高壓試驗(yàn)工程技術(shù)論文

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1.概述

隨著社會現(xiàn)代化程度的提高，電力在國民經(jīng)濟(jì)和人民生活中占有越來越重要的地位，人們對電力供應(yīng)的依賴性越來越強(qiáng)，大家希望得到優(yōu)質(zhì)、可靠、穩(wěn)定的電能，故障停電將給企業(yè)以及用戶造成重大經(jīng)濟(jì)損失。電力設(shè)備是電網(wǎng)的重要屏障，電力設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，直接關(guān)系到電網(wǎng)的安全。隨著電網(wǎng)容量的不斷增大和用戶對供電可靠性要求的日益提高，高壓輸電已經(jīng)在電網(wǎng)系統(tǒng)中占有重要的地位。高壓輸變電工程的建設(shè)一般要經(jīng)過高壓試驗(yàn)研究、高壓設(shè)備研制、高壓設(shè)備試運(yùn)行的考核等幾個(gè)階段，而電力設(shè)備的高壓試驗(yàn)是完成上述必經(jīng)階段的基本手段和前提。電力系統(tǒng)中的高電壓設(shè)備，其首要任務(wù)是安全可靠的運(yùn)行，任何故障或事故的發(fā)生，都會影響到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的正常進(jìn)行甚至給國民經(jīng)濟(jì)造成重大的損失。所以運(yùn)行在重要系統(tǒng)中的高電壓設(shè)備(如變電站高壓電氣設(shè)備)必須在長年使用中保持高度的可靠性，為此必須對設(shè)備按設(shè)計(jì)的規(guī)格進(jìn)行一系列的高壓試驗(yàn)。

2.電力設(shè)備高壓試驗(yàn)

電力試驗(yàn)就是用電力試驗(yàn)設(shè)備按照規(guī)定的要求對電力設(shè)備進(jìn)行連續(xù)或間斷的試驗(yàn)，然后根據(jù)監(jiān)測信息進(jìn)行技術(shù)參數(shù)評估和狀態(tài)診斷。對電力設(shè)備的試驗(yàn)是保證電力設(shè)備健康運(yùn)行的必要手段，它關(guān)系著設(shè)備的利用率、事故率、使用壽命、人力物力財(cái)力的消耗，以及電力企業(yè)的整體效益等諸多問題。對電力設(shè)備做高電壓試驗(yàn)主要目的是：在制造廠時(shí)，對所有的原材料的試驗(yàn)，制造過程的中間試驗(yàn)，產(chǎn)品定型及出廠試驗(yàn)。其目的是檢驗(yàn)新的高壓電氣設(shè)備是否符合有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，嚴(yán)禁不合格的高壓設(shè)備出廠。對于大修后的設(shè)備進(jìn)行高電壓的各種試驗(yàn)。其目的是判定設(shè)備在維修、運(yùn)輸過程中是否出現(xiàn)絕緣損傷或性能變化，以及大修后修理部位的質(zhì)量是否符合原標(biāo)準(zhǔn)。對于正在運(yùn)行中的電力設(shè)備，則按規(guī)定周期進(jìn)行例行的試驗(yàn)，一般將這種例行試驗(yàn)稱作預(yù)防性試驗(yàn)。通過預(yù)防性試驗(yàn)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備內(nèi)部隱藏的缺陷，配合檢修加以消除，以避免設(shè)備絕緣在運(yùn)行中由于工作電壓尤其是系統(tǒng)過電壓的作用被擊穿，造成嚴(yán)重的設(shè)備事故以及人身事故。這樣就能做到預(yù)防為主，使設(shè)備能長期、安全、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。

2.1電力設(shè)備高壓試驗(yàn)關(guān)鍵分析

在高電壓實(shí)驗(yàn)室或戶外試驗(yàn)場，電壓通常是采用高壓試驗(yàn)變壓器來產(chǎn)生的；對于GIS、電纜和電容器等電容量較大的試品，可以采用串聯(lián)諧振設(shè)備來產(chǎn)生工頻高電壓。由于電力變壓器作為高電壓試驗(yàn)設(shè)備并不經(jīng)濟(jì)，因此，通常交流高電壓試驗(yàn)設(shè)備只包括高壓試驗(yàn)變壓器以及串聯(lián)諧振設(shè)備。高壓試驗(yàn)電源設(shè)備應(yīng)包括電力變壓器。一方面，高壓對試驗(yàn)電源提出了更高的要求，當(dāng)試驗(yàn)變壓器和串聯(lián)諧振設(shè)備這兩種常規(guī)方案不能滿足其要求時(shí)，應(yīng)考慮電力變壓器方案。另一方面，在試驗(yàn)室，作為電力變壓器的一種結(jié)構(gòu)型式，升壓變壓器實(shí)際上常用來作為中間變壓器匹配電源電壓和試驗(yàn)所需的電壓，并具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。高壓輸電技術(shù)的試驗(yàn)研究以及高壓設(shè)備的絕緣考核對交流試驗(yàn)電源提出了更高的要求。通過對試驗(yàn)變壓器、串聯(lián)諧振設(shè)備以及電力變壓器等三種可供選擇的交流試驗(yàn)電源各自的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)進(jìn)行分析比較，指出其不同的適用范圍。試驗(yàn)變壓器適用于相對較小容量試品的短時(shí)高電壓試驗(yàn)；串聯(lián)諧振設(shè)備適用于容性試品的單相高電壓試驗(yàn)，并能滿足相對較大容量要求：電力變壓器作為高電壓試驗(yàn)設(shè)備，在結(jié)構(gòu)和容量上并不經(jīng)濟(jì)，但作為交流試驗(yàn)電源，卻具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。因此，當(dāng)試驗(yàn)變壓器和串聯(lián)諧振設(shè)備這兩種常規(guī)方案不能滿足特高壓交流試驗(yàn)電源的基本要求時(shí)，應(yīng)考慮電力變壓器方案。高電壓設(shè)備試驗(yàn)的應(yīng)用軟件提供了設(shè)備臺帳據(jù)的錄人管理功能，并針對高壓設(shè)備試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的分析功能。針對以上需求研制開發(fā)一套高電壓試驗(yàn)專業(yè)軟件，除了能夠完成各種高壓電力設(shè)備的銘牌和試驗(yàn)數(shù)據(jù)錄人、管理和查詢功能外，還能夠?qū)υ囼?yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行基本分析。這使得實(shí)際數(shù)據(jù)得到及時(shí)準(zhǔn)確的處理，大大提高了電力設(shè)備高壓試驗(yàn)的效率和準(zhǔn)確率，提高了電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。電力設(shè)備的高壓試驗(yàn)過程是：首先根據(jù)試驗(yàn)設(shè)備的不同選取電源，并進(jìn)行軟件的系統(tǒng)配置，對測量的參數(shù)進(jìn)行初始化，根據(jù)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)(如色譜分析數(shù)據(jù)、局部放電數(shù)據(jù)、紅外測溫?cái)?shù)據(jù)等)、設(shè)備定期預(yù)試數(shù)據(jù)以及運(yùn)行工況記錄、缺陷記錄、維修記錄、出廠數(shù)據(jù)等，診斷電力設(shè)備可能，出現(xiàn)的潛伏性故障，并做出故障的趨勢預(yù)報(bào)，由此對電力設(shè)備的實(shí)際健康狀態(tài)進(jìn)行評估；根據(jù)電力設(shè)備故障性質(zhì)預(yù)報(bào)高壓電力設(shè)備健康狀態(tài)，擬訂出初步的試驗(yàn)測試結(jié)果，確定影響高壓電力設(shè)備的主要指標(biāo)屬性或目標(biāo)，采用某種決策方法進(jìn)行分析。高壓試驗(yàn)保護(hù)的技術(shù)要求為確保高壓系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，其主保護(hù)和后備在金屬性故障時(shí)動(dòng)作時(shí)間必須滿足要求，要求具備可投退的聯(lián)跳功能，線路上發(fā)生故障，導(dǎo)致一側(cè)保護(hù)動(dòng)作且本側(cè)開關(guān)跳開三相時(shí)，向?qū)?cè)發(fā)遠(yuǎn)方三相跳閘信號。對側(cè)收到遠(yuǎn)跳信號后，直接跳三相，將對經(jīng)高阻接地故障時(shí)對保護(hù)動(dòng)作行為的判別要求由對阻值的要求改為電流值要求，即系統(tǒng)發(fā)生經(jīng)高過渡電阻單相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)電流大于800A時(shí)，保護(hù)應(yīng)能切除故障。當(dāng)差動(dòng)電流大于800A時(shí)，分相差動(dòng)保護(hù)應(yīng)能選相動(dòng)作：保護(hù)裝置應(yīng)能根據(jù)電壓電流量判別線路運(yùn)行狀態(tài)．實(shí)現(xiàn)線路非全相狀態(tài)的判別和重合于永久性故障后加速跳閘：在南分布電容、并聯(lián)電抗器、變壓器(勵(lì)磁涌流)、高壓直流輸電設(shè)備和串聯(lián)補(bǔ)償電容等所產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的諧波分量和直流分量的影響下，保護(hù)裝置不應(yīng)誤動(dòng)作或拒動(dòng)：保護(hù)裝置應(yīng)有專門的濾波措施，以避免特高壓系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波和直流分量對保護(hù)裝置的影響,光纖電流差動(dòng)保護(hù)應(yīng)對電容電流進(jìn)行補(bǔ)償,應(yīng)適用于線路兩側(cè)使用不同變比電流互感器的情況,保護(hù)裝置與通道接口沒備之間采用光纜連接,應(yīng)具有對復(fù)用光纖通道的監(jiān)視功能.當(dāng)通道中斷時(shí)應(yīng)能發(fā)出告警信號,并閉鎖與通道有關(guān)的保護(hù)。

3.變電設(shè)備

3.1變壓器的概念及分類

在交流電路中,將電壓升高或降低的設(shè)備叫變壓器,變壓器能把任一數(shù)值的電壓轉(zhuǎn)變成頻率相同的我們所需的電壓值,以滿足電能的輸送,分配和使用要求。例如發(fā)電廠發(fā)出來的電,電壓等級較低,必須把電壓升高才能輸送到較遠(yuǎn)的用電區(qū),用電區(qū)又必須通過降壓變成適用的電壓等級,供給動(dòng)力設(shè)備及日常用電設(shè)備使用。變壓器按相數(shù)分有單相和三相變壓器。按用途分有電力變壓器,專用電源變壓器,調(diào)壓變壓器,測量變壓器(電壓互感器、電流互感器),小型電源變壓器(用于小功率設(shè)備),安全變壓器,按結(jié)構(gòu)分有芯式和殼式兩種。線圈有雙繞組和多繞組,自耦變壓器,按冷卻方式分有油浸式和空氣冷卻式。

3.2科學(xué)規(guī)范變壓器的檢查工作

3.2.1常規(guī)外部檢查項(xiàng)目

此類項(xiàng)目主要有變壓器的油枕、充油套管、散熱器、潛油泵、調(diào)壓分接頭油箱、大蓋結(jié)合面、油閥門聯(lián)通管等無滲、漏油、油位及油色正常;變壓器套管外部應(yīng)清潔、無破損裂紋、無放電痕跡及其它現(xiàn)象;變壓器各部油溫正常,各散熱器溫度應(yīng)均勻;變壓器嗡嗡聲的音響性質(zhì)有無新的音調(diào)發(fā)生;各導(dǎo)線連接處無發(fā)熱變色、電纜頭應(yīng)無漏油和外皮脫落現(xiàn)象;室內(nèi)變壓器還應(yīng)檢查門、軸流風(fēng)機(jī)完好,室內(nèi)干凈無漏水,照明和空氣溫度應(yīng)適宜等等。

3.2.2在氣候急變時(shí)的特殊檢查項(xiàng)目

主要是指大風(fēng)時(shí),引線應(yīng)無劇烈擺動(dòng)和松脫現(xiàn)象,頂部、套管及匯流排應(yīng)無風(fēng)吹落物;雷雨后,各部無放電痕跡,引線連接處無水汽現(xiàn)象,并抄錄避雷器的雷擊次數(shù)及時(shí)間;大雪天,套管和導(dǎo)線連接處落雪不應(yīng)立即融化和產(chǎn)生熱氣,且無冰溜子;氣溫及負(fù)荷劇變時(shí),應(yīng)檢查油枕及充油套管油位,溫升及溫度的變化情況等等。

3.2.3上層管理人員定期外部檢查項(xiàng)目

主要有變壓器箱殼及箱沿、發(fā)熱是否正常,外殼接地線以及鐵芯小套管接地線的引下線應(yīng)完好;凈油器及其它油保護(hù)裝置的工作狀況應(yīng)正常;強(qiáng)油循環(huán)的變壓器應(yīng)作冷卻裝置兩路電源自動(dòng)切換試驗(yàn),以保證隨時(shí)正確動(dòng)作;檢查儲油柜集泥器內(nèi)應(yīng)無水份及不潔物。如有則應(yīng)除去,并用控制油門檢查油位計(jì)應(yīng)無堵塞現(xiàn)象等等。

3.3落實(shí)電力變壓器的防火措施

變壓器防火是變壓器安全運(yùn)行的最為重要的方面。如變壓器內(nèi)部發(fā)生過載或短路,絕緣材料或絕緣油就會因高溫或電火花作用而分解,膨脹以至氣化,使變壓器內(nèi)部壓力急劇增加,可能引起變壓器外殼爆炸,大量絕緣油噴出燃燒,油流又會進(jìn)一步擴(kuò)大火災(zāi)危險(xiǎn)。我們在工作中,主要做到變壓器不能過載運(yùn)行:長期過載運(yùn)行,會引起線圈發(fā)熱,使絕緣逐漸老化,造成短路;經(jīng)常檢驗(yàn)絕緣油質(zhì):油質(zhì)應(yīng)定期化驗(yàn),不合格油應(yīng)及時(shí)更換,或采取其它措施;防止變壓器鐵芯絕緣老化損壞,鐵芯長期發(fā)熱造成絕緣老化;防止因檢修不慎破壞絕緣,如果發(fā)現(xiàn)擦破損傷,就及時(shí)處理;短路保護(hù):變壓器線圈或負(fù)載發(fā)生短路,如果保護(hù)系統(tǒng)失靈或保護(hù)定值過大,就可能燒毀變壓器。為此要安裝可靠的短路保護(hù);通風(fēng)和冷卻:如果變壓器線圈導(dǎo)線是a級絕緣,其絕緣體以紙和棉紗為主。溫度每升高8℃其絕緣壽命要減少一半左右;變壓器正常溫度90℃以下運(yùn)行,壽命約20年;若溫度升至105℃,則壽命為7年等等。變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行不僅取決于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式,同時(shí)更取決于變壓器的制造水平。按變壓器經(jīng)常負(fù)載大致可以分為四種情況:一是經(jīng)常處于滿載或接近滿載運(yùn)行的變壓器;二是經(jīng)常處于多半載運(yùn)行的變壓器;三是經(jīng)常處于少半載運(yùn)行的變壓器;四是經(jīng)常處于輕載或空載運(yùn)行的變壓器。

3.4過電壓保護(hù)的配置

特高壓輸電線路兩側(cè)配置過電壓保護(hù)及就地判別元件。過電壓保護(hù)動(dòng)作后，通過遠(yuǎn)方通道遠(yuǎn)跳對側(cè)斷路器，遠(yuǎn)方通道和就地判別元件雙重化配置。遠(yuǎn)方通道宜采用線路主保護(hù)的遠(yuǎn)傳通道傳送遠(yuǎn)方跳閘命令。對過電壓保護(hù)的技術(shù)要求過電壓保護(hù)應(yīng)能在線路出現(xiàn)任何危及設(shè)備絕緣的工頻過電壓時(shí)．?dāng)嚅_有關(guān)的斷路器．在系統(tǒng)正常運(yùn)行或系統(tǒng)暫態(tài)過程的干擾下不應(yīng)誤動(dòng)作動(dòng)作時(shí)間和整定值應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)備允許的過電壓倍數(shù)整定過電壓保護(hù)應(yīng)能適用于電容式電壓互感器過電壓保護(hù)的返回系數(shù)應(yīng)大于0．98。過電壓保護(hù)動(dòng)作后．發(fā)送遠(yuǎn)方跳閘信號，使線路對側(cè)斷路器跳閘。

3.5高壓系統(tǒng)電抗器保護(hù)

電抗器保護(hù)的配置電抗器保護(hù)采用雙重化配置．主保護(hù)(縱差保護(hù)和匝間保護(hù))和后備保護(hù)采用同一套保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)，應(yīng)能快速切除電抗器內(nèi)部和引線故障。后備保護(hù)包括零序過流保護(hù)、過電流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)。過電流保護(hù)動(dòng)作后斷開線路斷路器．過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作后發(fā)告警信號中性點(diǎn)電抗器保護(hù)應(yīng)由定時(shí)限電流保護(hù)保護(hù)構(gòu)成．延時(shí)發(fā)告警信號按相配置一套非電量保護(hù)。重瓦斯、油溫過高等保護(hù)動(dòng)作跳閘，輕瓦斯，油位低等保護(hù)動(dòng)作發(fā)告警信號對電抗器保護(hù)的技術(shù)要求不應(yīng)受暫態(tài)電流的影響而產(chǎn)生誤動(dòng)作：差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間不大于30ms．在繞組內(nèi)部距中性點(diǎn)匝數(shù)大于等于10％處發(fā)生接地故障時(shí)應(yīng)可靠動(dòng)作：在振蕩過程中、振蕩中線路上故障、相鄰線正常操作時(shí)，電抗器保護(hù)裝置不應(yīng)誤動(dòng)：當(dāng)電抗器發(fā)生大于等于3％匝間短路故障時(shí)．匝間短路保護(hù)應(yīng)瞬時(shí)動(dòng)作：非電量保護(hù)不啟動(dòng)斷路器失靈保護(hù)

3.6斷路器保護(hù)和重合閘

斷路器保護(hù)和重合閘的配置特高壓斷路器保護(hù)應(yīng)按斷路器配置。包括斷路器失靈保護(hù)、三相不一致保護(hù)、充電保護(hù)、死區(qū)保護(hù)和分相操作箱，與線路相連的斷路器設(shè)自動(dòng)重合閘裝置。每組斷路器裝設(shè)一套斷路器失靈保

4.繼電保護(hù)裝置與技術(shù)

變電站電力系統(tǒng)中，各種類型的、大量的電氣設(shè)備通過電氣線路緊密地聯(lián)結(jié)在一起。由于其覆蓋的地域極其遼闊、運(yùn)行環(huán)境極其復(fù)雜以及各種人為因素的影響，電氣故障的發(fā)生是不可避免的。由于電力系統(tǒng)的特殊性，上述五個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)是環(huán)環(huán)相扣、時(shí)時(shí)平衡、缺一不可，又幾乎是在同一時(shí)間內(nèi)完成的。在電力系統(tǒng)中的任何一處發(fā)生事故，都有可能對電力系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生重大影響。

4.1裝置要求

選擇性當(dāng)供電系統(tǒng)中發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置應(yīng)能有選擇性地將故障部分切除。也就是它應(yīng)該首先斷開距離故障點(diǎn)最近的斷路器，以保證系統(tǒng)中其它非故障部分能繼續(xù)正常運(yùn)行。系統(tǒng)中的繼電保護(hù)裝置能滿足上述要求的，就稱為有選擇性；否則就稱為沒有選擇性。靈敏性靈敏性是指繼電保護(hù)裝置對故障和異常工作狀況的反映能力。在保護(hù)裝置的保護(hù)范圍內(nèi)，不管短路點(diǎn)的位置如何、不論短路的性質(zhì)怎樣，保護(hù)裝置均不應(yīng)產(chǎn)生拒絕動(dòng)作；但在保護(hù)區(qū)外發(fā)生故障時(shí)，又不應(yīng)該產(chǎn)生錯(cuò)誤動(dòng)作。保護(hù)裝置靈敏與否，一般用靈敏系數(shù)來衡量。速動(dòng)性速動(dòng)性是指保護(hù)裝置應(yīng)能盡快地切除短路故障?？s短切除故障的時(shí)間，就可以減輕短路電流對電氣設(shè)備的損壞程度，加快系統(tǒng)電壓的恢復(fù)，從而為電氣設(shè)備的自啟動(dòng)創(chuàng)造了有利條件，同時(shí)還提高了發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性?？煽啃员Ｗo(hù)裝置應(yīng)能正確的動(dòng)作，并隨時(shí)處于準(zhǔn)備狀態(tài)。如不能滿足可靠性的要求，保護(hù)裝置反而成為了擴(kuò)大事故或直接造成故障的根源。

4.2繼電保護(hù)內(nèi)容

發(fā)電機(jī)保護(hù)發(fā)電機(jī)保護(hù)有定子繞組相間短路，定子繞組接地，定子繞組匝間短路，發(fā)電機(jī)外部短路，對稱過負(fù)荷，定子繞組過電壓，勵(lì)磁回路一點(diǎn)及兩點(diǎn)接地，失磁故障等。出口方式為停機(jī)，解列，縮小故障影響范圍和發(fā)出信號。電力變壓器保護(hù)電力變壓器保護(hù)有繞組及其引出線相間短路，中性點(diǎn)直接接地側(cè)單相短路，繞組匝間短路，外部短路引起的過電流，中性點(diǎn)直接接地電力網(wǎng)中外部接地短路引起的過電流及中性點(diǎn)過電壓、過負(fù)荷，油面降低，變壓器溫度升高，油箱壓力升高或冷卻系統(tǒng)故障。因此，變壓器一般應(yīng)裝設(shè)以下保護(hù)：①變壓器油箱內(nèi)部故障和油面降低的瓦斯保護(hù)。②短路保護(hù)。③后備保護(hù)。④中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中的變壓器外部接地短路時(shí)的零序電流保護(hù)。⑤過負(fù)荷保護(hù)。線路保護(hù)線路保護(hù)根據(jù)電壓等級不同，電網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式不同，輸電線路以及電纜或架空線長度不同，分別有：相間短路、單相接地短路、單相接地、過負(fù)荷等。母線保護(hù)發(fā)電廠和重要變電所的母線應(yīng)裝設(shè)專用母線保護(hù)。電力電容器保護(hù)電力電容器有電容器內(nèi)部故障及其引出線短路，電容器組和斷路器之間連接線短路，電容器組中某一故障電容切除后引起的過電壓、電容器組過電壓，所連接的母線失壓。高壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)高壓電動(dòng)機(jī)有定子繞組相間短路、定子繞組單相接地、定子繞組過負(fù)荷、定子繞組低電壓、同步電動(dòng)機(jī)失步、同步電動(dòng)機(jī)失磁、同步電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)非同步?jīng)_擊電流。在電力系統(tǒng)運(yùn)行中,安全問題至關(guān)重要，要嚴(yán)格把關(guān)在電網(wǎng)運(yùn)行中,任何不規(guī)范的行為,都可能影響電網(wǎng)安全,穩(wěn)定運(yùn)行,甚至造成重大事故。尤其是對最為重要的電力設(shè)備變壓器的維護(hù)中,更應(yīng)該嚴(yán)格遵守各種工作規(guī)范,來保障安全的運(yùn)行。