基于GIS管道寄生電容的TV串聯諧振升壓方法研究與應用

陳勇，朱夢夢，高海麗，朱全聰，林聰，翟少磊

（1. 云南電網有限責任公司姚安供電有限公司，云南 姚安 675300；2. 云南電網有限責任公司電力科學研究院，昆明 650217；3. 南方電網公司電能計量重點實驗室，昆明 650217；4.云南電網有限責任公司勐海供電有限公司，云南 勐海 666200）

0 前言

隨著電力改革創新發展，網內加快了智能電網的建設，大量的110～500 kV高電壓等級變電站快速建成并投運，而且在這些高電壓等級的發、配、變電站中使用最多的是六氟化硫全封閉組合電器（GIS）設備，根據GIS套管結構可分為單元式、非全封閉式、全封閉式。GIS管道中使用的電壓互感器通常為電磁式TV。

電壓互感器作為一、二次側電參量的重要橋梁，尤其在關口結算中，其現場TV計量結果的準確性對貿易結算至關重要，所以對TV的測量誤差精度要求很高。本文針對上述三種不同類型的GIS管道，介紹了三種不同的TV檢定方法，尤其對全封閉式GIS中TV的現場檢定作了重點介紹。

由于使用級聯變壓器升壓方法，升壓設備的體積大，所需電源容量又大等原因給現場使用造成很多困難；再加上它存在寄生電容，利用傳統方法檢定需要的無功容量很大。因此，本文提出利用GIS管道寄生電容與可調電抗器串聯諧振升壓方法，并利用此方法對220 kV谷滿變電站GIS套管中電磁式TV誤差試驗進行現場測試。為了解決現場單相寄生電容量小的問題，本文把GIS管道中A、B、C三相母線并聯方式增大電容量，這樣不僅充分利用了現場資源，而且減少了可調電抗器的數量。

1 單元式GIS中TV的現場檢定

單元式GIS套管是把電源引入到變電站，再把TA和TV與其它一次設備連接起來的方式。它的特點是以感性負載為主，因此檢定單元式GIS套管中TV時，可以采用傳統電磁式TV的檢定方法檢定，其原理圖如圖1所示。圖1中（TY—調壓器；SY—升壓器；PT0—標準TV；PTx—被測TV；Y1、Y2—電壓負荷箱A、X—TV一次的對應端子；a、x（1a、1n、2a、2n）—TV二次的對應端子）。

圖1 傳統電磁式TV現場檢定的原理圖

2 非全封閉式GIS中TV的現場檢定

非全封閉式GIS中的TV大多采用CVT，常見CVT的電容容量如表1所示，從表1中可以看出主電容量很大，要想通過工頻變壓器升壓來獲取相應的試驗電壓，所需的工頻變壓器體積大、重量重、容量大，這樣會給現場使用帶來很多困難。目前現場檢定CVT時，通常采用串聯諧振升壓方法獲取試驗電壓，串聯諧振升壓法的原理可用圖2說明。

表1 常見CVT的電容容量表

圖2 串聯諧振等效電路

圖2中（E—二次電勢；R—升壓器和電抗器繞組的電阻；L—電感值；C—電容量；Uc—電壓降）。根據圖2可寫出如下回路方程式：

其虛部：

圖3 CTV現場檢定的原理圖

3 全封閉式GIS中TV的現場檢定

3.1 GIS管道寄生電容的TV串聯諧振升壓方法

全封閉式GIS是整個變電站大多數一次設備都置于GIS套管中，它使用的TV是電磁式TV。按照常規的檢定方法，是把同組中一只被試TV的余留電壓繞組上加壓進行反升壓獲取一次高壓電源。由于全封閉式GIS套管中TV檢定時不能脫離母線單獨測試，并且GIS套管中存在寄生電容，TV的容量不是很大，這樣利用上述常規檢定方法進行升壓將會使被試TV超出額定容量，甚至會損壞被試TV。因此不易利用常規的電磁式TV現場檢定方法。從全封閉式GIS套管的特點來分析，它存在著寄生電容，我們可以把它們看作成一個整體，類似于一個CVT。這樣就可以把GIS套管寄生電容看成一個電容器，再與可調電抗器串聯諧振升壓，從而獲取試驗電壓。GIS套管寄生電容與可調電抗器串聯諧振升壓原理圖如圖4所示。圖4中（TY—調壓器，T—勵磁升壓變，L—可調電抗器）。

圖4 GIS套管寄生電容與可調電抗器串聯諧振升壓圖

往往在一些GIS變電站中，僅靠某一相母線寄生電容量與可調電抗器串聯諧振升壓，獲取試驗電壓，是需要很多可調電抗器，這樣給工作帶來很多困難。為了解決這些困難，我們可以采用并聯電容方式來增大電容量（并聯電容時：C=C1+C2+C3），這樣可以減少可調電抗器的數量。并聯電容與可調電抗器串聯諧振升壓，其原理如圖5所示。

圖5 并聯電容與可調電抗器串聯諧振升壓原理圖

3.2 GIS管道的TV串聯諧振升壓流程

GIS管道的TV串聯諧振升壓流程如圖6所示。

4 現場試驗及數據分析

本文以220 kV谷滿變電站GIS套管中電磁式TV為對象進行現場誤差試驗。

圖6 GIS管道的TV串聯諧振升壓流程圖

4.1 GIS套管中電容量測量

母線到#1主變接線圖如圖7所示，GIS套管中任意一相從母線側到#1主變通過便攜式LCR儀測的寄生電容量大約為0.000 9 μF；可以看出任意一相寄生電容量很小，為了增大電容量，把GIS套管中A、B、C三相并聯起來，此時測的寄生電容量約為0.002 7 μF。

圖7 母線到#1主變接線圖

4.2 電抗器的匹配選擇

把GIS套管中A、B、C三相并聯之后電容值為0.002 7 μF，根據工頻諧振條件，所需電抗值約為3 694.3 H，XL約為1 160.2 kΩ。選擇的可調電抗器如表2所示。

表2 可調電抗器銘牌

4.3 現場調試

把4臺可調電抗器氣隙都調節為10 mm時，進行升壓，在互感器校驗儀上顯示的電壓只是額定電壓的五分之三，說明回路基本滿足諧振條件。如果要滿足工頻諧振條件，就必需滿足增加了電感量，回路基本滿足諧振條件，但增加的電感量還不夠。然后氣隙都調節為4 mm時，再進行升壓，此時可以升到相應試驗電壓。

4.4 測試數據分析

1）TV誤差限值如表3。

2）#1主變220 kV側TV銘牌參數如表4所示。

3）#1主變220 kV側TV誤差數據如表5所示。

對照表3和表5中數據可知，所測220 kV谷滿變電站#1主變220 kV側GIS套管中電磁式TV誤差數據在誤差范圍之內。

表3 TV誤差限值表

表4 #1主變220 kV側TV誤差數據

5 結束語

本文利用GIS套管中寄生電容與可調電抗器串聯諧振升壓方法對220 kV谷滿變電站#1主變220 kV側GIS套管中電磁式TV進行了現場誤差檢測驗證。該方法，所需的電源容量小、設備體積小、重量輕、成本低，同時解決了傳統方法檢定GIS套管中電磁式TV升壓困難的問題，并充分合理地利用了現場資源，還大大提高了現場的可操作性，為高等級電壓變電站安裝的GIS套管中電磁式TV現場校驗時做出理論和實踐指導。