CN109358278A - 特高压sf6现场交流绝缘试验电抗器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种特高压SF6现场交流绝缘试验电抗器，适用于1200kV及以下电压等级的特高压GIS设备或变压器的交流耐压与局部放电试验。本发明在SF6电抗器主罐体底部加入了精度更高的分压屏取代了传统高压试验中的柱式分压器以进行电压测量；套管长度以及套管中的导体直径与屏蔽筒的长度也经过优化设计；顶部均压措施采用便于现场装卸的充气式均压环。经以上方法设计的一体化电抗器具有在试验现场无需吊车配合即可完成装卸、节省时间与人力、安全系数高等优点。本发明可以安置在改装后的平板车上，以实现试验现场的灵活转运。
Description
技术领域
本发明涉及电气设备绝缘检测技术领域，具体是一种特高压SF6现场交流绝缘试验电抗器。
背景技术
我国1000kV交流特高压工程与±1100kV直流输电工程已进入全面建设阶段。作为特高压工程主设备之一，特高压GIS与变压器的现场交流耐压试验与局部放电试验是检测其投运前安全性能最为重要的技术手段，国网公司对其现场绝缘试验的考核要求也从以前的80％出厂值提高到了100％，即1100kV。但目前特高压GIS与变压器的现场耐压试验均使用散装式串联谐振设备，通常由多节柱式电抗器、分压器、两个大直径均压环与其他附属设备组成，在现场需要大量起吊、组装与搬运工作，在变电站、换流站与其他复杂的施工现场中，其占地面积大、施工时间长、风险管控难的缺陷已明显显露，尤其在诸如换流阀厅等禁止吊车入内的场所内无法使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种特高压SF6现场交流绝缘试验电抗器，相比于散装的柱式电抗器与分压器，其具有体积小、易于现场布置、且可用于开发车载式绝缘试验平台的特点，其自动化程度高、安全可靠。
一种特高压SF6现场交流绝缘试验电抗器，其特征在于：包括依次排布的主罐体、过渡罐、套管、均压环，主罐体内包含有电抗元件，过渡罐设于主罐体与套管之间，过渡罐与套管通过中部金属法兰连接，均压环和套管通过顶部金属法兰连接，主罐体与过渡罐之间通过盆式绝缘子连接，套管内包含将电抗器高压端引出的导体、改善导体端部电场分布的上均压罩、以及改善导体周围电场分布的接地屏蔽筒和悬浮屏蔽筒，主罐体底部设有分压屏。
进一步的，盆式绝缘子将主罐体的气室和过渡罐、套管的气室隔离，过渡罐和套管的气室联通，两个气室中均充有SF6气体作为绝缘介质。
进一步的，导体直径设计为150mm，导体与套管长度设计为7.0m。
进一步的，所述主罐体内的电抗元件包括铁芯和两组绕组。
进一步的，主罐体中的铁芯与绕组两侧平行与绕组绕线方向处分别安装有一块屏蔽板，用于减少绕组磁场在外壳上产生的涡流发热；两个绕组的上下两端分别安装有绕组均压环，用于均匀绕组边缘尖锐处的场强。
进一步的，分压屏是一个与主罐体底部弧面形状相同的铝板，由四个绝缘支柱与主罐体底部固定，间距设计为1～2cm；分压屏与主罐体之间形成电容，所述电容上的电压与导体的电压呈线性关系，用作分压器测量试验电压。
进一步的，接地屏蔽筒与中部金属法兰之间直接通过金属连接，悬浮屏蔽筒与接地屏蔽筒之间通过绝缘支柱连接。
进一步的，充气式均压环组由上下两个充气式均压环和中间的龙骨组成，每个均压环采用橡胶内胆加外敷导电布的结构。
进一步的，主罐体和过渡罐总长度为4.0m。
进一步的，套管外部设有塑胶伞裙。
本发明在SF6电抗器主罐体底部加入了精度更高的分压屏取代了传统高压试验中的柱式分压器以进行电压测量；套管长度以及套管中的导体直径与屏蔽筒的长度也经过优化设计；顶部均压措施采用便于现场装卸的充气式均压环，经以上方法设计的一体化电抗器具有在试验现场无需吊车配合即可完成装卸、节省时间与人力、安全系数高等优点。本发明可以安置在改装后的平板车上，以实现试验现场的灵活转运
附图说明
图1是本发明一种特高压SF6现场交流绝缘试验电抗器的正视图；
图2是本发明一种特高压SF6现场交流绝缘试验电抗器透明的正视图；
图3是本发明一种特高压SF6现场交流绝缘试验电抗器透明的俯视图；
图4是本发明一种特高压SF6现场交流绝缘试验电抗器内部的正视图；
图5是本发明一种特高压SF6现场交流绝缘试验电抗器内部的俯视图；
图6是本发明的电抗器套管外部各处最大场强随导体直径变化的仿真值；
图7是本发明的电抗器套管内部各处最大场强随导体直径变化的仿真值；
图8是本发明的电抗器套管外部各处最大场强随导体长度变化的仿真值；
图9是本发明的电抗器套管内部各处最大场强随导体长度变化的仿真值。
表1是本发明的电抗器套管内外部各处最大场强随悬浮屏蔽筒、接地屏蔽筒长度变化的仿真值。
图中：1—主罐体，2—盆式绝缘子，3—过渡罐，4—中部金属法兰，5—套管，6—均压环，7—顶部金属法兰，8—铁芯，9—绕组，10—绕组均压环，11—屏蔽板，12—分压屏，13—导体下均压罩，14—上均压罩，15—导体，16—接地附加屏蔽筒，17—接地主屏蔽筒，18—悬浮附加屏蔽筒，19—悬浮主屏蔽筒。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参阅图1-5，本发明特高压SF6现场交流绝缘试验电抗器其中一个实施例包括依次排布的主罐体1、过渡罐3、套管5、均压环6，其中主罐体1内包含有电抗元件，过渡罐3设于主罐体1与套管5之间，用于加固主罐体1与套管5之间的连接。过渡罐3与套管5通过中部金属法兰4连接，均压环6和套管5通过顶部金属法兰7连接。套管5外部设有塑胶伞裙，顶部设有顶部金属法兰7，均压环6固定在顶部金属法兰7上。主罐体1与过渡罐3之间通过盆式绝缘子2连接，盆式绝缘子2将主罐体1和过渡罐3、均压环6隔离为两个独立气室，两个气室中均充有SF6气体作为绝缘介质。
主罐体1内包含组成电抗元件的铁芯8和两组绕组9，还包含用于改善内部电场分布的绕组均压环10、屏蔽板11和导体下均压罩13，以及取代传统外置柱式分压器的分压屏12。
套管5内包含将高压引出的导体15、改善导体15端部电场分布的上均压罩14，以及改善导体15周围电场分布的接地屏蔽筒和悬浮屏蔽筒。上均压罩14位于盆式绝缘子2的上方、屏蔽筒的下方，与导体15是金属性连接。悬浮屏蔽筒与导体5无连接，与中部金属法兰4用环氧树脂绝缘件连接，接地屏蔽筒与中部金属法兰4金属性连接。
导体15的长度、直径与各屏蔽筒的长度均经过基于有限元仿真的优化，在设计上缩短了导体15与套管5的长度，且使得套管内部场强尽量减少，在降低局部放电几率的情况下也减少了设备重量与运输难度。
主罐体内1的铁芯8、绕组9与均压措施的设计如图2、3所示：在主罐体中1的铁芯8与绕组9两侧平行与绕组绕线方向处，在上下方均安装有一块屏蔽板11，与导体下均压罩13一起用于减少绕组磁场在外壳上产生的涡流发热；在两个绕组9的上下两端，均安装有一个绕组均压环10，用于均匀绕组边缘尖锐处的场强。
主罐体1内电容分压屏的设计如图2、3所示：分压屏12是一个与主罐体1底部弧面形状相同的铝板，由四个绝缘支柱与主罐体1底部固定，间距可根据需要设计为1～2cm，屏的形状与主罐体1底部相同。分压屏12与主罐体1之间形成电容，该电容上的电压与导体15的电压呈线性关系，故通过测量分压屏12上的电压，即可测得电抗器的运行电压。实际操作中，通过引线将分压屏上12的电压引到电抗器外部来实现电压测量。这种设计可以省去传统试验电抗器所需配套使用的柱式分压器，增加了装置的集成度，减小了体积与重量，降低了成本；且相比于柱式分压器，该屏蔽板处于主罐体1的金属外壳中，不会受试验现场其他大型设备的影响而改变分压比，故提高了现场试验电压值的精度。最后，在设备投运前需要对分压屏进行校验。
套管5及其内部的导体15、屏蔽筒的优化设计如图2、3、4、5所示：套管5内部安装有接地屏蔽筒与悬浮屏蔽筒二者共同作用降低导体15边缘与中部金属法兰4处的电场强度。
接地屏蔽筒与中部金属法兰之间直接通过金属连接，悬浮屏蔽筒与接地屏蔽筒之间通过绝缘支柱连接，每组屏蔽筒又分为主屏蔽筒与附加屏蔽筒两部分，附加屏蔽筒附着于主屏蔽筒之上，用于减小主屏蔽筒端部的电场强度。其中悬浮屏蔽筒包括悬浮主屏蔽筒19、悬浮附加屏蔽筒18，接地屏蔽筒包括接地主屏蔽筒17、接地附加屏蔽筒16。接地屏蔽筒的接地附加屏蔽筒16位于接地主屏蔽筒17的下部，悬浮屏蔽筒的悬浮附加屏蔽筒18位于悬浮主屏蔽筒19的上部。两组屏蔽筒的长度与导体15的直径都会影响套管5内外部的最大场强。另外，导体15的长度也决定了套管5的长度与装置的重量，同时也影响了内外电场强度。为优化套管5内部场强，使用ANSYS软件进行了有限元电场仿真分析，根据仿真结果，导体15长度为满足绝缘试验要求的7.0m即可满足外部空气与内部SF6的绝缘要求，故以减短套管减少装置重量为目的，将套管5长度设计为7.0m。导体15直径、长度与悬浮主屏蔽筒、接地主屏蔽筒长度对套管内外部电场强度仿真的结果如图6～9与表1所示。
表1
下面对套管内外部在1200kV有效值试验电压(峰值1697kV)下的电场进行优化分析。
当导体15直径增大时，在套管5内部的SF6气体中，导体15表面场强随之降低；其他各处，如悬浮屏蔽筒、接地屏蔽筒和套管5与过渡罐3的外壳内壁的场强则随之增加。在导体15直径达150～200mm时导体表面场强基本稳定，约为12.5kV/mm。在SF6压强设计为p＝0.48MPa的情况下，可保证其在SF6气体中局部放电满足小于击穿场强，即Eb＝6.5(10p)0.73＝20.4kV/mm的要求，如图7所示。而在套管5外部的空气中，导体直径主要影响中间与上端法兰处的电场，如图6所示，在导体直径为150～200mm时，两者电场的最大值可被控制在1.25kV/mm以内，从而尽量减少空气中的局部放电。因此，综合考虑导体重量、材料消耗等因素，宜将导体15直径设计为150mm。
在导体直径确定后，当导体15与套管5长度增长时，套管5内外各处的场强随之减少，但趋势很缓慢，如图8、9所示。故考虑减轻重量、缩短长度以降低道路运输与现场转运的难度，在满足特高压试验安全距离条件下，宜将导体15与套管5长度选为7.0m。
在确定导体15直径与长度后，套管5内部的悬浮主屏蔽筒19与接地主屏蔽筒17长度主要影响中部金属法兰处的电场强度，如表1所示。表1中，当接地屏蔽筒较短时，套管5外部场强最大值出现在中部金属法兰上，高达2kV/mm以上，有产生电晕放电的可能；而当合理设计时，如接地主屏蔽筒17长1.5m、悬浮主屏蔽筒19较接地主屏蔽筒17长1.0m左右时，中部金属法兰处场强降低为1.0kV/mm以下，综合考虑屏蔽筒的长度与重量，宜将接地主屏蔽筒17长度选为1.5m，再根据需求设计合适的悬浮主屏蔽筒19长度。
本实施例中均压环6为充气式均压环，其设计如图1所示：充气式均压环组由上下两个充气式均压环和中间的龙骨组成，每个均压环采用橡胶内胆加外敷导电布的结构来保证其结构强度与导电性。相比于传统的金属硬质均压环，充气式均压环在泄气时的体积小、重量轻、便于运输与安装，所以充气后的直径可以根据实际，设计得略大于前者，从而进一步减小表面场强与局部放电量。中间的龙骨由固定均压环的铝板与支撑上下环的轻质铝棒构成，便于现场拆装。
从外观尺寸上看，电抗器的主罐体1和过渡罐3总长度为4.0m，套管5总长度为7.0m，由于运输时无需安装充气式均压环，故使用常用的13.0m平板车即可完成道路运输，如图1所示。另外，可以在主罐体1两侧安装转轴，再用一对液压缸将主罐体1与平板车底部相连接，实现电抗器的自立式举升，进一步提升现场试验的效率，增加集成度与自动化程度。
本发明适用于1000kV GIS、GIL、变压器、±1100kV换流变压器及以下电压等级的超/特高压输变电设备的现场交流耐压与局部放电试验，尤其在设计空间日趋紧凑的特高压变电站、换流站，与相对狭小的阀厅内具有现场应用的优势，在未来的特高压现场交流绝缘试验中具有重要的意义。
本发明在SF6电抗器主罐体1底部加入了分压屏取代了传统高压试验的分压器实现电压测量；套管长度以及套管中的导体直径与屏蔽筒的长度也经过优化设计；顶部均压环组由两个充气式均压环组成，便于现场装卸。经以上方法设计的一体化电抗器具有在试验现场无需吊车配合即可完成装卸的优点。本发明可以安置在改装后的平板车上，以实现试验现场的灵活转运。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种特高压SF6现场交流绝缘试验电抗器，其特征在于：包括依次排布的主罐体(1)、过渡罐(3)、套管(5)、均压环(6)，主罐体(1)内包含有电抗元件，过渡罐(3)设于主罐体(1)与套管(5)之间，过渡罐(3)与套管(5)通过中部金属法兰(4)连接，均压环(6)和套管(5)通过顶部金属法兰(7)连接，主罐体(1)与过渡罐(3)之间通过盆式绝缘子(2)连接，套管(5)内包含将电抗器高压端引出的导体(15)、改善导体(15)端部电场分布的上均压罩(14)、以及改善导体(15)周围电场分布的接地屏蔽筒和悬浮屏蔽筒，，主罐体(1)底部设有分压屏(12)。
2.如权利要求1所述的特高压SF6现场交流绝缘试验电抗器，其特征在于：盆式绝缘子(2)将主罐体(1)的气室和过渡罐(3)、套管(5)的气室隔离，过渡罐(3)和套管(5)的气室联通，两个气室中均充有SF6气体作为绝缘介质。
3.如权利要求1所述的特高压SF6现场交流绝缘试验电抗器，其特征在于：导体(15)直径设计为150mm，导体(15)与套管(5)长度设计为7.0m。
4.如权利要求1所述的特高压SF6现场交流绝缘试验电抗器，其特征在于：所述主罐体(1)内的电抗元件包括铁芯(8)和两组绕组(9)。
5.如权利要求4所述的特高压SF6现场交流绝缘试验电抗器，其特征在于：主罐体中(1)的铁芯(8)与绕组(9)两侧平行于绕组绕线方向处分别安装有屏蔽板(11)；两个绕组(9)的上下两端分别安装有绕组均压环(10)和导体下均压罩(13)。
6.如权利要求1所述的特高压SF6现场交流绝缘试验电抗器，其特征在于：分压屏(12)是一个与主罐体(1)底部弧面形状相同的铝板，由四个绝缘支柱与主罐体(1)底部固定，间距设计为1～2cm；分压屏(12)与主罐体(1)之间形成电容。
7.如权利要求1所述的特高压SF6现场交流绝缘试验电抗器，其特征在于：接地屏蔽筒与中部金属法兰之间直接通过金属连接，悬浮屏蔽筒与接地屏蔽筒之间通过绝缘支柱连接。
8.如权利要求1所述的特高压SF6现场交流绝缘试验电抗器，其特征在于：均压环(6)由上下两个充气式均压环和中间的龙骨组成，每个均压环采用橡胶内胆加外敷导电布的结构。
9.如权利要求1所述的特高压SF6现场交流绝缘试验电抗器，其特征在于：主罐体(1)和过渡罐(3)总长度为4.0m。
10.如权利要求1所述的特高压SF6现场交流绝缘试验电抗器，其特征在于：套管(5)外部设有塑胶伞裙。
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