预防感应电危害的高压开关机械特性试验辅助装置的研制

麦荣焕 陈子辉 阮礼驹

摘 要：在停电检修设备上产生的强烈感应电对电力检修人员来说是一种安全隐患。本文介绍了一种用于高压开关机械特性试验的辅助装置，利用电容器将感应电压降低至安全范围，保护了人员的安全和仪器的完好，同时不对测试数据构成影响。

关键词：感应电；高压开关；机械特性；辅助装置

0 前言

高压开关是电力系统中的重要控制设备，其运行可靠性不仅关系到开关本身，而且影响到其他设备乃至整个电网。因此，对高压开关的特性进行测试是一项很重要的工作[1]。中国南方电网《电力设备预防性试验规程（Q/CSG114002-2011）》将时间参量测试列为SF6开关的预防性试验项目，体现了该测试项目的重要性。接地是在停电设备上工作的最基本的安全防护措施[2]，然而，目前由于测试方法和设备的限制，需要拉开开关一侧接地刀闸，从非接地侧进行接线，才能进行高压开关的机械特性试验。若开关处于强电场中，当开关分闸时，非接地侧将产生极高的感应电压，且传输电压等级越高，感应电压越大[3]。这时，人员触碰到试验接线将会受到电击，而过高的感应电压也经常导致测试仪器的损坏。因此，消除感应电的危害和影响，是高压开关机械特性试验需要解决的难题。为此，我们设计了一套用于高压开关机械特性试验的辅助装置，利用电容器有效地将感应电压降低至安全范围，既保护了人员和仪器，又不影响测试数据，从而保证了试验质量。

1 辅助装置的设计原理

开关上的感应电主要是由静电感应产生，非接地侧引线的感应电压为： （1）[4]。如图1所示，若在引线上并联一只电容器C，则感应电压（2）。由此可见，并联的电容器电容值越大，在引线上产生的感应电压将会越小。以本局某500kV变电站为例，其500kV开关均为西门子3AP2F1 双断口SF6开关，每个断口并联一个均压电容器。当开关分闸时，非接地侧引线还经两个均压电容器串联后接地（串联后等值电容为Cg），则感应电压（3），并联电容器后感应电压为（4）。其中引线对地分布电容CA由单位电容（F/m）（ε_0：空气介电常数，（F/m）；h：引线离地面高度，m；r：引线半径，m）[5]乘以引线长度计算得出，约为45pF；两个断口均压电容器串联后等效电容值Cg按电容器铭牌计算，约为1015pF；Uj以500/kV计算。利用电容分压器在多台500kV开关非接地侧引线上测得的感应电压在3000-9300V之间。为保证一定的裕度，以U=15000V进行计算，代入式（3），计算得出CLA=58pF。考虑到人体的安全电压和仪器大部分电子元件的绝缘水平，感应电压U应限制在12V以下。以U=12V计算，将上述数值代入式（4）后，计算得出C=1.4μF。所以当并联的电容器C≥1.4μF时，感应电压将降低至12V以下。

由于高压开关综合测试仪是从信号采样线输出一个直流6V的工作电压，来检测开关的分、合闸时间和不同期性，因此，利用电容器对直流隔断的作用，与仪器的A、B、C三相信号采样线分别并联一个电容器，并不会对测试构成影响。辅助装置的设计，就是利用电容器能降低感应电压且隔断直流的原理制成。

2 辅助装置的设计方案

根据上述的计算，我们设计出一套用于预防感应危害的高压开关机械特性试验辅助装置（图2）。装置设计为A、B、C三相，每相均并联一只电容器C、一只电压表V和一只浪涌保护器SPD。以上元件的规格型号在市面上较为普遍，容易购得。由于直接接地是最可靠的防护措施，因此，装置设计并联一把三极闸刀开关QS，当仅进行试验接线而未进行测试时，合上闸刀开关使引线直接接地。当进行测试时，拉开闸刀开关，使电容器逐渐充电起作用，避免强烈感应电对电容器的突然冲击。电容器限制感应电压在12V以下，电压表进行电压的监测。如果某相由于电容器故障或断线造成开路，该相回路将会恢复极高的感应电压，从而对人员和仪器可能造成伤害。为防止这种潜在危险的发生，在每相中并联一只浪涌保护器。当电压高于12V时，浪涌保护器动作，将感应电泄流下地，从而保证人身和仪器的安全。

3 辅助装置的使用说明

使用辅助装置来降低高压开关机械特性试验时的感应电压，先将辅助装置的接地端子可靠接地，合上三极闸刀开关，将测试仪器的A、B、C三条信号线对应接入辅助装置的A、B、C三个接线端子，然后将测试仪器的A、B、C三条信号线分别对应挂上开关的非接地侧引线，此时沿信号线引下的感应电通过三极闸刀开关直接下地。拉开三极闸刀开关，电容器起作用，将感应电压降低至12V以下，电压表进行电压监测，此时可进行开关的机械特性试验。若某相由于电容器故障或断线造成开路，该相回路将会恢复极高的感应电压，而一旦高于12V，浪涌保护器将动作，将感应电泄流下地，保证人身和仪器的安全。试验结束后，合上三极闸刀开关，再拆除开关上的信号线和试验仪器的相关接线。

4 结论

高压开关机械特性试验产生的高感应电压会对试验人员和测试仪器造成伤害。辅助装置并联接入测试回路后能有效地降低感应电压，且接入的电容值越大，感应电压越低。由于并联的电容器电容值C远大于引线对地分布电容CA和开关断口均压电容Cg，所以CA和Cg所起的降压作用可以忽略不计。也就是说，辅助装置同样适用于不同长短引线和没有断口均压电容的高压开关。

参考文献：

[1]贺政.高压断路器机械特性测试的意义及实践[J].电力安全技术，2012，14（08）：58-60.

[2]秦福宁，史忠诚，蔡春风等.变电站内检修作业中感应电的分析与预控[J].电源技术应用，2014（01）：334-339.

[3]陆昕.变电站静电感应电压风险的识别与控制[J].广西电力，2013，5（36）：31-33.

[4]郭金平，赵施林，周存志等.电气化铁路感应电危害与预防[M].北京：中国铁道出版社，2010：3-9.

[5]陈戎生，张惠勤，姚成开等.电力工程电气设计手册电气一次部分[M].中国电力出版社，1989：893.

作者简介：麦荣焕（1981—），男，广东鹤山人，工程师、技师，研究方向：高压电气试验。