基于充電電流的智能化gis設(shè)備可靠性試驗研究

基于充電電流的智能化gis設(shè)備可靠性試驗研究

0智能化gis單元張拉單元溫度驗證隨著現(xiàn)代智能電網(wǎng)和智能能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，智能能源產(chǎn)業(yè)設(shè)備的智能化已成為一個話題。其中，主設(shè)備氣體隔離金屬開關(guān)設(shè)備（gis）領(lǐng)域經(jīng)歷了前所未有的新形式，智能gis面臨著前所未有的發(fā)展機遇。智能化設(shè)備的可靠穩(wěn)定運行成為電網(wǎng)安全的重要保障。目前對于智能化GIS隔離開關(guān)智能單元抗干擾能力的試驗驗證尚無相關(guān)國家標準。西高院對此進行了初步研究,通過實施GIS隔離開關(guān)開合母線充電電流試驗,并在試驗中測量TEV(瞬態(tài)外殼電壓),來驗證智能化開關(guān)設(shè)備的抗干擾能力。1tev的產(chǎn)生機理陡波前過電壓是由于GIS中操作或破壞性放電造成電壓快速跌落(根據(jù)GIS的特性,通常小于10ns)引起的階躍電壓行波的反射和折射分量疊加形成的過電壓。瞬態(tài)外殼電壓(TEV)是在GIS外殼和地之間出現(xiàn)的陡波前過電壓,是由于階躍電壓行波在外殼的各個中斷點處(即與電纜或架空線的連接處)的折射引起的。該電壓是對二次設(shè)備的作用電壓。TEV的產(chǎn)生機理示意圖見圖1。GIS母線導(dǎo)體和母線外殼構(gòu)成傳輸線①,母線外殼和地面構(gòu)成傳輸線③。當內(nèi)部行波傳播到氣體和空氣套管時(即傳播在傳輸線①上),一部分電磁場被耦合到GIS外殼和地的傳輸線③上形成TEV[7,13,14,15,16,17]。TEV的峰值取決于外殼離地面的高度、外殼與接地系統(tǒng)的連接方式及接地系統(tǒng)本身。2隔離開關(guān)工作原理標準GB1985—2004中規(guī)定了母線充電電流即接通或斷開部分母線系統(tǒng)或類似的容性負載時隔離開關(guān)應(yīng)能開合的電流,相關(guān)國家標準規(guī)定了3個試驗方式。筆者采用方式1以及方式3試驗進行研究:試驗方式1為非常短的母線(管)段的開合;試驗方式3為電流開合能力試驗。2.1da負載側(cè)及分閘方式3試驗兩種試驗方式的試驗回路布置及試驗電壓見圖2和表1。參照圖2和表1兩種方式試驗實施過程如下:方式1在DT開始合閘操作之前,先合DA(輔助隔離開關(guān)),DA負載側(cè)施加表1中規(guī)定的直流電壓數(shù)值,保持1min后分開DA,然后進行DT合閘—分閘操作;方式3試驗中負載側(cè)并聯(lián)8000pF集中負載電容CL以獲得0.5A的容性電流;標準規(guī)定兩種方式在DT開合操作前后的工頻電壓均應(yīng)至少保持0.3s。2.2試驗裝置和測量點設(shè)置根據(jù)GB18134.1—2000中對于測量TEV設(shè)備的要求,筆者采用TEKP6501和電阻分壓器作為測量裝置,并采用光電隔離測量系統(tǒng)進行信號的采集和記錄。TFKP6501和電阻分壓器的性能參數(shù)見表2。從表2可知,兩種規(guī)格的測量裝置上升時間參數(shù)均滿足測量要求,同時耐壓水平確保試驗中測量裝置的安全以及試驗人員的安全。TEKP6501的補償模塊已經(jīng)與電纜阻抗匹配,匹配后通過Q9頭直接與隔離數(shù)字轉(zhuǎn)換器連接;電阻分壓器采用50Ω同軸電纜接入隔離數(shù)字轉(zhuǎn)換器,電纜末端并聯(lián)50Ω匹配電阻;該兩種連接方式均可以避免TEV波過程在電纜中折反射引起的波形失真。光電隔離測量系統(tǒng)抗干擾能力強、安全性好,試驗采用該系統(tǒng)進行試驗數(shù)據(jù)的采集及測量。該測量系統(tǒng)具有8個測量通道,能夠進行多點同步測量,采樣率100MS/s。為了全面反映智能化GIS開關(guān)設(shè)備在試驗中各個位置的TEV分布情況,筆者設(shè)置了多處TEV測量點。由于筆者對智能化GIS隔離開關(guān)A相進行方式1和方式3試驗,對應(yīng)的TEV測量點、測量通道和測量裝置的分布情況見表3。典型測量點分布見圖3。2.3方式3和多次分閘操作tev的峰值筆者采用方式1和方式3分別進行了10次和11次試驗,每次試驗典型測量點TEV峰值分布情況見圖4,在方式1和方式3試驗中,分別測得最大TEV峰值相應(yīng)情況見表4,測量結(jié)果的典型波形圖見圖5。通過對圖4和表4比較分析可見:各個測量點由于隔離開關(guān)合閘、分閘過程中工頻電壓相位略有不同,TEV電壓數(shù)值上存在波動。在方式1試驗中,合閘操作的TEV峰值比分閘時高,在合閘操作中測量點2在多次試驗中TEV峰值出現(xiàn)的最大值為11.35kV,同樣在合閘操作中測量點5在多次試驗中TEV峰值出現(xiàn)的最大值為12.68kV。在方式3試驗中,分閘操作的TEV峰值比合閘操作的TEV高,在多次分閘操作中測量點2處的TEV峰值出現(xiàn)的最大值為13.21kV,同樣在多次合閘操作中測量點5的TEV峰值出現(xiàn)的最大值為25.27kV。通過數(shù)據(jù)可知在方式1和方式3的各次試驗中,測量點5的TEV始終峰值最高,測量點2次之,其他測量點的TEV水平相當;TEV峰值最高點出現(xiàn)在測量點5處,且方式3產(chǎn)生的TEV峰值高于方式1。通過觀察GIS試品以及試驗結(jié)果,可得如下結(jié)論:①該次試驗對智能化GIS隔離開關(guān)A相進行了方式1、方式3試驗研究,并且測點2相比測點1以及測點6更為接近被試隔離開關(guān),所以在TEV測量結(jié)果中可以看出,A相結(jié)果中測點2的TEV峰值均高于B、C相測點;②B相以及C相的測量結(jié)果中,測點3以及測點4的有些測量數(shù)據(jù)高于A相測點1以及測點6,這是由于開關(guān)設(shè)備不同位置產(chǎn)生的TEV可能略有不同。通過對試品的觀察,由于試驗僅對A相進行,所以A相在試驗中的接地點設(shè)置要比B、C相多。良好的接地是抑制TEV的一個有效手段。測點5測量的是集控柜外殼的TEV數(shù)值,被試智能化GIS開關(guān)設(shè)備,開關(guān)設(shè)備的底座為一個整體,而集控柜的底座是另外一個整體,兩個底座之間用若干金屬排連接,這可能導(dǎo)致了集控柜單元接地效果不如開關(guān)設(shè)備的整體底座,故產(chǎn)生較高的TEV峰值。方式3試驗中各個測點TEV測量結(jié)果的整體水平均高于方式1試驗,比較兩種方式的試驗,可以發(fā)現(xiàn)開斷的電流大小對于TEV水平有著一定影響,開斷電流越大產(chǎn)生的TEV水平越高。這是由于電流大電弧截面也會增大,弧壓增大,電弧能量增大,熄滅過程更加困難,故產(chǎn)生了較高的TEV。3智能采集單元筆者對363kV智能化GIS隔離開關(guān)開合母線充電電流試驗中TEV進行了測量。測量結(jié)果表明:TEV峰值在控制柜外殼處最大,開關(guān)設(shè)備A相智能采集單元外殼次之,各測量點在方式3試驗時產(chǎn)生的