保护测试设备免受过电压损坏保护器的研制

黄道文

（广东电网有限责任公司茂名供电局，广东 茂名525000）

0 引言

在电力系统中，220 kV及以上电压等级的接线场，由于带电设备运行电压较高，会对附近停电设备产生感应电，电压可达3 kV甚至更高，停电的电力设备试验项目中部分试验项目需要拉开设备的地刀，导致感应电入侵测试仪表，而普通测试仪表的耐受能力仅为2 kV左右，无法承受如此高的感应电，容易因此损坏。在220 kV及以上电压等级的变压器直流电阻试验中，变压器绕组中通过的测试电流达5～30 A，由于主变绕组电感较大，若测试仪表突然失电，主变绕组会感应出非常高的电压，远远超过测试仪器的承受能力，导致直流电阻测试仪烧损。由于我公司相关测试设备在较高电压等级的试验现场多次损坏，因此很有必要设计一种在过电压情况下保护测试设备的保护器。

1 过电压产生原因及保护原理

感应电产生的原因是带电设备通过阻抗分压导致不带电设备带电，图1为带电设备和停电设备示意图，图2为停电设备产生感应电压原理图，Z1为带电设备与停电设备之间的阻抗，Z2为停电设备的绝缘和设备对地电容产生的容抗并联而成的阻抗，感应电即U2＝Z2／（Z1＋Z2）×U，由于正常情况下Z2＜＜Z1，所以U2＜＜U，根据感应电产生原因可以对停电设备并联一低阻抗R（确保所加电阻不影响测试结果），利用其阻抗值降低过电压，如图3所示。

图1 带电设备和停电设备示意图

图2 停电设备感应电产生原理图

图3 降低感应电的解决方案

在主变直流电阻测试（图4）中，主变绕组通过的电流高达5～30 A，在正常情况下回路充放电缓慢，所以过电压都在仪器承受范围内，当仪器发生故障或外部电源被误切断时，主变绕组电流瞬间发生巨大变化，感应出非常高的电压，会导致测试仪器损坏，所以在仪表发生失电或其他原因导致的输出故障时，需要及时对仪表的测试系统进行保护，避免测试系统的损坏。解决方案为在仪表两端并联一回路，当仪表两端电压达到一个设定值时回路接通，保持电感电流的正常流动，避免产生过电压（图5）。

图4 直流电阻测试原理示意图

图5 直流电阻测试仪过压保护原理图

2 设计方案

设计的保护器既要满足现场功能应用，又要在现场复杂的情况下正常工作，需做好绝缘处理，其设计图如图6和图7所示。

图6 设备感应电保护电路图

图7 变压器直流电阻测试仪保护电路图

图6 为防止感应电对测试仪表造成损坏的保护电路图，A、B、C三相分别连接到被测设备三相上，在保护电路中每相并联两个阻值高达20 kΩ的电阻，电阻容量为50 W，高感应电在接入该系统后通过大功率电阻得到显著降低，从而起到了保护测试设备的效果。

图7 为防止变压器直流电阻试验过程中产生的过电压对测试设备造成损害的电路图，在该保护回路中并入了大容量的TVS管，在正常测试中，仪表两端的电压仅有几伏，保护回路处于断开状态，当测试仪表出现失电或其他故障导致的测试回路断开时，变压器绕组中的电流会通过该系统自动导通，保持测试回路的电流处于导通状态，避免产生高达10000 V的高压。

3 应用实效

为了验证保护器的测试效果，在500 kV停电设备不接地的情况下，分别测试保护器加入前和加入后停电设备上的感应电压值，结果如表1、图8所示。

表1 停电设备感应电压值测试结果

图8 保护器感应电保护效果

在变压器直流电阻测试中，我们模拟了测试过程中仪表失电的情况，在测试中突然断开直流电阻测试仪的刀闸，测试的现场过电压波形如图9所示，在1 ms内，过电压从10000 V瞬间降低到几十伏，有效保护了测试仪表。

图9 保护器对变压器绕组过电压保护效果

4 结语

通过现场实际测试，该保护器能有效防止变电站现场感应电、变压器绕组反冲电这两种高压设备试验现场常遇见的过电压对测试仪表的损坏，起到良好的保护作用。同时，该保护器在设计上采取了绝缘隔离措施，避免了可能的漏电对人员的伤害，为确保保护器的抗震性和防潮性，保护器配备了完备的缓冲措施和密封措施，能够全天候、各种工况下使用。

［1］康华光.电子技术基础：模拟部分［M］.5版.北京：高等教育出版社，2007.

［2］文远芳.高电压技术［M］.武汉：华中科技大学出版社，2001.

［3］胡启范.变压器试验技术［M］.北京：中国电力出版社，2010.