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及大容量實驗站中重要的電氣設備之一。合成試驗用調頻電容塔，用于開關類產品進行大容量開斷合成試驗中產生振蕩電壓波形的調頻電容。本文基于對合成試驗用調頻電容塔底架的操作沖擊試驗結果，對電容塔結構的電氣性能進行分析，并結合試驗中遇到的問題對電容塔底架的結構提出改進建議，為電容塔安全性能及電網穩定運行提供堅實的試驗基礎，同時為產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驗證

調頻電容塔內含脈沖電容器，調頻電容塔架。塔架包含底架，隔離開關，絕緣子，均壓環，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，試驗回路原理如圖1所示。第一次試驗結果：負極性電壓1050kV15次通過，正極性電壓1000kV下擊穿3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）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前一組試驗結果來確定增加或減少一個小量ΔU。

現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（每組施加n次電壓）；m為總的有效組數。

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。試驗數據如下：

表1 升降法試驗數據

根據表1數據，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

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

4.3 提出建議

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

1）斜撐中間連接處金屬部件進行倒角，加裝均壓環，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 結語

電容塔底架在原有結構下并不能達到目標設計值，經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構，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。文章提出了結構方面改進的建議。此次比對試驗，不僅為電容塔安全性能及電網穩定運行提供堅實的試驗基礎，同時為產品同行廠家提供了一些樣品本體結構改進建議。