一种并联电抗器交流耐压及局部放电试验装置

晋涛+王天正+俞华+李杰

摘 要：新安装及运行一段时间检修后的特高压一次设备在投运前必须进行现场高压试验。而通过分析计算现场试验装置关键技术指标，开展高抗现场局部放电及耐压试验应用化研究既有助于特高压交直流设备现场诊断的正确性，也可以减少试验时间，提高特高压设备的利用率。通过对高压并联电抗器局部放电检测技术的研究，多台450 kW大功率无局放变频电源的并联输出倍数功率使用的实现，采用GIS气体变做为励磁变压器，进行相关的结构设计，最终完成“高压并联电抗器局部放电检测”成套设备的研制。此套设备的研制证实了该方案的合理性。

关键词：高抗局部放电 并联电抗交流耐压 GIS气体励磁变压器

中图分类号：TM47 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）04（a）-0033-03

高压一次设备在安装后因安装工艺及环境温度湿度的影响，在设备内部可能存在潜伏性的绝缘缺陷，若将原有的缺陷设备投入电力系统运行，将导致一次设备投运时或者运行一段时间后发生事故，如，设备损坏、线路跳闸等；同时，一次设备运行一段时间后，受电压、电流、温湿度、绝缘老化等因素影响，在设备中也可能产生潜伏性绝缘缺陷，影响设备安全运行。因此，新安装及运行一段时间检修后的一次设备在投运前必须进行现场高压试验，以诊断设备在运输、安装过程中是否受到损坏，安装质量是否符合要求，并检验新安装及运行一段时间的一次设备是否满足安全运行的技术要求。

局部放电检测是反映设备绝缘情况的一项重要措施，高抗局部放电试验已经开展得非常广泛，而且技术非常成熟[1-3]。通过开展高抗现场局部放电及交流耐压试验实用化研究，进一步提升设备局部放电现场诊断定位能力，开发实用的检测技术将有助于特高压交直流主设备现场综合诊断的正确性，保证特高压设备的健康水平[4-5]；同时可减少试验时间，提高特高压设备的利用率。该文通过对一种气功式直流特高压放电装置的研究实现特高压交直流工程现场诊断试验能力的提升，从而形成现场局部放电及交流耐压试验实用化方案。

1 交流高压耐压及局部放电试验装置成套设备研制主要内容

该项目预期完成“高压并联电抗器局部放电检测”成套设备的研制，主要包含以下几个部分：解决多台450 kW大功率无局放变频电源的并联输出倍数功率使用；研制塔式或柱式无局放高电压无局放谐振电容组以及研制无局放谐振电路；GIS气体励磁变压器。

2 并联电抗器交流耐压及局部放电试验

2.1 高压并联电抗器设备

采用的并联电抗器具体参数如下：额定容量为240 000 kVar，额定电压为1 100 kV，额定电流为377.9 A，相数为单相，工作额定频率为50 Hz，最高运行电压为kV，工作海拔范围为小于等于1 000 m，冷却方式为ONAF，油顶层温升为55 K，绕组温升为60 K，噪声水平为73 dB（A），额定电抗为1 735，峰-峰间振动为49.48，设备总损耗为375.0 kW。

2.2 无局放变频电源并机扩容测试

为解决多台450 kW大功率无局放变频电源的并联输出倍数功率使用，2015年8月在苏州华电电气股份有限公司本部进行2台450 kW无局放变频电源并机输出2倍功率900 kW负载试验，试验取得圆满成功（满负载连续运行24 h，见图1双并机负载试验）。

2015年9月至2016年3月根据双并机负载试验成功后即进行了双并机系统搭建及系统全性能调试试验（见图2）。

期间主要完成了以下内容：变频电源抗电场干扰能力测验、变频电源保护功能测试、变频电源局放量测验、变频电源可靠性测验。其中，变频电源抗电场干扰能力试验具体内容是在强电场干扰下，测量精度与控制保护是否满足要求。试验装置要求具有良好的磁屏蔽，元件、引线均采用高导磁材料屏蔽，无空间辐射；变频电源保护功能测试包括输入电压保护、桥臂电压保护、过电压保护、短路（过流）保护、击穿闪络保护、零位保护、功率曲线保护、掉电保护、失谐保护、超温保护、功效保护、冷却风机联动保护、控制箱全隔离操作安全保护、运输抗震保护、输出电压限制功能保护和变频器过载保护。变频电源的可靠性试验包括变频电源特殊的防震处理、变频电源散热措施、选用进口器件、筛选功率器件并进行老炼处理。功放板现采用专业的电路板连接电路板连接更加可靠，可通过机器批量生产，避免人工焊接带来的虚焊，在大电流工作时能够长时间稳定运行，每个三极管增加了导热硅脂，增大了散热面积。

2.3 无局放高压谐振电容组设计

结构形式定为塔式或柱式（如图3）。

计算谐振电容器。

试验电压（最高）。

试验频率（即谐振频率）：按额定设计。

试验电流：It=Utm/ωLr=128.5 A。

电抗器损耗估算（不计温度变化影响）。

（1）电抗器额定参数状态下的损耗。

铜损（电阻损耗）：PR=Ir2Rd=3782×1.6 W≈230 kW。

铁损（铁心损耗）：P0=P-PR=450-230 kW=220 kW（忽略漏磁损耗）。

（2）试验参数下的损耗。

铜损（电阻损耗）：PtR=It2Rd=128.52×1.6 W≈26 kW。

铁损：Pt0=（Utm/Ur）1.8×（ft/fr）1.3-1.8 P0

=1.71.8×5-0.5×220kW=256 kW。

总损耗：Pt=PtR+Pt0=282 kW。

3 GIS结构气体变主体设计

GIS气体变设计的额定容量为400 kVA，其额定输出电压为666.7 kV，短时工频耐受电压为800 kV/5 min，输入电压为400 V，输入电流为1 000 A，额定频率为50 Hz。其绝缘介质为SF6气体，气体压力范围为大于0.45 MPa，阻抗电压的范围为小于等于12%，空载电流为小于等于10%，工作制为600 kV电压下长时运行，电容性负载为小于等于800 pF，额定负载下连续运行后线圈对空气的温升小于等于65 K，测量绕组为100 V，精度范围为小于等于2%，其参考外形尺寸如图4所示。

4 结语

通过开展高抗现场局部放电及交流耐压试验实用化研究，有助于进一步提升设备局部放电现场诊断定位能力，开发实用的检测技术将有助于特高压交直流主设备现场综合诊断的正确性，保证特高压设备的健康水平。特高压交直流主设备现场诊断关键技术（特高压交直流工程现场诊断试验能力提升）着重于解决目前特高压设备试验诊断工作中存在的主要问题，为特高压设备现场诊断提供相关试验技术指标，有效规范现场试验过程，缩短现场试验诊断时间，减少試验风险和成本，提高现场试验诊断工作的准确性，从而为特高压交直流设备的安全可靠运行提供保障。

参考文献

[1] 马继先，刘少宇，战秀和，等.500 kV并联电抗器现场局部放电试验[J].高电压技术，2008，34（7）：1531-1533.

[2] 刘赟，叶会生，单周平，等.500 kV并联电抗器现场局部放电试验研究[J].高压电器，2013，49（2）：80-84.

[3] 吴鹏.特高压电抗器局部放电试验方法探索[J].江苏电机工程，2016，35（4）：20-27.

[4] 张国兵，张文亮.特高压交流输电系统中110 kV并联电抗器试验及匝间短路保护问题辨析[J].高电压技术，2012，38（2）：303-309.

[5] 吴德贯，余忠田，周禹，等.特高压直流输电工程500 kV GIS现场绝缘诊断及故障分析[J].云南电力技术，2015，43（2）：109-112.