干式空心電抗器日常維護(hù)技術(shù)及常用試驗(yàn)裝置研究

游書均 石寧 黃巍巍等

摘 要：干式空心電抗器是電網(wǎng)中使用比較常見的設(shè)備，在實(shí)際的應(yīng)用中出現(xiàn)一些故障，對這些故障的研究有利于其在電網(wǎng)中應(yīng)用的更合理。文章主要對干式空心電抗器匝間絕緣檢測的原理及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，從而對現(xiàn)在使用的一些常見的幾個(gè)裝置進(jìn)行分析，得到一種比較可靠的裝置。

關(guān)鍵詞：干式空心電抗器；絕緣試驗(yàn)；試驗(yàn)裝置

中圖分類號：TM471 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1006-8937（2015）03-0006-02

隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展，干式空心電抗器也越來越多的使用在電網(wǎng)上，所以對其技術(shù)的要求也就越來越高，而在實(shí)際應(yīng)用中和其他設(shè)備一樣不可能不出現(xiàn)一些很難避免的問題，對于這些問題的處理也是干式空心電抗器不斷進(jìn)步的基礎(chǔ)。干式空心電抗器匝間絕緣檢測也是必須要做的試驗(yàn)，匝間絕緣檢測設(shè)備的出現(xiàn)也為干式空心電抗器匝間絕緣檢測試驗(yàn)提供了工具，此試驗(yàn)依據(jù)是IEEEC 57.21和IEEEC 57.26標(biāo)準(zhǔn)，但這些標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)設(shè)備國內(nèi)并沒有，只有國外才有此檢測設(shè)備，這就限制了我國對干式空心電抗器匝間絕緣試驗(yàn)的實(shí)施。

國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 60076-6、國家標(biāo)準(zhǔn)GB 1094.6、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 5346及國家電網(wǎng)公司“10-66 kV干式電抗器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”等標(biāo)準(zhǔn)，對不同電壓等級的干式空心電抗器采用匝間絕緣試驗(yàn)是有不同的要求。

因此，有必要對干式空心電抗器匝間絕緣試驗(yàn)進(jìn)行研究，并研究一些試驗(yàn)裝置用于這些試驗(yàn)。本文通過分析我國研究干式空心電抗器匝間絕緣檢測的現(xiàn)狀及試驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)，并通過這些技術(shù)并對試驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn)。

1 干式空心電抗器匝間絕緣檢測方法的研究

由于干式空心電抗器的磁路開放，傳統(tǒng)用于變壓器、鐵心式電抗器縱絕緣檢測的感應(yīng)電壓試驗(yàn)不適用于其匝間絕緣的檢測。因此在檢測干式空心電抗器匝間絕緣試驗(yàn)時(shí)多采用脈沖電壓法進(jìn)行分析。當(dāng)前分析干式空心電抗器匝間絕緣試驗(yàn)的方法具體有以下幾種。

1.1 感應(yīng)電壓法

此方法與變壓器匝間絕緣試驗(yàn)的方法相同，都是采用間接的方法對被試線圈施加電壓進(jìn)行檢測，從而達(dá)到干式空心電抗器匝間耐壓檢查的目的。此方法主要對一些電壓等級比較低的線圈進(jìn)行檢測。

1.2 直接施加工頻電壓法

此方法采用試驗(yàn)用的變壓器對干式空心電抗器直接施加工頻電壓，通過這樣的試驗(yàn)來考核電抗器匝間絕緣耐受過電壓的能力。

1.3 雷電沖擊電壓法

此方法是在感應(yīng)電壓法和直接施加工頻電壓法試驗(yàn)中的容量和電壓都超出負(fù)荷的情況下而采用的一種方法，此方法的應(yīng)用并不太多。

1.4 高頻振蕩能量吸收法

這種方法是通過能量吸收原理進(jìn)行設(shè)計(jì)的一種檢測方法，通過觀察干式空心電抗器匝間的能量的變化不同，根據(jù)能量吸收的多少進(jìn)行檢測，可以用此方法檢測繞組匝間發(fā)生的故障。

1.5 高頻振蕩電壓法

此方法主要通過施加于干式空心電抗器兩端電源頻率變化，及電感的變化這一原理進(jìn)行分析。對高頻振蕩電壓法的要求是試驗(yàn)?zāi)蛪罕仨毮艹掷m(xù)1 min，對于60 Hz的電源系統(tǒng)，每分鐘電容對電抗器放電在不能少于7 200次，而振蕩頻率越高越好。在這些要求滿足的情況對干式空心電抗器匝間的絕緣情況進(jìn)行檢測。

這些方法的使用必須根據(jù)具體的電源情況進(jìn)行分析后再確定選擇不同的檢測方法。這些方法在實(shí)際的使用中都存在一定的不足，而且我國國內(nèi)也不具備相應(yīng)的設(shè)備，這就限制一些檢測方法的使用，這也是我國必須根據(jù)我國現(xiàn)有一些設(shè)備進(jìn)行一些相應(yīng)的干式空心電抗器匝間絕緣試驗(yàn)的原因。

2 基于高頻振蕩電壓法的脈沖電壓法試驗(yàn)的幾種常

用的試驗(yàn)裝置

根據(jù)前人的研究可以總結(jié)為兩個(gè)試驗(yàn)裝置，主要是根據(jù)IEEEC 57.21和IEEEC 57.26標(biāo)準(zhǔn)推薦電抗器匝間絕緣檢測電路的工作原理，進(jìn)行改進(jìn)并試驗(yàn)的得出的試驗(yàn)裝置。

首先是根據(jù)IEEE的標(biāo)準(zhǔn)而進(jìn)行改進(jìn)的一種試驗(yàn)裝置，如圖1所示。此試驗(yàn)裝置存在在球隙擊穿瞬間，出現(xiàn)電壓過大的現(xiàn)象，頻率變化如圖2所示。

此裝置的實(shí)現(xiàn)需要試驗(yàn)變壓器的容量必須特別大，而且這樣的試驗(yàn)裝置的成本不僅高，而且還會(huì)造成運(yùn)輸困難，這樣就造成了干式空心電抗器運(yùn)行在現(xiàn)場使用的不方便。此試驗(yàn)裝置也存在球隙擊穿過程中出現(xiàn)試驗(yàn)變壓器的變化比較大情況，這些變化的振蕩頻率不能真實(shí)反映干式空心電抗器電感的情況。所以不準(zhǔn)確的試驗(yàn)不能在實(shí)際的應(yīng)用中得到很好的推廣。這些試驗(yàn)出現(xiàn)的問題主要是在球隙擊穿后形成的通路中，流過這些球隙的過程中形成的電流較大，電弧呈紅色，而且也不能及時(shí)熄滅。這就會(huì)造成危險(xiǎn)，不能在實(shí)際的應(yīng)用中將整個(gè)過程順利進(jìn)行下去，這樣就很難在實(shí)際的現(xiàn)場進(jìn)行推廣。

鑒于這個(gè)試驗(yàn)裝置存在的問題，對此試驗(yàn)裝置進(jìn)行多次仿真和試驗(yàn)摸索，而摸索出另一種試驗(yàn)裝置，如圖3所示。

此試驗(yàn)裝置的工作原理是在電容與干式空心電抗器諧振時(shí)施加一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的電極，強(qiáng)行切斷變壓器輸出，這樣就保證了變壓器輸出時(shí)，通過球隙不再直接形成回路，從而也確保了其輸出不會(huì)過流。

此試驗(yàn)裝置的仿真計(jì)算得到干式空心電抗器兩端電壓波形，如圖4所示，從此圖可以發(fā)現(xiàn)此電源輸出功率不到15 kVA，比上一個(gè)試驗(yàn)裝置的電源輸出功率要小很多。

此試驗(yàn)裝置使用了旋轉(zhuǎn)電極，放電時(shí)兩間隙會(huì)同時(shí)擊穿，電波在兩間隙、多種波阻抗不同導(dǎo)體中不斷地被折射、發(fā)射，產(chǎn)生的頻率和幅值均有很高的干擾信號，這樣就很難保證試驗(yàn)測量及結(jié)果分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。而且電極高速旋轉(zhuǎn)，就會(huì)造成試驗(yàn)裝置的不穩(wěn)定，也會(huì)影響試驗(yàn)裝置的穩(wěn)定工作和測出穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。這樣就會(huì)在此基礎(chǔ)上進(jìn)行研究摸索，從而會(huì)設(shè)計(jì)出更先進(jìn)的試驗(yàn)裝置，避免上面兩種裝置存在的問題。此裝置主要采用大電阻限流、觸發(fā)點(diǎn)火進(jìn)行試驗(yàn)，其原理如圖5所示。

此試驗(yàn)裝置是通過倍壓塔進(jìn)行變壓器輸出電壓的控制，變壓器輸出電壓通過倍壓塔升至額定試驗(yàn)電壓，保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及裝置的穩(wěn)定性。

此試驗(yàn)裝置中的變壓器輸出功率不存在過載現(xiàn)象，這樣就不會(huì)出現(xiàn)方第二個(gè)試驗(yàn)裝置的信號干擾問題，這樣就能做到對干式空心電抗器匝間耐壓試驗(yàn)的要求即60 次/s，這樣的變壓器輸出功率<15 kVA，得到的測量波形比較準(zhǔn)確。

此試驗(yàn)裝置采用的是倍壓塔升壓，對升壓變壓器輸出電壓的要求也較低。

此裝置體積和質(zhì)量都比較小容易在實(shí)際的現(xiàn)場使用。

此裝置也是目前比較使用廣泛的一種干式空心電抗器匝間絕緣檢測設(shè)備，通過驗(yàn)證此裝置可以進(jìn)行相應(yīng)的推廣和應(yīng)用。使用此裝置進(jìn)行的試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示都滿足耐電壓的條件，即1 min試驗(yàn)結(jié)束后，測定的短路環(huán)附近的線圈溫度比電抗器上其他位置的溫度高出10 ℃，這說明短路環(huán)在試驗(yàn)中消耗了大量能量。所以對未知匝間絕緣故障位置的電抗器，可以通過溫度變化確定故障位置。

3 結(jié) 語

隨著我國技術(shù)水平的提高，我國電網(wǎng)的進(jìn)步也越來越明顯，通過對干式空心電抗器匝間絕緣檢測試驗(yàn)方法的研究及試驗(yàn)裝置的研究，對其存在的一些試驗(yàn)裝置的問題進(jìn)行改進(jìn)，從而找到一個(gè)合理的試驗(yàn)裝置，這對我國電網(wǎng)的發(fā)展具有重要的意義。本研究結(jié)果對準(zhǔn)確測定干式空心電抗器匝間絕緣情況，對變壓器的保護(hù)具有一定的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 翟云飛.干式空心電抗器匝間絕緣檢測系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)[D].大連：大連理工大學(xué)，2011.

[2] 駱曉龍.干式空心電抗器匝間絕緣試驗(yàn)方法有效性分析[J].絕緣材料，2012，（9）.