特高压中性点电抗器现场感应耐压试验系统及方法

摘要

本发明公开了一种特高压中性点电抗器现场感应耐压试验系统，包括变频试验电源、试验变压器、补偿电容器单元、被测品单元，所述变频试验电源、试验变压器、补偿电容器单元、被测品单元依次连接，所述被测品单元包括中性点电抗器和交流电压测量单元，所述中性点电抗器和交流电压测量单元并联。还公开了一种特高压中性点电抗器现场感应耐压试验方法，根据现场设备参数进行计算，防止电流过大损坏设备。本发明突破了传统电抗器感应耐压试验无法在现场进行高电压大电流试验的瓶颈，使1000kV特高压中性点电抗器现场进行感应耐压成为可能，填补了国内现场中性点电抗器感应耐压试验的空白，有效保证特高压工程可靠安全运行。

说明书

技术领域

本发明涉及中性点电抗器耐压试验技术领域，具体涉及一种特高压中性点电抗器现场感应耐压试验系统及方法。

背景技术

当线路自两侧切除后，非故障线路与断开线路之间存在的电容耦合和电感耦合，继续向故障线路提供潜供电流，从而严重阻碍短路时弧光通道去游离；同时自动重合闸只有在故障点电弧熄灭且绝缘强度恢复后才有可能成功，若潜供电流太大，会导致重合闸失败。通过在线路上加装一组三角形接线的电抗器，补偿相间电容，从而抑制一部分潜供电流的横分量；在线路首末两端加装一组星接电抗器用于抵消潜供电流的纵分量。上述两组电抗器可以等效为中性点对地加装小电抗X_N的星形连接的电抗器。

通过电磁暂态程序ATP-EMTP仿真分析以及现场模拟单相短路重合闸等故障时的录波信息，可知特高压变电站高压并联电抗器中性点即X_N首端可能承受最高电压为170.6kV。特别是在世界首条1000kV试验示范工程晋东南-南阳-荆门特高压调试期间，曾经出现过中性点电抗器绝缘击穿的问题，经过分析发现是由于电抗器匝间绝缘破坏。但在目前现场交接验收试验中，针对电抗器的绝缘考核仅限于外施耐压试验，此方法仅考核电抗器的主绝缘，而本身的匝间绝缘没有得到有效考核。近几年国内外有研究机构对中性点电抗器匝间绝缘考核方法进行了尝试性研究，如高频脉冲震荡法和雷电冲击电压试验，但未见广泛推广于实际生产中。首先，高频脉冲震荡法仅对已经出现匝间绝缘短路等缺陷的电抗器有效果，而对存在匝间绝缘隐患而又未发生绝缘击穿的电抗器则无法实现检测功能；其次，用雷电冲击电压试验考核匝间绝缘，主要缺点是作用时间短，能量低，且外观检查难辨别，另外匝间短路引起的电参数变化量小，从雷电冲击波形也难以辨别；第三，以上方法需要庞大的试验设备投入，不仅占地面积大，而且运输、搬运、接线都很不方便。

申请号为200820067806.2实用新型公开了一种可控电抗器感应耐压试验电源装置及其局部放电测量方法,涉及一种可控电抗器现场试验技术。本发明的结构是变频电源柜(1)、中间变压器(2)、可控电抗器(6)依次连接,为可控电抗器(6)提供试验电源;可控电抗器(6)、检测阻抗(5)、局部放电测试仪(7)依次连接,检测可控电抗器(6)的局部放电量;中间变压器(2)、电容分压器(3)、电压表(4)依次连接,测量中间变压器(2)的试验电压;补偿电抗器(8)和可控电抗器(6)连接,补偿可控电抗器(6)的无功电流。

申请号为201310349281.7的发明涉及一种可控电抗器感应耐压试验电源装置，包括变频电源柜、中间变压器、电压表、可控电抗器和局部放电测试仪，所述的变频电源柜与中间变压器形成电路连接，所述的中间变压器与电压表形成电路连接，所述的电压表与可控电抗器形成电路连接，所述的可控电抗器与局部放电测试仪形成电路连接。

上述两个专利都是关于电抗器感应耐压试验，但是其设计的电压大小500kV电网，满足不了1000kV电网的使用，在电压较高时其中间变压器电流较大会损坏变压器设备。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种特高压中性点电抗器现场感应耐压试验系统及方法，能够对1000kV特高压中性点电抗器现场进行感应耐压试验，能够完成现场对电抗器的升压操作。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种特高压中性点电抗器现场感应耐压试验系统，包括变频试验电源、试验变压器、补偿电容器单元、被测品单元，所述变频试验电源、试验变压器、补偿电容器单元、被测品单元依次连接，所述被测品单元包括中性点电抗器和交流电压测量单元，所述中性点电抗器和交流电压测量单元并联。

进一步的，所述试验变压器为励磁变压器。

进一步的，所述补偿电容器单元包括串联补偿电容器和并联补偿电容器。

进一步的，所述变频试验电源、试验变压器、串联补偿电容器、中性点电抗器依次连接，所述并联补偿电容器与所述中性点电抗器并联。

进一步的，所述变频试验电源包括高压开关柜和变频电源。

进一步的，所述交流电压测量单元包括千伏电压表。

一种特高压中性点电抗器现场感应耐压试验方法，包括如下步骤：

1）根据现场设备参数进行计算预演，防止电流过大损坏设备，通过中性点电抗器参数计算出感应耐压试验电压值U，按照80%的耐压水平计算，即U=U_L*0.8，U_L代表中性点电抗器两端的电压；

2）对试验电压下流过中性点电抗器的电流I_L进行计算：

；

3）对试验电压下流过并联补偿电容器的电流I_C进行计算：

；

4）对流过串联补偿电容器和试验变压器的电流I₂进行计算：

；

5）对电流I_C、I₂的数值进行分析，并联补偿电容器、串联补偿电容器和试验变压器的技术参数是否满足要求;

6)保持变频电源高频率输出，对中性点电抗器、并联补偿电容器、串联补偿电容器和试验变压器的电流大小进行分析，判断电抗器的绝缘考核同实际运行时的工频是否具有等效性；

7）计算预演完毕，连接现场设备，变频试验电源输出电压，分析计算中性点电抗器的热稳定性和动稳定性是否满足要求；

8）完成中性点电抗器的现场感应耐压试验。

本发明提供了一种特高压中性点电抗器现场感应耐压试验系统及方法，交流电压测量单元可以对中性点电抗器的电压进行计算，采用千伏电压表对交流电压进行测量，由高压测量部分和低压显示仪表构成，可以保证对耐压试验的电抗器电压进行监测，保证计算数值与测量数值相对应。方法中设备技术参数是否满足要求是指计算所得的电流或者电压在设备的额定参数之内，不会对设备造成损坏，保证试验的顺利进行。在电源高频率输出的情况下，实现串联补偿电容器和并联补偿电容器各自发挥无功补偿的目的，经过计算的处回路谐振频率为252.4Hz。电抗器的热稳定性和动稳定性是指额定短时耐受电流和额定峰值耐受电流，通过对两个数值的试验可以得出其是否满足现场试验的要求。

本发明的有益效果是：

1）能够对1000kV特高压中性点电抗器现场进行感应耐压试验，能够完成现场对电抗器匝间绝缘的考核；

2）试验系统所需升压试验变压器额定电压低，降低了试验变压器的制造难度；

3）试验系统自带无功补偿电容器，所需有功电源容量小，可以实现现场试验的要求；

4）设备运输方便，占地面积小，试验方式灵活多变，适应不同试验现场间的运输。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步描述：

图1是本发明特高压中性点电抗器现场感应耐压试验系统的系统结构图；

图2是本发明各设备详细链接的系统结构图；

图3是本发明的电气试验原理图；

图4本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合图1至图4对发明技术方案进一步展示，具体实施方式如下：

实施例一

本实施例提供了一种特高压中性点电抗器现场感应耐压试验系统，包括变频试验电源6、试验变压器3、补偿电容器单元4、被测品单元5，所述变频试验电源6、试验变压器3、补偿电容器单元4、被测品单元5依次连接，所述被测品单元5包括中性点电抗器9和交流电压测量单元10，所述中性点电抗器9和交流电压测量单元10并联。交流电压测量单元对中性点电抗器的试验电压进行测量，验证计算的正确性

所述试验变压器3包括励磁变压器，激发谐振回路，通过变频试验电源输出频率使得回路中的电感和电容发生谐振。

所述补偿电容器单元4包括串联补偿电容器7和并联补偿电容器8。

所述变频试验电源6、试验变压器3、串联补偿电容器7、中性点电抗器9依次连接，所述并联补偿电容器8与所述中性点电抗器9并联。

所述变频试验电源6包括高压开关柜1和变频电源2，高压开关柜对试验变压器起到保护的作用，防止电流过大损坏设备。

所述交流电压测量单元10包括千伏电压表。采用千伏电压表对交流电压进行测量，由高压测量部分和低压显示仪表构成，可以保证对耐压试验的电抗器电压进行监测，保证计算数值与测量数值相对应。

实施例二

本实施例提供了一种特高压中性点电抗器现场感应耐压试验方法，包括如下步骤：

1）根据现场设备参数进行计算预演，防止电流过大损坏设备，通过中性点电抗器参数计算出感应耐压试验电压值U，按照80%的耐压水平计算，即U=U_L*0.8，U_L代表中性点电抗器两端的电压；

2）对试验电压下流过中性点电抗器的电流I_L进行计算：

；

3）对试验电压下流过并联补偿电容器的电流I_C进行计算：

；

4）对流过串联补偿电容器和试验变压器的电流I₂进行计算：

；

5）对电流I_C、I₂的数值进行分析，并联补偿电容器、串联补偿电容器和试验变压器的技术参数是否满足要求;

6)保持变频电源高频率输出，对中性点电抗器、并联补偿电容器、串联补偿电容器和试验变压器的电流大小进行分析，判断电抗器的绝缘考核同实际运行时的工频是否具有等效性；

7）计算预演完毕，连接现场设备，变频试验电源输出电压，分析计算中性点电抗器的热稳定性和动稳定性是否满足要求；

8）完成中性点电抗器的现场感应耐压试验。

实施例三

针对某电网建设，1000kV特高压中性点电抗器现场感应耐压试验，首先进行计算预演，选择高压开关柜的开断容量选择为1250A；变频电源采用容量为450kW变频柜，输出电压范围0~350V，输出最大电流1285A，频率变化范围30~300Hz；试验变压器采用励磁变容量为450kVA，低压侧采用350V双绕组并联，额定电压400V，额定电流1125A，高压侧额定电压20kV，额定电流22.5A；串联补偿电容器选用单台电容量为50nF，并联电容器采用5台电容量为50nF的电容器并联，等效电容量为250nF；被试中性点电抗器额定容量329kvar，额定电流30A，工频阻抗值412.49Ω，电感量计算为1.313H。

通过提高输出电源的频率，来改变整个无功补偿电容器的输出功率，从而实现串联补偿电容器和并联补偿电容器各自发挥无功补偿的目的，根据电路理论计算整个耐压装置在串联补偿电容器、并联补偿电容器以及被试品组成的回路谐振频率为252.4Hz。

如图3所示，为本发明的电气试验原理图，流过中性点电抗器的电流I_L：

；

试验电压下流过并联补偿电容器的电流I_C进行计算：

；

流过串联补偿电容器和试验变压器的电流I₂进行计算：

；

根据式上述三个公式得出在感应耐压试验的60s内，流过中性点电抗器的电流为124A，而流过串联补偿电容器和试验变压器的电流仅为20A左右。若采取平时所使用的纯粹的串联谐振回路，流过串联补偿电容器和试验变压器的电流将达到124A，严重超出了试验变压器的额定电流，现场将无法实现；而如果仅仅使用并联谐振的方式，通过电容器的补偿，可以减小试验变压器的输出电流，但试验变压器的高压侧需要输出260kV的高电压，设备制造的难度太大，无法应用于现场试验。本发明通过对日常所使用的耐压系统加以改造，利用串并联相结合的方式实现了系统谐振，在现有设备基础上达到了流过被试品高电压，大电流的目的。

对现场的设备：高压开关柜、变频电源、试验变压器、串联补偿电容器、并联补偿电容器、中性点电抗器和千伏电压表进行接线，按照计算预演的结果进行现场试验，检测电抗器的热稳定性和动稳定性均满足要求。

本发明试验方法清晰，突破了传统电抗器感应耐压试验无法在现场进行高电压大电流试验的瓶颈，使1000kV特高压中性点电抗器现场进行感应耐压成为可能，填补了国内现场中性点电抗器感应耐压试验的空白，有效保证特高压工程可靠安全运行。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。