基于充电电流的智能化gis设备可靠性试验研究

基于充电电流的智能化gis设备可靠性试验研究

0智能化gis单元张拉单元温度验证随着现代智能电网和智能能源产业的发展，智能能源产业设备的智能化已成为一个话题。其中，主设备气体隔离金属开关设备（gis）领域经历了前所未有的新形式，智能gis面临着前所未有的发展机遇。智能化设备的可靠稳定运行成为电网安全的重要保障。目前对于智能化GIS隔离开关智能单元抗干扰能力的试验验证尚无相关国家标准。西高院对此进行了初步研究,通过实施GIS隔离开关开合母线充电电流试验,并在试验中测量TEV(瞬态外壳电压),来验证智能化开关设备的抗干扰能力。1tev的产生机理陡波前过电压是由于GIS中操作或破坏性放电造成电压快速跌落(根据GIS的特性,通常小于10ns)引起的阶跃电压行波的反射和折射分量叠加形成的过电压。瞬态外壳电压(TEV)是在GIS外壳和地之间出现的陡波前过电压,是由于阶跃电压行波在外壳的各个中断点处(即与电缆或架空线的连接处)的折射引起的。该电压是对二次设备的作用电压。TEV的产生机理示意图见图1。GIS母线导体和母线外壳构成传输线①,母线外壳和地面构成传输线③。当内部行波传播到气体和空气套管时(即传播在传输线①上),一部分电磁场被耦合到GIS外壳和地的传输线③上形成TEV[7,13,14,15,16,17]。TEV的峰值取决于外壳离地面的高度、外壳与接地系统的连接方式及接地系统本身。2隔离开关工作原理标准GB1985—2004中规定了母线充电电流即接通或断开部分母线系统或类似的容性负载时隔离开关应能开合的电流,相关国家标准规定了3个试验方式。笔者采用方式1以及方式3试验进行研究:试验方式1为非常短的母线(管)段的开合;试验方式3为电流开合能力试验。2.1da负载侧及分闸方式3试验两种试验方式的试验回路布置及试验电压见图2和表1。参照图2和表1两种方式试验实施过程如下:方式1在DT开始合闸操作之前,先合DA(辅助隔离开关),DA负载侧施加表1中规定的直流电压数值,保持1min后分开DA,然后进行DT合闸—分闸操作;方式3试验中负载侧并联8000pF集中负载电容CL以获得0.5A的容性电流;标准规定两种方式在DT开合操作前后的工频电压均应至少保持0.3s。2.2试验装置和测量点设置根据GB18134.1—2000中对于测量TEV设备的要求,笔者采用TEKP6501和电阻分压器作为测量装置,并采用光电隔离测量系统进行信号的采集和记录。TFKP6501和电阻分压器的性能参数见表2。从表2可知,两种规格的测量装置上升时间参数均满足测量要求,同时耐压水平确保试验中测量装置的安全以及试验人员的安全。TEKP6501的补偿模块已经与电缆阻抗匹配,匹配后通过Q9头直接与隔离数字转换器连接;电阻分压器采用50Ω同轴电缆接入隔离数字转换器,电缆末端并联50Ω匹配电阻;该两种连接方式均可以避免TEV波过程在电缆中折反射引起的波形失真。光电隔离测量系统抗干扰能力强、安全性好,试验采用该系统进行试验数据的采集及测量。该测量系统具有8个测量通道,能够进行多点同步测量,采样率100MS/s。为了全面反映智能化GIS开关设备在试验中各个位置的TEV分布情况,笔者设置了多处TEV测量点。由于笔者对智能化GIS隔离开关A相进行方式1和方式3试验,对应的TEV测量点、测量通道和测量装置的分布情况见表3。典型测量点分布见图3。2.3方式3和多次分闸操作tev的峰值笔者采用方式1和方式3分别进行了10次和11次试验,每次试验典型测量点TEV峰值分布情况见图4,在方式1和方式3试验中,分别测得最大TEV峰值相应情况见表4,测量结果的典型波形图见图5。通过对图4和表4比较分析可见:各个测量点由于隔离开关合闸、分闸过程中工频电压相位略有不同,TEV电压数值上存在波动。在方式1试验中,合闸操作的TEV峰值比分闸时高,在合闸操作中测量点2在多次试验中TEV峰值出现的最大值为11.35kV,同样在合闸操作中测量点5在多次试验中TEV峰值出现的最大值为12.68kV。在方式3试验中,分闸操作的TEV峰值比合闸操作的TEV高,在多次分闸操作中测量点2处的TEV峰值出现的最大值为13.21kV,同样在多次合闸操作中测量点5的TEV峰值出现的最大值为25.27kV。通过数据可知在方式1和方式3的各次试验中,测量点5的TEV始终峰值最高,测量点2次之,其他测量点的TEV水平相当;TEV峰值最高点出现在测量点5处,且方式3产生的TEV峰值高于方式1。通过观察GIS试品以及试验结果,可得如下结论:①该次试验对智能化GIS隔离开关A相进行了方式1、方式3试验研究,并且测点2相比测点1以及测点6更为接近被试隔离开关,所以在TEV测量结果中可以看出,A相结果中测点2的TEV峰值均高于B、C相测点;②B相以及C相的测量结果中,测点3以及测点4的有些测量数据高于A相测点1以及测点6,这是由于开关设备不同位置产生的TEV可能略有不同。通过对试品的观察,由于试验仅对A相进行,所以A相在试验中的接地点设置要比B、C相多。良好的接地是抑制TEV的一个有效手段。测点5测量的是集控柜外壳的TEV数值,被试智能化GIS开关设备,开关设备的底座为一个整体,而集控柜的底座是另外一个整体,两个底座之间用若干金属排连接,这可能导致了集控柜单元接地效果不如开关设备的整体底座,故产生较高的TEV峰值。方式3试验中各个测点TEV测量结果的整体水平均高于方式1试验,比较两种方式的试验,可以发现开断的电流大小对于TEV水平有着一定影响,开断电流越大产生的TEV水平越高。这是由于电流大电弧截面也会增大,弧压增大,电弧能量增大,熄灭过程更加困难,故产生了较高的TEV。3智能采集单元笔者对363kV智能化GIS隔离开关开合母线充电电流试验中TEV进行了测量。测量结果表明:TEV峰值在控制柜外壳处最大,开关设备A相智能采集单元外壳次之,各测量点在方式3试验时产生的