CN112816840B - 基于三相并联电抗器的电缆线路交流耐压试验方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于三相并联电抗器的电缆线路交流耐压试验方法及系统，所述方法包括以下步骤：所述待试验电缆线路配备有三相并联电抗器，所述三相并联电抗器用于补偿电缆线路的对地电容电流；在采用串联谐振方式的电缆线路交流耐压试验中，通过所述三相并联电抗器替代试验电抗器，对电缆线路进行交流耐压试验；其中，将三相并联电抗器的两相短接后与励磁变的副边绕组高压侧连接，另一相与套管连接，将三相并联电抗器的中性点与地保持悬空。本发明能够极大地降低并联电抗器两个旁柱中的磁通，降低铁心的放热情况；允许采用更高的试验电压以及更长的试验时间，可极大地提高采用三相并联电抗器替代试验电抗器的可行性。
Description
技术领域
本发明属于电缆线路耐压试验技术领域，特别涉及一种基于三相并联电抗器的电缆线路交流耐压试验方法及系统。
背景技术
随着城市经济发展，城市土地资源日趋紧张，传统高压架空线已经难以满足当前城市发展需要，电力电缆以其占地小，安全可靠的优点在城市输电系统中的占比日趋增大。由于电缆可能存在的制造缺陷、电缆接头加工缺陷以及在安装和运行中收到的其他因素干扰，导致出现故障、短路等问题。因此，在投运前采用交流耐压试验对电缆的绝缘水平进行考核是十分必要的。
目前，长电缆的交流耐压试验一般采用串联谐振并联补偿的方法，即通过电抗器与电缆形成谐振回路，同时并联若干电抗器补偿电缆电容容量，降低励磁回路的电流大小，减轻对试验设备和电源的要求。对于长距离电缆，由于其对地电容量较大，所需的补偿电抗数量也较多，如长度为6km的330kV电缆线路进行交流谐振耐压试验，所需的补偿电抗器即使采用重量较轻的空心环氧筒电抗器，也需要8台单个重量约10T的电抗器。对试验场地、吊装环境都有很高的要求，同时试验设备本身的投资也是非常高。
目前长距离大容量电缆为了降低线路容升效应，往往在终端并联大容量电抗器进行补偿，补偿度一般为80％或120％。对于带有并联电抗器的电缆线路耐压试验，可以采用并联电抗器作为补偿电抗，降低试验的设备要求。
并联电抗器的类型多样，目前在运行中最常见的有单相电抗器和三相电抗器；其中，三相电抗器多采用三相五柱式结构，中间三柱绕有电抗的绕组，分别接于电网的A、B、C三相，星型连接，中性点直接接地，三个主柱有气隙；两侧的两个旁柱分别与上下铁轭相连。两个旁柱通常较细，在运行中旁柱内的磁通远低于三个主柱中的磁通。
如果采用并联电抗器替代试验电抗器，在试验中无论是采用电抗器的单相还是两相、三相并联的接线方式，由于主柱上的气隙存在，因此两个旁柱将承担大部分的磁通，导致铁心发热。这种情况下，只能采用较低的试验电压，此外对试验时间也有限制，导致采用并联电抗器替代试验电抗的可能性降低。
综上，亟需一种新的基于三相并联电抗器的电缆线路交流耐压试验方法及系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于三相并联电抗器的电缆线路交流耐压试验方法及系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明能够极大地降低并联电抗器两个旁柱中的磁通，降低铁心的放热情况；允许采用更高的试验电压以及更长的试验时间，可极大地提高采用三相并联电抗器替代试验电抗器的可行性。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种基于三相并联电抗器的电缆线路交流耐压试验方法，包括以下步骤：
所述待试验电缆线路配备有三相并联电抗器，所述三相并联电抗器用于补偿电缆线路的对地电容电流；
在采用串联谐振方式的电缆线路交流耐压试验中，通过所述三相并联电抗器替代试验电抗器，对电缆线路进行交流耐压试验；其中，将三相并联电抗器的两相短接后与励磁变的副边绕组高压侧连接，另一相与套管连接，将三相并联电抗器的中性点与地保持悬空，使得并联绕组上的电压为试验电压的1/3，与电缆相连接的绕组上的电压为试验电压的2/3，在铁心上产生方向相反、大小相等的磁势。
本发明的进一步改进在于，所述通过三相并联电抗器替代试验电抗器，对电缆线路进行交流耐压试验的具体步骤包括：
确定试验频率，包括：根据待试验电缆线路单位长度电容量和电缆总长度，计算得到单相电缆的对地电容值C；并联电抗器的电抗值固定，当单相电抗值为L时，支撑法接线后的总电感值为1.5L，谐振频率为所述谐振频率f在预设谐振频率范围内则试验可行；
确定试验电压，包括：根据待试验电缆线路的电压等级确定试验电压；
获取回路电流，计算表达式为I＝2πfCU＝U/(2πfL)；
获取中性点电压；
在试验电压确定后，校核变压器发热情况，判断发热情况是否满足电抗器设计要求，满足则可采用该接线方法试验；
估算试验升压装置的参数，确定励磁变和变频柜的电压和容量。
本发明的进一步改进在于，所述预设谐振频率范围为20Hz～300Hz。
本发明的进一步改进在于，所述根据待试验电缆线路的电压等级确定试验电压中，根据国标GB 50150中的要求确定。
本发明的进一步改进在于，所述中性点电压为三分之一的试验电压。
本发明的进一步改进在于，所述估算试验升压装置的参数的步骤包括：
试品上的无功容量为2πfCU2，回路整体的品质因数为Q，则试验系统的容量为2πfCU2/Q，流经励磁变的电流为2πfCU，励磁变输出电压为U/Q；
当励磁变变比为n时，变频柜输出电压为U/nQ。
本发明的一种基于三相并联电抗器的电缆线路交流耐压试验系统，包括：试验电抗器；所述电缆线路交流耐压试验系统用于对配备有三相并联电抗器的电缆线路进行交流耐压试验；其中，所述三相并联电抗器用于补偿电缆线路的对地电容电流；
所述试验电抗器采用待试验电缆线路配备的三相并联电抗器；其中，在采用串联谐振方式的电缆线路交流耐压试验中，三相并联电抗器的两相短接后与励磁变的副边绕组高压侧连接，另一相与套管连接，三相并联电抗器的中性点与地保持悬空，使得并联绕组上的电压为试验电压的1/3，与电缆相连接的绕组上的电压为试验电压的2/3，在铁心上产生方向相反、大小相等的磁势。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提出了一种采用支撑法接线方式的并联电抗器和电缆串联谐振进行交流耐压试验的方法，该方法的核心在于，将电抗器的两相短接后与励磁变的副边绕组高压侧连接，另一相与套管连接，将电抗器的中性点与地之间的连接解开，保持悬空；此时，并联绕组上的电压为试验电压的1/3，与电缆相连接的绕组上的电压为试验电压的2/3，在铁心上产生方向相反、大小相等的磁势，因此两个旁柱中的磁通将极大的降低。本发明采用该接线方法的优势在于，相比直接使用单相或者多相绕组并联，采用本发明的支撑法连接方式的试验方法，可极大地降低并联电抗器两个旁柱中的磁通，降低铁心的放热情况，因此该接线方式可以采用更高的试验电压，以及更长的试验时间，能够极大地提高采用三相并联电抗器替代试验电抗器的可行性。
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，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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是本发明实施例的一种带有三相并联电抗器的电缆线路耐压试验方法的交流耐压试验等效回路示意图；
图2是本发明实施例的一种带有三相并联电抗器的电缆线路耐压试验方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面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，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图2，本发明实施例的一种利用电缆并联三相电抗器作为试验补偿电抗的电缆交流耐压试验方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1，根据工程设计方案，判断电力电缆在运行中，是否有配三相高压并联电抗器。如果电缆线路有配置高压并联电抗器，在条件满足的情况下，可以采用高压并联电抗器替代试验电抗，完成电缆的交流感应耐压试验。
步骤2，试验方案需要经校核电缆、电抗器以及实验回路的耐压水平、容量、损耗、阻抗等参数来确定，具体流程包括：
(1)首先确定试验接线方式，目前现场交流耐压试验通常采用串联谐振方式，即对容性的电缆，串联一个试验电抗，在其谐振频率下进行试验，试验回路如图1所示。
(2)确定试验频率。根据电缆单位长度电容量和电缆总长度，计算得到单相电缆的对地电容值C。并联电抗器的电抗值是固定的，当单相电抗值为L时，支撑法接线后的总电感值为1.5L，此时谐振频率为
判断该谐振频率f是否在20Hz～300Hz之间，如果不在该范围，则试验不可行。
(3)确定试验电压，根据试验对象电缆的电压等级确定试验电压，根据国标GB50150中的相关要求，35kV及以上交联电缆应采用20-300Hz交流耐压试验，耐压试验参数要求如表1。
表1.GB 50150-2016标准推荐的20～300Hz耐压试验参数，kV
GB 50150-2016还指出同时考虑到目前国内各施工单位试验设备实际条件，对试验电压、试验时间给出了几种可选项，其中括号前为重点推荐。
(4)计算不同电压的回路电流。根据标准220kV及以上电缆的试验电压有两个可选项，因此有2种试验电流，I＝2πfCU＝U/(2πfL)。
(5)计算中性点电压，当实验电压为1.7U0时，中心点电压为1.7U0/3。当实验电压为1.3U0时，中心点电压为1.3U0/3。中性点耐压水平需要由电抗器生产厂家提供。在满足要求的情况下选择尽可能高的电压水平。
(6)在试验电压确定后，校核变压器发热情况，在60min的试验时间内，发热情况满足电抗器设计要求，则可以采用该接线方法。
(7)估算试验升压装置的参数，试品上的无功容量为2πfCU2，回路整体的品质因数为Q，则试验系统的容量为2πfCU2/Q，流经励磁变的电流为2πfCU，励磁变输出电压为U/Q。当励磁变变比为n时，变频柜输出电压为U/nQ。判断该参数是否超出现有励磁变和变频柜的电压和容量限制。
本发明实施例的一种采用三相高压并联电抗器的电缆交流耐压方案的优选方法，包括以下步骤：
1)根据设计方案判断电缆线路是否配备有高压并联电抗器。
2)计算在支撑接线方法下电抗器的电感，根据电抗器的电感值和电缆的电容值计算谐振频率，判断该频率是否满足标准要求。
3)根据电缆交流耐压试验所要求的电压，计算试验回路的电流值，以及流经电抗器各绕组的电流值。
4)校核电抗器的中性点电压是否满足设计要求，电抗器的发热是否满足设计要求。
5)根据满足电抗器设计要求的试验电压，对试验系统的励磁变和变频柜进行参数选型。
本发明具体实施例的一种基于三相并联电抗器的电缆线路交流耐压试验方法，包括以下步骤：
试品为330kV电缆，长度约为6.5km，其单位长度电容约为0.25μF/km，其等效电容量约为1.625μF。该电缆配备的高压并联电抗器为一台型号为BKS-90000/330的油浸式电抗器。该电抗器额定电压363kV，额定容量90000kvar，额定电流143A，损耗235.54kW，联结方式为YN。
计算单相电阻值。电抗器绕组损耗P为235.54kW，额定电流I为143.1A。则单相绕组的等效内阻R＝P/3/I2＝3.83Ω。
计算单相电感值。并联电抗器每相绕组电感值约为L＝U2/2πf S＝4.66H，其中S为电抗器单相容量30000kvar。
根据公式计算谐振频率为47.23Hz。
可用试验电压，根据国标GB 50150中的相关要求，330kV交联电缆应采用20-300Hz交流耐压试验，耐压试验电压为1.7U0(或1.3U0)，试验时间为60min。其中1.7U0电压为1.7*190kV＝323kV，1.3U0为1.3*190kV＝247kV。
计算中性点电压，当实验电压采用1.7U0时，中性点电压为107.7kV。当实验电压采用1.3U0时，中性点电压为82.3kV。经与厂家确认，中性点电压在107.7kV下运行60min满足设计要求。因此两个实验电压均可行。
回路电流计算，根据不同并联关系下的总回路电感和频率，计算得到1.3U0下的电流为119.1A，1.7U0下的电流为155.7A。经计算，两种电压下的铁心发热均满足电抗器设计要求，因此两个实验电压均可行。
为了更好的考核电缆绝缘水平，试验电压优选1.7U0。
试验升压装置参数选择。电抗的有功功率为P＝I2R＝139.40kW。流经励磁变副边的电流即为串联谐振回路的回路电流，即155.7A。因此可估算励磁变输出电压为u＝P/I＝895.4V。此时采用变比为350:2000的励磁变，励磁变输入电压应为156.7V，输入电流为889.64A，可选用输出功率≥200kW，输出电压0～350V连续可调的变频柜即可。
综上所述，本发明实施例提出一种采用支撑法接线方式的并联电抗器和电缆串联谐振进行交流耐压试验的方法，该方法的核心在于，将电抗器的两相短接后与励磁变的副边绕组高压侧连接，另一相与套管连接，将电抗器的中性点与地之间的连接解开，保持悬空；此时，并联绕组上的电压为试验电压的1/3，与电缆相连接的绕组上的电压为试验电压的2/3，在铁心上产生方向相反、大小相等的磁势，因此两个旁柱中的磁通将极大的降低。本发明采用该接线方法的优势在于，相比直接使用单相或者多相绕组并联，采用本发明的支撑法连接方式的试验方法，可极大地降低并联电抗器两个旁柱中的磁通，降低铁心的放热情况，因此该接线方式可以采用更高的试验电压，以及更长的试验时间，能够极大地提高采用三相并联电抗器替代试验电抗器的可行性。
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，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (1)
1.一种基于三相并联电抗器的电缆线路交流耐压试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
待试验电缆线路配备有三相并联电抗器，所述三相并联电抗器用于补偿电缆线路的对地电容电流；
在采用串联谐振方式的电缆线路交流耐压试验中，通过所述三相并联电抗器替代试验电抗器，对电缆线路进行交流耐压试验；其中，将三相并联电抗器的两相短接后与励磁变的副边绕组高压侧连接，另一相与套管连接，将三相并联电抗器的中性点与地保持悬空，使得并联绕组上的电压为试验电压的1/3，与电缆相连接的绕组上的电压为试验电压的2/3，在铁心上产生方向相反、大小相等的磁势；
其中，所述通过三相并联电抗器替代试验电抗器，对电缆线路进行交流耐压试验的具体步骤包括：
确定试验频率，包括：根据待试验电缆线路单位长度电容量和电缆总长度，计算得到单相电缆的对地电容值C；并联电抗器的电抗值固定，当单相电抗值为L时，支撑法接线后的总电感值为1.5L，谐振频率为 ；所述谐振频率f在预设谐振频率范围内则试验可行；
确定试验电压，包括：根据待试验电缆线路的电压等级确定试验电压；
获取回路电流，计算表达式为I=2πfCU=U/(2πfL)；
获取中性点电压；
在试验电压确定后，校核变压器发热情况，判断发热情况是否满足电抗器设计要求，满足则采用上述接线方法试验；
估算试验升压装置的参数，确定励磁变和变频柜的电压和容量；
所述预设谐振频率范围为20Hz~300Hz；所述根据待试验电缆线路的电压等级确定试验电压中，根据国标GB 50150中的要求确定；所述中性点电压为三分之一的试验电压；
所述估算试验升压装置的参数的步骤包括：试品上的无功容量为2πfCU 2，回路整体的品质因数为Q，则试验系统的容量为2πfCU 2/Q，流经励磁变的电流为2πfCU，励磁变输出电压为U/Q；当励磁变变比为n时，变频柜输出电压为U/nQ。
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