高電壓試驗技術(shù)ppt

1、高電壓試驗技術(shù)高電壓試驗技術(shù)張仁豫等編著,清華大學(xué)出版社,2003.5高電壓試驗技術(shù)張仁豫等編著,清華大學(xué)出版社,1982.6高電壓試驗技術(shù)華中工學(xué)院、上海交通大學(xué)合編，水利電力出版社，1982.11,高 電 壓 技 術(shù),電力系統(tǒng)中應(yīng)用的高電壓技術(shù)主要包括兩大方面，即：高電壓絕緣與試驗技術(shù)電力系統(tǒng)過電壓前者涉及到電絕緣材料、絕緣結(jié)構(gòu)、絕緣放電理論與試驗數(shù)據(jù)，高電壓試驗方法等后者與高電壓設(shè)備及輸電運行的安全穩(wěn)定密切

2、相關(guān),高電壓試驗技術(shù),多種波形的產(chǎn)生方法 工頻高壓、直流高壓、沖擊高壓高電壓或大電流的測量方法 測量方法、誤差分析,高電壓試驗技術(shù),高電壓或大電流測量方法在特高壓交直流系統(tǒng)中的應(yīng)用進展,特 高 壓 輸 電,隨著我國第一條1000kV電壓等級的特高壓交流輸電線路開始運營，我國的電力系統(tǒng)已進入蓬勃發(fā)展的大好時機。特高壓輸電具有跨區(qū)域、大容量、遠(yuǎn)距離、低損耗的優(yōu)勢，可以減少線路回數(shù)，節(jié)省線路走廊，降低單位容量輸送價格，保

3、證電網(wǎng)穩(wěn)定。而特高壓的發(fā)展是有賴于高電壓技術(shù)的堅實基礎(chǔ)與創(chuàng)新發(fā)展。,特高壓交流示范工程,具體路線為晉東南——南陽——荊門；線路全長654km，變電容量6000 MVA， 估算工程靜態(tài)投資為58.9億元；荊門 1000kV 特高壓變電站是該示范工程的第一個建設(shè)項目；2008年12月31日正式投入運行。,特高壓直流示范工程,金沙江下游烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩4個梯級電站的總裝機容量達38000MW，計劃建設(shè)6回±80

4、0KV、4000A、6400MW特高壓直流工程。中國西電東輸?shù)闹攸c工程之一，向家壩至上海特高壓直流輸電工程是世界上電壓等級最高、輸送容量最大、送電距離最遠(yuǎn)、技術(shù)水平最先進的高壓直流輸電工程。 工程西起四川復(fù)龍換流站，東至上海奉賢換流站，全長1900多公里，途經(jīng)四川、重慶、湖南、湖北、安徽、浙江、江蘇、上海等8省市，共有兩端換流站、4個長江大跨越工程、18個一般線路等施工標(biāo)段，目前已全部建設(shè)完成。,特高壓直流輸電,±800k

5、V云南-廣東直流輸電工程，額定容量5000MW，輸電距離1400km。±800kV向家壩-上海直流輸電工程，額定容量6400MW，輸電距離2000km。±660kV寧東-山東直流輸電工程，額定容量4000MW，輸電距離1400km。,1.特高壓電容式電壓互感器,CVT結(jié)構(gòu)由電容分壓器(高壓電容C 1、中壓電容C 2 )和電磁單元組成。將電容分壓器分壓后得到的中間電壓通過中間變壓器降為100/ V和100V，

6、為電壓測量及繼電保護裝置提供電壓信號,,特高壓柱式CVT,,,CVT結(jié)構(gòu),電容分壓器由一節(jié)或多節(jié)電容器串聯(lián)組成。外殼采用瓷套管，內(nèi)部電容器元件為串聯(lián)連接。中間電壓一般比較低，不超過20kV,其從下節(jié)的C 2處抽頭并用套管引出。電磁單元主要由中間變壓器、補償電抗器及速飽和阻尼器等組成。補償電抗器用于補償負(fù)荷效應(yīng)引起的電容分壓器的容抗壓降,確保CVT的輸出容量及準(zhǔn)確級次。速飽和阻尼器則用于抑制CVT在暫態(tài)過程中產(chǎn)生的鐵磁諧振。,,CVT電

7、氣原理圖,C1 —高壓電容C2 —中壓電容T —中間變壓器L —補償電抗器Lz —速飽和電抗器F —保護器件R —阻尼電阻1a、1n—主二次1號繞組2a、2n—主二次2號繞組da、dn—剩余電壓繞組,特高壓工程選用類型,柱式結(jié)構(gòu)電容式電壓互感器(CVT)SF6氣體絕緣電磁式電壓互感器(VT)電子式電壓互感器(EVT)前蘇聯(lián)交流特高壓變電站選擇CVT；日本新榛名變電站選擇電容分壓式EVT。,,特高壓工程選

8、用類型,1000kV交流特高壓工程用電壓互感器選用柱式結(jié)構(gòu)CVT；從絕緣角度看，敞開式變電站采用柱式CVT 比較適宜；柱式CVT承受主絕緣的元件是耦合電容器， 相比之下電壓分布比較均勻；柱式CVT的主要缺點之一是其誤差特性不如電磁式電壓互感器可靠、穩(wěn)定。,,柱式結(jié)構(gòu)CVT,通常500kV柱式CVT由三節(jié)耦合電容器串聯(lián)組成，765kV柱式CVT由四節(jié)組成；我國制造廠研制的1000kV柱式CVT有5節(jié)串聯(lián)結(jié)構(gòu)，也有3節(jié)的；桂容采用

9、5節(jié)串連，無錫日新電機有5節(jié)和3節(jié)兩種；前蘇聯(lián)的串聯(lián)節(jié)數(shù)更多耦合電容器串聯(lián)節(jié)數(shù)的多少即和瓷套制造技術(shù)有關(guān)，也和外絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān)。,,額定電容量,1000kV柱式CVT需4個二次繞組, 繞組額定負(fù)荷組合為15VA/15VA/15VA/15VA，實際負(fù)荷約為額定負(fù)荷的50%左右。理論上不計剩余繞組(開口三角接線)負(fù)荷，45VA對應(yīng)的耦合電容器額定電容量僅需要250-500pF即可?？紤]到附加誤差的影響，為確保計量0.2級要求,耦合電

10、容器額定電容量選擇5000pF。,,關(guān)鍵技術(shù),特高壓CVT的研制最需要解決的問題是機械強度和抗震能力、抗無線電干擾水平、電場分布等。由于CVT是細(xì)高產(chǎn)品,隨著電壓等級的提高,機械強度問題越來越突出。為保證強度,采用了整體等靜壓干法成型的高強度瓷套,并在CVT整體設(shè)計上盡量減少上部電容器的重量,加強下部瓷套強度,提高產(chǎn)品的機械強度和抗震性能。,關(guān)鍵技術(shù),CVT的特高壓主要由電容分壓器承擔(dān)，由于其電容量較大，電場分布較為均勻。隨著電壓等

11、級的提高，電容分壓器外電場分布不均勻以及其對地分布電容均會對準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響。必須通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計來改善電容分壓器內(nèi)外電場分布的均勻性及穩(wěn)定性，降低外部環(huán)境對準(zhǔn)確度的影響。每節(jié)電容器內(nèi)部擴張器分別放置在上下兩端,外部法蘭連接處裝配有均壓環(huán),這樣不僅使內(nèi)外電位分布一致,而且改善了法蘭連接處的電場分布和外電場的均勻性。,關(guān)鍵技術(shù),隨著電壓等級的提高，電暈放電更加強烈,需要加強高壓端和金屬連接法蘭處的防暈措施，以滿足環(huán)境兼容性的要求。產(chǎn)品

12、頂部裝配有4個環(huán)，上環(huán)和下環(huán)外徑為Φ2m，間距達2m，其降低無線電干擾水平的效果很好。,西容CVT,總體采用分體式結(jié)構(gòu),電容分壓器和電磁單元部分分開,以便于調(diào)試、檢測和維護。電容分壓器采用4節(jié)瓷套,總爬電距離不小于30250 mm,干弧距離不小于7600mm。單節(jié)瓷套高度為2300mm,為高強度等靜壓整體干法成型瓷套。,西容CVT,為改善電容器內(nèi)外電場分布及降低無線電干擾水平,電容器內(nèi)部擴張器裝配在瓷套上下兩端,外部在法蘭連接處加裝均

13、壓環(huán),同時在電容器的頂部裝有多個均壓環(huán)組成的防暈罩。電容器的介質(zhì)采用膜紙復(fù)合浸漬優(yōu)質(zhì)合成油,工作場強低,以利于產(chǎn)品安全可靠運行。電容器元件及連接方式采用多項并聯(lián)電容器成熟技術(shù),有效地改善了元件極板邊緣場強及局部放電性能。,西容CVT,電磁單元采用矩形油箱。中間變壓器的高壓繞組采用分段絕緣結(jié)構(gòu)及階梯形繞線結(jié)構(gòu),提高了變壓器層間絕緣強度。高低壓繞組之間加接地靜電屏,以阻斷高低壓繞組之間的電容耦合通道,改善傳遞過電壓。中間變壓器、補償電抗

14、器的調(diào)節(jié)繞組全部引出,保護用避雷器外置,可不用打開油箱蓋就能對電磁部分的任何器件進行測試,便于產(chǎn)品的檢查、試驗和調(diào)試,并可降低產(chǎn)品的故障率。一次回路的引出端子和二次端子完全分開,以避免一次側(cè)發(fā)生故障時損壞二次設(shè)備。,額定參數(shù),最高工作電壓Um ：1100kV額定一次電壓U1N ：1000/ kV額定電容：5000pF額定電壓比：1000/ ∶0.1/ ∶0.1/ ∶0.1/ ∶0.1kV額定二次電壓：主二次繞組

15、為100/ V，剩余電壓繞組為100V額定輸出及準(zhǔn)確等級：主二次1號繞組1a-1n為15VA/0.2級主二次2號繞組2a-2n為15VA/0.5/3P級主二次3號繞組3a-3n為15VA/0.5/3P級剩余電壓繞組 da-dn為15VA/3P級,,,,,,,額定參數(shù),絕緣水平：雷電沖擊耐壓(1.2/50μs峰值)為2600kV操作沖擊耐壓(250/2500μs峰值)為1860kV5min工頻耐受電壓(方均根值)為130

16、0kV局部放電：1.2Um/ 下,局部放電量≤10pC耐地震能力(地震波為正弦共振五拍波,安全系數(shù)為1.67) :地面水平加速度為0.25×918m/s2地面垂直加速度為0.15×918m/s2,,標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器,一種用于標(biāo)準(zhǔn)實驗室量值溯源及量值的長期保存, 作為國家1000kV工頻電壓比例標(biāo)準(zhǔn)的硬件設(shè)施；另一種主要用于量值傳遞，特別是現(xiàn)場試驗。,,標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器,,,標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的絕緣結(jié)構(gòu),現(xiàn)場試驗用

17、標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器, 如果僅考慮1.2倍額定工作電壓下的量值溯源, 上限電壓只有693kV，如果拓展到1.5倍額定工作電壓，上限電壓達到866kV。上限電壓的選擇, 涉及高壓套管的參數(shù)設(shè)計。為了降低制造成本，可以采用兩節(jié)套管串聯(lián)的形式。對于標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器, 采用球形均壓效果比環(huán)形效果好, 但環(huán)形均壓適合現(xiàn)場安裝。,,標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的安裝結(jié)構(gòu),考慮到運輸和現(xiàn)場安裝便利, 設(shè)計上采取了安置器身的罐體是相對獨立的密封艙室，用盆式絕緣子隔離；

18、高壓引線套管也是相對獨立艙室，同樣用盆式絕緣子密封；罐體和套管之間有一過渡艙，過渡艙也是獨立密封艙室。運輸時，將過渡艙氣體回收，套管拆除臥倒。使用時將套管插入過渡艙之中。,,柱式CVT的現(xiàn)場檢測,1000kV柱式CVT的原理電路和其它電壓等級CVT沒有根本差異，只在性能參數(shù)上有所不同，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)差異。試驗示范工程用1000kV CVT的誤差調(diào)節(jié)端子在電磁單元箱體外側(cè)。由于各制造廠沒有1000kV標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器，計量繞組誤差需要在現(xiàn)場

19、調(diào)試。CVT現(xiàn)場檢測最簡單的試驗線路就是差值法，能完全滿足電壓互感器檢定規(guī)程要求。,,誤差調(diào)節(jié),由于鄰近效應(yīng)對CVT產(chǎn)生的附加誤差較大，電壓等級越高，影響量越大；CVT的比值差可通過調(diào)節(jié)電磁單元中的中間變壓器一次繞組匝數(shù)平移比值差曲線，調(diào)節(jié)補償電抗器匝數(shù)來調(diào)節(jié)相位差；通常先調(diào)節(jié)角差端子，再調(diào)整比差端子；因1000kVCVT誤差特性受雜散電容影響較大，現(xiàn)場安裝后的誤差測量數(shù)據(jù)和例行試驗數(shù)據(jù)可能存在較大差異。,,標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器測差法

20、,1000kV標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器: 0.05或0.02 級,測量不確定度優(yōu)于0.01%；最高工作電壓1.2×1000/ kV；SF6氣體絕緣，三氣室密封結(jié)構(gòu)，高壓引線套管可拆裝。,,,標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器測差法,串聯(lián)諧振升壓裝置: 勵磁變壓器容量不小于50kVA，試驗回路Q 值不低于25，額定工作電壓50kV，額定工作電流11.5A ,短時工頻耐受電壓65kV；串聯(lián)電抗器額定工作電壓8×100kV，額定工作電流1A，短

21、時工作電流1.5A，短時工頻耐受電壓900kV；檢測儀器: 電壓互感器測差儀3級；模擬負(fù)荷箱2.5-45VA。,,2.特高壓電流互感器,我國1000kV交流特高壓試驗示范工程沒有選擇類似前蘇聯(lián)的獨立結(jié)構(gòu)電流互感器(TA)；在GIS套管上、斷路器端部和變壓器套管上套狀環(huán)形TA繞組；日本新榛名變電站1000kVGIS使用的TA是套裝在斷路器端部的罐體上。,套裝TA,,前蘇聯(lián)串級式電流互感器,,特高壓TA參數(shù),TA變比的選擇和接線方式及

22、電網(wǎng)額定輸送容量有關(guān)，要兼顧近期、中期和遠(yuǎn)期電網(wǎng)發(fā)展規(guī)模。作為試驗示范工程還要考慮設(shè)計和制造能力；交流特高壓試驗示范工程第一期的最大負(fù)荷為2000MVA，一次側(cè)電流為1155A；為了確保電流互感器的基本誤差、暫態(tài)特性及其它特性要求，應(yīng)提高TA設(shè)計安匝數(shù)，選取3000安匝，變比3000/1A。,特高壓TA參數(shù),對于3/2接線方式，1000kV斷路器的穿越功率按每回1000kV線路的自然傳輸功率5000MW考慮；一個斷路器檢修時，穿越

23、一個1000kV斷路器的功率將達到兩倍的自然功率，此時斷路器、隔離開關(guān)及TA的額定電流可達6300A；,特高壓TA參數(shù),交流特高壓試驗示范工程一次側(cè)選擇的計量用TA變比為6000/1A，抽頭為3000/1A及1500/1A；保護用TA變比為6000/1A，抽頭為3000/1A。特高壓交流試驗示范工程的晉東南、南陽、荊門變電站有24組暫態(tài)電流互感器(TPY)繞組。,傳遞過電壓,對于1000kV GIS或HGIS用的TA，要考慮VFTO

24、導(dǎo)致的傳遞過電壓的影響；套裝在GIS管道外側(cè)的TA繞組由罐體防護，可以屏蔽部分高頻電磁波的侵?jǐn)_；安裝在罐體內(nèi)部的TA繞組要加強對傳遞過電壓的防護。連接TA二次繞組的電纜對高頻過電壓有較強的衰減作用，在繞組端口進行數(shù)據(jù)采集需要考慮安全防護。,特高壓TA現(xiàn)場檢測,特高壓變電站設(shè)備采用監(jiān)造方式。保護用TA現(xiàn)場秩序進行直流電阻測量、勵磁曲線測量、磁滯回線測量即可；現(xiàn)場測量較困難的是計量用TA的測量，計量用TA繞組的鐵芯材料脆弱，受運輸、

25、安裝等外力作用影響之后，誤差特性可能產(chǎn)生偏移，特別是高量程范圍。,三種檢測方法,直接施加額定工作電流的差值法；用差值法測量20%額定工作電流下的誤差后，根據(jù)勵磁曲線外推上限量程的誤差曲線；采用二次模擬負(fù)荷擴大倍數(shù)的方法，在20%或50%額定工作電流下測量誤差特性曲線。,試驗回路,特高壓設(shè)備體積龐大，TA試驗回路較大，特別是GIS及HGIS用TA試驗回路；特高壓工程用TA為套管式繞組結(jié)構(gòu)，分內(nèi)置式和外置式；有的外置式TA和套管或罐

26、體之間預(yù)留較大空氣隙，可以采用等安匝方式纏繞一次繞組進行校驗；內(nèi)置式TA現(xiàn)場校驗比較困難。,試驗回路,變壓器套管TA可采用勵磁曲線核對；計量用TA校驗必須對一次回路施加大電流，試驗回路可將TA所處設(shè)備兩端套管穿入升流裝置及標(biāo)準(zhǔn)電流互感器形成電流回路，也可借用接地開關(guān)形成電流回路。大電流試驗回路必須進行無功補償，補償量接近試驗回路實際的感性容量，并接在升流器輸出端，以減少升流線圈容量。,電子式互感器,電子式互感器作為一種新型的互感器

27、適用于高電壓等級變電站，可用于特高壓工程；IEC定義：電子式互感器由連接到傳輸系統(tǒng)和二次轉(zhuǎn)換器的一個或多個電流或電壓傳感器組成，用以傳輸正比于被測量的量供給測量儀器、儀表和繼電保護或控制裝置；電子式互感器不限制其傳感器的種類，只是對它的二次輸出進行規(guī)范。,電子式互感器,電子式互感器一般由傳感器、轉(zhuǎn)換期、傳輸系統(tǒng)及二次轉(zhuǎn)換器等單元構(gòu)成；按輸入信號種類分為電子式電壓互感器 （EVT）和電子式電流互感器(ECT);按輸出信號種類分為模

28、擬信號輸出的電子式互感器和數(shù)字信號輸出的電子式互感器。無論是模擬信號還是數(shù)字信號，電子式互感器誤差的定義和誤差測試與傳統(tǒng)的不同。,IEC61850-9-1標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,電子式互感器,,3.交流特高壓設(shè)備帶電考核場,美國、意大利和日本等國在開展特高壓工程研究中，十分關(guān)注設(shè)備的長期帶電考核。日本東京電力公司于1996年建立新榛名特高壓變電站包括1000kV變壓器和GIS，設(shè)備長期帶電考核，做到了模擬實際運行狀況，是一個設(shè)備考核比較全面的考核場

29、。,日本1000kVGIS帶電考核場,,日立公司的1000kV/8kA升流裝置,,交流特高壓設(shè)備帶電考核,國網(wǎng)特高壓交流試驗基地坐落在鳳凰山500kV變電站旁邊。1000kV變壓器出線經(jīng)避雷器、電容式電壓互感器、隔離開關(guān)和支柱絕緣子進入“日”和“口”組成的構(gòu)架區(qū)域，分別接入一條1000kV單回試驗線段和一條同塔雙回試驗線段。,1000kV試驗線段出線構(gòu)架,,4. 特高壓直流電壓測量裝置,作用：直流極母線直流分壓器測量直流極母線直流電

30、壓直流中性母線分壓器測量中性母線直流電壓直流控制保護系統(tǒng)，包括控制、保護、測量、錄波等,直流分壓器,直流電壓測量裝置多為電阻分壓器加直流放大器，稱為直流分壓器。直流分壓器基本為純阻性元件，并采取有效的均壓措施電壓傳感器的主體是直流電阻分壓器,直流分壓器原理圖,,電容C11和C21提高分壓器瞬態(tài)響應(yīng)特性,低壓測量單元,分壓單元分為高壓部分和低壓部分，根據(jù)分壓比例，通過低壓輸出電壓反映一次電壓低壓測量部分采用雙回路測量，確?？煽啃?/p>

31、,試驗與檢修,型式試驗出廠試驗預(yù)防性試驗日常維護項目,型式試驗,雷電沖擊試驗濕的開關(guān)脈沖試驗：極母線分壓器濕的直流耐壓試驗：極母線分壓器反向電壓的干式直流耐壓試驗和局部放電試驗頻率響應(yīng)試驗：50-2000Hz高壓電阻測量：電阻值偏差≯0.1%,試驗方法,反向電壓的干式直流耐壓試驗和局部放電試驗該試驗僅適用于極母線分壓器。試驗電壓：最大持續(xù)直流電壓Udmax的1.25p.u.試驗方法：在分壓器元件上加一個反向直流電壓

32、，持續(xù)時間90min；將電壓轉(zhuǎn)向，持續(xù)時間90min ；再轉(zhuǎn)向45min；持續(xù)下去直到持續(xù)時間為1min或2min為止。試驗過程中進行局部放電試驗。,預(yù)防性試驗,電壓限制裝置功能驗證 不超過1000V絕緣電阻表測試分壓電阻、電容值測量 電阻型的初值差不超過±2% 阻容性的初值差不超過±3%分壓比校核：簡單確認(rèn)試驗油中溶解氣體分析(充油型),5. 特高壓直流電流測量裝置,分類：零磁通

33、直流電流互感器安裝于中性母線處，測量中性母線各處直流電流。直流光電流互感器三-常、三-廣、三-滬換流站安裝于直流場和閥廳。,零磁通直流電流互感器,零磁通電流互感器是一種高精度、無節(jié)點的電流測量元件，可以在毫安至千安級測量范圍內(nèi)保持測量精度，具有很高的穩(wěn)定性和大的信噪比，時間響應(yīng)快，有良好的動態(tài)性能?；驹硎腔诖磐▌萜胶?，精度值取決于負(fù)載電阻和輸出放大器。,工作原理,電流互感器的環(huán)形鐵芯T帶3個繞組，第一個繞組N1流過一次電流

34、建立一個磁通勢，第二個繞組N2建立一個放大器輸出端作為高增益的積分器，它流過電流產(chǎn)生的磁通勢與第一個繞組N1產(chǎn)生的磁通勢抵消取得平衡。第三個繞組N3是一個非常靈敏的繞組，鐵芯中任何磁通勢的不平衡都將產(chǎn)生磁通的變化，在該繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電壓來調(diào)節(jié)第二繞組中的輸入電流，使磁通勢重新達到新的平衡。,零磁通電流互感器原理圖,,補償繞組,磁通穩(wěn)定器,電磁力平衡探測器,各元件特性,補償繞組：N4、N5匝數(shù)相等，校核時N5斷開作為校核輸入端。鐵芯T3

35、：磁通穩(wěn)定器(電磁積分器)，該繞組感應(yīng)電壓被功率放大器消除。放大器可通過調(diào)節(jié)二次側(cè)電流與測量電流一致，維持鐵芯的安匝平衡。鐵芯T1、T2：電磁力平衡探測器，連續(xù)檢測安匝平衡的慢速偏差，消除功率放大器擾動,光電直流分流器,光電流互感器的優(yōu)點：無絕緣油、不含鐵芯沒有磁飽和及磁滯現(xiàn)象、抗電磁干擾能力強光電流互感器分類：無源型、有源型有源型：500kV直流換流站內(nèi)廣泛使用無源型：部分變電站開始掛網(wǎng)運行,有源型方框圖,,羅戈夫斯基線圈采集

36、,光纖傳輸,有源型工作原理,信號采集單元：采樣直流回路中的電流值光電轉(zhuǎn)換模塊：實現(xiàn)被測信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)的發(fā)送。光電轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)的電子元件通過光纖由位于控制保護屏內(nèi)的光電源單獨供電。光纖回路：信號傳輸，分別傳輸數(shù)據(jù)和能量光接收模塊：接收光纖傳輸?shù)臄?shù)字信號，通過模塊處理器芯片的檢驗控制送出。,無源型方框圖,,無源型工作原理,從發(fā)光二極管產(chǎn)生的光線進入光纖，起偏后被分成兩束正交偏振光。這兩束光經(jīng)過1/4波長的波板后被分別轉(zhuǎn)換為左偏振

37、光和右偏振光，隨后進入載流感應(yīng)區(qū)，經(jīng)反射板反射后再沿原路返回，最終進入檢測單元。,思 考 題,特高壓系統(tǒng)中如出現(xiàn)了操作過電壓時，為了測量這種過電壓波形和峰值，對測量裝置有哪些基本要求？,第1章 交流高電壓試驗設(shè)備,一、試驗變壓器的結(jié)構(gòu)形式及主要參數(shù) 1.工頻高壓的產(chǎn)生方法 高電壓試驗變壓器 串聯(lián)(或并聯(lián))諧振發(fā)生器 倍頻發(fā)生器,2.試驗變壓器的基本特點,電壓高 以220kV電力變壓

38、器試驗值為例：,,2.試驗變壓器的基本特點,容量小 由試品容量決定， 試變-容性負(fù)載、電變-感性負(fù)載設(shè)：,,,試驗變壓器的主要參數(shù),,,常見試品電容量,,,2.試驗變壓器的基本特點,漏抗大 抗過電壓能力小 溫升、電動力、工作時間影響小 試驗變壓器應(yīng)重點解決絕緣問題,3.試驗變壓器的結(jié)構(gòu)形式,按繞組形式分：圓盤形和圓筒形 按外殼材料分：鐵殼式和絕緣筒 按套管數(shù)量分：單套管和雙套

39、管 體積與重量∝ u3 ,單臺電壓不宜太高 采用串接方式輸出更高電壓,二、單級試驗變壓器,1.基本試驗回路各器件的作用試品電容量、試變?nèi)萘?、對濕閃污閃的要求,2.試變運行的幾個問題,①容升現(xiàn)象,2.試變運行的幾個問題,②非零值合閘過電壓③試品閃絡(luò)引起的恢復(fù)過電壓④試變輸出電壓波形的畸變試變鐵芯的非線性，勵磁電流呈非線性，在調(diào)壓器漏抗上產(chǎn)生高次諧波，試變輸入為非正弦波負(fù)載為電容性，對高次諧波阻抗小，

40、回路高次電流增大，畸變加強結(jié)論：除了試變鐵芯的非線性磁化曲線外，調(diào)壓器和變壓 器漏抗以及電容性負(fù)載是輸出電壓畸變的主要原因,三、串級試驗變壓器,1.具有絕緣變壓器的串級線路串級結(jié)構(gòu),串級試驗變壓器,設(shè)備利用系數(shù) N 級串級線路,,2.具有累接繞組(自耦式)的串級線路,單套管串級線路,具有累接繞組(自耦式)的串級線路,雙套管串級線路,3.降低試驗變壓器短路電抗的方法,①兩個低壓繞組供電 ②采用平衡繞組,4.短路

41、電抗的計算,漏抗大(4.5~9%)內(nèi)阻大輸出能力低波形畸變串級總漏抗(22~40%)大于各單臺之和,,① 短路試驗,,,② 兩級漏抗計算,,,,,,兩級漏抗計算(標(biāo)么值),串級輸出電壓：,,,,,,兩級串級變壓器實例,第一級變壓器 第二級變壓器,,,,,,,,兩級串級變壓器實例,實測：第一級變壓器短路阻抗 第二級變壓器短路阻抗串級變壓器總漏抗,,,,,,,,,,,,③ 三級漏抗計

42、算,等 值 電 路,,,短路電抗計算,,,短路電抗計算,,,,四、調(diào)壓設(shè)備,1.基本要求：滿足精確調(diào)節(jié)平滑調(diào)節(jié)、電壓容量、正弦波輸出、 漏抗小、 電壓上升速度可調(diào)、 簡單可靠便宜、三相結(jié)構(gòu),2.調(diào)壓設(shè)備分類,自耦調(diào)壓器 漏抗小、容量小、輸出電壓低、價格便宜移卷式調(diào)壓器電動發(fā)電機組 頻率穩(wěn)定、波形良好、電壓調(diào)節(jié)范圍寬、與外界無電聯(lián)系、投資大、運行維護復(fù)雜感應(yīng)調(diào)壓器 平滑調(diào)節(jié)、容量大、漏抗大

43、、價格高,3.移圈調(diào)壓器的工作原理,調(diào)壓器結(jié)構(gòu) 輔助線圈1、主線圈2、補償線圈3、短路圈4,調(diào) 壓 原 理,φ1在各線圈的感應(yīng)電勢 E11，E14φ2在各線圈的感應(yīng)電勢 E22，E23，E24φ3在各線圈的感應(yīng)電勢 E41，E42，E43，E44各線圈中總的感應(yīng)電勢,,調(diào) 壓 原 理,∵線圈2和線圈3異名端相連成自耦式∴調(diào)壓器輸出總電勢動圈在不同位置時，輸出電壓隨φ4的變化而改變,,移卷式調(diào)壓器特點,容量大鐵

44、心不飽和自身不產(chǎn)生高次諧波電流磁阻大空載電流大,調(diào)壓器漏抗特性,,五、諧振式交流發(fā)生裝置,⒈串聯(lián)諧振裝置,串聯(lián)諧振裝置,,,,,,,串聯(lián)諧振裝置的特點1,電源輸入容量減小串聯(lián)諧振電路的電源輸入容量是很小的，因為整個電路中只有電阻損耗需由電源供給。設(shè)：試品0.0127μF 電壓250kV，電流為1A（共250kVA） 電路的Q為50(典型值) 勵磁變壓器輸出電壓 輸入容量

45、 勵磁變壓器5kV，5kVA,,,,,,,,串聯(lián)諧振裝置的特點2,電壓波形在串聯(lián)諧振電路中，在諧振條件下，由于整個電路一般具有較高的質(zhì)量系數(shù)Q，50Hz基波分量得到明顯提高，其它電壓諧波分量最顯著地被衰減掉。同時，電抗器本身的磁通密度選得較低，可避免波形畸變，因此，輸出電壓Uc的電壓波形正弦性很好，例如，假如電源電壓波形的失真度已有10%，經(jīng)過諧振電路，輸出電壓Uc波形的失真度可達到小于0.5%。,,,,,,串聯(lián)諧振裝置的特點3,短

46、路電流減小若被試品發(fā)生閃絡(luò)或擊穿時，試品被短路，諧振被破壞，短路電流為設(shè)：試品電容0.0127μF 電壓250kV，電流1A 諧振電抗器的感抗則：短路電流,,,,,,,,串聯(lián)諧振裝置的特點,短路電流減小與傳統(tǒng)的工頻試驗變壓器比較，250kV、1A的試驗變壓器的短路阻抗典型值為8%，如果用在并聯(lián)諧振電路時也是一樣，試品擊穿時的短路電流：,,,,,,,短路電流減小?。?！,由于試品擊穿時短路電流反而減少，使電源

47、電路中的過電流保護失去作用。在近年來新生產(chǎn)的串聯(lián)諧振試驗裝置中，除手動切斷電源外，還裝有放電檢測器，將試品擊穿時電壓突變的信號（自電容分壓器引出），使一只小閘流管導(dǎo)通，通過繼電器將輸入電源電路切斷。,,,,,,串聯(lián)諧振裝置的特點4,暫態(tài)過電壓 使用傳統(tǒng)的試驗變壓器時，當(dāng)試品發(fā)生閃絡(luò)，在多數(shù)情況下會產(chǎn)生暫態(tài)過電壓，其幅值往往超過試驗電壓值在串聯(lián)諧振電路中，試品閃絡(luò)時，電路諧振被破壞，電壓明顯下降，接著恢復(fù)電壓緩慢上升，因此不能發(fā)生暫態(tài)

48、過電壓,,,,,,串聯(lián)諧振裝置的特點5,產(chǎn)生振蕩操作脈沖電壓對串聯(lián)諧振試驗設(shè)備突然接通電源，并在高壓側(cè)加裝一個放電間隙，可以產(chǎn)生振蕩脈沖電壓，用來對GIS設(shè)備進行試驗。用振蕩脈沖電壓法具有較易發(fā)現(xiàn)GIS內(nèi)可動金屬粒屑的特點,,,,,,串聯(lián)諧振裝置的特點5,產(chǎn)生振蕩操作脈沖電壓試驗和計算表明，突然合上電源后約需經(jīng)Q個周期(50 Hz)，試驗電壓才達到最大值間隙放電后，使試驗裝置跳閘,,,,,,⒉并聯(lián)諧振裝置,,,,,,,并聯(lián)諧振裝置

49、,通常 ，故有 ：,,,,,,,,,,并聯(lián)諧振裝置,,,,,,,,,,,,,,六、變壓器感應(yīng)操作沖擊波,特點：由于操作過電壓的等值頻率高于工頻，持續(xù)時間較工頻一分鐘短得多，絕緣結(jié)構(gòu)在操作過電壓下的放電特性、擊穿機理與工頻，沖擊不盡相同，操作波不引起振蕩，作用的時間長，對于相同電壓來說，線圈將受到比沖擊更嚴(yán)峻的考驗。與工頻相比，操作波則直接引起油隙擊穿，對于采用小油隙薄紙筒絕緣結(jié)構(gòu)的變壓

50、器更有必要。隨著系統(tǒng)電壓升高，設(shè)備絕緣水平降低，在工頻和倍頻試驗中可能會引起局部損傷，這種殘留性弱點在試驗中往往不易發(fā)現(xiàn)，但在長期工作電壓下，將逐步發(fā)展，導(dǎo)致絕緣擊穿；而操作波發(fā)生的局部放電，則一般不引起殘留性損傷。,感應(yīng)操作沖擊波,特點：操作波波形近于運行中出現(xiàn)的電壓，真實性強，較等效工頻耐壓更趨合理，同時主縱絕緣均受到考核，具有設(shè)備輕便，示傷靈敏，不需大電源等?，F(xiàn)有工頻或倍頻試驗，要動用龐大設(shè)備，準(zhǔn)備工作量大，現(xiàn)場經(jīng)常舍去這項

51、試驗，對設(shè)備安全將心中無數(shù)。用操作波試驗作為現(xiàn)場變壓器絕緣的檢驗手段是必要和可行的。,感應(yīng)操作沖擊波波形,波頭長；t頭≥100微秒波尾長；t尾≥1000微秒90%幅值持續(xù)時間：≥200微秒反峰電壓值：U2M≤0.5 UM≥ μs,,感應(yīng)操作沖擊波的產(chǎn)生電路,,,,三繞組變壓器,,習(xí) 題,工頻試驗變壓器輸出端電阻R的作用是什么？畫出兩臺試驗變壓器串級界線圖，并說明其電位分布。造成試

52、驗變壓器輸出波形畸變的主要原因是什么？,習(xí) 題,移卷調(diào)壓器的基本特性是什么？說明短路式移卷調(diào)壓器的工作原理，并畫出阻抗曲線。工頻試變平衡繞組的作用是什么？,習(xí) 題,工頻試驗時的非零值合閘會引起什么現(xiàn)象？當(dāng)試品為容性時，工頻試變測量繞組的測量數(shù)據(jù)與試品電壓有差別嗎，為什么？,習(xí) 題,某工頻高壓試驗裝置，額定電壓為1500kV，額定電流為1A，由三臺單相變壓器串接而成。各臺變壓器高壓繞組中點接鐵芯和外殼，雙套管出線。電源電

53、壓為lOkV，移圈調(diào)壓器輸出為0～1OkV。試求： ①變壓器各繞組的額定電壓和功率； ②變壓器各繞組對鐵芯、鐵殼的耐受電壓； ③變壓器初、次級繞組之間的耐受電壓； ④變壓器出線套管的耐受電壓； ⑤變壓器殼對地的耐受電壓； ⑥輸出端串接保護電阻的阻值、功率和兩端間瞬時耐壓值。,課堂練習(xí)(一),一臺工頻試驗變壓器對試品C＝8000pF試驗，已知試品并聯(lián)球隙距離S，查球隙放電電壓表，得到放電電壓

54、為U=450kV，試變變比N＝120，漏抗(折合至高壓側(cè))ZL＝15kΩ，試驗時氣象條件T＝28℃，P＝100kPa，計算試驗變壓器的原邊電壓。,,,,,,第2章 交流高電壓的測量,工頻(直流)高電壓的測量測量方法 直接測量：測量球隙、靜電電壓表 轉(zhuǎn)換測量：高壓分壓器 物理效應(yīng)：光電測量系統(tǒng),,,第2章 交流高電壓的測量,測量誤差：根據(jù)國標(biāo)要求，測量系統(tǒng)的總不確定度在±3%以內(nèi) 標(biāo)準(zhǔn)測量系統(tǒng)

55、 認(rèn)可的測量系統(tǒng) 初始性能試驗 歷次性能校核和性能試驗 性能記錄系統(tǒng)認(rèn)可：性能記錄所涉及到的布置和條件,,,一、測量球隙,1.放電電壓表球隙為稍不均勻電場，放電分散性小，重復(fù)性好兩張放電表 2.球的布置(球徑S，球隙D)0.05≯S/D ≯0.5，誤差不大于±3%直流電壓下由于靜電吸附作用，誤差在±5%球

56、徑標(biāo)準(zhǔn)，安裝方式,,,3.影響球隙放電的因素,周圍物體的影響照射(U <50kV 或球徑不大于12.5cm)測量方法(由較低放電電壓值外推至額定電壓)大氣條件的影響 標(biāo)準(zhǔn)大氣條件:氣壓P =101.3kP,溫度t =20℃，濕度H =11g/m3 相對空氣密度 當(dāng)δ=0.95～1.05時，δ=k,,,,,4.串聯(lián)保護電阻,阻尼振蕩限制短路電流阻值選擇0.1～0.5Ω/V高頻電壓下的球隙電容電流

57、較大，降低阻值,,,二、靜電電壓表,1.工作原理(作用直流電壓)平行平板電極，極板間能量單位體積內(nèi)能量設(shè)極板上正負(fù)電荷吸力F，極板位移dl , 則所作功F·dl與極板間能量增量dw =F·dl相等,,,,,,作用交流電壓,設(shè) 交流下 由于極板慣性，一周期內(nèi)F的平均值,,,,,,作用帶脈動分量的直流電壓,設(shè)脈動分量δU 僅含正弦基波分量，幅值且為δU 則 當(dāng)

58、 時 當(dāng) 時,,,,,,2.類型與結(jié)構(gòu),絕對型靜電電壓表 工程用靜電電壓表,,,靜電電壓表,國產(chǎn)Q4-V型100kV 靜電電壓表 表2-3：國產(chǎn)高壓靜電電壓表,,,使 用 特 點,極間阻抗高 絕緣電阻大 刻度分布不均勻 特別要注意： 防

59、止電暈放電 防止風(fēng)擺,,,三、高壓交流分壓器,1.分壓比：要求：K 為常數(shù),,,,,基本要求,分壓器基本要求：無感電阻分壓器一般不用來測量較高的電壓 阻值大：分布電容的影響 阻值?。何展β蚀?，發(fā)熱,,,,,2.雜散電容的影響,,,,,,影 響 分 析,考慮對地雜散電容的影響,,,,,影 響 分 析,設(shè)K和C沿高度l均勻分布 單位高度電容 dx段電容

60、 X點微分方程,,,,,,,影 響 分 析,方程的解：,,,,,,,,,,影 響 分 析,,,,,,,,,,,,同時考慮高壓引線的分布電容時,,,,,,,,,,,,,分布電容的影響,高壓頂端裝設(shè)屏蔽罩分壓器與周圍物體保持一定距離安裝點實測分壓比,,,,,,,,,,,,,四、峰值電壓表,平均電流測量 峰值電壓測量 電容電流測量 脈動電壓測量,,,,,測量平均電流,,,,,,,,,測量峰值電壓,,,,,,,

61、測量峰值電壓,,,,,,測量峰值電壓,直流分量： D導(dǎo)通前的電壓：,,,,,,,,測量峰值電壓,,,,,,測量電容電流,,,,,,,測量脈動電壓,設(shè) 的有效值,,,,,,,,,第3章 直流高電壓試驗設(shè)備,直流高電壓試驗設(shè)備的用途交流大容量試品的試驗直流高壓輸電工程其它高壓設(shè)備的直流電源其它技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用,一、基本的整流回路,1.半波整流回路(各元件作用、工作電壓) R：限流電

62、阻 D：整流硅堆 C：濾波電容,脈動電壓和電壓降落,接上負(fù)載后，輸出為脈動電壓，且Umax<Um,三個基本參數(shù),額定直流電壓(平均值) 額定直流電流(平均值) 電壓紋波因數(shù),,,,脈動電壓,計算脈動電壓： 設(shè)Ud、Id已知，在t1～t2期間放掉電荷Q C 放掉電荷產(chǎn)生的電壓脈動 電壓脈動系數(shù)(規(guī)程規(guī)定S≤3%),,,,,2.倍壓整流回路,(表3-1)

63、,倍壓整流回路,各元件工作電壓帶負(fù)載后的脈動電壓和電壓降落,,,電 壓 脈 動,電壓脈動計算 (與C1無關(guān)),,電 壓 降 落,電壓降落計算 C1在t1～t2期間提供給C2和負(fù)載的電荷 T2瞬時： 電壓降落： (與

64、C2無關(guān)),,,,平均電壓降落,當(dāng)C1=C2時，平均電壓降落,,二、串級直流高壓裝置,1.兩級串級回路,兩級串級回路,2.各點電位分析 3.各元件最大工作電壓,,,n級串級回路,4.輸出波形分析 設(shè)高壓裝置共n級,輸 出 波 形,,輸 出 波 形,充放電的四個階段t0-t1：D1-Dn導(dǎo)通，左柱向右柱充電，對負(fù)載放電t1-t2：D1-Dn、 D1’-Dn’截止，C1-Cn對負(fù)載放電t2-

65、t3：D1’-Dn’導(dǎo)通，右柱向左上柱充電對負(fù)載放電t3-t4：D1-Dn、 D1’-Dn’截止，右柱對負(fù)載放電,5.電荷分布,t0-t1占整個周期的時間極短，可認(rèn)為全部的負(fù)載電荷都由右柱供給，即 Q1 = Id·Tt2-t3期間，右柱向左上柱充電電荷量由上向下逐級遞增在一周期內(nèi)，Ck、Ck’的放電量為kQ1,結(jié) 論,輸出為直流電壓，各電容器電流是交變的一周期內(nèi)任一電容器的充放電電荷數(shù)相等各級電容器的充放電電

66、荷數(shù)不等，越往下越大通過各硅堆的電荷量相同為Q1,6.脈動電壓計算,第一級第二級第k 級輸出脈動電壓為各級之和令各級的電容器容量相等或,,,,,7.電壓降落計算,Cn’充電達Um，n’點最高達2Um；Cn’向右柱放電nQ1，n’點電位降低nQ1/Cn’，右柱最高充電 Cn上電壓降 Cn向負(fù)載放電(Idτ1)、(Idτ2)及向Cn-1’充電(n-1)Q1， 左柱Cn-1’最高充電電壓

67、 其中τ1=(t2-t1),τ2=(t3～t2),,,,電壓降落,Cn-1’向右柱充電(n-1)Q1， Cn-1上最高充電電壓 Cn-1上電壓降設(shè)各電容器的電容量相等，且半周期內(nèi)Id(τ1+τ2)=Q1/2 則 一般表達式,,,,,電壓降落,右柱的電壓降總和為平均電壓降落輸出電壓平均值,,,,8.減少δU 和ΔUd 的措施,①選擇合理級數(shù) 已知

68、 ，令 解得例：設(shè) 得,,,,,減少δU 和ΔUd 的措施,②取 則 ，對脈動電壓無影響③從上到下逐級增加電容量，各級充放電荷量隨k而增加，可以減少δU 和ΔUP 當(dāng) 則④采用對稱電路，在正負(fù)半周充電，減少δU 和ΔUd ⑤采用中頻或高頻電源充電,,,