CN115656429B - 基于气体绝缘套管输出的试验变压设备 - Google Patents
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Abstract
基于气体绝缘套管输出的试验变压设备，涉及特高压变压设备技术领域，所述一次部分包括变压器、隔离阻抗、耦合电容器、特高压输出套管组件、一组绝缘子和SF6气体保压装置，所述隔离阻抗设置在变压器顶部，所述耦合电容器与隔离阻抗连接，所述特高压输出套管组件的一端对接变压器顶部高压输出端，并套在隔离阻抗和耦合电容器的外部，所述特高压输出套管组件的内壁与变压器、隔离阻抗和耦合电容器的外壁之间分别通过绝缘子隔开，且分别形成独立SF6气室。具有重量轻，体积小易于运输安装等优点，同时将变压器、耦合电容器、隔离阻抗封闭在金属壳体内，外露部分仅为高压套管，大大提高了设备抗干扰能力，有效地保证了局放指标。
Description
技术领域
本发明涉及特高压变压设备技术领域，尤其是涉及基于气体绝缘套管输出的试验变压设备。
背景技术
特高压输电是指1000千伏以上的输电电压，随着国家经济的高速发展，电气设备的运行电压不断地提高，试验变压器作为各类高压电气产品局放耐压设备，稳定产生符合要求的安全高电压越来越困难，因此努力提高这方面的电压等级显得非常迫切。
电气设备包括其配套的绝缘配件，如高压套管，绝缘拉杆，绝缘支柱等，在运行过程中承受长期的工作电压，特定情况下还会承受暂态的过电压，因此设备出厂前需要用到更高电压等级的高电压对其进行局放耐压试验。
在青藏高原的特定地理条件下，海拔高，空气稀薄，空气的绝缘能力呈一定幅度下降，处于青藏高原环境下的一台试验1500kV变压器，其外绝缘性能经修正过达到平原地区的2250千伏。
现有的变压器在工作电压上升到1000kV以上时，其配套的绝缘套管等绝缘配件均不能符合青藏高原地理条件下特高压变压设备局放耐压试验的绝缘要求。
发明内容
为了解决高原环境下特高压变压设备的绝缘配件可靠性的技术问题，本发明提供基于气体绝缘套管输出的试验变压设备。采用如下的技术方案：
基于气体绝缘套管输出的试验变压设备，包括一次部分和二次部分，所述二次部分与一次部分控制电连接，所述一次部分包括变压器、隔离阻抗、耦合电容器、特高压输出套管组件、一组绝缘子和SF6气体保压装置，所述隔离阻抗设置在变压器顶部，所述耦合电容器与隔离阻抗连接，所述特高压输出套管组件的一端对接变压器顶部高压输出端，并套在隔离阻抗和耦合电容器的外部，所述特高压输出套管组件的内壁与变压器、隔离阻抗和耦合电容器的外壁之间分别通过绝缘子隔开，且分别形成独立SF6气室，所述SF6气体保压装置的气体输出端通过管道与独立SF6气室连通，并控制独立SF6气室内的SF6气体压力。
通过上述技术方案，将试验变压设备的一次部分各个变压器、隔离阻抗和耦合电容器全部集成到特高压输出套管组件内，并形成独立的SF6气室，可以大大减少因为整体充SF6气体带来的局部SF6泄露带来的安全风险，抑制了外部电极裸露在空气内导电体不受外界的干扰，解决了原来工频试验变压器由于电压高导致的绝缘设计困难。
由于试验变压设备一般都会采用串接式结构设备，导致试验的摆放空间大，还需要建造一个屏蔽试验室，往往会增加设备制造厂很大投资，采用SF6气体绝缘试验设备远比敞开串接油浸的试验变压器的结构具有优势，还更能保证在进行各项试验研究时绝缘性能、局部放电检测试验的便利性，从而在生产实践中得到了广泛的应用。
可选的，所述特高压输出套管组件包括支撑架、一次部分套管和输出段套管，所述一次部分套管为金属罐体，并横向布置，所述变压器、隔离阻抗、耦合电容器集成在一次部分套管内，并分别通过绝缘子支撑在一次部分套管的内壁处，一次部分套管内设有密封导线套管，分别将变压器、隔离阻抗和耦合电容器之间密封隔开，与一次部分套管的内壁之间各自形成独立SF6气室；
所述支撑架设置在一次部分套管的一侧，所述支撑架底部支撑在地面上，顶部设有套管对接法兰，所述输出段套管包括气动段和放电输出段，所述气动段设置在支撑架内部，所述放电输出段密封连接在支撑架顶部的套管对接法兰处，所述输出段套管底部与支撑架顶部的套管对接法兰密封对接。
通过上述技术方案，一次部分套管为金属罐体，并横向布置，并将变压器、隔离阻抗、耦合电容器集成在一次部分套管内，并分别通过绝缘子进行支撑，中间间隔的部分采用密封导线套管进行穿线密封，这样就将变压器、隔离阻抗和耦合电容器这三个关键带电变压部件进行隔离分开，分别通过独立SF6气室来对其电器件进行绝缘保护，避免了对于万一出现的SF6气体泄露导致的电器件被击穿的安全风险。
可选的，还包括均压罩，所述均压罩包括笼形骨架和一组盘状均压贴片，所述笼形骨架的底部连接在特高压输出套管组件的顶部，所述盘状均压贴片贴装在笼形骨架的外表面。
可选的，所述均压罩有效直径为3-7米，采用钢制材料切成镰刀型弧形片，后用紧固件将镰刀型弧形片组装成笼型骨架，相邻两块盘状均压贴片之间设有通风间隙，所述通风间隙的宽度为10-20mm。
通过上述技术方案，均压罩有效直径可以达到7000mm，运输困难且不易于制造，采用钢制材料切成多片镰刀型弧形片，然后用紧固件组装成一个笼型骨架，最后贴上数千片的盘状均压贴片，盘状均压贴片之间留有一定的间隙，强风吹过均压罩时可以在间隙中流出，不仅满足了电气性能，还大大降低了均压罩的迎风力，减小了套管的风阻力。
可选的，所述绝缘子是盆式绝缘子，绝缘子的外壁上设有伞裙式结构，绝缘子与特高压输出套管组件内壁的连接部分设有X形密封圈。
通过上述技术方案，盆式绝缘子采用伞裙式结构，增加电极之间的爬电距离，相较于传统的绝缘子，大大增加了爬电距离，且强度更高。
可选的，所述SF6气体保压装置包括SF6气体发生器、输出管道、基于单片机的控制器和气动电磁阀，所述一次部分套管内壁分别位于各个独立SF6气室的位置均设有出气口，一次部分套管的外壳内部均设有分别与出气口连通的气路，所述SF6气体发生器通过管道和气动电磁阀与气路连通，所述控制器通过控制气动电磁阀的开关控制独立SF6气室内SF6气体的气压。
通过上述技术方案，采用气动电磁阀来实现各个气路的自动化控制，控制器可以集成到二次部分内，并通过二次部分的显示屏进行可视化展示各个独立SF6气室内SF6气体的气压。
可选的，所述出气口、气路和气动电磁阀的数量为3个。
通过上述技术方案，出气口、气路和气动电磁阀的数量为3个，形成三套独立的输送线路，分别为变压器、隔离阻抗和耦合电容器对应独立SF6气室的内提供SF6气体。
可选的，所述SF6气体发生器设置在输出段套管的气动段内的底部，并设有两条出气管道，一条出气管道通过管道和气动电磁阀与气路连通，另一条出气管道与输出段套管内连通。
通过上述技术方案，采用内置式的SF6气体发生器，改变以往SF6气体发生器设置在外通过连接管道对套管内输送SF6气体的方式，可控性更好，且避免了SF6气体发生器与外部气体进行过多接触导致的安全风险。
可选的，所述一次部分、二次部分和特高压输出套管组件均设置在撬装平台上，所述二次部分通过10kVSF6套管与一次部分控制电连接。
通过上述技术方案，撬装平台可以便于整个变压设备的整体运输。
可选的，所述隔离阻抗包括电阻本体和一组弧形电阻屏蔽板，所述一组弧形电阻屏蔽板环绕式设置在电阻本体外，且相邻两个弧形电阻屏蔽板之间的间隙为5mm。
通过上述技术方案，由于隔离阻抗被密封设置在充满SF6气体的空间内，隔离阻抗通体被金属弧形电阻屏蔽板屏蔽包围，屏蔽的曲率半径更大，相较于传统的隔离阻抗两端采用均压球，屏蔽效果更好，电场分布更均压。
相邻两个弧形电阻屏蔽板之间留有约5毫米间隙，两个电极间形成电容，保护电阻本体有电阻丝绕制而成自身呈感性，该保护电阻本体和外部屏蔽等效于一个电感/电容并联的电路，设备正常运行时，电流经过保护电阻本体通过，外部极板电容开路。当被试品放电，反向导入到保护电阻之上，此时处于高频状态，保护电阻本体开路，极板电容之间放电，很好地吸收了试品放电带来的能量，而且极板间仅仅只有SF6气体，不会带来固体绝缘的损伤。即保护了后方的变压器，也不会损伤保护电阻本体的绝缘。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
本发明提供基于气体绝缘套管输出的试验变压设备，是为青藏高原特定地理气候条件下设计的特高压绝缘配件局放耐压试验设备，在青藏高原的特定地理条件下，海拔高，空气稀薄，空气的绝缘能力呈一定幅度下降，对于这样的一台试验1500kV变压器，其外绝缘经修正过达到平原地区的2250千伏。相较于传统的油浸式变压器，又具有重量轻，体积小易于运输安装等优点，同时将变压器、耦合电容器、隔离阻抗封闭在金属壳体内，外露部分仅为高压套管，大大提高了设备抗干扰能力，有效地保证了局放指标。
附图说明
图1是本发明结构原理示意图；
图2是本发明一次部分内部结构示意图；
图3是本发明隔离阻抗结构示意图；
图4是本发明均压罩结构示意图。
附图标记说明：1、一次部分；11、变压器；12、隔离阻抗；121、电阻本体；122、弧形电阻屏蔽板；13、耦合电容器；14、均压罩；141、笼形骨架；142、盘状均压贴片；15、特高压输出套管组件；151、支撑架；152、一次部分套管；1521、密封导线套管；153、输出段套管；1531、气动段；1532、放电输出段；16、绝缘子；17、SF6气体发生器；18、输出管道；101、出气口；1002、气路；2、二次部分；100、独立SF6气室；30、撬装平台。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例公开基于气体绝缘套管输出的试验变压设备。
参照图1－图4，基于气体绝缘套管输出的试验变压设备，包括一次部分1和二次部分2，二次部分2与一次部分1控制电连接，一次部分1包括变压器11、隔离阻抗12、耦合电容器13、特高压输出套管组件15、一组绝缘子16和SF6气体保压装置，隔离阻抗12设置在变压器11顶部，耦合电容器13与隔离阻抗12连接，特高压输出套管组件15的一端对接变压器11顶部高压输出端，并套在隔离阻抗12和耦合电容器13的外部，特高压输出套管组件15的内壁与变压器11、隔离阻抗12和耦合电容器13的外壁之间分别通过绝缘子16隔开，且分别形成独立SF6气室100，SF6气体保压装置的气体输出端通过管道与独立SF6气室100连通，并控制独立SF6气室100内的SF6气体压力。
将试验变压设备的一次部分1各个变压器11、隔离阻抗12和耦合电容器13全部集成到特高压输出套管组件15内，并形成独立的SF6气室100，可以大大减少因为整体充SF6气体带来的局部SF6泄露带来的安全风险，抑制了外部电极裸露在空气内导电体不受外界的干扰，解决了原来工频试验变压器由于电压高导致的绝缘设计困难。
由于试验变压设备一般都会采用串接式结构设备，导致试验的摆放空间大，还需要建造一个屏蔽试验室，往往会增加设备制造厂很大投资，采用SF6气体绝缘试验设备远比敞开串接油浸的试验变压器的结构具有优势，还更能保证在进行各项试验研究时绝缘性能、局部放电检测试验的便利性，从而在生产实践中得到了广泛的应用。
特高压输出套管组件15包括支撑架151、一次部分套管152和输出段套管153，一次部分套管152为金属罐体，并横向布置，变压器11、隔离阻抗12、耦合电容器13集成在一次部分套管152内，并分别通过绝缘子16支撑在一次部分套管152的内壁处，一次部分套管152内设有密封导线套管1521，分别将变压器11、隔离阻抗12和耦合电容器13之间密封隔开，与一次部分套管152的内壁之间各自形成独立SF6气室100；
支撑架151设置在一次部分套管152的一侧，支撑架151底部支撑在地面上，顶部设有套管对接法兰，输出段套管153包括气动段1531和放电输出段1532，气动段1531设置在支撑架151内部，放电输出段1532密封连接在支撑架151顶部的套管对接法兰处，输出段套管153底部与支撑架151顶部的套管对接法兰密封对接。
一次部分套管152为金属罐体，并横向布置，并将变压器11、隔离阻抗12、耦合电容器13集成在一次部分套管152内，并分别通过绝缘子16进行支撑，中间间隔的部分采用密封导线套管1521进行穿线密封，这样就将变压器11、隔离阻抗12和耦合电容器13这三个关键带电变压部件进行隔离分开，分别通过独立SF6气室100来对其电器件进行绝缘保护，避免了对于万一出现的SF6气体泄露导致的电器件被击穿的安全风险。
还包括均压罩14，均压罩14包括笼形骨架141和一组盘状均压贴片142，笼形骨架141的底部连接在特高压输出套管组件15的顶部，盘状均压贴片142贴装在笼形骨架141的外表面。
均压罩14有效直径为3-7米，采用钢制材料切成镰刀型弧形片，后用紧固件将镰刀型弧形片组装成笼型骨架，相邻两块盘状均压贴片142之间设有通风间隙，通风间隙的宽度为10-20mm。
均压罩14有效直径可以达到7000mm，运输困难且不易于制造，采用钢制材料切成多片镰刀型弧形片，然后用紧固件组装成一个笼型骨架，最后贴上数千片的盘状均压贴片142，盘状均压贴片142之间留有一定的间隙，强风吹过均压罩时可以在间隙中流出，不仅满足了电气性能，还大大降低了均压罩的迎风力，减小了套管的风阻力。
绝缘子16是盆式绝缘子，绝缘子16的外壁上设有伞裙式结构，绝缘子16与特高压输出套管组件15内壁的连接部分设有X形密封圈。
盆式绝缘子采用伞裙式结构，增加电极之间的爬电距离，相较于传统的绝缘子，大大增加了爬电距离，且强度更高。
SF6气体保压装置包括SF6气体发生器17、输出管道18、基于单片机的控制器和气动电磁阀，一次部分套管152内壁分别位于各个独立SF6气室100的位置均设有出气口101，一次部分套管152的外壳内部均设有分别与出气口101连通的气路1002，SF6气体发生器17通过管道和气动电磁阀与气路1002连通，控制器通过控制气动电磁阀的开关控制独立SF6气室100内SF6气体的气压。
采用气动电磁阀来实现各个气路的自动化控制，控制器可以集成到二次部分2内，并通过二次部分2的显示屏进行可视化展示各个独立SF6气室100内SF6气体的气压。
出气口101、气路1002和气动电磁阀的数量为3个。
出气口101、气路1002和气动电磁阀的数量为3个，形成三套独立的输送线路，分别为变压器11、隔离阻抗12和耦合电容器13对应独立SF6气室100的内提供SF6气体。
SF6气体发生器17设置在输出段套管153的气动段1531内的底部，并设有两条出气管道，一条出气管道通过管道和气动电磁阀与气路1002连通，另一条出气管道与输出段套管153内连通。
采用内置式的SF6气体发生器17，改变以往SF6气体发生器17设置在外通过连接管道对套管内输送SF6气体的方式，可控性更好，且避免了SF6气体发生器17与外部气体进行过多接触导致的安全风险。
一次部分1、二次部分2和特高压输出套管组件15均设置在撬装平台30上，二次部分2通过10kVSF6套管与一次部分1控制电连接。
撬装平台30可以便于整个变压设备的整体运输。
隔离阻抗12包括电阻本体121和一组弧形电阻屏蔽板122，一组弧形电阻屏蔽板122环绕式设置在电阻本体121外，且相邻两个弧形电阻屏蔽板122之间的间隙为5mm。
由于隔离阻抗12被密封设置在充满SF6气体的空间内，隔离阻抗通体被金属弧形电阻屏蔽板122屏蔽包围，屏蔽的曲率半径更大，相较于传统的隔离阻抗两端采用均压球，屏蔽效果更好，电场分布更均压。
相邻两个弧形电阻屏蔽板122之间留有约5毫米间隙，两个电极间形成电容，保护电阻本体有电阻丝绕制而成自身呈感性，该保护电阻本体和外部屏蔽等效于一个电感/电容并联的电路，设备正常运行时，电流经过保护电阻本体通过，外部极板电容开路。当被试品放电，反向导入到保护电阻之上，此时处于高频状态，保护电阻本体开路，极板电容之间放电，很好地吸收了试品放电带来的能量，而且极板间仅仅只有SF6气体，不会带来固体绝缘的损伤。即保护了后方的变压器，也不会损伤保护电阻本体的绝缘。
本发明实施例基于气体绝缘套管输出的试验变压设备的实施原理为：
在海拔8027米的西藏希夏邦马峰的具体应用场景下，成套试验装置的额定输出电压为1500kV，额定电流为2A，对应试验频率为50Hz。
进一步地，设计额定电流为2A，考虑1500kV绝缘子，试品电容一般不超过2nF，加上耦合电容和杂散电容约1.5nF(0012)I＝UωC＝1500×1000×2π×50×3.5×10-9＝1.64A
通过计算可得，试品电容为2nF时，高压回路电流为1.64A，小于设计的额定电流2A。
绕组绕制是将铜绕组用绝缘材料进行包裹，然后按照一定的排列顺序进行绕制。
罐体浇筑加工是根据设计的尺寸和外形在模具中采用铝合金浇筑，冷却后成型、焊接、打磨、喷涂等工艺，使罐体符合设计的要求，表面光滑，不会导致场强集中。设备的尺寸和外形设计根据电场计算结果进行优化和调整。
导体加工是设备的导电金属部位的加工，将变压器高压端、限流电阻、电容器、被试设备连接到一起。导体的连接采用触指式结构，方便快速安装和拆卸。导体的拐角部位采用必要的均压环或均压球进行改善电场的分布，减少内部局部放电的产生。
以上均为本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.基于气体绝缘套管输出的试验变压设备，包括一次部分(1)和二次部分(2)，所述二次部分(2)与一次部分(1)控制电连接，其特征在于：
所述一次部分(1)包括变压器(11)、隔离阻抗(12)、耦合电容器(13)、特高压输出套管组件(15)、一组绝缘子(16)和SF6气体保压装置，所述隔离阻抗(12)设置在变压器(11)顶部，所述耦合电容器(13)与隔离阻抗(12)连接，所述特高压输出套管组件(15)的一端对接变压器(11)顶部高压输出端，并套在隔离阻抗(12)和耦合电容器(13)的外部，所述特高压输出套管组件(15)的内壁与变压器(11)、隔离阻抗(12)和耦合电容器(13)的外壁之间分别通过绝缘子(16)隔开，且分别形成独立SF6气室(100)，所述SF6气体保压装置的气体输出端通过管道与独立SF6气室(100)连通，并控制独立SF6气室(100)内的SF6气体压力；
所述特高压输出套管组件(15)包括支撑架(151)、一次部分套管(152)和输出段套管(153)，所述一次部分套管(152)为金属罐体，并横向布置，所述变压器(11)、隔离阻抗(12)、耦合电容器(13)集成在一次部分套管(152)内，并分别通过绝缘子(16)支撑在一次部分套管(152)的内壁处，一次部分套管(152)内设有密封导线套管(1521)，分别将变压器(11)、隔离阻抗(12)和耦合电容器(13)之间密封隔开，与一次部分套管(152)的内壁之间各自形成独立SF6气室(100)；
所述支撑架(151)设置在一次部分套管(152)的一侧，所述支撑架(151)底部支撑在地面上，顶部设有套管对接法兰，所述输出段套管(153)包括气动段(1531)和放电输出段(1532)，所述气动段(1531)设置在支撑架(151)内部，所述放电输出段(1532)密封连接在支撑架(151)顶部的套管对接法兰处，所述输出段套管(153)底部与支撑架(151)顶部的套管对接法兰密封对接。
2.根据权利要求1所述的基于气体绝缘套管输出的试验变压设备，其特征在于：还包括均压罩(14)，所述均压罩(14)包括笼形骨架(141)和一组盘状均压贴片(142)，所述笼形骨架(141)的底部连接在特高压输出套管组件(15)的顶部，所述盘状均压贴片(142)贴装在笼形骨架(141)的外表面。
3.根据权利要求2所述的基于气体绝缘套管输出的试验变压设备，其特征在于：所述均压罩(14)有效直径为3-7米，采用钢制材料切成镰刀型弧形片，后用紧固件将镰刀型弧形片组装成笼型骨架，相邻两块盘状均压贴片(142)之间设有通风间隙，所述通风间隙的宽度为10-20mm。
4.根据权利要求1所述的基于气体绝缘套管输出的试验变压设备，其特征在于：所述绝缘子(16)是盆式绝缘子，绝缘子(16)的外壁上设有伞裙式结构，绝缘子(16)与特高压输出套管组件(15)内壁的连接部分设有X形密封圈。
5.根据权利要求1所述的基于气体绝缘套管输出的试验变压设备，其特征在于：所述SF6气体保压装置包括SF6气体发生器(17)、输出管道(18)、基于单片机的控制器和气动电磁阀，所述一次部分套管(152)内壁分别位于各个独立SF6气室(100)的位置均设有出气口(101)，一次部分套管(152)的外壳内部均设有分别与出气口(101)连通的气路(1002)，所述SF6气体发生器(17)通过管道和气动电磁阀与气路(1002)连通，所述控制器通过控制气动电磁阀的开关控制独立SF6气室(100)内SF6气体的气压。
6.根据权利要求5所述的基于气体绝缘套管输出的试验变压设备，其特征在于：所述出气口(101)、气路(1002)和气动电磁阀的数量为3个。
7.根据权利要求6所述的基于气体绝缘套管输出的试验变压设备，其特征在于：所述SF6气体发生器(17)设置在输出段套管(153)的气动段(1531)内的底部，并设有两条出气管道，一条出气管道通过管道和气动电磁阀与气路(1002)连通，另一条出气管道与输出段套管(153)内连通。
8.根据权利要求1所述的基于气体绝缘套管输出的试验变压设备，其特征在于：所述一次部分(1)、二次部分(2)和特高压输出套管组件(15)均设置在撬装平台(30)上，所述二次部分(2)通过10kVSF6套管与一次部分(1)控制电连接。
9.根据权利要求1所述的基于气体绝缘套管输出的试验变压设备，其特征在于：所述隔离阻抗(12)包括电阻本体(121)和一组弧形电阻屏蔽板(122)，所述一组弧形电阻屏蔽板(122)环绕式设置在电阻本体(121)外，且相邻两个弧形电阻屏蔽板(122)之间的间隙为5mm。
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Denomination of invention: Test transformer equipment based on gas insulated sleeve output Effective date of registration: 20231010 Granted publication date: 20230815 Pledgee: Yangzhou Branch of Bank of Nanjing Co.,Ltd. Pledgor: JIANGSU SHENGHUA ELECTRIC Co.,Ltd. Registration number: Y2023980060579 |