在套管末屏处安装测量阻抗以及局部放电测量回路，减小来自试验回路对测量回路的干扰。
3、回路在被试电抗器低压侧采用单点接地，避免接地回路产生耦合干扰。
4、清理试验现场其他可能存在悬浮电位的物体或使其可靠接地。
因试验现场位于高海拔地区，海拔高度升高会降低设备外绝缘性能，因此本方法提出了相关的改善措施：高海拔地区气压相对平原地区较低，电气设备外绝缘更容易发生局部放电、电晕放电等现象。通过理论分析和实践证明，在海拔0-5000m范围内，高度每升高1000m，平均气压降低7-10kPa，外绝缘强度降低8％-13％。在3500m海拔高度时，外绝缘强度降低约为35％。试验中使用在电容器高压端装设的的均压环设计为Φ600×2300mm双环结构，试验导线采用Φ800防晕导线。经仿真计算，得出其表面最大电场强度未达到电晕放电条件。
回路谐振频率的计算公式为：
其中L为回路等效电感值，C为回路等效电容值。
在计算中，由于杂散电容相对于串联谐振电容C0和并联补偿电容C1、C2通常很小，可以忽略；滤波电感Lp的作用是抑制电容器、变压器及变频电源等设备的产生的高频局放信号，保证对被试电抗器局放信号测量的准确性，由于其电感值相对于被试电抗器的电感值小很多，可以忽略；变压器电感LT也很小，可以忽略；测试阻抗Z用于提取局放信号，不影响回路工作状态，也忽略。于是图1电路可以简化成图2电路，以便于分析其谐振工作特性。
由谐振的基本理论可知，回路电阻R并不会影响谐振频率ω0，而是影响回路的功率因数cosΦ和品质因素Q。一般情况下，被试电抗器的电感L0是定值，而串联谐振电容C和并联补偿电容CB的变化范围也不会很大，当L0、C、CB三者决定了回路谐振频率ω0，调节变频电源的输出电压频率可以在被试电抗器上得到试验电压UL。
被试750kV并联电抗器共16台，电压等级750kV、额定容量60-140MVar、电感值4.8-11.5H。将C+CB的值设定为0.02～2μF，以被试电感为自变量，绘制出式如图3所示的关系图。很明显L0越大或C+CB越大，谐振频率越低。在试验过程中，为确保电抗器处于非饱和状态，将试验谐振频率f0的范围设定为80～300Hz。于是根据电感L0和频率f0的范围，本发明设计的电抗器局放试验电路工作区域位于图3中的虚线框内。
由于现场试验中更换电容器是一件十分困难的事情，而调节变频电源的输出电压频率则相对方便。综合考虑电抗器处于非饱和状态的80～300Hz谐振频率范围和额定容量限制，当串联谐振电容C和并联补偿电容CB之和大约选在0.06～0.1uF之间时，可以满足不更换电容器设备而对所有电抗器进行现场局放测试的要求。为制造方便，电容器选择单台0.08uF，三台串联使用为一组共三组。其中一组用于串联发生谐振，两组用于并联补偿。
现场试验时，每台并联电抗器每一相单独加压试验，连接好试验回路后，首先根据电抗器电感值在2％试验电压下调整电源频率至最佳谐振频率，之后在不超过40％试验电压情况下再调整一次，这样可以避免由于电压上升速度太快以及电压波动可能导致的电压保护动作。
本试验加压程序如图4所示，试验最高电压为U1＝1.66p.u。调整好电源频率后，施加电压时，先增加至U1＝1.1p.u持续五分钟，无异常增加至U2＝1.44p.u继续持续五分钟，无异常情况增加至U3进行局部放电观测，并记录数据，持续时间视具体情况而定；记录完毕后降低电压至电压U2并持续观察并记录放电情况；随后降低至电压U1，观察并记录放电情况；最后降低电压至零并断开电源。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.高海拔地区750kV并联电抗器局部放电试验方法，采用高海拔750kV并联电抗器现场局部放电试验装置，其特征在于：所述试验装置包括变频电源、隔离变压器T、串联谐振电容C0、并联补偿电容C1，C2、被试电抗器L0、阻波电抗器LP以及局部放电测试仪PD；变频电源输出连接隔离变压器T低压输入端，隔离变压器高压输出端连接串联谐振电容C0和被试电抗器L0，在串联谐振电容C0和被试电抗器L0之间并联补偿电容C1，C2，并联补偿电容同时作为电容分压器使用，在被试电抗器L0高压端安装阻波电抗器LP，在被试电抗器L0套管末屏处连接局部放电测试仪PD；
试验采用串联谐振升压的方式，通过调节变频电源的电压频率，使被试电抗器L0与回路中的电容器形成谐振即可在被试电抗器上得到需要的试验电压；所述方法包括如下步骤：
(1)考虑到所有被试电抗器电感值范围、变频电源频率范围选择在80-300Hz范围内，并要满足只使用一套电容器设备满足不同电感值的电抗器的局部放电试验，通过谐振频率计算公式选取合适的电容器电容参数；
(2)根据选取的电容器电容值及不同的被试电抗器电感值计算确定每个电抗器测试回路的回路谐振频率；
(3)根据试验具体实施步骤进行试验，观察并记录数据。
2.根据权利要求1所述的高海拔地区750kV并联电抗器局部放电试验方法，其特征在于：试验装置包括450kW变频电源、450kVA/30kV隔离变压器、1mH/2mH阻波电抗器、局部放电测试仪、0.08μF/267kV电容器9台，3台串联为一组，每组电容器高压端安装Φ600×2300mm双环均压环；电源输出端连接隔离变压器，然后与谐振电路相连；将一组电容器用做串联谐振电容与被试电抗器串联，两组与被试电抗器并联提供补偿；回路采用串联谐振升压方式，调整电源频率使电路发生谐振，逐渐升压以达到最高试验电压为UL＝768kV。
3.根据权利要求1所述的高海拔地区750kV并联电抗器局部放电试验方法，其特征在于：由于现场试验背景干扰大，采取如下抗干扰措施：
(1)保证试验回路各连接处连接稳固，提高电容器均压环尺寸，避免发生局部放电或电晕放电，有效降低回路等效电阻；
(2)在被试电抗器高压端安装阻波电抗器，在套管末屏处安装测量阻抗以及局部放电测试仪，减小来自试验回路对测量回路的干扰；
(3)回路在被试电抗器低压侧采用单点接地，避免接地回路产生耦合干扰；
(4)清理试验现场其他可能存在悬浮电位的物体或使其可靠接地。
4.根据权利要求1所述的高海拔地区750kV并联电抗器局部放电试验方法，其特征在于：因试验现场位于高海拔地区，海拔高度升高会降低设备外绝缘性能，因此采取相关的改善措施是：试验中使用在电容器高压端装设的均压环设计为Φ600×2300mm双环结构，试验导线采用Φ800防晕导线。
5.根据权利要求1所述的高海拔地区750kV并联电抗器局部放电试验方法，其特征在于：现场试验时，每台并联电抗器每一相单独加压试验，连接好试验回路后，首先根据电抗器电感值在2％试验电压下调整电源频率至最佳谐振频率，之后在不超过40％试验电压情况下再调整一次，这样可以避免由于电压上升速度太快以及电压波动可能导致的电压保护动作。
6.根据权利要求1所述的高海拔地区750kV并联电抗器局部放电试验方法，其特征在于：试验加压程序如下：试验最高电压为U1＝1.66p.u，调整好电源频率后，施加电压时，先增加至U1＝1.1p.u持续五分钟，无异常增加至U2＝1.44p.u继续持续五分钟，无异常情况增加至U3进行局部放电观测，并记录数据，持续时间视具体情况而定；记录完毕后降低电压至电压U2并持续观察并记录放电情况；随后降低至电压U1，观察并记录放电情况；最后降低电压至零并断开电源。
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