電容塔底架操作沖擊試驗的研究

■ 虞昶 宿為

南瑞集團公司有限公司（國網(wǎng)電力科學研究院） 江蘇南京 211106

關鍵字：電容塔底架；操作沖擊；升降法試驗

電容塔是直流輸電系統(tǒng)及大容量實驗站中重要的電氣設備之一。合成試驗用調(diào)頻電容塔，用于開關類產(chǎn)品進行大容量開斷合成試驗中產(chǎn)生振蕩電壓波形的調(diào)頻電容。本文基于對合成試驗用調(diào)頻電容塔底架的操作沖擊試驗結(jié)果，對電容塔結(jié)構(gòu)的電氣性能進行分析，并結(jié)合試驗中遇到的問題對電容塔底架的結(jié)構(gòu)提出改進建議，為電容塔安全性能及電網(wǎng)穩(wěn)定運行提供堅實的試驗基礎，同時為產(chǎn)品同行廠家提供一些建議。

1 操作沖擊試驗原理

沖擊耐壓試驗用來檢驗各種高壓電氣設備在雷電過電壓、操作過電壓等沖擊電壓作用下的絕緣性能和保護性能，試驗電壓高于設備絕緣正常運行時的耐受電壓。操作沖擊試驗是其中一項，它是通過人工模擬電力系統(tǒng)操作沖擊過電壓波形，對絕緣耐受操作沖擊電壓能力進行嚴格的考核。

標準操作沖擊是到峰值時間Tp為250μs,半峰值時間T2為2500μs的沖擊電壓。對于標準和特殊操作沖擊，峰值、半峰值和波前時間的相對允許偏差分別為：±3%，±20%，±60%。

2 電容塔底架設計參數(shù)驗證

調(diào)頻電容塔內(nèi)含脈沖電容器，調(diào)頻電容塔架。塔架包含底架，隔離開關，絕緣子，均壓環(huán)，屏蔽罩及相關的連接線等。試驗要求電容塔底架上端對地絕緣耐受1050kV操作沖擊。試驗采用3000kV/610kJ的沖擊電壓測量系統(tǒng)，試驗回路原理如圖1所示。第一次試驗結(jié)果：負極性電壓1050kV15次通過，正極性電壓1000kV下?lián)舸?次，未通過。

圖1 試驗回路原理圖

圖2 試驗擊穿波形圖

圖3 首次試驗擊穿現(xiàn)場圖

圖1 為試驗回路原理圖，圖2為試驗擊穿波形圖，圖3為樣品擊穿現(xiàn)場圖。

3 電容塔底架最大耐受操作沖擊電壓驗證

由于在第一次試驗中電容塔底架未通過1050kV操作沖擊試驗，故采用升降法來估算電容塔底架的最大耐受操作沖擊電壓。

3.1 升降法試驗原理

升降法試驗中，電壓等級Ui（i=1,2……h(huán)）施加m組，每組n次基本不變的電壓，每組加壓的電壓水平根據(jù)前一組試驗結(jié)果來確定增加或減少一個小量ΔU。

現(xiàn)采用為找出相應于低破壞放電概率的電壓水平的耐受程序。在該耐受程序中，如果一組n次加壓中沒有破壞性放電發(fā)生，則電壓水平增加ΔU，否則減少同樣的ΔU。

當n=1時，以上程序相應于50%破壞性放電電壓升降法。

破壞性放電概率為p的電壓Up的估算值Up*由下列近似公式給出：

其中ki為電壓Ui下施加的組數(shù)（每組施加n次電壓）；m為總的有效組數(shù)。

耐受程序提供了破壞性放電概率為p時的Up的估算值p由下式給出：

3.2 升降法驗證最大耐受沖擊電壓

取n=1，m=20，ΔU=40對電容器底架進行升降法試驗。試驗數(shù)據(jù)如下：

表1 升降法試驗數(shù)據(jù)

根據(jù)表1數(shù)據(jù)，公式（1）和公式（2）可得破壞性放電概率為p為0.5，電容塔底架最大耐受操作沖擊的估算結(jié)果為1009kV。

4 設計電壓再驗證

4.1 擊穿分析

從圖3首次試驗擊穿現(xiàn)場圖可以看出擊穿點為斜撐中間部位對斜撐底座放電。電容塔底架左右兩側(cè)均用凸出的梯形座來支撐。斜撐桿是由兩根絕緣子連接而成，連接處金屬部件未倒角，并斜向下。故得出猜想：電容塔底座未達到設計耐受電壓，是由于斜撐的梯形座減小了空氣間隙，再加上未進行倒角易形成絕緣薄弱點。

4.2 設計電壓再驗證

將電容塔底架兩側(cè)斜撐全部拆除，再次進行操作沖擊試驗。試驗結(jié)果：正極性1050kV 15次通過，未出現(xiàn)破壞性放電。

4.3 提出建議

經(jīng)過第二次的改進后驗證試驗，分析得出電容塔底架結(jié)構(gòu)對樣品絕緣性能的影響關系，并對電容塔架的設計結(jié)構(gòu)提出如下建議：

1）斜撐中間連接處金屬部件進行倒角，加裝均壓環(huán)，目的是減少放電薄弱點；

2）凸起斜撐梯形底座可改成埋入式，目的是保障足夠的空氣間隙，提升絕緣性能。

5 結(jié)語

電容塔底架在原有結(jié)構(gòu)下并不能達到目標設計值，經(jīng)過升降法試驗估算出了其最大耐受電壓，并通過觀察底座的機械結(jié)構(gòu)，改進其絕緣薄弱點，進行了二次驗證試驗，樣品絕緣性能達到了設計電壓值。文章提出了結(jié)構(gòu)方面改進的建議。此次比對試驗，不僅為電容塔安全性能及電網(wǎng)穩(wěn)定運行提供堅實的試驗基礎，同時為產(chǎn)品同行廠家提供了一些樣品本體結(jié)構(gòu)改進建議。