電容塔底架操作沖擊試驗(yàn)的研究

■ 虞昶 宿為

南瑞集團(tuán)公司有限公司（國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院） 江蘇南京 211106

關(guān)鍵字：電容塔底架；操作沖擊；升降法試驗(yàn)

電容塔是直流輸電系統(tǒng)及大容量實(shí)驗(yàn)站中重要的電氣設(shè)備之一。合成試驗(yàn)用調(diào)頻電容塔，用于開關(guān)類產(chǎn)品進(jìn)行大容量開斷合成試驗(yàn)中產(chǎn)生振蕩電壓波形的調(diào)頻電容。本文基于對(duì)合成試驗(yàn)用調(diào)頻電容塔底架的操作沖擊試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)電容塔結(jié)構(gòu)的電氣性能進(jìn)行分析，并結(jié)合試驗(yàn)中遇到的問(wèn)題對(duì)電容塔底架的結(jié)構(gòu)提出改進(jìn)建議，為電容塔安全性能及電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)的試驗(yàn)基礎(chǔ)，同時(shí)為產(chǎn)品同行廠家提供一些建議。

1 操作沖擊試驗(yàn)原理

沖擊耐壓試驗(yàn)用來(lái)檢驗(yàn)各種高壓電氣設(shè)備在雷電過(guò)電壓、操作過(guò)電壓等沖擊電壓作用下的絕緣性能和保護(hù)性能，試驗(yàn)電壓高于設(shè)備絕緣正常運(yùn)行時(shí)的耐受電壓。操作沖擊試驗(yàn)是其中一項(xiàng)，它是通過(guò)人工模擬電力系統(tǒng)操作沖擊過(guò)電壓波形，對(duì)絕緣耐受操作沖擊電壓能力進(jìn)行嚴(yán)格的考核。

標(biāo)準(zhǔn)操作沖擊是到峰值時(shí)間Tp為250μs,半峰值時(shí)間T2為2500μs的沖擊電壓。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)和特殊操作沖擊，峰值、半峰值和波前時(shí)間的相對(duì)允許偏差分別為：±3%，±20%，±60%。

2 電容塔底架設(shè)計(jì)參數(shù)驗(yàn)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(guān)，絕緣子，均壓環(huán)，屏蔽罩及相關(guān)的連接線等。試驗(yàn)要求電容塔底架上端對(duì)地絕緣耐受1050kV操作沖擊。試驗(yàn)采用3000kV/610kJ的沖擊電壓測(cè)量系統(tǒng)，試驗(yàn)回路原理如圖1所示。第一次試驗(yàn)結(jié)果：負(fù)極性電壓1050kV15次通過(guò)，正極性電壓1000kV下?lián)舸?次，未通過(guò)。

圖1 試驗(yàn)回路原理圖

圖2 試驗(yàn)擊穿波形圖

圖3 首次試驗(yàn)擊穿現(xiàn)場(chǎng)圖

圖1 為試驗(yàn)回路原理圖，圖2為試驗(yàn)擊穿波形圖，圖3為樣品擊穿現(xiàn)場(chǎng)圖。

3 電容塔底架最大耐受操作沖擊電壓驗(yàn)證

由于在第一次試驗(yàn)中電容塔底架未通過(guò)1050kV操作沖擊試驗(yàn)，故采用升降法來(lái)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(yàn)原理

升降法試驗(yàn)中，電壓等級(jí)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(yàn)結(jié)果來(lái)確定增加或減少一個(gè)小量ΔU。

現(xiàn)采用為找出相應(yīng)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(méi)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(dāng)n=1時(shí)，以上程序相應(yīng)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(shí)的Up的估算值p由下式給出：

3.2 升降法驗(yàn)證最大耐受沖擊電壓

取n=1，m=20，ΔU=40對(duì)電容器底架進(jìn)行升降法試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

表1 升降法試驗(yàn)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(shè)計(jì)電壓再驗(yàn)證

4.1 擊穿分析

從圖3首次試驗(yàn)擊穿現(xiàn)場(chǎng)圖可以看出擊穿點(diǎn)為斜撐中間部位對(duì)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(lái)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(dá)到設(shè)計(jì)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(jìn)行倒角易形成絕緣薄弱點(diǎn)。

4.2 設(shè)計(jì)電壓再驗(yàn)證

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

4.3 提出建議

經(jīng)過(guò)第二次的改進(jìn)后驗(yàn)證試驗(yàn)，分析得出電容塔底架結(jié)構(gòu)對(duì)樣品絕緣性能的影響關(guān)系，并對(duì)電容塔架的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)提出如下建議：

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

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(yǔ)

電容塔底架在原有結(jié)構(gòu)下并不能達(dá)到目標(biāo)設(shè)計(jì)值，經(jīng)過(guò)升降法試驗(yàn)估算出了其最大耐受電壓，并通過(guò)觀察底座的機(jī)械結(jié)構(gòu)，改進(jìn)其絕緣薄弱點(diǎn)，進(jìn)行了二次驗(yàn)證試驗(yàn)，樣品絕緣性能達(dá)到了設(shè)計(jì)電壓值。文章提出了結(jié)構(gòu)方面改進(jìn)的建議。此次比對(duì)試驗(yàn)，不僅為電容塔安全性能及電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)的試驗(yàn)基礎(chǔ)，同時(shí)為產(chǎn)品同行廠家提供了一些樣品本體結(jié)構(gòu)改進(jìn)建議。