保護測試設備免受過電壓損壞保護器的研制

黃道文

（廣東電網有限責任公司茂名供電局，廣東 茂名525000）

0 引言

在電力系統中，220 kV及以上電壓等級的接線場，由于帶電設備運行電壓較高，會對附近停電設備產生感應電，電壓可達3 kV甚至更高，停電的電力設備試驗項目中部分試驗項目需要拉開設備的地刀，導致感應電入侵測試儀表，而普通測試儀表的耐受能力僅為2 kV左右，無法承受如此高的感應電，容易因此損壞。在220 kV及以上電壓等級的變壓器直流電阻試驗中，變壓器繞組中通過的測試電流達5～30 A，由于主變繞組電感較大，若測試儀表突然失電，主變繞組會感應出非常高的電壓，遠遠超過測試儀器的承受能力，導致直流電阻測試儀燒損。由于我公司相關測試設備在較高電壓等級的試驗現場多次損壞，因此很有必要設計一種在過電壓情況下保護測試設備的保護器。

1 過電壓產生原因及保護原理

感應電產生的原因是帶電設備通過阻抗分壓導致不帶電設備帶電，圖1為帶電設備和停電設備示意圖，圖2為停電設備產生感應電壓原理圖，Z1為帶電設備與停電設備之間的阻抗，Z2為停電設備的絕緣和設備對地電容產生的容抗并聯而成的阻抗，感應電即U2＝Z2／（Z1＋Z2）×U，由于正常情況下Z2＜＜Z1，所以U2＜＜U，根據感應電產生原因可以對停電設備并聯一低阻抗R（確保所加電阻不影響測試結果），利用其阻抗值降低過電壓，如圖3所示。

圖1 帶電設備和停電設備示意圖

圖2 停電設備感應電產生原理圖

圖3 降低感應電的解決方案

在主變直流電阻測試（圖4）中，主變繞組通過的電流高達5～30 A，在正常情況下回路充放電緩慢，所以過電壓都在儀器承受范圍內，當儀器發生故障或外部電源被誤切斷時，主變繞組電流瞬間發生巨大變化，感應出非常高的電壓，會導致測試儀器損壞，所以在儀表發生失電或其他原因導致的輸出故障時，需要及時對儀表的測試系統進行保護，避免測試系統的損壞。解決方案為在儀表兩端并聯一回路，當儀表兩端電壓達到一個設定值時回路接通，保持電感電流的正常流動，避免產生過電壓（圖5）。

圖4 直流電阻測試原理示意圖

圖5 直流電阻測試儀過壓保護原理圖

2 設計方案

設計的保護器既要滿足現場功能應用，又要在現場復雜的情況下正常工作，需做好絕緣處理，其設計圖如圖6和圖7所示。

圖6 設備感應電保護電路圖

圖7 變壓器直流電阻測試儀保護電路圖

圖6 為防止感應電對測試儀表造成損壞的保護電路圖，A、B、C三相分別連接到被測設備三相上，在保護電路中每相并聯兩個阻值高達20 kΩ的電阻，電阻容量為50 W，高感應電在接入該系統后通過大功率電阻得到顯著降低，從而起到了保護測試設備的效果。

圖7 為防止變壓器直流電阻試驗過程中產生的過電壓對測試設備造成損害的電路圖，在該保護回路中并入了大容量的TVS管，在正常測試中，儀表兩端的電壓僅有幾伏，保護回路處于斷開狀態，當測試儀表出現失電或其他故障導致的測試回路斷開時，變壓器繞組中的電流會通過該系統自動導通，保持測試回路的電流處于導通狀態，避免產生高達10000 V的高壓。

3 應用實效

為了驗證保護器的測試效果，在500 kV停電設備不接地的情況下，分別測試保護器加入前和加入后停電設備上的感應電壓值，結果如表1、圖8所示。

表1 停電設備感應電壓值測試結果

圖8 保護器感應電保護效果

在變壓器直流電阻測試中，我們模擬了測試過程中儀表失電的情況，在測試中突然斷開直流電阻測試儀的刀閘，測試的現場過電壓波形如圖9所示，在1 ms內，過電壓從10000 V瞬間降低到幾十伏，有效保護了測試儀表。

圖9 保護器對變壓器繞組過電壓保護效果

4 結語

通過現場實際測試，該保護器能有效防止變電站現場感應電、變壓器繞組反沖電這兩種高壓設備試驗現場常遇見的過電壓對測試儀表的損壞，起到良好的保護作用。同時，該保護器在設計上采取了絕緣隔離措施，避免了可能的漏電對人員的傷害，為確保保護器的抗震性和防潮性，保護器配備了完備的緩沖措施和密封措施，能夠全天候、各種工況下使用。

［1］康華光.電子技術基礎：模擬部分［M］.5版.北京：高等教育出版社，2007.

［2］文遠芳.高電壓技術［M］.武漢：華中科技大學出版社，2001.

［3］胡啟范.變壓器試驗技術［M］.北京：中國電力出版社，2010.