中國(guó)特高壓交流瓷外套避雷器研制與型式試驗(yàn)

特高壓直流避雷器是特高壓直流輸電系統(tǒng)過(guò)電壓保護(hù)的關(guān)鍵設(shè)備,決定了整個(gè)系統(tǒng)的絕緣水平、影響設(shè)備體積、造價(jià)和工程占地面積及造價(jià)。中國(guó)電力科學(xué)研究院根據(jù)研究需要,在特高壓直流試驗(yàn)基地建設(shè)了一流的直流避雷器試驗(yàn)室,并開展了特高壓直流避雷器的特性研究、關(guān)鍵技術(shù)研究和試驗(yàn)方法研究等。本文詳細(xì)介紹了已經(jīng)開展的研究?jī)?nèi)容和相應(yīng)的試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)手段。

介紹了日本特高壓輸電中對(duì)變壓器和避雷器的開發(fā)研制，給出了它們的基本結(jié)構(gòu)、參數(shù)和試驗(yàn)結(jié)果。

特高壓避雷器設(shè)備

1000kv交流特高壓瓷套型金屬氧化物避雷器(1000kvacultrahighvoltageporcelain-housedmetaloxidesurgearrester,uhvmoa)是近幾年國(guó)內(nèi)避雷器研究最重要的成果,在中國(guó)特高壓示范工程之前,國(guó)內(nèi)外尚無(wú)特高壓避雷器長(zhǎng)期帶電運(yùn)行的先例。由于其采用四柱電阻片并聯(lián)結(jié)構(gòu)且其總高達(dá)十幾米,其性能要求、試驗(yàn)方法以及運(yùn)行參數(shù)與傳統(tǒng)750kv及以下moa有很大不同。帶電考核是為驗(yàn)證產(chǎn)品設(shè)計(jì)能否滿足技術(shù)規(guī)范要求長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的重要試驗(yàn)。筆者全面介紹了國(guó)家電網(wǎng)1000kv交流特高壓示范工程用uhvmoa帶電考核以及工程投運(yùn)中的運(yùn)行情況以及存在的問(wèn)題,在分析問(wèn)題的基礎(chǔ)上提出了一些合理化建議。

由于1000kv交流特高壓氧化鋅避雷器(moa)因其元件數(shù)多、結(jié)構(gòu)高度尺寸巨大,其電壓分布會(huì)影響其安全運(yùn)行,探討了該電壓分布不均勻系數(shù)的測(cè)量。光纖電流法是一種有效的測(cè)量方法,利用此方法可對(duì)典型設(shè)計(jì)的交流特高壓moa進(jìn)行電壓分布試驗(yàn);通過(guò)測(cè)量結(jié)果合理調(diào)整并聯(lián)補(bǔ)償電容的方法,獲得了理想的均壓效果。同時(shí)還分析了影響測(cè)量結(jié)果的各種因素和產(chǎn)品制造過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題。經(jīng)比較和綜合考慮,最優(yōu)方案的最大電壓不均勻系數(shù)可達(dá)+6.29%,完全可滿足交流特高壓moa技術(shù)條件對(duì)電壓分布特性的要求。

為了判斷特高壓避雷器的運(yùn)行工況,針對(duì)國(guó)家電網(wǎng)公司特高壓交流試驗(yàn)基地的情況,在4次1000kv變壓器投合的背景下,對(duì)6相特高壓避雷器用監(jiān)測(cè)器的動(dòng)作次數(shù)和電流進(jìn)行了分析。分析表明,晉東南—荊門1000kv特高壓交流試驗(yàn)示范工程1000kv瓷外套式金屬氧化物避雷器技術(shù)協(xié)議中提出的監(jiān)測(cè)器的下限動(dòng)作電流難以正確反應(yīng)避雷器實(shí)際運(yùn)行工況,為此提出了監(jiān)測(cè)器門檻動(dòng)作電流的新概念并明確了門檻動(dòng)作電流的區(qū)間范圍,按此原理調(diào)整監(jiān)測(cè)器將能更準(zhǔn)確的動(dòng)作,更利于特高壓避雷器的運(yùn)行工況判斷。

本文根據(jù)《1000kv交流特高壓試驗(yàn)示范工程主設(shè)備技術(shù)條件書(第二版)》,并結(jié)合本公司的研發(fā)實(shí)際,分析了1000kv交流特高壓瓷外套moa的結(jié)構(gòu)。雖然均壓電容組件可使moa的電位分布不均勻系數(shù)及荷電率降低一些,但卻帶來(lái)了外套管徑變大、徑向電場(chǎng)集中、性能難以檢驗(yàn)及運(yùn)行可靠性下降等諸多不安全因素,得不償失。應(yīng)用現(xiàn)代解析和測(cè)試手段,依靠均壓環(huán)優(yōu)化設(shè)計(jì)、mor合理分布、mor允許荷電率的明顯提高,可使無(wú)均壓電容結(jié)構(gòu)的moa滿足技術(shù)條件書的要求。建議優(yōu)先選用無(wú)均壓電容結(jié)構(gòu)的moa。

9月6日，國(guó)家電網(wǎng)公司科技部在北京組織召開了“特高壓交流線路避雷器的研究”項(xiàng)目驗(yàn)收會(huì)，與會(huì)驗(yàn)收專家聽取了項(xiàng)目組的匯報(bào)，對(duì)項(xiàng)目所開展的工作和取得的各項(xiàng)科研成果給予了較高的評(píng)價(jià)，項(xiàng)目總體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，一致同意通過(guò)驗(yàn)收。

特高壓交流試驗(yàn)示范工程用的1000kv變電設(shè)備在我國(guó)是全新電氣設(shè)備,目前不具備對(duì)特高壓設(shè)備進(jìn)行掛網(wǎng)試運(yùn)行的條件,為確保特高壓試驗(yàn)示范工程一次投運(yùn)成功、長(zhǎng)期可靠運(yùn)行,進(jìn)行了在特高壓交流試驗(yàn)基地帶電考核場(chǎng)內(nèi)對(duì)特高壓避雷器、電容式電壓互感器(cvt)、支柱絕緣子和變電金具進(jìn)行帶電考核?？己嗽O(shè)備在考核場(chǎng)內(nèi)的布置和連接方式參照特高壓交流試驗(yàn)示范工程3個(gè)變電站/開關(guān)站的實(shí)際布置和連接。相關(guān)試驗(yàn)充分考核了特高壓避雷器、cvt、支柱絕緣子及變電金具的電氣性能和機(jī)械性能;驗(yàn)證了試驗(yàn)示范工程中相關(guān)設(shè)備布局、連接方式的合理性;同時(shí)考核過(guò)程中對(duì)噪聲進(jìn)行了治理,取得了良好的效果;取得了設(shè)備均勻環(huán)、變電金具、耐張串絕緣子均壓環(huán)的電暈特性、噪聲水平和地面場(chǎng)強(qiáng)等的第一手資料。帶電考核工作不僅完成了預(yù)期的考核任務(wù),還為特高壓交流試驗(yàn)示范工程積累了有益的經(jīng)驗(yàn)。

為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)交流特高壓避雷器的受潮、老化和其他隱患,避免因事故造成巨大經(jīng)濟(jì)損失,對(duì)特高壓避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了研究。該系統(tǒng)采用性能穩(wěn)定、功耗低、體積小,可靠性高的傳感頭采集流過(guò)避雷器的全電流信號(hào);電流信號(hào)采用光纖傳輸;傳輸信號(hào)由信號(hào)處理單元處理后通過(guò)rs485發(fā)送至pc機(jī),在pc機(jī)內(nèi)通過(guò)程序?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理,并通過(guò)人機(jī)界面進(jìn)行自動(dòng)判斷與數(shù)據(jù)存儲(chǔ),從實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行情況看,該系統(tǒng)可以滿足特高壓避雷器在線監(jiān)測(cè)的要求。

對(duì)4柱并聯(lián)閥片進(jìn)行了試驗(yàn),分析了影響±800kv特高壓直流避雷器電流分布不均的因素。結(jié)果表明,為達(dá)到均流目的,直流1ma參考電壓udc1ma不均勻偏差值應(yīng)盡量小,且不均勻系數(shù)仍由操作沖擊均流特性試驗(yàn)或雷電沖擊均流特性試驗(yàn)確定;隨著沖擊電流的增大,不均勻系數(shù)逐漸減小。

特高壓工程用110kv特大容量電容器裝置對(duì)避雷器提出了較高的要求。筆者通過(guò)對(duì)避雷器技術(shù)參數(shù)(方案)的確定,尤其是2ms方波通流容量和吸收能量的計(jì)算,為避雷器的選型提供依據(jù),并提出通過(guò)特定的試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)選型進(jìn)行驗(yàn)證,希望能為將來(lái)的特高壓工程并聯(lián)電容器裝置用避雷器選型提供參考。

因試驗(yàn)設(shè)備容量和電壓的限制,1000kv特高壓避雷器的部分型式試驗(yàn),需要從可行性和等價(jià)性兩方面重新考慮確認(rèn)。本文以瓷套型避雷器為例,對(duì)電壓電流作用、殘壓控制進(jìn)行了分析論證,對(duì)部分型式試驗(yàn)方法進(jìn)行了可行性和等價(jià)性探討,并給出結(jié)論與建議。gis型避雷器的相關(guān)試驗(yàn)與此相同或類似,可參考之。目前1000kv特高壓避雷器的型式試驗(yàn)早已全面完成。本文的目的在于總結(jié)積累經(jīng)驗(yàn)、統(tǒng)一提高認(rèn)識(shí),將來(lái)更好地為其它交流特高壓工程服務(wù)。

避雷器直流試驗(yàn)

中國(guó)建設(shè)1000kv特高壓交流試驗(yàn)示范工程的首要目的是驗(yàn)證和掌握特高壓輸電技術(shù),考核設(shè)備,獲取運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),為今后特高壓電網(wǎng)建設(shè)奠定基礎(chǔ)。在特高壓交流試驗(yàn)示范工程建設(shè)過(guò)程中,需要遵循自主創(chuàng)新原則、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一原則和規(guī)模適中原則。同時(shí),其技術(shù)路線應(yīng)遵循有利于發(fā)揮特高壓輸電功能,全面驗(yàn)證設(shè)備能力,便于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題等原則。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行條件、工程建設(shè)條件、滿足試驗(yàn)示范需要和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等要求對(duì)3個(gè)交流特高壓輸電工程進(jìn)行綜合比較分析,首選晉東南-南陽(yáng)-荊門輸變電工程作為我國(guó)特高壓交流試驗(yàn)示范工程。結(jié)合晉東南-南陽(yáng)-荊門特高壓交流試驗(yàn)示范工程研究1000kv級(jí)變電站主要設(shè)計(jì)原則。

xxx集團(tuán) 避雷器 試驗(yàn)報(bào)告 單位 裝設(shè)位置 試驗(yàn)性質(zhì) 試驗(yàn)日期 銘牌：溫度：32℃濕度：41% 相 別 型式使用電壓（kv） 額定電壓 （kv） 持續(xù)運(yùn)行電 壓（kv） 直流參考 電壓（kv） 制造 日期 制造廠制造號(hào) a b c 一、絕緣電阻測(cè)量：二、參考電壓測(cè)量及泄漏電流測(cè)量： 相 別 絕緣 電阻 （mω） 直流 參考電壓 （u1ma時(shí)）kv 直流泄漏 75%u1ma時(shí) （μa） 使用儀器 a 2500v兆歐表 直流高壓發(fā)生器 b c 結(jié)論： 審核：試驗(yàn)：

電網(wǎng)設(shè)計(jì)河北省南部輸電網(wǎng)gis研究 電力勘測(cè)設(shè)計(jì)　2008年08月　第4期　 過(guò)程中,可以對(duì)背景圖和電網(wǎng)圖是否顯示、是 否可以查詢進(jìn)行控制。 另一方面采用圖層權(quán)限管理的方法,實(shí)現(xiàn) 對(duì)圖層顯示的控制。 (3)圖形基本操作:系統(tǒng)提供圖形的實(shí)時(shí) 漫游、放大、縮小、刷新等基本操作功能。 (4)鷹眼圖:系統(tǒng)提供鷹眼圖,方便進(jìn)行 全貌瀏覽。在鷹眼圖中動(dòng)態(tài)顯示主窗口視圖取 景的位置,從而為用戶提供導(dǎo)航功能。如下圖, 可采用鼠標(biāo)點(diǎn)擊或拖拽的方法進(jìn)行操作。 (5)量測(cè)功能:系統(tǒng)提供量度工具,可在 地理圖上測(cè)量任意點(diǎn)之間的距離,也可測(cè)量多 邊形的面積。 (6)路名查詢:系統(tǒng)提供地物、道路等背 景查詢,通過(guò)輸入路名檢索符合條件的記錄, 并可以將結(jié)果定位到地圖上,高亮顯示。 (7)設(shè)備信息查詢:系統(tǒng)能夠?qū)﹄娋W(wǎng)中輸 配電線路設(shè)備

2008年7月28日，1000kv晉東南-南陽(yáng)-荊門特高壓交流試驗(yàn)示范工程變壓器套管（阿海法p＆v公司研制）在國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢院區(qū)通過(guò)型式試驗(yàn)，標(biāo)志著1000kv特高壓交流試驗(yàn)示范工程關(guān)鍵組部件的型式試驗(yàn)全部勝利完成。

《避雷器耐壓試驗(yàn)》 避雷器直流耐壓試驗(yàn) 避雷器直流耐壓試驗(yàn)一、試驗(yàn)?zāi)康?避雷器施加高壓電壓時(shí)，避雷器不可避免地要產(chǎn)生泄流電流，這時(shí)衡量避雷器質(zhì)量好壞是否 合格的一個(gè)重要指標(biāo)。 二、試驗(yàn)數(shù)據(jù)其試驗(yàn)數(shù)據(jù)≦50微安三、實(shí)驗(yàn)步驟 1、首先拆除避雷器上與計(jì)數(shù)器連線。 2然后用計(jì)數(shù)器檢測(cè)儀將計(jì)數(shù)器進(jìn)行試驗(yàn)。 3、用搖表測(cè)量避雷器上口對(duì)底座，上口對(duì)地及底座對(duì)地的絕緣電阻，其阻值應(yīng)≥2500兆歐。 3連接操作箱與直流高壓發(fā)生器及避雷器之間的連線，儀器必須可靠接地。 4、合上電源開關(guān)，按下操作箱上的“啟動(dòng)”按鈕，“電源”指示燈亮，慢慢調(diào)節(jié)“粗調(diào)”旋鈕，操 作箱電壓表顯示所調(diào)電壓，當(dāng)微安表顯示電流接近1000微安時(shí)，可用“細(xì)調(diào)”旋鈕調(diào)節(jié)，當(dāng) 微安表顯示1000微安時(shí)，停止調(diào)節(jié)，快速記錄電壓表電壓值，同時(shí)按下75%電壓顯示鎖存 按鈕，將電壓表電壓降至75%的電壓值，

為了研制性能優(yōu)異的特高壓避雷器,筆者對(duì)實(shí)際所需zno壓敏電阻的電壓梯度是否存在限值進(jìn)行了研究,并結(jié)合特高壓避雷器的實(shí)際應(yīng)用需求,詳細(xì)討論了zno壓敏電阻的電壓梯度限值的相關(guān)問(wèn)題。研究表明,對(duì)適用于特高壓避雷器的zno閥片,其電壓梯度不僅受到特高壓避雷器絕緣間距、通流容量等外在因素的限制,同時(shí)也受到zno閥片能量吸收密度的限制。在現(xiàn)有生產(chǎn)制造能力的條件下,特高壓避雷器采用zno閥片的電壓梯度越高,閥片所必須達(dá)到的能量吸收密度也越高。筆者通過(guò)理論分析與計(jì)算得出,特高壓避雷器適用zno閥片的方波能量吸收密度理論極限值為517j/cm3,對(duì)應(yīng)的電壓梯度理論極限值為686v/mm。對(duì)于特高壓瓷套、復(fù)合外套、gis罐式避雷器所需zno閥片,最理想的電壓梯度分別為213、300、426v/mm,相應(yīng)的能量吸收密度要求至少分別為150、226、301j/cm3。

采用三維有限元與電路相結(jié)合的"場(chǎng)路結(jié)合"數(shù)值計(jì)算方法來(lái)分析特高壓gis避雷器電位分布特性.通過(guò)對(duì)多種方案的比較分析表明,最有效的改善電位分布的方法是提高zno壓敏電阻的電壓梯度.綜合多方面因素,合適的壓敏電阻電壓梯度為426v/mm,此時(shí)1000kvgis的電位分布不均勻度可控制在10%以內(nèi).研究結(jié)果為高梯度壓敏電阻的研制提供了基本的技術(shù)指標(biāo).

采用三維有限元與電路相結(jié)合的“場(chǎng)路結(jié)合”數(shù)值計(jì)算方法來(lái)分析特高壓gis避雷器電位分布特性．通過(guò)對(duì)多種方案的比較分析表明，最有效的改善電位分布的方法是提高zno壓敏電阻的電壓梯度．綜合多方面因素，合適的壓敏電阻電壓梯度為426v／mm，此時(shí)1000kvgis的電位分布不均勻度可控制在10％以內(nèi)．研究結(jié)果為高梯度壓敏電阻的研制提供了基本的技術(shù)指標(biāo)．