220 kV GIS電磁式電壓互感器現(xiàn)場變頻感應(yīng)耐壓試驗

蘇陳云，戴智榮

(湖南省送變電建設(shè)公司調(diào)試所，長沙 410000)

220 kV電磁式電壓互感器(PT)一般是分級絕緣電壓互感器，感應(yīng)耐壓試驗的目的是考核PT對工頻過電壓、暫時過電壓、操作過電壓的承受能力，檢測外絕緣和層間及匝間絕緣狀況，檢測PT電磁線圈質(zhì)量不良(如漆皮脫落、繞線時打結(jié))等縱絕緣缺陷[1-2]。在進行PT二次繞組加壓感應(yīng)耐壓試驗時，現(xiàn)場通常會碰到二次繞組電流過大的問題，需要改進試驗方法，降低二次繞組電流。對此，本文在試驗現(xiàn)場采用交流變頻技術(shù)，對電磁式PT進行變頻感應(yīng)耐壓試驗，較好地解決了現(xiàn)場實際問題。

1 電磁式PT勵磁特性

在PT二次側(cè)繞組中進行勵磁特性試驗(即空載試驗)，測量電壓為額定電壓的20%、50%、80%、100%和120%，記錄相應(yīng)的電流值，對于中性點直接接地的電壓互感器(N端接地)，220 kV GIS電磁式PT最高測量電壓為額定電壓的150%，測量出對應(yīng)的勵磁電流，鐵心不飽和則產(chǎn)品合格[3-4]。電磁式PT進行感應(yīng)耐壓前后均應(yīng)進行一次勵磁特性試驗，可有效檢測出繞組是否有過熱、匝間短路等不良現(xiàn)象，使缺陷提前暴露，以免造成設(shè)備運行事故。

2 電磁式PT變頻感應(yīng)耐壓試驗頻率選擇

根據(jù)PT勵磁特性，若在額定頻率下對互感器進行感應(yīng)耐壓試驗，則在升高電壓時，鐵芯中磁通將會嚴(yán)重飽和，此時即使磁通變化量很小，也會導(dǎo)致勵磁電流增大到不能允許的程度。而在繞組匝數(shù)及磁通幅值一定的情況下，增加電源頻率可以達(dá)到增加電壓的目的。在進行電磁式PT變頻感應(yīng)耐壓試驗時，試驗電源的頻率應(yīng)不低于導(dǎo)致鐵芯中磁通飽和的頻率。在中國，220 kV及以上系統(tǒng)都是中性點有效接地系統(tǒng)，進行電磁式PT勵磁特性試驗時，要求在1.5倍額定電壓下，其鐵心不會飽和。現(xiàn)場對220 kV電磁式PT進行變頻感應(yīng)耐壓，試驗電壓為出廠試驗電壓值的80%(368 kV)時，鐵芯飽和的理論計算頻率值為

式中:Us為電壓互感器交流耐壓試驗電壓，Un為電壓互感器相電壓，K為額定電壓因數(shù)，fn為額定頻率，fb為理論計算飽和頻率。

由此可見，現(xiàn)場感應(yīng)耐壓試驗頻率應(yīng)嚴(yán)格參照電磁式PT勵磁特性。采用變頻電源時，考慮一定的頻率裕度，試驗頻率宜大于100 Hz，且經(jīng)電磁式PT廠家確認(rèn)不會引起鐵芯飽和。

3 GIS電磁式PT變頻感應(yīng)耐壓試驗

為了防止電磁式PT鐵芯飽和，現(xiàn)場采用交流變頻技術(shù)，從二次側(cè)對PT進行變頻感應(yīng)耐壓試驗，通過互感器變比計算出一次側(cè)電壓值，并且要求試驗電壓值滿足規(guī)程規(guī)定，試驗時電磁式PT二次繞組電流一般在30～40 A(廠家提供)。

3．1 二次側(cè)電流過大的原因

空載情況下電磁式PT等效圖如圖1所示。由于電磁式電壓互感器一次側(cè)存在一個雜散電容Cx，在PT二次側(cè)加壓時，該雜散電容相當(dāng)于容性負(fù)載，電壓越高，容性電流Ic越大，且Ic＞IL。GIS結(jié)構(gòu)的特殊性使該雜散電容在GIS中的值相對比較大，現(xiàn)場進行感應(yīng)耐壓試驗時，通常會遇到二次側(cè)電流過大，而一次側(cè)電壓達(dá)不到規(guī)程要求的問題，因此現(xiàn)場試驗必須改變接線方式，降低二次側(cè)電流。

圖1 電磁式電壓互感器等效圖

3．2 二次側(cè)變頻感應(yīng)耐壓試驗

由于GIS結(jié)構(gòu)的原因，不可能在電壓互感器一次側(cè)接入一個電抗或電感對雜散電容進行補償從而降低二次側(cè)電流。根據(jù)現(xiàn)場實際狀況，提出在所有二次繞組都并聯(lián)一個相同電抗值的電抗，并且采用交流變頻技術(shù)，找到一個合適的諧振頻率(不一定是150 Hz)，頻率宜在100 Hz以上，上限不超過300 Hz，以免PT鐵芯過熱，變頻感應(yīng)耐壓試驗接線如圖2所示。從二次側(cè)讀取電壓折算到一次側(cè)時，必須考慮“容升”效應(yīng)，220 kV電壓等級容升系數(shù)為8%[5]，即當(dāng)二次側(cè)dadn繞組電壓加到268.3 V時，折算到一次側(cè)繞組電壓約為368 kV。

圖2 電磁式電壓互感器變頻感應(yīng)耐壓試驗

現(xiàn)場進行變頻感應(yīng)耐壓時應(yīng)注意:1)需監(jiān)視所有二次繞組的電流，并且同時監(jiān)視dadn、3a3n繞組的電壓;2)只能通過二次側(cè)電壓折算到一次側(cè)進行電壓監(jiān)視，若在一次側(cè)直接測量電壓會增加PT雜散電容，從而導(dǎo)致二次電流增大;3)采用電抗器進行補償時，補償后被試品必須呈容性(欠補償)，以免發(fā)生諧振;4)被試PT一次繞組、座駕、箱殼、鐵芯均應(yīng)接地;5)上限頻率不應(yīng)超過300 Hz，以免PT鐵芯過熱;6)PT二次非加壓繞組尾端接地，防止懸浮過壓。

4 現(xiàn)場實例

以某GIS變電站220 kV電磁式電壓互感器交流耐壓實驗為例說明。PT型號JDQX2-252，該PT二次有4個繞組，計量1a1n、測量2a2n、保護繞組3a3n，額定電壓均為，輔助繞組額定電壓為100 V，二次繞組最大允許電流為40 A。

實驗從二次側(cè)輔助繞組dadn加壓，并不對二次繞組進行補償，當(dāng)二次側(cè)輸入電壓達(dá)到104 V(折算到一次側(cè)電壓約為142.6 kV)時，此時輸入電流已經(jīng)達(dá)到40 A，若輸入電壓再增加，輸入電流將大于二次側(cè)最大允許電流，無法完成試驗。對此，在現(xiàn)場對每個繞組并入了2個15 mH的電抗器(每個電抗器額定電流為20 A)，較好地補償了容性電流，保證了低壓二次側(cè)電流不超過廠家要求值，成功完成了PT的感應(yīng)耐壓試驗。兩種感應(yīng)耐壓試驗用補償電抗相同，只是試驗頻率不同。變頻感應(yīng)耐壓與三倍頻感應(yīng)耐壓試驗數(shù)據(jù)如表1所示。表1中變頻電源輸出電流為dadn與補償電抗并聯(lián)后的總電流。

表1 變頻感應(yīng)耐壓與三倍頻感應(yīng)耐壓試驗數(shù)據(jù)

比較表1中數(shù)據(jù)可知:采用變頻感應(yīng)耐壓能成功完成220 kV GIS電磁式PT感應(yīng)耐壓試驗，而采用三倍頻感應(yīng)耐壓時，由于電抗器補償不夠，導(dǎo)致二次側(cè)電壓達(dá)到220 V后電壓無法繼續(xù)升高(此時耐壓裝置輸出電流為32 A)，未能完成試驗，即在三倍頻感應(yīng)耐壓試驗時，電抗器匹配比較復(fù)雜;裝置輸出電流明顯高于變頻感應(yīng)耐壓時變頻電源輸出電流，非加壓繞組電流相差不大，而且，在電抗器補償相同的情況下，PT二次繞組容易超過最大允許電流值。

5 結(jié)論

1)現(xiàn)場對GIS電磁式PT進行感應(yīng)耐壓試驗時，為了防止鐵芯飽和，必須注意試驗頻率的選擇，試驗頻率應(yīng)高于式(1)中理論計算值，PT廠家應(yīng)確認(rèn)試驗頻率下鐵芯不會出現(xiàn)飽和。

2)采用交流變頻技術(shù)，從PT二次加壓對一次進行感應(yīng)耐壓試驗時，由于PT存在雜散電容，導(dǎo)致二次側(cè)電流較大，可以通過在二次繞組中并入小電抗來補償電容電流。進行感應(yīng)耐壓時，必須考慮一定的“容升”效應(yīng)，220 kV電壓等級容升系數(shù)為8%。另外，可以采用二次側(cè)變頻感應(yīng)耐壓代替?zhèn)鹘y(tǒng)三倍頻感應(yīng)耐壓，補償電抗器選擇更為靈活，為現(xiàn)場試驗提供了方便。

3)電磁式PT進行交流耐壓前后均應(yīng)進行一次勵磁特性試驗，不僅要比較耐壓前后的勵磁特性，還應(yīng)與同批次的PT勵磁特性試驗結(jié)果進行綜合比較，作為判斷是否合格的依據(jù)。

[1]董國震.分級絕緣電壓互感器倍頻感應(yīng)耐壓試驗的分析[J].高壓電器，2007，43(3):235-236.

[2]國家電網(wǎng)公司人力資源部.電氣試驗[M].北京:中國電力出版社，2010:261-264.

[3]中華人民共和國能源部.GB50150-2006電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國計劃出版社，2006.

[4]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB1207-2006電磁式電壓互感器[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[5]趙玉富，陳卓婭等.GIS中電壓互感器的現(xiàn)場檢定[J].電測與儀表，2007，500(44):34-36.