10kV氧化鋅避雷器試驗輔助裝置

陳高汝 李長元 鄭哲宇 紀哲強 吳小妹 林建森 林迪航 鄭 姜

國網福州供電公司 福建福州 350009

針對10kV氧化鋅避雷器在傳統預防性試驗[1]過程中需拆卸后開展試驗工作的情況,因對其沒有合適的固定方法,極易在高壓試驗過程中發生松動而傾覆的安全事故。常見的方法是固定在臺鉗或者設備金屬架構上,但是固定時難以把握避雷器的卡位點、耗時且費力,導致工作效率低下。此外,每只10kV氧化鋅避雷器完成一次傳統的例檢試驗,都需要多人配合對避雷器先后進行固定、接線、試驗、放電、接地、拆線等工序。待更換為下一只需試驗的避雷器樣品,又需重復上述試驗步驟。其中試驗過程中固定和拆接線是避雷器試驗過程中操作煩瑣、耗時較長的工序,多個避雷器試驗時,重復這些工序,是造成試驗效率低下的關鍵原因[2-3]。研究發現文獻[2]和文獻[5]所使用的支架雖然能解決避雷器傾倒的現象,但結構較為復雜,試驗效率并未提高。

針對上述難點,本文提出一種新型10kV氧化鋅避雷器試驗輔助裝置,可同時放置并固定多個避雷器,通過PLC遠程控制試驗輔助裝置中氧化鋅避雷器試驗回路的開斷,電動選取所需要試驗的避雷器樣品,無須反復拆接線,極大提高試驗效率。

1 避雷器試驗輔助裝置結構設計

輔助裝置設計過程中,在滿足裝置絕緣性能、體積、重量和力學強度要求的前提下,應該優先考慮設計更多的槽口數量以及合理的底座固定方式。

考慮到裝置材質的絕緣性能、重量和力學強度,本文采用環氧樹脂玻璃鋼,它不僅具有良好的耐腐蝕性、絕緣性和力學強度等特性,而且材質密度小。另外,常見的10kV氧化鋅避雷器接線端為螺紋狀,且不同廠家和型號的避雷器接線端尺寸參數(長度和直徑)可能存在差異,因此避雷器底座的夾具應優先考慮設計為具有彈性的卡扣式固定夾具。

如圖1所示,其結構包括固定立柱1、插孔2、導電夾片3、彈簧4。固定立柱1的頂部均設置有插孔2,插孔2內部圓周均勻分布有四個導電夾片3,導電夾片3與插孔內壁之間均與徑向延伸的彈簧4相連接,其頂端均設置有外擴的倒角,便于避雷器尾部5插入。避雷器5插入時,如圖2所示,彈簧被擠壓,導電夾片3會緊緊夾住避雷器,使其穩穩立住,并且導電夾片3電性連接至底部公共接地端。

圖1 固定夾具工作狀態圖

圖2 固定夾具的工作狀態示意圖

對于槽口數量,其決定了對裝置開展一次拆、接線的工作就可以完成10kV氧化鋅避雷器樣品的數量,也是提高試驗效率的關鍵因素之一。但若是固定裝置中同時放置的避雷器樣品數量過多,又會導致試驗輔助裝置整體的體積和重量大大增加,對設備的結構強度也帶來了更高的要求,靈活度和便攜性也會隨之大打折扣。

綜合考慮上述原因,本文裝置的主體材料選用環氧樹脂玻璃鋼,槽口數量設計為6個,裝置底部的固定夾具設計為彈性的卡扣式固定夾具。

2 避雷器試驗輔助裝置原理分析

2.1 避雷器的試驗輔助裝置結構分析

10kV氧化鋅避雷器進行例行試驗時,需要將其從設備上拆下(如圖3所示),通常會被安放在地面上或者絕緣物件上進行試驗,再經過接線、升壓、記錄、放電、拆線試驗流程,完成之后再對下一個避雷器進行試驗[4]。在這個過程中,大部分的時間都被消耗在避雷器的固定和拆、接線的試驗流程上,每開展一只避雷器的試驗工作均需重復上述試驗流程,是造成試驗效率低下的關鍵原因。

圖3 單個避雷器實物圖

為提高10kV氧化鋅避雷器試驗效率,設計優化試驗輔助裝置結構,試驗設備與斷路器相連,PLC遠程控制斷路器的開斷,電動選取所需要試驗的避雷器樣品,無須反復拆接線。如圖4所示。

圖4 試驗輔助裝置結構

圖4中:(1)為避雷器的固定夾具,起固定避雷器的作用;(2)為輔助裝置的外殼,起絕緣和結構支持的作用;(3)為公共接地點,功能是多個避雷器尾部分別通過連接該公共端子接地;(4)為裝置的槽口,待試驗的避雷器通過槽口放置到輔助裝置內,開放的槽口便于避雷器頂部接線端的試驗接線;(5)為絕緣擋板,提高絕緣強度,避免高壓試驗過程中高電位避雷器向其他低電位區域產生放電;(6)為輔助裝置的頂部平臺,輔助裝置的槽口、高壓公共接線端、絕緣擋板、PLC控制的試驗回路斷路器等部件均集成于該平臺;(7)為斷路器,可通過PLC遠程控制斷路器,進而控制試驗回路的開斷和試驗避雷器之間的切換。

圖5為避雷器試驗接線原理圖,避雷器頂端連接試驗設備的高壓發生器,底端接地,可完成絕緣、直流泄漏電流等試驗。

圖5 避雷器試驗接線原理圖

2.2 避雷器試驗原理

在對避雷器進行預防試驗時,首先要初步檢查避雷器的內部結構是否受潮,需要對避雷器的絕緣電阻進行測量,絕緣合格后再開展泄漏電流試驗。交流泄漏電流目的是檢查正常運行電壓下的最大工作電流,由于閥片有較大的電容,因此其交流泄漏電流比直流泄漏電流要大,在判斷方面不及直流泄漏電流的精度。雖然避雷器運行在交流環境下,但為了更好地檢查其內部閥片是否老化、動作特性是否正常等相關情況,通常都是測量其直流泄漏電流。

直流泄漏電流試驗需要測量無間隙金屬氧化物避雷器在直流電流達到1mA下的電壓(U1mA),以及被試品兩端電壓值為0.75U1mA下的直流漏電流。在測量過程之中,應盡量減小電暈電流、雜散電容和表面潮濕污穢對試驗結果的影響[5]。對于由金屬氧化物閥片構成的避雷器,U1mA和0.75U1mA下漏電流值的變化是判斷樣品質量殘缺較為簡單的方法。直流泄漏電流試驗原理如圖6所示,其中T1為調壓器,T2為試驗變壓器,R為限流電阻,C為濾波電容,R1、R2分別為電阻分壓器高、低壓臂電阻,MOA為待試驗避雷器,QF為斷路器。

圖6 氧化鋅避雷器直流泄露電流試驗原理圖

應用本文中的輔助裝置后,可大幅提升試驗效率,直流泄漏電流試驗步驟大致如下:

(1)放樣。將多個避雷器表面擦拭干凈,放入試驗輔助裝置的槽口內,將避雷器尾部插入固定夾具中,確保可靠接觸。

(2)接線。完成設備及試驗輔助裝置接線,檢查接線是否正確,尤其要確保輔助裝置底部公共接地端和頂部公共高壓接線端接線無誤,再通過PLC遠程控制待試驗避雷器回路斷路器的閉合,斷開其他避雷器的回路中的斷路器。

(3)試驗。拆除安保接地線,開始進行試驗;確認電壓輸出在零位,接通電源,然后緩慢地升高電壓到規定的試驗電壓值。測得U1mA和0.75U1mA下漏電流值后,迅速降壓到零。等電壓表指示基本為零后,斷開儀器開關和試驗電源。

(4)放電。用具備限流電阻的放電棒對避雷器進行放電,等放電完全之后,掛接地線。

(5)進行下一個避雷器試驗。此處無須再重復步驟(1)放樣和步驟(2)接線的過程,直接通過PLC遠程控制已完成試驗避雷器回路斷路器的斷開,閉合下一個待試驗避雷器回路斷路器的閉合,重復步驟(3)、步驟(4),直至完成步驟(1)中放入輔助裝置中的全部避雷器的試驗。

結語

綜上所述,本文設計的新型10kV氧化鋅避雷器試驗輔助裝置,可同時放置并固定多個避雷器,設計優化試驗間距和加裝絕緣隔板解決試驗過程中的放電問題,再通過PLC遠程控制避雷器試驗回路的開斷來實現待試驗樣品的電動切換,無須反復拆接線,有效地解決避雷器試驗過程中固定難、易傾倒的安全風險以及試驗效率較低下等問題。