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        基于特高壓直流避雷器試驗研究

        2022-11-28 02:35:38國網(wǎng)寧夏超高壓公司高海鵬康家熙
        電力設(shè)備管理 2022年20期

        國網(wǎng)寧夏超高壓公司 高海鵬 康家熙 李 波

        1 設(shè)備概述

        昌吉-古泉(準(zhǔn)東-華東)±1100kV特高壓直流輸電線路全線為了確保過電壓限制在1.5p.u及以下,在該直流輸電線路的40.5%、45.3%、50%及56%處安裝直流避雷器。其中,線路的56%處位于寧夏回族自治區(qū)海原縣境內(nèi),避雷器安裝于#5214(N5216)耐張塔(塔型J27102B-54)大號側(cè)左右兩極上。

        安裝于#5214(N5216)耐張塔上的直流避雷器由西安某避雷器有限責(zé)任公司提供,型號為YH20WX-1308/2200。該避雷器分7節(jié),每節(jié)長度2.8m,避雷器掛點間長度19.938m,總長度20.433m,總重量3050kg,受風(fēng)面積11m2。其避雷器安裝位置、尺寸、重量、受風(fēng)面積等機械參數(shù)見表1。

        表1 本段避雷器安裝位置、尺寸、重量、受風(fēng)面積等機械參數(shù)表

        本段耐張塔安裝避雷器采用懸掛方式。避雷器安裝在#5214(N5216)耐張塔大號側(cè),上部通過鉸鏈金具與外挑避雷器支架相連接,下部通過鉸鏈金具與鼠籠式剛性跳線上的間隔棒和導(dǎo)線相連接,如圖1所示。

        2 試驗方法

        對被試±1100kV線路直流避雷器采取不拆線、不拆卸試驗方法,考慮避雷器的非線性特性,需依次進行7次試驗(逐節(jié)試驗)。因試驗工況特殊,主要通過對現(xiàn)有直特性進行特型化改造來實施。試驗特性需將特型化的直高發(fā)升至指定高度,隨后進行固定、試驗接線、加壓試驗、放電接地等一系列操作。整個試驗工作中,除試驗設(shè)備安裝固定、試驗接線需有專人上塔操作外,其他工作一律在地面上完成[1-2]。

        2.1 一體化直流高壓發(fā)生器設(shè)計

        2.1.1 設(shè)備容量

        被試直流線路避雷器UDC2mAN186.,6kV,因此試驗用直高發(fā)容量選擇為200kV,2mA。

        2.1.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)

        試驗用直高發(fā)采用一體式結(jié)構(gòu),即將高壓電流測量、倍壓、低壓電源控制、電源等模塊進行一體化封裝,同時考慮屏蔽、絕緣、接地、放電以及吊裝、固定等多方面因素。一體式直高發(fā)結(jié)構(gòu)示意及實物如圖2所示。

        一是高壓輸出接線方式為螺旋式,用于固定加壓引線;二是無線收發(fā)模塊集成化在低電壓控制器中,可完成直高發(fā)的遠程加壓、降壓、泄漏電流載入、緊急停機等功能;三是電源模塊為48V鋰電,為全部檢測系統(tǒng)配電;四是伸縮式接地推桿(電動)在初始及試驗過程中處于收攏狀態(tài),待單次試驗完畢后由遠程控制自動升起、展開,使均壓(與塔桿連接地)聯(lián)接,完成充放電和接地;五是兩根固定桿用以固定不動塔架,避免塔架到達指定高度后在試驗全過程中晃動;六是底板材料底(與)桿(地)等電位連接,直高發(fā)本體接地點與金屬底板連通;七是直高發(fā)高壓通斷指示燈和電源開關(guān)均在設(shè)備底部;八是該一體式直高發(fā)高度1.3m,凈重60kg。

        2.2 試驗接線

        由于單節(jié)避雷器試驗電壓在180~200kV,考慮試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性,應(yīng)重點考慮試驗中如何屏蔽泄漏電流。采用上述試驗方法及新型一體化直高發(fā)情況下,泄漏電流主要包含以下兩部分:一是高壓對吊車車斗或橫擔(dān)的泄漏電流(車斗與直高發(fā)的高壓部分可能較近);二是做某一節(jié)避雷器試驗時,其他節(jié)產(chǎn)生的泄漏電流。屏蔽接線試驗方法如圖3所示。

        圖3中展示的是測試R1(第一節(jié))的試驗接線,直流負高壓通過屏蔽型高壓引線加在R1和R2之間,在R3和R4之間通過屏蔽型高壓引線接入系統(tǒng)測試底部,則R1的直流高壓泄漏電流為(A2-A1);測試R2的電流時,將高壓引線接在R2和R3兩端,R1短接,在R4和R5之間通過屏蔽型高壓引線接入系統(tǒng)測試底部,則R2的直流高壓泄漏電流為(A2-A1)。依此類推,直至測R7時與R1一致,只是采用反向加壓形式[3-4]。

        2.3 高壓部分配置

        一是系統(tǒng)按照200kV/4mA配置,波紋系數(shù)小于1%,倍壓筒采用裙邊設(shè)計,以降低高度和重量;二是高壓電流測量部分集成在倍壓筒內(nèi)(外置微安表在高空中由于風(fēng)大易脫落),內(nèi)部采用光纖將高壓電流發(fā)送給底部功率控制部分;三是裝置底部低壓電流集成在底部功率控制部分;四是系統(tǒng)供電采用外置48V/20A的鉛酸電池組供電,且電池組隨直高發(fā)一起升至高空[5];五是高壓部分與遠端控制采用無線方式,操作人員在地面即能控制升、降壓和顯示高壓電流、電壓數(shù)值;六是高壓輸出引線采用英國進口的可拖地電纜(絕緣水平:DC200kV、外徑21.59mm、重量0.551kg/m)。

        3 試驗步驟

        本次試驗人員分高處作業(yè)人員(不少于兩人)和地面工作人員(不少于兩人)。實際測試流程如下。

        (1)高處作業(yè)人員在塔體適度部位安裝用以起吊試驗機器設(shè)備的滑輪或手動葫蘆,并將繩子降至地面。

        (2)地面作業(yè)人員調(diào)整好一體式直高發(fā)(開機是否正常、顯示是否正常、能否通過高壓、設(shè)備本體與金屬底板是否短接、金屬底板接地線是否隨固定桿引出待接等,調(diào)整完畢后關(guān)機)后安裝吊鉤和牽引繩,隨后起吊配合牽引,逐步將直高發(fā)升至指定位置,在這段時間,專職人員監(jiān)控吊裝情況。

        (3)當(dāng)直高發(fā)即將達到指定位置時,由塔上人員、起吊人員、監(jiān)看人員協(xié)作將直高發(fā)固定在桿塔上并調(diào)整吊繩讓其保持水平,固定吊繩。

        (4)塔桿作業(yè)人員進行被測避雷器的試驗接線,防止引線交叉、系結(jié)(在確保間距的條件下,盡可能將引線固定拉直)。

        (5)塔上作業(yè)人員將金屬底板的接地線接至桿塔接地處。

        (6)所有接線完畢并由同在塔上的另一人確認接線無誤后,告知塔上其他作業(yè)人員與試驗設(shè)備及被試避雷器保持一定安全距離。

        (7)塔上作業(yè)人員再次確認接線正確并退至安全距離外,且能清楚觀察試驗過程的位置后,通過對講機通知地面人員“接線完畢,可以開始試驗”。

        (8)地面作業(yè)人員得到塔上作業(yè)人員通知后,操作終端打開高壓通,并通過對講機呼唱加壓,隨后依次完成加壓、讀數(shù)、降壓、高壓斷、放電接地;塔上作業(yè)人員監(jiān)督試驗全過程,一旦發(fā)現(xiàn)直高發(fā)或被試避雷器出現(xiàn)異常,可立即進行緊急停機并告知地面操作人員。

        (9)避雷器試驗后,收到地面人員“試驗完畢,請確定放電,拆換試驗接線”的匯報后,先查驗被試避雷器的放電接地情況,再按要求拆換試驗接線(包含工作電壓線和接地線)。

        (10)重復(fù)(7)~(9),直至單支7節(jié)避雷器試驗全部完畢。

        4 試驗電壓、加壓程序及試驗合格標(biāo)準(zhǔn)

        綜合考慮被試避雷器安裝位置、所處環(huán)境等因素,防范高空作業(yè)危險,有效評估避雷器運行狀態(tài),采取避雷器高空不拆卸方式進行直流2mA參考電壓及75%參考電壓的泄漏電流試驗。

        被試避雷器由7節(jié)串聯(lián)組成,單節(jié)額定電壓186.86kV,在2mA下直流參考電壓出廠實測值(平均值)為192.6kV。因此,試驗用直流高壓發(fā)生器功率不小于400W,激發(fā)負極性直流電壓不小于200kV。

        根據(jù)Q/GDW11864-2018《±1100kV直流輸電線路用復(fù)合外套無間隙金屬氧化物避雷器》規(guī)定,應(yīng)對整只避雷器(或避雷器元件)測量直流參考電壓下的直流參考電壓值,其值與初始值偏差不應(yīng)超過5%,且不應(yīng)小于規(guī)定值;0.75倍直流參考電壓下泄漏電流不應(yīng)大于50UA,與同等條件下其他避雷器的泄漏電流無明顯差異,與歷史數(shù)據(jù)無明顯差異。

        在試驗過程中如發(fā)現(xiàn)避雷器本體出現(xiàn)聲響、冒煙或其他異?,F(xiàn)象,應(yīng)立即停止試驗并檢查被試避雷器狀態(tài)。檢查無誤后進行重復(fù)試驗,如未再發(fā)生異常,則獲取有效試驗數(shù)據(jù);如仍有異常現(xiàn)象,則應(yīng)仔細檢查異常部位,并結(jié)合運行及其他技術(shù)資料綜合判斷其狀態(tài)。

        5 試驗方案

        5.1 方案一:直高發(fā)安裝于吊車車斗

        通過大噸位吊車將一體化直流高壓發(fā)生器(自帶外置電池,無需外接電源)送至指定試驗位置后,操作人員在地面采用無線遙控操作進行加壓試驗。試驗接線如圖4所示,試驗設(shè)備與被試避雷器相對位置如圖5所示。

        試驗方案一實施過程:一是操作人員按要求在地面上將特制的一體化直流高壓發(fā)生器安裝在大噸位吊車車斗中,并保證其與吊車車斗的鎖緊裝置切實有效,一體化設(shè)備上相關(guān)的接地端子應(yīng)與吊車車斗可靠連接(吊車接地);二是指揮吊車緩慢將直流高壓發(fā)生器升高至指定試驗位置;三是操作人員(登高作業(yè)人員)按照要求進行試驗接線,確認無誤后通知地面人員“接線完畢,可以開始試驗”;整個試驗過程中密切關(guān)注被試避雷器情況,發(fā)現(xiàn)異常立即向地面匯報;四是一節(jié)避雷器試驗完畢,在得到地面人員報告“試驗完畢,請放電并更換試驗接線”后,先對被試避雷器進行充分放電,然后按照要求更換試驗接線(包括加壓線和接地線);五是待所有避雷器試驗完畢,操作人員指揮吊車將直流高壓發(fā)生器落回地面,高空作業(yè)人員恢復(fù)避雷器原始狀態(tài)。

        5.2 方案二:直高發(fā)安裝于桿塔橫擔(dān)

        在桿塔橫擔(dān)上安裝用于吊裝直流高壓發(fā)生器的滑輪,在將直高發(fā)吊裝到位后水平固定在橫擔(dān)上。將直高發(fā)安裝至指定位置后,操作人員在地面采用無線遙控操作進行加壓試驗。試驗接線如圖4所示,試驗設(shè)備與被試避雷器相對位置如圖6所示。

        試驗方案二實施過程:一是高空作業(yè)人員在桿塔橫擔(dān)上安裝用于吊裝試驗設(shè)備的滑輪組;二是高空作業(yè)人員使用滑輪將一體化直流高壓發(fā)生器(包含外接電池)吊裝到位后,按要求安裝在桿塔橫擔(dān)上,保證其牢固可靠,并與桿塔構(gòu)件保持足夠的安全距離;一體化設(shè)備上相關(guān)的接地端子應(yīng)與桿塔可靠連接;三是操作人員按照要求進行試驗接線,確認無誤后通知地面人員“接線完畢,可以開始試驗”;整個試驗過程中密切關(guān)注被試避雷器情況,發(fā)現(xiàn)異常立即向地面匯報;四是一節(jié)避雷器試驗完畢,在得到地面人員報告“試驗完畢,請放電并更換試驗接線”后,先對被試避雷器進行充分放電,然后按照要求更換試驗接線(包括加壓線和接地線);五是待所有避雷器試驗完畢,高空作業(yè)人員恢復(fù)避雷器原始狀態(tài),拆除直流高壓發(fā)生器并使用滑輪組將其安全下放至地面。

        6 結(jié)語

        綜上所述,本文設(shè)計研制了一種能夠進行高空吊裝的小型化集成直流高壓發(fā)生器。在高空完成±1100kV吉泉直流#3380塔安裝的兩支直流線路避雷器首次泄漏電流測試試驗。該作業(yè)方式系全國首次在較現(xiàn)行將約3t重的避雷器使用大型吊車拆卸至地面進行試驗的方式,本次作業(yè)只需兩名高空作業(yè)人員及4~6名地面人員相互配合即可完成。減少了大型吊車、臨時用地賠償?shù)雀哳~成本支出,同時避免了避雷器設(shè)備拆裝造成二次損傷等風(fēng)險。較大地提高效率,降低經(jīng)營成本,為全國今后高效開展線路避雷器試驗奠定堅實基礎(chǔ)。

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