一种500kV高压并联电抗器现场局放试验系统及方法

摘要

本发明是关于一种500kV高压并联电抗器现场局放试验系统及方法，利用三相交流电源、开关、变频电源装置、中间变压器、第一电容器、第二电容器、第三电容器、大电流检测阻抗、局放仪和阻波电抗器构成测试系统。本发明采用增配大电流检测阻抗及阻波电抗器从补偿电容器尾端接入测量局放信号，与从高抗套管末屏取信号的方式相比，可以有效避免了局放信号衰减严重、真实局放信号采集不到的问题；另外，本发明通过阻波电抗器，改变试验回路中电感电容参数，提升了试验回路局放信号信噪比和采样的真实性。基于上述系统，本发明的试验方法，突破了目前国内关于500kV高抗现场局放及耐压试验电压限制的情况，对交接投运前的高抗匝间绝缘性能进行有效考核。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统中电气一次设备高压试验领域技术领域，尤其涉及一种500kV高压并联电抗器现场局放试验系统及方法。

背景技术

500kV高压并联电抗器是电力系统中重要的设备之一，它可以改善沿线工频电压的分布、限值操作过电压以及补偿系统的无功功率，因此，其运行中的健康状况关系到整个系统的稳定。

现有技术中，提供了一种高抗的局放在线监测装置，该装置的采样包括电信号(局放量)和气体信号(油色谱)两个部分。其中，在进行电信号采样时，利用差动平衡法来去掉电信号中的干扰，局部放电测量系统由窄频带系统组成，对应局部放电脉冲调谐滤波器有一振荡输出，持续几个毫秒。峰值电压表回路检测工频每个半周期内的最大局放放电脉冲，每个测量值数字化后存储在计算机中，然后，峰值检测器复位、以记录下半个周期的数据，最后，根据局放量测量数据结果，来判断电抗器的高压绝缘状况。但是，电抗器在运行中存在较强的电磁干扰，在线监测装置能够测量到的局放量中包含了干扰引起的部分，所以，不能反应出电抗器内部真实的局放量；并且，上述采样方法，没有开展现场高抗局放试验研究来验证该装置在运行中测量数据真实性，没有进一步分析高抗内部绕组匝间绝缘的情况。

因此，实现满足交接规程的电压值要求，且提升试验回路局放信号信噪比，对开展500kV高压并联电抗器现场局放及耐压试验是十分必要的。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本发明提供一种500kV高压并联电抗器现场局放试验系统及方法。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种500kV高压并联电抗器现场局放试验系统，该系统包括三相交流电源、开关、变频电源装置、中间变压器、第一电容器、第二电容器、第三电容器、大电流检测阻抗、局放仪和阻波电抗器，其中：

所述三相交流电源的输出端与所述开关的一端电连接，所述开关的另一端与所述变频电源装置的输入端电连接，所述变频电源装置的输出端与所述中间变压器的低压侧电连接，所述中间变压器的高压侧火线与所述第一电容器的一侧电连接，所述第一电容器的另一侧与被测并联电抗器的输入端连接，所述被测并联电抗器的输出端与所述中间变压器的高压侧零线电连接；

所述第二电容器和所述第三电容器分别与所述被测并联电抗器并联；

所述大电流检测阻抗的一端与所述第二电容器中连接所述被测并联电抗器输出端的一端电连接、另一端接地，所述局放仪与所述大电流检测阻抗并联；

所述阻波电抗器的输入端与所述第三电容器中连接所述被测并联电抗器输出端的一端电连接、输出端接地。

优选地，所述第一电容器、所述第二电容器和所述第三电容器均由额定电压为200kV、额定容量为90nF的三个子电容器串联形成，三个所述子电容器上均设有均压环。

优选地，三个所述均压环的适用电压等级从所述被测并联电抗器输入端到输出端依次减小。

优选地，所述第一电容器的另一侧通过高压扩径导线与被测并联电抗器的输入端连接，所述高压扩径导线的线径大于等于400mm²。

优选地，所述第二电容器和所述第三电容器分别通过高压扩径导线与所述被测并联电抗器并联，所述高压扩径导线的线径大于等于400mm²。

优选地，所述三相交流电源、所述开关和变频电源装置之间采用电缆电连接，所述电缆的线径大于等于120mm²。

优选地，所述系统还包括分压器，所述分压器的一侧与所述被测并联电抗器的高压套管末屏连接、另一侧接地。

根据本发明实施例的第二方面，还提供一种500kV高压并联电抗器现场局放试验系统及方法，利用本发明实施例第一方面提供的系统，包括：

根据串联谐振电路的原理，由谐振条件计算出由电容器和被测并联电抗器组成的试验回路的谐振频率f，其中，L为所述被测并联电抗器与第二电容器和第三电容器的等值电感，C₁为第一电容器的电容量；

根据局放测量试验电压和预加电压，计算出所述被测并联电抗器的电流、以及所述第二电容器和第三电容器的补偿电流，其中，所述局放测量试验电压为所述预加电压为Um所述被测并联电抗器的最高运行电压；

将所述被测并联电抗器的电流减去所述第二电容器和第三电容器的补偿电流，得到中间变压器的高压侧输出电流；

根据所述中间变压器的变比，计算出变频电源装置中与所述局放测量试验电压对应的局放测量试验电流、以及与所述预加电压对应的预加电流；

按照加压顺序，调节所述变频电源装置输出所述局放测量试验电流和所述预加电流，并通过局放仪测试各加压阶段中所述被测并联电抗器的局放值。

优选地，所述方法还包括：

在进行局放测试前，在所述被测并联电抗器的高压套管末屏处连接分压器；

利用所述分压器进行系统电压校核。

由以上技术方案可见，本发明的实施例提供的500kV高压并联电抗器现场局放试验系统及方法，利用三相交流电源、开关、变频电源装置、中间变压器、第一电容器、第二电容器、第三电容器、大电流检测阻抗、局放仪和阻波电抗器构成的测试系统。本发明实施例中，大电流检测阻抗的一端与第二电容器中连接被测并联电抗器输出端的一端电连接、另一端接地，局放仪与大电流检测阻抗并联，本发明实施例采用采用增配大电流检测阻抗及阻波电抗器从补偿电容器尾端接入测量局放信号，与现有技术中的，从高抗套管末屏取信号的方式相比，可以有效避免了局放信号衰减严重、真实局放信号采集不到的问题；另外，阻波电抗器的输入端与所述第三电容器中连接所述被测并联电抗器输出端的一端电连接、输出端接地，本实施例通过改变试验回路中电感电容参数，提升了试验回路局放信号信噪比和采样的真实性。基于上述系统，本实施例提供的试验方法，突破了试验电压限制的情况，对交接投运前的高抗匝间绝缘性能进行有效考核。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种500kV高压并联电抗器现场局放试验系统的基本结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种500kV高压并联电抗器现场局放试验系统的试验回路等值电路图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

参见图1，为本发明实施例提供的一种500kV高压并联电抗器现场局放试验系统的基本结构示意图。该系统包括三相交流电源1、开关2、变频电源装置3、中间变压器4、第一电容器5、第二电容器6、第三电容器7、大电流检测阻抗8、局放仪9和阻波电抗器10。

结合变电站内500kV高抗停电计划，采用上述装置组成的试验系统，便可对高抗(容量在40000～70000kvar范围内)进行现场局放及耐压试验，其中，上述各装置的连接关系及参数如下：

三相交流电源1，为不小于300kVA容量的工频(50Hz)380V电源，现场可采用站用变压器或应急发电车，并配备相应的漏电保护，为测试系统提供安全可靠的输入电源。该三相交流电源1通过三根线径不低于120mm²电缆与开关2的一端连接，其中，本实施中开关2选用大电流(630A)空气开关，通过操作空空气开关实现接通或开断试验电源，为试验现场提供可靠电源断点，保障现场试验安全。

开关2通过三根线径不低于120mm²电缆与变频电源装置3的输入端电连接，其中，变频电源装置3输入/输出额定电压分别为380V/350V，通过变频电源装置3实现输出电压随意可调(0～350V)，进而可为500kV高压并联电抗器现场局放试验提供变频(20～300Hz)电源。

变频电源装置3的输出端通过两根线径不低于120mm²电缆14与中间变压器4的低压侧电连接，其中，中间变压器4可以选用额定容量200kVA，其低压输入有350V和400V两个档位可选择，高压输出有6kV和8kV两个档位可选择，进而可提供高压试验电源。

中间变压器4的高压侧火线通过一根线径不低于8mm²电缆与第一电容器5尾端的一侧电连接，第一电容器5的另一侧通过线径不低于400mm²的高压扩径导线与被测并联电抗器11的输入端连接，被测并联电抗器11的输出端通过一根线径不低于8mm²电缆与中间变压器4的高压侧零线电连接。

其中，第一电容器5由三节(在图1中，从上到下编号为a、b、c)额定电压200kV、额定容量90nF的子电容器串联而成，其组装方式为上下叠装，最上节子电容器a首端通过线径不低于400mm²的高压扩径导线与被测并联电抗器11形成串联谐振回路，且为了消除高电压下电容器连接部位电晕干扰，在上、中、下三节处分别配置600kV均压环一个、400kV均压环一个、200kV均压环一个。

第二电容器6和第三电容器7分别与被测并联电抗器11并联，利用第二电容器6和第三电容器7与被测并联电抗器11形成并联补偿回路。

其中，并联电容器6，由三节(在图1中，从上到下编号为d、e、f)额定电压200kV、额定容量90nF的子电容器串联而成，其组装方式为上下叠装，最上节子电容器d首端通过线径不低于400mm²的高压扩径导线与被测并联电抗器11形成并联补偿回路，且为了消除高电压下电容器连接部位电晕干扰，在上、中、下三节处分别配置600kV均压环一个、400kV均压环一个、200kV均压环一个。

并联电容器7，由三节(在图1中，从上到下编号为g、h、i)额定电压200kV、额定容量90nF的子电容器串联而成，其组装方式为上下叠装，最上节子电容器g首端通过线径不低于400mm²的高压扩径导线与被测并联电抗器11形成并联补偿回路，且为了消除高电压下电容器连接部位电晕干扰，在上、中、下三节处分别配置600kV均压环一个、400kV均压环一个、200kV均压环一个。

大电流检测阻抗8的一端与第二电容器6中连接被测并联电抗器11输出端的一端电连接、另一端接地，局放仪9与大电流检测阻抗8并联；阻波电抗器10的输入端与第三电容器7中连接所述被测并联电抗器11输出端的一端电连接、输出端接地。

本发明实施例采用采用增配大电流检测阻抗及阻波电抗器从补偿电容器尾端接入测量局放信号，与现有技术中的，从高抗套管末屏取信号的方式相比，可以有效避免了局放信号衰减严重、真实局放信号采集不到的问题；另外，阻波电抗器的输入端与所述第三电容器中连接所述被测并联电抗器输出端的一端电连接、输出端接地，本实施例通过改变试验回路中电感电容参数，提升了试验回路局放信号信噪比和采样的真实性。

进一步的，为了实现对上述实验系统的电压校核，所述系统还包括分压器，分压器的一侧与所述被测并联电抗器11的高压套管末屏连接、另一侧接地。电压校核完后，便可以将该分压器从实验系统中拆下来，进而可以避免分压器电容对谐振回路的影响。

利用上述实验系统，本发明实施例还提供了一种500kV高压并联电抗器现场局放试验方法。

本实施例以单台容量60000kvar的并联电抗器为例，对本实施例的试验方法进行详细介绍，该方法具体包括如下步骤：

其中，表1～4中简单列出了试验设备的主要铭牌信息。

表一：被测并联电抗器的主要铭牌参数

型号BKDF-60000/550/110额定容量60000kvar额定电压550/√3kV额定电流188.95A额定频率50Hz额定阻抗1686.17Ω

表二：子电容器的主要铭牌参数

型号BAM200-90000额定容量90000pF额定电压200kV局放量0.8Un下＜10pC

表三：中间变压器的主要铭牌参数

型号YDW-200/6/8/0.35/0.4额定容量200kVA额定电压8/6kV局放量Un下＜10pC

表四：变频电源装置的主要铭牌参数

型号HVFS-300额定容量300kW输出电压0～350V输出电流0～875A频率范围20～300Hz局放量Un下≤10pC

S110：根据串联谐振电路的原理，由谐振条件计算出由电容器和被测并联电抗器组成的试验回路的谐振频率f。

如2所示，为上述系统的试验回路等值电路图，其中，C₁为第一电容器的电容，C₂为第二电容器和第三电容器的等效电容，L₁为被测并联电抗器的电感，L₀为中间变压器的电感。

由于本实施例中，第一电容器至第三电容器均由三节额定容量90nF的子电容器串联而成，所以C₁和C₂的电容量为：

根据被测并联电抗器的铭牌参数，可以计算出器电感量L₁为:

根据串联谐振电路的原理，由谐振条件可求出上述实验回路谐振频率f，L为被试电抗器与并联电容器的等值电感。

根据公式(4)得出，

将C₁、C₂以及L₁的具体值代入公式(5)中，可以计算出谐振频率f为229.05Hz。

S120：根据局放测量试验电压和预加电压，计算出所述被测并联电抗器的电流、以及所述第二电容器和第三电容器的补偿电流。

其中，所述局放测量试验电压为所述预加电压为Um所述被测并联电抗器的最高运行电压。

S130：将所述被测并联电抗器的电流减去所述第二电容器和第三电容器的补偿电流，得到中间变压器的高压侧输出电流。

S140：根据所述中间变压器的变比，计算出变频电源装置中与所述局放测量试验电压对应的局放测量试验电流、以及与所述预加电压对应的预加电流。

当被测并联电抗器的预加电压为时，被测并联电抗器的电流为：

等效并联电容器C₂的补偿电流为：

I_C2＝ωC₂Um＝2*3.14*229.05*0.06*539.8*10^-3＝46.58A

中间变压器输出电流为：

I_L0＝I_L-I_C2＝23.3A

对中间变压器选择两种变比进行计算：

a)变压器变比为20时,中间变压器低压侧及变频电源装置输出电流为：

I_变频＝23.3*20A＝466A

b)变压器变比为17.14时,中间变压器低压侧及变频电源装置输出电流为：

I_变频＝23.3*17.14A＝399.36A

按照电源电缆按照每mm²承受4A，选择第(a)种变比下，电源装置输出电缆至少为120mm²，因此本实施例选用的电缆可以满足上述输出电流要求。

同样的，可以求出和下，中间变压器低压侧及变频电源装置输出电流。

S150：按照加压顺序，调节所述变频电源装置输出所述局放测量试验电流和所述预加电流，并通过局放仪测试各加压阶段中所述被测并联电抗器的局放值。

在本实施例中，对被测并联高抗器施加的电压包括和

在施加试验电压的整个期间，应按下述的方法监测被测并联高抗器的局部放电：

1)调节所述变频电源装置输出电流值，按照U₁、U₂和U₃的升压顺序加压。

在施加电压U₁的短时间内，不要求读取局放仪的放电量放电波形、但应观察；在施加电压U₂和U₃中，应分别读取局放值并记录读数。

2)调节所述变频电源装置输出电流值，按照U₃、U₂和U₁的降压顺序加压。

在施加电压U₂整个期间内，应连续地观察并按每5min时间间隔记录一个局部放电水平；在施加电压U₃整个期间内，应连续地观察，读取并记录局放值；在施加电压U₁的短时间内，不要求读取局放仪的放电量放电波形、但应观察。

如果在上述局部放电的观测过程中，试验电压不产生突然下降，并在施加测试电压60min内，所有测量端子上的视在放电量的连续水平，低于规定的限值(500pC)，则试验为合格；

如果在一段时间内，视在放电量的读数超过规定的限值，但之后又低于这个限值，则试验不必中断仍可连续进行，直到在此后60min期间内取得可以接受的读数为止。偶然出现的较高的脉冲可忽略不计。

按照检测条件，对测试结果分析，其中，满足在局放测试阶段、局部放电量满足规程要求，并且试验电压不产生突然下降两个条件时，则判断被测并联局放仪合格。

为提高试验准确性，所述方法还包括：在进行局放测试前，在所述被测并联电抗器的高压套管末屏处连接分压器，利用该分压器，从被测并联电抗器高压端注入标准方波进行系统电压校核。

进一步的，在进行局放测试前，还可以包括如下步骤：

a)确保被试高抗电流互感器二次端子均已短接接地；

b)高抗须完成全部常规试验及油试验，包括绝缘油色谱试验，结论合格；

c)高抗真空注油后须静置72小时以上；

d)放掉各侧套管法兰处、散热器顶端等处沉积的气体。

由以上技术方案可见，本实施例提供的500kV高压并联电抗器现场局放试验系统即方法，通过理论计算、试验设备选型、参数配置及现场试验检测后，可实现交接规程要求值(局放测量试验电压为预加电压为)规定的试验，实现了对高抗匝间绝缘性能的充分考核，更进一步加强了对500kV高抗匝间绝缘性能的检测，提升高抗入网试验检测能力。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。