基于GIS管道寄生電容的TV串聯(lián)諧振升壓方法研究與應(yīng)用

陳勇，朱夢夢，高海麗，朱全聰，林聰，翟少磊

（1. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司姚安供電有限公司，云南 姚安 675300；2. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，昆明 650217；3. 南方電網(wǎng)公司電能計量重點實驗室，昆明 650217；4.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司勐海供電有限公司，云南 勐海 666200）

0 前言

隨著電力改革創(chuàng)新發(fā)展，網(wǎng)內(nèi)加快了智能電網(wǎng)的建設(shè)，大量的110～500 kV高電壓等級變電站快速建成并投運，而且在這些高電壓等級的發(fā)、配、變電站中使用最多的是六氟化硫全封閉組合電器（GIS）設(shè)備，根據(jù)GIS套管結(jié)構(gòu)可分為單元式、非全封閉式、全封閉式。GIS管道中使用的電壓互感器通常為電磁式TV。

電壓互感器作為一、二次側(cè)電參量的重要橋梁，尤其在關(guān)口結(jié)算中，其現(xiàn)場TV計量結(jié)果的準(zhǔn)確性對貿(mào)易結(jié)算至關(guān)重要，所以對TV的測量誤差精度要求很高。本文針對上述三種不同類型的GIS管道，介紹了三種不同的TV檢定方法，尤其對全封閉式GIS中TV的現(xiàn)場檢定作了重點介紹。

由于使用級聯(lián)變壓器升壓方法，升壓設(shè)備的體積大，所需電源容量又大等原因給現(xiàn)場使用造成很多困難；再加上它存在寄生電容，利用傳統(tǒng)方法檢定需要的無功容量很大。因此，本文提出利用GIS管道寄生電容與可調(diào)電抗器串聯(lián)諧振升壓方法，并利用此方法對220 kV谷滿變電站GIS套管中電磁式TV誤差試驗進行現(xiàn)場測試。為了解決現(xiàn)場單相寄生電容量小的問題，本文把GIS管道中A、B、C三相母線并聯(lián)方式增大電容量，這樣不僅充分利用了現(xiàn)場資源，而且減少了可調(diào)電抗器的數(shù)量。

1 單元式GIS中TV的現(xiàn)場檢定

單元式GIS套管是把電源引入到變電站，再把TA和TV與其它一次設(shè)備連接起來的方式。它的特點是以感性負載為主，因此檢定單元式GIS套管中TV時，可以采用傳統(tǒng)電磁式TV的檢定方法檢定，其原理圖如圖1所示。圖1中（TY—調(diào)壓器；SY—升壓器；PT0—標(biāo)準(zhǔn)TV；PTx—被測TV；Y1、Y2—電壓負荷箱A、X—TV一次的對應(yīng)端子；a、x（1a、1n、2a、2n）—TV二次的對應(yīng)端子）。

圖1 傳統(tǒng)電磁式TV現(xiàn)場檢定的原理圖

2 非全封閉式GIS中TV的現(xiàn)場檢定

非全封閉式GIS中的TV大多采用CVT，常見CVT的電容容量如表1所示，從表1中可以看出主電容量很大，要想通過工頻變壓器升壓來獲取相應(yīng)的試驗電壓，所需的工頻變壓器體積大、重量重、容量大，這樣會給現(xiàn)場使用帶來很多困難。目前現(xiàn)場檢定CVT時，通常采用串聯(lián)諧振升壓方法獲取試驗電壓，串聯(lián)諧振升壓法的原理可用圖2說明。

表1 常見CVT的電容容量表

圖2 串聯(lián)諧振等效電路

圖2中（E—二次電勢；R—升壓器和電抗器繞組的電阻；L—電感值；C—電容量；Uc—電壓降）。根據(jù)圖2可寫出如下回路方程式：

其虛部：

圖3 CTV現(xiàn)場檢定的原理圖

3 全封閉式GIS中TV的現(xiàn)場檢定

3.1 GIS管道寄生電容的TV串聯(lián)諧振升壓方法

全封閉式GIS是整個變電站大多數(shù)一次設(shè)備都置于GIS套管中，它使用的TV是電磁式TV。按照常規(guī)的檢定方法，是把同組中一只被試TV的余留電壓繞組上加壓進行反升壓獲取一次高壓電源。由于全封閉式GIS套管中TV檢定時不能脫離母線單獨測試，并且GIS套管中存在寄生電容，TV的容量不是很大，這樣利用上述常規(guī)檢定方法進行升壓將會使被試TV超出額定容量，甚至?xí)p壞被試TV。因此不易利用常規(guī)的電磁式TV現(xiàn)場檢定方法。從全封閉式GIS套管的特點來分析，它存在著寄生電容，我們可以把它們看作成一個整體，類似于一個CVT。這樣就可以把GIS套管寄生電容看成一個電容器，再與可調(diào)電抗器串聯(lián)諧振升壓，從而獲取試驗電壓。GIS套管寄生電容與可調(diào)電抗器串聯(lián)諧振升壓原理圖如圖4所示。圖4中（TY—調(diào)壓器，T—勵磁升壓變，L—可調(diào)電抗器）。

圖4 GIS套管寄生電容與可調(diào)電抗器串聯(lián)諧振升壓圖

往往在一些GIS變電站中，僅靠某一相母線寄生電容量與可調(diào)電抗器串聯(lián)諧振升壓，獲取試驗電壓，是需要很多可調(diào)電抗器，這樣給工作帶來很多困難。為了解決這些困難，我們可以采用并聯(lián)電容方式來增大電容量（并聯(lián)電容時：C=C1+C2+C3），這樣可以減少可調(diào)電抗器的數(shù)量。并聯(lián)電容與可調(diào)電抗器串聯(lián)諧振升壓，其原理如圖5所示。

圖5 并聯(lián)電容與可調(diào)電抗器串聯(lián)諧振升壓原理圖

3.2 GIS管道的TV串聯(lián)諧振升壓流程

GIS管道的TV串聯(lián)諧振升壓流程如圖6所示。

4 現(xiàn)場試驗及數(shù)據(jù)分析

本文以220 kV谷滿變電站GIS套管中電磁式TV為對象進行現(xiàn)場誤差試驗。

圖6 GIS管道的TV串聯(lián)諧振升壓流程圖

4.1 GIS套管中電容量測量

母線到#1主變接線圖如圖7所示，GIS套管中任意一相從母線側(cè)到#1主變通過便攜式LCR儀測的寄生電容量大約為0.000 9 μF；可以看出任意一相寄生電容量很小，為了增大電容量，把GIS套管中A、B、C三相并聯(lián)起來，此時測的寄生電容量約為0.002 7 μF。

圖7 母線到#1主變接線圖

4.2 電抗器的匹配選擇

把GIS套管中A、B、C三相并聯(lián)之后電容值為0.002 7 μF，根據(jù)工頻諧振條件，所需電抗值約為3 694.3 H，XL約為1 160.2 kΩ。選擇的可調(diào)電抗器如表2所示。

表2 可調(diào)電抗器銘牌

4.3 現(xiàn)場調(diào)試

把4臺可調(diào)電抗器氣隙都調(diào)節(jié)為10 mm時，進行升壓，在互感器校驗儀上顯示的電壓只是額定電壓的五分之三，說明回路基本滿足諧振條件。如果要滿足工頻諧振條件，就必需滿足增加了電感量，回路基本滿足諧振條件，但增加的電感量還不夠。然后氣隙都調(diào)節(jié)為4 mm時，再進行升壓，此時可以升到相應(yīng)試驗電壓。

4.4 測試數(shù)據(jù)分析

1）TV誤差限值如表3。

2）#1主變220 kV側(cè)TV銘牌參數(shù)如表4所示。

3）#1主變220 kV側(cè)TV誤差數(shù)據(jù)如表5所示。

對照表3和表5中數(shù)據(jù)可知，所測220 kV谷滿變電站#1主變220 kV側(cè)GIS套管中電磁式TV誤差數(shù)據(jù)在誤差范圍之內(nèi)。

表3 TV誤差限值表

表4 #1主變220 kV側(cè)TV誤差數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語

本文利用GIS套管中寄生電容與可調(diào)電抗器串聯(lián)諧振升壓方法對220 kV谷滿變電站#1主變220 kV側(cè)GIS套管中電磁式TV進行了現(xiàn)場誤差檢測驗證。該方法，所需的電源容量小、設(shè)備體積小、重量輕、成本低，同時解決了傳統(tǒng)方法檢定GIS套管中電磁式TV升壓困難的問題，并充分合理地利用了現(xiàn)場資源，還大大提高了現(xiàn)場的可操作性，為高等級電壓變電站安裝的GIS套管中電磁式TV現(xiàn)場校驗時做出理論和實踐指導(dǎo)。