GIS内电压互感器现场校验技术研究与设备研制

GIS内电压互感器现场校验技术研究与设备研制

杨默涵崔广泉焦通孙一宁李昊

（国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院辽宁沈阳110000）

摘要：在变电站现场开展GIS内电压互感器误差校验时，会面临试验一次回路长、GIS管道电容量随管道长短变化等问题，现有试验设备操作复杂且效率低下。通过研究升压试验操作时不同电感补偿方案的影响因素，设计研制了标准电压互感器与带中压补偿试验变压器一体化试验设备，并将其固定安装于新型现场互感器校验车。试验设备使用SF6气体作为绝缘介质。升压装置采用谐振试验变压器，并与标准电压互感器装配于同一气室内部。标准电压互感器设计了特殊结构用于改善系统的不均匀电场分布问题，同时提升了设备使用带中压补偿试验变压器的补偿效果。标准电压互感器与升压器同室对测量结果影响等技术难题得到了有效解决。试验设备配合电动可调电抗器进行试验操作，满足了500kV电压等级GIS内电压互感现场全电压检测要求，具有可靠性高、操作简便等优点。

关键词：GIS；电压互感器；现场校验；电感补偿；全电压检测

引言

目前，我国智能电网正处于快速发展期，新建、扩建了大量的智能变电站，基于气体绝缘开关设备（gasinsulatedswitchgear，GIS结构的电力设备因其具有安全稳定、集成度高、占地面积小等优点，被越来越广泛地应用于变电站建设中。GIS内的电力互感器是电能计量及继电保护系统的重要组成部分，其准确性至关重要。

GIS设备一般采用整体建构型式，一次线路和一次设备都密封在封闭管道内。对GIS内的电容式电压互感器进行现场校验时，无法拆卸进行单体试验，需要对一次侧整条回路进行升压操作。试验回路长，则对升压设备容量要求高；同时，一次回路的电容量会随GIS管道的长度变化而变化。开展全电压试验时，要求试验电源容量增加以补充一次回路无功增加，或者通过无功补偿降低电源容量。通常在变电站现场，所能提供的电源容量无法实现全电压检测。目前采用的无功补偿设备由于不能大范围调节电感量，所以无法实现最佳的无功补偿方案。为了实现对电压互感器（包括GIS内电压互感器）在全电压状态下的安全快速校验，升压设备使用带中压补偿效果的试验变压器，解决标准电压互感器与升压器同室对测量结果影响分析等技术难题，设计研制了适应车载环境的新型一体化试验设备。该设备可实现自动无功补偿、自动测量、试验数据安全管理等功能，满足了GIS内电压互感器的现场全电压校验要求。

1试验装置功能设计

1.1谐振升压方式设计

目前，电容式电压互感器进行现场校验一般使用分节堆叠式可调电抗器作为升压装置。单台可调电抗器的额定电压一般为40kV，500kV电压互感器校验至少需要8台电抗器。此类电抗器多为环氧浇注干式电抗器，每台电抗器都设置有空隙刻度。试验过程中，因个体差异或刻度不准确等因素导致电抗器过压损坏的现象时有发生。尤其对GIS内电压互感器进行校验操作时，由于一次回路附加的管道电容随管道长度而变化，可调电抗器的电感量不能满足谐振要求，需要频繁进行升压、降压、放电、调整电感量等操作，工序复杂且效率低下。本文研究采用一体式谐振试验变升压方式。升压装置采用谐振试验变压器，并与标准电压互感器装配于同一气室内部；使用SF6气体作为绝缘介质。试验容量可完成各类500kV/220kV电压等级电容式电压互感器（包括GIS内电压互感器）的全电压误差校验工作。

1.2500kV一体式标准电压互感器设计

为了实现标准电压互感器与谐振试验变压器一体化设计，同时满足车载条件和道路颠簸等要求，标准电压互感器必须设计特殊结构。这就解决了500kV电压等级SF6气体绝缘标准电压互感器内部极不均匀电场分布问题，同时降低了标准电压互感器体积适应车辆运输环境。标准电压互感器等采用自固定式模成圆边、分段、立体布局型铝壳均压环。均压环用于屏蔽线包和铁心的尖端，能有效改善系统的不均匀电场分布；采用立体式布局，铝壳均压环的外壳圆滑无任何尖端，解决了静电屏自身带来的电场不均匀问题；均压环的自锁式固定机构，可稳固安装在线包及铁心上，无任何尖端外露于强场中，可避免引起局部的电场不均；采用带加强筋式压模成型固定结构，其机械强度完全能够满足车载振动环境的要求。

采用本方案设计的标准电压互感器，可以有效改善SF6气体绝缘标准电压互感器内部高压端与二次及地、高压绕组各绕组层、高压绕组对铁心等部分的电场强度均匀度及其分布水平，有效减小电压互感器体积，从而降低材料制造成本。同时，电压互感器的铁心、线包和屏蔽层固定牢固，满足车载运输环境，可满足电压互感器现场检定的工作要求。

1.3500kV一体式谐振试验变压器设计

为满足现场500kVGIS内电压互感器全电压试验要求，本文设计采用新型带中压补偿的谐振变压器作为升压设备，将其与标准电压互感器进行一体化研制。根据对实际安装的GIS结构电力设备的调研分析，以长度为50m的GIS设备电容量作为试验设备容量设计依据，可满足现场不同型式电力互感器试验要求。谐振试验变升压设备集成于SF6气体绝缘罐体内，与标准电压互感器并联，高压端由单绝缘套管引出。为解决因GIS长度不同引起的附加电容量大小不确定问题］，采用电动方式调整升压设备内部电感量，提高调整匹配电感量的工作效率和运行稳定性。

2试验装置原理分析

一体式试验装置升压原理如图1所示。在试验变压器中设置中压抽头，并连接无功补偿电抗器，用于补偿被试GIS内电压互感器的容性无功分量（等效电路为并联谐振），可有效提高带中压补偿试验变压器的输入功率因数，减小输入电源容量（即提高系统的Q值）。

本装置的等效电路为工频并联谐振电路，U1U2＝N为试验变压器变比。高压一次回路的电压值只与试验变压器的输入电压及试验变压器的变比有关，无须担心类似串联谐振时升压不够的情况。

结语

本文研制的标准电压互感器与谐振试验变一体式试验装置可满足电压等级500kV/220kV的GIS内互感器全电压现场校验的升压要求，具有集成度高、接线方便、自动化操作、噪声小、带负荷能力强、适用范围广、使用稳定等优点。同时，该装置可实时带电调整匹配电感量，无功分量完全匹配后进行升压操作。传统升压方式匹配电感量时，需要进行升压、降压、放电、调整电感量等繁琐操作。该装置提供了一种新型简化接线及操作流程的校验工作模式，有效提高了试验安全性和工作效率。

参考文献：

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