摘要：随着我国变电站数量的迅速增多，其供电的可靠性愈发重要。耐压试验是检验变电站设备主绝缘最直接、最有效的手段，具有重要意义，是变电站设备供电可靠性的良好保障。目前的交流耐压方式主要分为工频交流耐压和变频交流耐压，而工频耐压受自身容量的限制，只能对电压等级低、容量小的设备进行试验，随着电网的发展，电压等级的提升，以频率在20-300HZ的交流耐压成为最主要的耐压方法，其通过串联谐振产生的谐振过电压对被试品进行高电压等级的交流耐压，以达到检验其绝缘水平的目的。
1研究背景
变电站设备的耐压试验属于大型试验，所用的试验设备数量多、体积大、重量沉，不易于组装及拆卸，耐压过程风险高。根据GB50150-2016相关要求，耐压试验必须从一次侧监测电压值，电容分压器的主要作用就是监测一次电压。而电容分压器存在如下问题：1、由于电压等级高，现场试验时往往需要使用3-4节，组立起来高度超过7m，难度极大。2、电容分压器直径只有15cm，组立起来高度高，使得自身稳定性极差，需要采取措施防止其倾倒。3、电容本身较细，而且其与电抗间的连接，使得电晕增加，波形畸变率升高，而且在电压升高时，电晕损耗增大，品质因数降低，影响升压。4、目前的耐压设备组立需吊车与高空车配合使用，2-3个高空人员以及3-4个地面配合人员，耗费4个时间完成，既费时费力，安全风险又高。吊装组立的主体是电抗器与测量电容，研制出如何减少此部分的工作量对于提高耐压试验效率有重要意义5、随着耐压试验试验电压幅值高，尤其是500kV及以上电压等级设备的耐压，尖端放电和电场分布会在一定程度上影响谐振系统的带负载能力。通过均压环和高压屏蔽波纹管来可解决上述问题，但使用过多会增加设备的组立的难度，尤其是波纹管体积大，在大风天气风险系数高，需减少波纹管的使用量为了满足大容量、高电压的耐压需求，串联谐振设备自身的容量也要相应提高，这样就使得设备自身的重量、数量、组立难度都相应提高，现场试验极为不便。为了更好开展设备耐压工作，减少耐压设备组装过程中吊装及接线的工作量，提高耐压试验的安全水平。为满足工程需要，特针对现有的耐压设备进行升级改造，改造后的耐压设备能够减少吊装作业的次数，能够减少试验接线的次数，整个耐压过程的安全性会得到大幅度提高，耐压过程的工作量也大大的减少。
2主要研究思路
2.1主要功能设计
（1）将电抗器和分压电容器进行合并，增大直径、减少数量，通过升级增强可靠性；（2）解决电抗器和分压电容安全距离和绝缘的问题（3）改造耐压操作设备；（4）与原有设备兼容，完成460kV的交流耐压试验；（5）预留250kV 第二节的改造接口；（6）形成全套设备升级改造的技术文件，为将来进一步技术革新，提供充足资料。
2.2主要结构设计
图5串联谐振原理框
串联谐振原理框如图5所示包括：变频电源：变频电源能够将50Hz的380V三相交流电变为电压及频率可调的单相电；励磁变：本质上是一台单相变压器，将变频电源输出的电压升高；谐振电抗：给整个串联谐振回路提供补偿电抗；电容分压器：给整个串联谐振回路提供补偿电容；通信光纤：为整个串联谐振回路提供通讯信号，为方便整个串联谐振回路产生谐振。
图6 整体布局
本项目是将谐振电抗和电容分压器进行合并，整体由绝缘筒包裹电抗器和分压电容器组成，将电抗器与电容分压器合并，两者间注入合格的变压器油实现内部绝缘，上下采用绝缘封板。并对变频谐振系统进行改造。
2.2.1绝缘单元
绝缘单元包括外部的绝缘筒、绝缘封板和内部的绝缘油组成，
图7 绝缘筒尺寸 图8 绝缘封板尺寸
绝缘筒和上下绝缘封板由环氧树脂玻璃浇筑而成，具有耐热、耐湿、耐腐蚀，可承力强的特点。绝缘油采用25#变压器油，具有变压冷却性能良好，绝缘性能优良和较强的氧化性能。
2.2.2内部谐振系统
串联谐振系统主要由电抗器和分压电容器组成，在设计中考虑绝缘筒内电容和电抗的绝缘距离。
图9 内部谐振系统示意图
2.3变频系统改造
对耐压变频操作设备进行改造，使用更加方便快捷安全。改造完成后达到以下效果：1.体积小，重量轻，特别适合现场使用；2.符合国标要求：有监测峰值/√2功能，可实时监测试验波形；3.过压，过流，放电，过热及零启动保护全面可靠，动作时间1微秒；4.设备自带微型打印机，可及时打印保存试验数据；5.独有软件校准功能，方便用户校准表计，确保高电压值准确度
3关键技术问题
3.1绝缘单元的研究
图 12 25#变器油检测标准
绝缘单元包括外部的绝缘筒、绝缘封板和内部的绝缘油组成，绝缘筒和上下绝缘封板由环氧树脂玻璃浇筑而成，相比较其他材料，环氧树脂玻璃具有以下特点：1．形式多样。2．固化方便。选用各种不同的固化剂，环氧树脂体系几乎可以在0～180℃温度范围内固化。
3．粘附力强。环氧树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存在，使其对各种物质具有很高的粘附力。环氧树脂固化时的收缩性低，产生的内应力小，这也有助于提高粘附强度。4．收缩性低。5．力学性能。固化后的环氧树脂体系具有优良的力学性能。6．电性能。7．化学稳定性。8．尺寸稳定性。9．耐霉菌。绝缘筒的外形尺寸为Φ1500*2230。上下绝缘封板为Φ1500*50。在设计过程中既考虑到电抗器和分压电容器的尺寸，又考虑到电抗器和分压电容器的串联距离和连接方式。绝缘油采用25#变压器油，具有以下特点：1、电气绝缘性能，击穿电压高、介质损耗因数小，可有效防止高压电场下的放电现象和功率损失；2、良好的热安定性和氧化安定性，可防止使用过程中形成酸和油泥，延长电气设备的使用寿命；3、较低的黏度，提供有效的冷却性和热传递性；低温性能优良，不含降凝剂，倾点可低至－40℃；4、抗析气性能好，防止高压电场条件下的气隙放电现象；5、环烷烃和芳香烃含量适宜，保证溶解电气设备运行过程中形成的油泥而避免破坏绝缘材料和影响传热；6、环境友好，不含任何多氯联苯。
结语
随着该项技术的研究推进，高压试验的耐压试验将逐步向小型化、精简化方向发展，降低了初始设备投资，提高了现场空间利用水平，投资收益效果显著。另外，研制成果大大减少施工现场转运以及施工配合费，现场布局更加紧凑，体现了施工节约、环境友好目的，推广应用前景广阔。
参考文献：
[1]周理，周芝峰.交流耐压试验应用及探讨[J].煤矿机械，2009（9）.
[2]王贻平.G IS 现场交流耐压试验技术[J].华东电力，1998（4）.
论文作者:李晓然,王琦,魏永乐
论文发表刊物:《电力设备》2018年第35期
论文发表时间:2019/5/27
标签：耐压论文; 谐振论文; 设备论文; 电压论文; 电容论文; 环氧树脂论文; 电抗论文; 《电力设备》2018年第35期论文;