預防感應電危害的高壓開關機械特性試驗輔助裝置的研制

麥榮煥 陳子輝 阮禮駒

摘 要：在停電檢修設備上產生的強烈感應電對電力檢修人員來說是一種安全隱患。本文介紹了一種用于高壓開關機械特性試驗的輔助裝置，利用電容器將感應電壓降低至安全范圍，保護了人員的安全和儀器的完好，同時不對測試數據構成影響。

關鍵詞：感應電；高壓開關；機械特性；輔助裝置

0 前言

高壓開關是電力系統中的重要控制設備，其運行可靠性不僅關系到開關本身，而且影響到其他設備乃至整個電網。因此，對高壓開關的特性進行測試是一項很重要的工作[1]。中國南方電網《電力設備預防性試驗規程（Q/CSG114002-2011）》將時間參量測試列為SF6開關的預防性試驗項目，體現了該測試項目的重要性。接地是在停電設備上工作的最基本的安全防護措施[2]，然而，目前由于測試方法和設備的限制，需要拉開開關一側接地刀閘，從非接地側進行接線，才能進行高壓開關的機械特性試驗。若開關處于強電場中，當開關分閘時，非接地側將產生極高的感應電壓，且傳輸電壓等級越高，感應電壓越大[3]。這時，人員觸碰到試驗接線將會受到電擊，而過高的感應電壓也經常導致測試儀器的損壞。因此，消除感應電的危害和影響，是高壓開關機械特性試驗需要解決的難題。為此，我們設計了一套用于高壓開關機械特性試驗的輔助裝置，利用電容器有效地將感應電壓降低至安全范圍，既保護了人員和儀器，又不影響測試數據，從而保證了試驗質量。

1 輔助裝置的設計原理

開關上的感應電主要是由靜電感應產生，非接地側引線的感應電壓為： （1）[4]。如圖1所示，若在引線上并聯一只電容器C，則感應電壓（2）。由此可見，并聯的電容器電容值越大，在引線上產生的感應電壓將會越小。以本局某500kV變電站為例，其500kV開關均為西門子3AP2F1 雙斷口SF6開關，每個斷口并聯一個均壓電容器。當開關分閘時，非接地側引線還經兩個均壓電容器串聯后接地（串聯后等值電容為Cg），則感應電壓（3），并聯電容器后感應電壓為（4）。其中引線對地分布電容CA由單位電容（F/m）（ε_0：空氣介電常數，（F/m）；h：引線離地面高度，m；r：引線半徑，m）[5]乘以引線長度計算得出，約為45pF；兩個斷口均壓電容器串聯后等效電容值Cg按電容器銘牌計算，約為1015pF；Uj以500/kV計算。利用電容分壓器在多臺500kV開關非接地側引線上測得的感應電壓在3000-9300V之間。為保證一定的裕度，以U=15000V進行計算，代入式（3），計算得出CLA=58pF。考慮到人體的安全電壓和儀器大部分電子元件的絕緣水平，感應電壓U應限制在12V以下。以U=12V計算，將上述數值代入式（4）后，計算得出C=1.4μF。所以當并聯的電容器C≥1.4μF時，感應電壓將降低至12V以下。

由于高壓開關綜合測試儀是從信號采樣線輸出一個直流6V的工作電壓，來檢測開關的分、合閘時間和不同期性，因此，利用電容器對直流隔斷的作用，與儀器的A、B、C三相信號采樣線分別并聯一個電容器，并不會對測試構成影響。輔助裝置的設計，就是利用電容器能降低感應電壓且隔斷直流的原理制成。

2 輔助裝置的設計方案

根據上述的計算，我們設計出一套用于預防感應危害的高壓開關機械特性試驗輔助裝置（圖2）。裝置設計為A、B、C三相，每相均并聯一只電容器C、一只電壓表V和一只浪涌保護器SPD。以上元件的規格型號在市面上較為普遍，容易購得。由于直接接地是最可靠的防護措施，因此，裝置設計并聯一把三極閘刀開關QS，當僅進行試驗接線而未進行測試時，合上閘刀開關使引線直接接地。當進行測試時，拉開閘刀開關，使電容器逐漸充電起作用，避免強烈感應電對電容器的突然沖擊。電容器限制感應電壓在12V以下，電壓表進行電壓的監測。如果某相由于電容器故障或斷線造成開路，該相回路將會恢復極高的感應電壓，從而對人員和儀器可能造成傷害。為防止這種潛在危險的發生，在每相中并聯一只浪涌保護器。當電壓高于12V時，浪涌保護器動作，將感應電泄流下地，從而保證人身和儀器的安全。

3 輔助裝置的使用說明

使用輔助裝置來降低高壓開關機械特性試驗時的感應電壓，先將輔助裝置的接地端子可靠接地，合上三極閘刀開關，將測試儀器的A、B、C三條信號線對應接入輔助裝置的A、B、C三個接線端子，然后將測試儀器的A、B、C三條信號線分別對應掛上開關的非接地側引線，此時沿信號線引下的感應電通過三極閘刀開關直接下地。拉開三極閘刀開關，電容器起作用，將感應電壓降低至12V以下，電壓表進行電壓監測，此時可進行開關的機械特性試驗。若某相由于電容器故障或斷線造成開路，該相回路將會恢復極高的感應電壓，而一旦高于12V，浪涌保護器將動作，將感應電泄流下地，保證人身和儀器的安全。試驗結束后，合上三極閘刀開關，再拆除開關上的信號線和試驗儀器的相關接線。

4 結論

高壓開關機械特性試驗產生的高感應電壓會對試驗人員和測試儀器造成傷害。輔助裝置并聯接入測試回路后能有效地降低感應電壓，且接入的電容值越大，感應電壓越低。由于并聯的電容器電容值C遠大于引線對地分布電容CA和開關斷口均壓電容Cg，所以CA和Cg所起的降壓作用可以忽略不計。也就是說，輔助裝置同樣適用于不同長短引線和沒有斷口均壓電容的高壓開關。

參考文獻：

[1]賀政.高壓斷路器機械特性測試的意義及實踐[J].電力安全技術，2012，14（08）：58-60.

[2]秦福寧，史忠誠，蔡春風等.變電站內檢修作業中感應電的分析與預控[J].電源技術應用，2014（01）：334-339.

[3]陸昕.變電站靜電感應電壓風險的識別與控制[J].廣西電力，2013，5（36）：31-33.

[4]郭金平，趙施林，周存志等.電氣化鐵路感應電危害與預防[M].北京：中國鐵道出版社，2010：3-9.

[5]陳戎生，張惠勤，姚成開等.電力工程電氣設計手冊電氣一次部分[M].中國電力出版社，1989：893.

作者簡介：麥榮煥（1981—），男，廣東鶴山人，工程師、技師，研究方向：高壓電氣試驗。