直流參考電壓 U1mA 和 0.75 倍 U1mA 下的泄漏電流測量是避雷器交接與例行試驗項目之一,可有效地反應(yīng)避雷器閥片是否存在受潮、老化。 220 kV 及以上電壓等級避雷器每相分為若干單元,由于制造工藝等原因,各節(jié)避雷器的伏安特性存在一定差異,甚至差異較大(偏差達(dá)到 5%左右)。 同時,相關(guān)文獻(xiàn)也提出避雷器均壓環(huán)對直流泄漏試驗存在一定的影響[1-3 ]。 針對此類避雷器須拆除上引線,分單元進(jìn)行避雷器參考電壓及直流泄漏電流測試,由此帶來了檢修時間的延長和大量的人力、物力投入。
本文在傳統(tǒng)的直流高壓發(fā)生器的基礎(chǔ)上,增加 1臺可調(diào)極性的直流高壓發(fā)生器,在下節(jié)避雷器下部法蘭處施加一可調(diào)極性的直流電壓,與傳統(tǒng)直流高壓發(fā)生器進(jìn)行配合,使避雷器上下 2 個單元直流泄漏電流同時達(dá)到 1 mA, 一次性完成兩節(jié)避雷器的直流參考電壓試驗后,2 臺直流發(fā)生器同步降壓至 0.75 倍 U1mA
可同時完成 2 個單元的直流泄漏電流測試。通過現(xiàn)場應(yīng)用,驗證了試驗方法的有效性。
1 傳統(tǒng)測試方法的局限性
對兩節(jié)型的 220 kV 避雷器, 傳統(tǒng)不拆引線進(jìn)行避雷器下單元直流試驗的方法如圖 1 所示。
圖 1 中,負(fù)極性直流高壓施加于避雷器上下 2 個單元連接法蘭處,經(jīng)一微安表測量避雷器 2 個單元的總泄漏電流; 拆除避雷器底部法蘭與放電計數(shù)器的連接,將底部法蘭經(jīng)另一微安表接地,測量避雷器下單元泄漏電流,計算 2 臺微安表電流差值得到避雷器上單元的直流泄漏電流。 傳統(tǒng)方法存在以下局限性:
(1) 上下 2 個單元避雷器的伏安特性存在差異,不可能同時到達(dá) 1 mA, 因此直流參考電壓的測量需分 2次進(jìn)行;同時避雷器 2 個單元的 0.75 倍 U1mA 也不相同,泄漏電流測試也需分 2 次進(jìn)行。
(2) 當(dāng)同相避雷器 2 個單元參考電壓差異較大時,在對參考電壓較高的單元進(jìn)行直流試驗時,試驗設(shè)備可能出現(xiàn)過載。
如圖 2 所示,避雷器上下 2 個單元 U1mA 相差約為 4kV 時, 當(dāng) U1mA 較大的避雷器單元泄漏電流達(dá)到 1 mA時,U1mA 較小的避雷器單元的直流泄漏電流已達(dá)到 8mA。試驗設(shè)備輸出電流已遠(yuǎn)超出其額定電流(一般為 3mA),此時須拆除引線分單元進(jìn)行試驗。
2 基于電壓補(bǔ)償原理的流測試方法
為了解決傳統(tǒng)方法的局限性,且提出一種基于電壓補(bǔ)償原理的不拆引線試驗方法,其原理如圖 3 所示。
圖3 中, 直流高壓發(fā)生器 1 為傳統(tǒng)的負(fù)極性直流高壓發(fā)生器, 直流高壓發(fā)生器 2 為可調(diào)極性的直流高壓發(fā)生器, 可根據(jù)試驗情況輸出正或負(fù)極性的直流高電壓。若避雷器下單元參考電壓大于避雷器上單元,調(diào)節(jié)直流高壓發(fā)生器 1,避雷器上單元泄漏電流先達(dá)到 1mA 時,保持直流高壓發(fā)生器 1 的輸出電壓不變,選擇直流高壓發(fā)生器 2 輸出極性為正極性,調(diào)節(jié)其電壓,使避雷器下單元泄漏電流達(dá)到 1 mA。避雷器上單元的參考電壓為直流發(fā)生器 1 的輸出電壓, 避雷器下單元的參考電壓為直流發(fā)生器 1 和直流發(fā)生器 2 輸出電壓的**值之和。
將直流高壓發(fā)生器 1 與直流發(fā)生器 2 的輸出電壓同步降為 75%,避雷器下單元的泄漏電流為與避雷器底部法蘭相連的微安表電流值, 避雷器上單元的泄漏電流為 2 臺微安表電流**值之差。 若避雷器上單元參考電壓大于避雷器下單元, 在一定電壓下保持直流發(fā)生器 1 輸出電壓不變, 選擇直流發(fā)生器 2 極性為負(fù)極性,預(yù)加電壓 5 kV,使避雷器上單元泄漏電流大于下單元。 調(diào)節(jié)直流發(fā)生器 1 使上單元泄漏電流達(dá)到 1mA 后,調(diào)節(jié)直流發(fā)生器 2,使下單元泄漏電流也達(dá)到1 mA。 讀取并計算 2 個單元的參考電壓,繼而將直流高壓發(fā)生器 1 與 2 的輸出降為 75%,讀取并計算 2 個單元的 0.75 倍 U1mA 下的泄漏電流。
3 可調(diào)極性倍壓電路設(shè)計
直流發(fā)生器 2 為可調(diào)極性直流高壓發(fā)生器, 額定輸出電壓為 5 kV,額定輸出電流為 3 mA,其倍壓電路的原理如圖 4 所示。
圖 4 中 D1 至 D7 為二極管,通過切換開關(guān)接入電路;當(dāng) D1 至 D6 接入電路時,倍壓電路輸出正極性高壓,如圖 5 所示。 當(dāng) D2 至 D7 接入電路時,倍壓電路輸出負(fù)極性高壓,如圖 6 所示。
為給避雷器泄漏電流提供通路, 在輸出端對地并聯(lián)一泄流電阻,阻值為 2 MΩ;對地并聯(lián)一放電間隙,避免避雷器擊穿后,直流高壓發(fā)生器 2 承受過高電壓。
4 測量邏輯設(shè)計
測量邏輯框圖如圖 7 所示。 電流采樣通過具有藍(lán)牙通信功能微安表實現(xiàn),微安表 1、微安表 2 的泄漏電流讀數(shù)通過藍(lán)牙傳輸至儀器, 計算出上節(jié)與下節(jié)避雷器泄漏電流, 儀器內(nèi)部處理單元根據(jù)計算結(jié)果自動調(diào)整可調(diào)極性直流高壓發(fā)生器輸出電壓極性, 達(dá)到電壓補(bǔ)償?shù)哪康摹?
5 現(xiàn)場應(yīng)用
某 500 kV 變電站 1 號主變 220 kV 側(cè)避雷器需進(jìn)行例行試驗, 交接試驗時該避雷器不帶上引線進(jìn)行測試,A 相下 單 元 U1mA 為 160.6 kV,I0.75U1mA 為 10 μA;上單元 U1mA 為 157.4 kV,I0.75U1mA 為 8 μA。 本次例行試驗分別采用以下 2 種方式進(jìn)行了測試。
首先用傳統(tǒng)不拆引線測試方法對該相避雷器進(jìn)行測試,**步測試上單元,1 mA 參考電壓為 156.7 kV,此時下單元泄漏電流為 912 μA。 **步測試下單元,升壓至 158.8 kV 時, 避雷器下單元泄漏電流為 937μA,避雷器上單元泄漏電流為 2090 μA,總電流超過直流高壓發(fā)生器 3 mA 的額定輸出電流, 儀器過流保護(hù)動作,傳統(tǒng)不拆線測試方法已無法完成測量?,F(xiàn)場使用新研發(fā)的裝置對該避雷器開進(jìn)行測試,直流高壓發(fā)生器 1 輸出電壓為 156.8 kV 時,避雷器上單元泄漏電流達(dá)到 1 mA,此時避雷器下單元泄漏電流為913 μA,調(diào)節(jié)直流高壓發(fā)生器 2,輸出電壓極性為正極性,幅值為 3.1 kV,此時避雷器下單元泄漏電流也達(dá)到1 mA。 讀取電壓值后,將 2 臺直流高壓發(fā)生器輸出電壓降為 75%, 計算 2 個單元的參考電壓與泄漏電流,試驗數(shù)據(jù)如表 1 所示。
本次測試一次接線、升壓,同時完成了 2 節(jié)避雷器的測試; 直流參考電壓測試結(jié)果與交接相比誤差小于0.5%, 泄漏電流測試結(jié)果與交接數(shù)據(jù)基本保持一致,表明該方法與傳統(tǒng)方法具有等效性。 傳統(tǒng)方法進(jìn)行試驗時, 避雷器底座幾乎不承受電壓; 電壓補(bǔ)償法測試時,避雷器底座須承受數(shù)千伏的電壓(< 5 kV),在原理上存在測試誤差。從現(xiàn)場實測的結(jié)果來看,表面清潔過的避雷器底座絕緣電阻通常> 5000 MΩ, 新方法造成的測量誤差小于 1 μA,在工程測量過程中可忽略。
6 結(jié)束語
(1) 220 kV 及以上電壓等級避雷器各節(jié)的伏安特性存在一定差異,當(dāng)差異較大時,傳統(tǒng)不拆引線的試驗方法因測試設(shè)備容量限制,可能導(dǎo)致試驗無法開展,須拆除引線進(jìn)行測試。
(2) 電壓補(bǔ)償法通過增加 1 臺可調(diào)極性直流高壓發(fā)生器, 可以在不拆引線條件下的完成避雷器的參考電壓及泄漏電流測試?,F(xiàn)場應(yīng)用表明,該方法與傳統(tǒng)方法有較好的等效性,具有實用推廣意義。