电容塔底架操作冲击试验的研究

■ 虞昶 宿为

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关键字：电容塔底架；操作冲击；升降法试验

电容塔是直流输电系统及大容量实验站中重要的电气设备之一。合成试验用调频电容塔，用于开关类产品进行大容量开断合成试验中产生振荡电压波形的调频电容。本文基于对合成试验用调频电容塔底架的操作冲击试验结果，对电容塔结构的电气性能进行分析，并结合试验中遇到的问题对电容塔底架的结构提出改进建议，为电容塔安全性能及电网稳定运行提供坚实的试验基础，同时为产品同行厂家提供一些建议。

1 操作冲击试验原理

冲击耐压试验用来检验各种高压电气设备在雷电过电压、操作过电压等冲击电压作用下的绝缘性能和保护性能，试验电压高于设备绝缘正常运行时的耐受电压。操作冲击试验是其中一项，它是通过人工模拟电力系统操作冲击过电压波形，对绝缘耐受操作冲击电压能力进行严格的考核。

标准操作冲击是到峰值时间Tp为250μs,半峰值时间T2为2500μs的冲击电压。对于标准和特殊操作冲击，峰值、半峰值和波前时间的相对允许偏差分别为：±3%，±20%，±60%。

2 电容塔底架设计参数验证

调频电容塔内含脉冲电容器，调频电容塔架。塔架包含底架，隔离开关，绝缘子，均压环，屏蔽罩及相关的连接线等。试验要求电容塔底架上端对地绝缘耐受1050kV操作冲击。试验采用3000kV/610kJ的冲击电压测量系统，试验回路原理如图1所示。第一次试验结果：负极性电压1050kV15次通过，正极性电压1000kV下击穿3次，未通过。

图1 试验回路原理图

图2 试验击穿波形图

图3 首次试验击穿现场图

图1 为试验回路原理图，图2为试验击穿波形图，图3为样品击穿现场图。

3 电容塔底架最大耐受操作冲击电压验证

由于在第一次试验中电容塔底架未通过1050kV操作冲击试验，故采用升降法来估算电容塔底架的最大耐受操作冲击电压。

3.1 升降法试验原理

升降法试验中，电压等级Ui（i=1,2……h）施加m组，每组n次基本不变的电压，每组加压的电压水平根据前一组试验结果来确定增加或减少一个小量ΔU。

现采用为找出相应于低破坏放电概率的电压水平的耐受程序。在该耐受程序中，如果一组n次加压中没有破坏性放电发生，则电压水平增加ΔU，否则减少同样的ΔU。

当n=1时，以上程序相应于50%破坏性放电电压升降法。

破坏性放电概率为p的电压Up的估算值Up*由下列近似公式给出：

其中ki为电压Ui下施加的组数（每组施加n次电压）；m为总的有效组数。

耐受程序提供了破坏性放电概率为p时的Up的估算值p由下式给出：

3.2 升降法验证最大耐受冲击电压

取n=1，m=20，ΔU=40对电容器底架进行升降法试验。试验数据如下：

表1 升降法试验数据

根据表1数据，公式（1）和公式（2）可得破坏性放电概率为p为0.5，电容塔底架最大耐受操作冲击的估算结果为1009kV。

4 设计电压再验证

4.1 击穿分析

从图3首次试验击穿现场图可以看出击穿点为斜撑中间部位对斜撑底座放电。电容塔底架左右两侧均用凸出的梯形座来支撑。斜撑杆是由两根绝缘子连接而成，连接处金属部件未倒角，并斜向下。故得出猜想：电容塔底座未达到设计耐受电压，是由于斜撑的梯形座减小了空气间隙，再加上未进行倒角易形成绝缘薄弱点。

4.2 设计电压再验证

将电容塔底架两侧斜撑全部拆除，再次进行操作冲击试验。试验结果：正极性1050kV 15次通过，未出现破坏性放电。

4.3 提出建议

经过第二次的改进后验证试验，分析得出电容塔底架结构对样品绝缘性能的影响关系，并对电容塔架的设计结构提出如下建议：

1）斜撑中间连接处金属部件进行倒角，加装均压环，目的是减少放电薄弱点；

2）凸起斜撑梯形底座可改成埋入式，目的是保障足够的空气间隙，提升绝缘性能。

5 结语

电容塔底架在原有结构下并不能达到目标设计值，经过升降法试验估算出了其最大耐受电压，并通过观察底座的机械结构，改进其绝缘薄弱点，进行了二次验证试验，样品绝缘性能达到了设计电压值。文章提出了结构方面改进的建议。此次比对试验，不仅为电容塔安全性能及电网稳定运行提供坚实的试验基础，同时为产品同行厂家提供了一些样品本体结构改进建议。