高电压试验技术.ppt

高电压试验技术高电压试验技术张仁豫等编著,清华大学出版社,2003.5高电压试验技术张仁豫等编著,清华大学出版社,1982.6高电压试验技术华中工学院、上海交通大学合编，水利电力出版社，1982.11,高 电 压 技 术,电力系统中应用的高电压技术主要包括两大方面，即：高电压绝缘与试验技术电力系统过电压前者涉及到电绝缘材料、绝缘结构、绝缘放电理论与试验数据，高电压试验方法等后者与高电压设备及输电运行的安全稳定密切相关,高电压试验技术,多种波形的产生方法 工频高压、直流高压、冲击高压高电压或大电流的测量方法 测量方法、误差分析,高电压试验技术,高电压或大电流测量方法在特高压交直流系统中的应用进展,特 高 压 输 电,随着我国第一条1000kV电压等级的特高压交流输电线路开始运营，我国的电力系统已进入蓬勃发展的大好时机。特高压输电具有跨区域、大容量、远距离、低损耗的优势，可以减少线路回数，节省线路走廊，降低单位容量输送价格，保证电网稳定。而特高压的发展是有赖于高电压技术的坚实基础与创新发展。,特高压交流示范工程,具体路线为晋东南南阳荆门；线路全长654km，变电容量6000 MVA，估算工程静态投资为58.9亿元；荆门 1000kV 特高压变电站是该示范工程的第一个建设项目；2008年12月31日正式投入运行。,特高压直流示范工程,金沙江下游乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝4个梯级电站的总装机容量达38000MW，计划建设6回800KV、4000A、6400MW特高压直流工程。中国西电东输的重点工程之一，向家坝至上海特高压直流输电工程是世界上电压等级最高、输送容量最大、送电距离最远、技术水平最先进的高压直流输电工程。工程西起四川复龙换流站，东至上海奉贤换流站，全长1900多公里，途经四川、重庆、湖南、湖北、安徽、浙江、江苏、上海等8省市，共有两端换流站、4个长江大跨越工程、18个一般线路等施工标段，目前已全部建设完成。,特高压直流输电,800kV云南-广东直流输电工程，额定容量5000MW，输电距离1400km。800kV向家坝-上海直流输电工程，额定容量6400MW，输电距离2000km。660kV宁东-山东直流输电工程，额定容量4000MW，输电距离1400km。,1.特高压电容式电压互感器,CVT结构由电容分压器(高压电容C 1、中压电容C 2)和电磁单元组成。将电容分压器分压后得到的中间电压通过中间变压器降为100/V和100V，为电压测量及继电保护装置提供电压信号,特高压柱式CVT,CVT结构,电容分压器由一节或多节电容器串联组成。外壳采用瓷套管，内部电容器元件为串联连接。中间电压一般比较低，不超过20kV,其从下节的C 2处抽头并用套管引出。电磁单元主要由中间变压器、补偿电抗器及速饱和阻尼器等组成。补偿电抗器用于补偿负荷效应引起的电容分压器的容抗压降,确保CVT的输出容量及准确级次。速饱和阻尼器则用于抑制CVT在暂态过程中产生的铁磁谐振。,CVT电气原理图,C1 高压电容C2 中压电容T 中间变压器L 补偿电抗器Lz 速饱和电抗器F 保护器件R 阻尼电阻1a、1n主二次1号绕组2a、2n主二次2号绕组da、dn剩余电压绕组,特高压工程选用类型,柱式结构电容式电压互感器(CVT)SF6气体绝缘电磁式电压互感器(VT)电子式电压互感器(EVT)前苏联交流特高压变电站选择CVT；日本新榛名变电站选择电容分压式EVT。,特高压工程选用类型,1000kV交流特高压工程用电压互感器选用柱式结构CVT；从绝缘角度看，敞开式变电站采用柱式CVT 比较适宜；柱式CVT承受主绝缘的元件是耦合电容器，相比之下电压分布比较均匀；柱式CVT的主要缺点之一是其误差特性不如电磁式电压互感器可靠、稳定。,柱式结构CVT,通常500kV柱式CVT由三节耦合电容器串联组成，765kV柱式CVT由四节组成；我国制造厂研制的1000kV柱式CVT有5节串联结构，也有3节的；桂容采用5节串连，无锡日新电机有5节和3节两种；前苏联的串联节数更多耦合电容器串联节数的多少即和瓷套制造技术有关，也和外绝缘结构设计有关。,额定电容量,1000kV柱式CVT需4个二次绕组,绕组额定负荷组合为15VA/15VA/15VA/15VA，实际负荷约为额定负荷的50%左右。理论上不计剩余绕组(开口三角接线)负荷，45VA对应的耦合电容器额定电容量仅需要250-500pF即可。考虑到附加误差的影响，为确保计量0.2级要求,耦合电容器额定电容量选择5000pF。,关键技术,特高压CVT的研制最需要解决的问题是机械强度和抗震能力、抗无线电干扰水平、电场分布等。由于CVT是细高产品,随着电压等级的提高,机械强度问题越来越突出。为保证强度,采用了整体等静压干法成型的高强度瓷套,并在CVT整体设计上尽量减少上部电容器的重量,加强下部瓷套强度,提高产品的机械强度和抗震性能。,关键技术,CVT的特高压主要由电容分压器承担，由于其电容量较大，电场分布较为均匀。随着电压等级的提高，电容分压器外电场分布不均匀以及其对地分布电容均会对准确度产生影响。必须通过合理的结构设计来改善电容分压器内外电场分布的均匀性及稳定性，降低外部环境对准确度的影响。每节电容器内部扩张器分别放置在上下两端,外部法兰连接处装配有均压环,这样不仅使内外电位分布一致,而且改善了法兰连接处的电场分布和外电场的均匀性。,关键技术,随着电压等级的提高，电晕放电更加强烈,需要加强高压端和金属连接法兰处的防晕措施，以满足环境兼容性的要求。产品顶部装配有4个环，上环和下环外径为2m，间距达2m，其降低无线电干扰水平的效果很好。,西容CVT,总体采用分体式结构,电容分压器和电磁单元部分分开,以便于调试、检测和维护。电容分压器采用4节瓷套,总爬电距离不小于30250 mm,干弧距离不小于7600mm。单节瓷套高度为2300mm,为高强度等静压整体干法成型瓷套。,西容CVT,为改善电容器内外电场分布及降低无线电干扰水平,电容器内部扩张器装配在瓷套上下两端,外部在法兰连接处加装均压环,同时在电容器的顶部装有多个均压环组成的防晕罩。电容器的介质采用膜纸复合浸渍优质合成油,工作场强低,以利于产品安全可靠运行。电容器元件及连接方式采用多项并联电容器成熟技术,有效地改善了元件极板边缘场强及局部放电性能。,西容CVT,电磁单元采用矩形油箱。中间变压器的高压绕组采用分段绝缘结构及阶梯形绕线结构,提高了变压器层间绝缘强度。高低压绕组之间加接地静电屏,以阻断高低压绕组之间的电容耦合通道,改善传递过电压。中间变压器、补偿电抗器的调节绕组全部引出,保护用避雷器外置,可不用打开油箱盖就能对电磁部分的任何器件进行测试,便于产品的检查、试验和调试,并可降低产品的故障率。一次回路的引出端子和二次端子完全分开,以避免一次侧发生故障时损坏二次设备。,额定参数,最高工作电压Um：1100kV额定一次电压U1N：1000/kV额定电容：5000pF额定电压比：1000/0.1/0.1/0.1/0.1kV额定二次电压：主二次绕组为100/V，剩余电压绕组为100V额定输出及准确等级：主二次1号绕组1a-1n为15VA/0.2级主二次2号绕组2a-2n为15VA/0.5/3P级主二次3号绕组3a-3n为15VA/0.5/3P级剩余电压绕组 da-dn为15VA/3P级,额定参数,绝缘水平：雷电冲击耐压(1.2/50s峰值)为2600kV操作冲击耐压(250/2500s峰值)为1860kV5min工频耐受电压(方均根值)为1300kV局部放电：1.2Um/下,局部放电量10pC耐地震能力(地震波为正弦共振五拍波,安全系数为1.67):地面水平加速度为0.25918m/s2地面垂直加速度为0.15918m/s2,标准电压互感器,一种用于标准实验室量值溯源及量值的长期保存,作为国家1000kV工频电压比例标准的硬件设施；另一种主要用于量值传递，特别是现场试验。,标准电压互感器,标准电压互感器的绝缘结构,现场试验用标准电压互感器,如果仅考虑1.2倍额定工作电压下的量值溯源,上限电压只有693kV，如果拓展到1.5倍额定工作电压，上限电压达到866kV。上限电压的选择,涉及高压套管的参数设计。为了降低制造成本，可以采用两节套管串联的形式。对于标准电压互感器,采用球形均压效果比环形效果好,但环形均压适合现场安装。,标准电压互感器的安装结构,考虑到运输和现场安装便利,设计上采取了安置器身的罐体是相对独立的密封舱室，用盆式绝缘子隔离；高压引线套管也是相对独立舱室，同样用盆式绝缘子密封；罐体和套管之间有一过渡舱，过渡舱也是独立密封舱室。运输时，将过渡舱气体回收，套管拆除卧倒。使用时将套管插入过渡舱之中。,柱式CVT的现场检测,1000kV柱式CVT的原理电路和其它电压等级CVT没有根本差异，只在性能参数上有所不同，出现结构差异。试验示范工程用1000kV CVT的误差调节端子在电磁单元箱体外侧。由于各制造厂没有1000kV标准电压互感器，计量绕组误差需要在现场调试。CVT现场检测最简单的试验线路就是差值法，能完全满足电压互感器检定规程要求。,误差调节,由于邻近效应对CVT产生的附加误差较大，电压等级越高，影响量越大；CVT的比值差可通过调节电磁单元中的中间变压器一次绕组匝数平移比值差曲线，调节补偿电抗器匝数来调节相位差；通常先调节角差端子，再调整比差端子；因1000kVCVT误差特性受杂散电容影响较大，现场安装后的误差测量数据和例行试验数据可能存在较大差异。,标准电压互感器测差法,1000kV标准电压互感器:0.05或0.02 级,测量不确定度优于0.01%；最高工作电压1.21000/kV；SF6气体绝缘，三气室密封结构，高压引线套管可拆装。,标准电压互感器测差法,串联谐振升压装置:励磁变压器容量不小于50kVA，试验回路Q 值不低于25，额定工作电压50kV，额定工作电流11.5A,短时工频耐受电压65kV；串联电抗器额定工作电压8100kV，额定工作电流1A，短时工作电流1.5A，短时工频耐受电压900kV；检测仪器:电压互感器测差仪3级；模拟负荷箱2.5-45VA。,2.特高压电流互感器,我国1000kV交流特高压试验示范工程没有选择类似前苏联的独立结构电流互感器(TA)；在GIS套管上、断路器端部和变压器套管上套状环形TA绕组；日本新榛名变电站1000kVGIS使用的TA是套装在断路器端部的罐体上。,套装TA,前苏联串级式电流互感器,特高压TA参数,TA变比的选择和接线方式及电网额定输送容量有关，要兼顾近期、中期和远期电网发展规模。作为试验示范工程还要考虑设计和制造能力；交流特高压试验示范工程第一期的最大负荷为2000MVA，一次侧电流为1155A；为了确保电流互感器的基本误差、暂态特性及其它特性要求，应提高TA设计安匝数，选取3000安匝，变比3000/1A。,特高压TA参数,对于3/2接线方式，1000kV断路器的穿越功率按每回1000kV线路的自然传输功率5000MW考虑；一个断路器检修时，穿越一个1000kV断路器的功率将达到两倍的自然功率，此时断路器、隔离开关及TA的额定电流可达6300A；,特高压TA参数,交流特高压试验示范工程一次侧选择的计量用TA变比为6000/1A，抽头为3000/1A及1500/1A；保护用TA变比为6000/1A，抽头为3000/1A。特高压交流试验示范工程的晋东南、南阳、荆门变电站有24组暂态电流互感器(TPY)绕组。,传递过电压,对于1000kV GIS或HGIS用的TA，要考虑VFTO导致的传递过电压的影响；套装在GIS管道外侧的TA绕组由罐体防护，可以屏蔽部分高频电磁波的侵扰；安装在罐体内部的TA绕组要加强对传递过电压的防护。连接TA二次绕组的电缆对高频过电压有较强的衰减作用，在绕组端口进行数据采集需要考虑安全防护。,特高压TA现场检测,特高压变电站设备采用监造方式。保护用TA现场秩序进行直流电阻测量、励磁曲线测量、磁滞回线测量即可；现场测量较困难的是计量用TA的测量，计量用TA绕组的铁芯材料脆弱，受运输、安装等外力作用影响之后，误差特性可能产生偏移，特别是高量程范围。,三种检测方法,直接施加额定工作电流的差值法；用差值法测量20%额定工作电流下的误差后，根据励磁曲线外推上限量程的误差曲线；采用二次模拟负荷扩大倍数的方法，在20%或50%额定工作电流下测量误差特性曲线。,试验回路,特高压设备体积庞大，TA试验回路较大，特别是GIS及HGIS用TA试验回路；特高压工程用TA为套管式绕组结构，分内置式和外置式；有的外置式TA和套管或罐体之间预留较大空气隙，可以采用等安匝方式缠绕一次绕组进行校验；内置式TA现场校验比较困难。,试验回路,变压器套管TA可采用励磁曲线核对；计量用TA校验必须对一次回路施加大电流，试验回路可将TA所处设备两端套管穿入升流装置及标准电流互感器形成电流回路，也可借用接地开关形成电流回路。大电流试验回路必须进行无功补偿，补偿量接近试验回路实际的感性容量，并接在升流器输出端，以减少升流线圈容量。,电子式互感器,电子式互感器作为一种新型的互感器适用于高电压等级变电站，可用于特高压工程；IEC定义：电子式互感器由连接到传输系统和二次转换器的一个或多个电流或电压传感器组成，用以传输正比于被测量的量供给测量仪器、仪表和继电保护或控制装置；电子式互感器不限制其传感器的种类，只是对它的二次输出进行规范。,电子式互感器,电子式互感器一般由传感器、转换期、传输系统及二次转换器等单元构成；按输入信号种类分为电子式电压互感器（EVT）和电子式电流互感器(ECT);按输出信号种类分为模拟信号输出的电子式互感器和数字信号输出的电子式互感器。无论是模拟信号还是数字信号，电子式互感器误差的定义和误差测试与传统的不同。,IEC61850-9-1标准协议,电子式互感器,3.交流特高压设备带电考核场,美国、意大利和日本等国在开展特高压工程研究中，十分关注设备的长期带电考核。日本东京电力公司于1996年建立新榛名特高压变电站包括1000kV变压器和GIS，设备长期带电考核，做到了模拟实际运行状况，是一个设备考核比较全面的考核场。,日本1000kVGIS带电考核场,日立公司的1000kV/8kA升流装置,交流特高压设备带电考核,国网特高压交流试验基地坐落在凤凰山500kV变电站旁边。1000kV变压器出线经避雷器、电容式电压互感器、隔离开关和支柱绝缘子进入“日”和“口”组成的构架区域，分别接入一条1000kV单回试验线段和一条同塔双回试验线段。,1000kV试验线段出线构架,4.特高压直流电压测量装置,作用：直流极母线直流分压器测量直流极母线直流电压直流中性母线分压器测量中性母线直流电压直流控制保护系统，包括控制、保护、测量、录波等,直流分压器,直流电压测量装置多为电阻分压器加直流放大器，称为直流分压器。直流分压器基本为纯阻性元件，并采取有效的均压措施电压传感器的主体是直流电阻分压器,直流分压器原理图,电容C11和C21提高分压器瞬态响应特性,低压测量单元,分压单元分为高压部分和低压部分，根据分压比例，通过低压输出电压反映一次电压低压测量部分采用双回路测量，确保可靠性,试验与检修,型式试验出厂试验预防性试验日常维护项目,型式试验,雷电冲击试验湿的开关脉冲试验：极母线分压器湿的直流耐压试验：极母线分压器反向电压的干式直流耐压试验和局部放电试验频率响应试验：50-2000Hz高压电阻测量：电阻值偏差0.1%,试验方法,反向电压的干式直流耐压试验和局部放电试验该试验仅适用于极母线分压器。试验电压：最大持续直流电压Udmax的1.25p.u.试验方法：在分压器元件上加一个反向直流电压，持续时间90min；将电压转向，持续时间90min；再转向45min；持续下去直到持续时间为1min或2min为止。试验过程中进行局部放电试验。,预防性试验,电压限制装置功能验证 不超过1000V绝缘电阻表测试分压电阻、电容值测量 电阻型的初值差不超过2%阻容性的初值差不超过3%分压比校核：简单确认试验油中溶解气体分析(充油型),5.特高压直流电流测量装置,分类：零磁通直流电流互感器安装于中性母线处，测量中性母线各处直流电流。直流光电流互感器三-常、三-广、三-沪换流站安装于直流场和阀厅。,零磁通直流电流互感器,零磁通电流互感器是一种高精度、无节点的电流测量元件，可以在毫安至千安级测量范围内保持测量精度，具有很高的稳定性和大的信噪比，时间响应快，有良好的动态性能。基本原理是基于磁通势平衡，精度值取决于负载电阻和输出放大器。,工作原理,电流互感器的环形铁芯T带3个绕组，第一个绕组N1流过一次电流建立一个磁通势，第二个绕组N2建立一个放大器输出端作为高增益的积分器，它流过电流产生的磁通势与第一个绕组N1产生的磁通势抵消取得平衡。第三个绕组N3是一个非常灵敏的绕组，铁芯中任何磁通势的不平衡都将产生磁通的变化，在该绕组中产生感应电压来调节第二绕组中的输入电流，使磁通势重新达到新的平衡。,零磁通电流互感器原理图,补偿绕组,磁通稳定器,电磁力平衡探测器,各元件特性,补偿绕组：N4、N5匝数相等，校核时N5断开作为校核输入端。铁芯T3：磁通稳定器(电磁积分器)，该绕组感应电压被功率放大器消除。放大器可通过调节二次侧电流与测量电流一致，维持铁芯的安匝平衡。铁芯T1、T2：电磁力平衡探测器，连续检测安匝平衡的慢速偏差，消除功率放大器扰动,光电直流分流器,光电流互感器的优点：无绝缘油、不含铁芯没有磁饱和及磁滞现象、抗电磁干扰能力强光电流互感器分类：无源型、有源型有源型：500kV直流换流站内广泛使用无源型：部分变电站开始挂网运行,有源型方框图,罗戈夫斯基线圈采集,光纤传输,有源型工作原理,信号采集单元：采样直流回路中的电流值光电转换模块：实现被测信号的模数转换以及数据的发送。光电转换模块内的电子元件通过光纤由位于控制保护屏内的光电源单独供电。光纤回路：信号传输，分别传输数据和能量光接收模块：接收光纤传输的数字信号，通过模块处理器芯片的检验控制送出。,无源型方框图,无源型工作原理,从发光二极管产生的光线进入光纤，起偏后被分成两束正交偏振光。这两束光经过1/4波长的波板后被分别转换为左偏振光和右偏振光，随后进入载流感应区，经反射板反射后再沿原路返回，最终进入检测单元。,思 考 题,特高压系统中如出现了操作过电压时，为了测量这种过电压波形和峰值，对测量装置有哪些基本要求？,第1章 交流高电压试验设备,一、试验变压器的结构形式及主要参数 1.工频高压的产生方法 高电压试验变压器 串联(或并联)谐振发生器 倍频发生器,2.试验变压器的基本特点,电压高 以220kV电力变压器试验值为例：,2.试验变压器的基本特点,容量小 由试品容量决定，试变-容性负载、电变-感性负载设：,试验变压器的主要参数,常见试品电容量,2.试验变压器的基本特点,漏抗大 抗过电压能力小 温升、电动力、工作时间影响小 试验变压器应重点解决绝缘问题,3.试验变压器的结构形式,按绕组形式分：圆盘形和圆筒形 按外壳材料分：铁壳式和绝缘筒 按套管数量分：单套管和双套管 体积与重量 u3,单台电压不宜太高 采用串接方式输出更高电压,二、单级试验变压器,1.基本试验回路各器件的作用试品电容量、试变容量、对湿闪污闪的要求,2.试变运行的几个问题,容升现象,2.试变运行的几个问题,非零值合闸过电压试品闪络引起的恢复过电压试变输出电压波形的畸变试变铁芯的非线性，励磁电流呈非线性，在调压器漏抗上产生高次谐波，试变输入为非正弦波负载为电容性，对高次谐波阻抗小，回路高次电流增大，畸变加强结论：除了试变铁芯的非线性磁化曲线外，调压器和变压 器漏抗以及电容性负载是输出电压畸变的主要原因,三、串级试验变压器,1.具有绝缘变压器的串级线路串级结构,串级试验变压器,设备利用系数 N 级串级线路,2.具有累接绕组(自耦式)的串级线路,单套管串级线路,具有累接绕组(自耦式)的串级线路,双套管串级线路,3.降低试验变压器短路电抗的方法,两个低压绕组供电 采用平衡绕组,4.短路电抗的计算,漏抗大(4.59%)内阻大输出能力低波形畸变串级总漏抗(2240%)大于各单台之和,短路试验,两级漏抗计算,两级漏抗计算(标么值),串级输出电压：,两级串级变压器实例,第一级变压器 第二级变压器,两级串级变压器实例,实测：第一级变压器短路阻抗 第二级变压器短路阻抗串级变压器总漏抗,三级漏抗计算,等 值 电 路,短路电抗计算,短路电抗计算,四、调压设备,1.基本要求：满足精确调节平滑调节、电压容量、正弦波输出、漏抗小、电压上升速度可调、简单可靠便宜、三相结构,2.调压设备分类,自耦调压器 漏抗小、容量小、输出电压低、价格便宜移卷式调压器电动发电机组 频率稳定、波形良好、电压调节范围宽、与外界无电联系、投资大、运行维护复杂感应调压器 平滑调节、容量大、漏抗大、价格高,3.移圈调压器的工作原理,调压器结构 辅助线圈1、主线圈2、补偿线圈3、短路圈4,调 压 原 理,1在各线圈的感应电势 E11，E142在各线圈的感应电势 E22，E23，E243在各线圈的感应电势 E41，E42，E43，E44各线圈中总的感应电势,调 压 原 理,线圈2和线圈3异名端相连成自耦式调压器输出总电势动圈在不同位置时，输出电压随4的变化而改变,移卷式调压器特点,容量大铁心不饱和自身不产生高次谐波电流磁阻大空载电流大,调压器漏抗特性,五、谐振式交流发生装置,串联谐振装置,串联谐振装置,串联谐振装置的特点1,电源输入容量减小串联谐振电路的电源输入容量是很小的，因为整个电路中只有电阻损耗需由电源供给。设：试品0.0127F 电压250kV，电流为1A（共250kVA）电路的Q为50(典型值)励磁变压器输出电压 输入容量 励磁变压器5kV，5kVA,串联谐振装置的特点2,电压波形在串联谐振电路中，在谐振条件下，由于整个电路一般具有较高的质量系数Q，50Hz基波分量得到明显提高，其它电压谐波分量最显著地被衰减掉。同时，电抗器本身的磁通密度选得较低，可避免波形畸变，因此，输出电压Uc的电压波形正弦性很好，例如，假如电源电压波形的失真度已有10%，经过谐振电路，输出电压Uc波形的失真度可达到小于0.5%。,串联谐振装置的特点3,短路电流减小若被试品发生闪络或击穿时，试品被短路，谐振被破坏，短路电流为设：试品电容0.0127F 电压250kV，电流1A 谐振电抗器的感抗则：短路电流,串联谐振装置的特点,短路电流减小与传统的工频试验变压器比较，250kV、1A的试验变压器的短路阻抗典型值为8%，如果用在并联谐振电路时也是一样，试品击穿时的短路电流：,短路电流减小！,由于试品击穿时短路电流反而减少，使电源电路中的过电流保护失去作用。在近年来新生产的串联谐振试验装置中，除手动切断电源外，还装有放电检测器，将试品击穿时电压突变的信号（自电容分压器引出），使一只小闸流管导通，通过继电器将输入电源电路切断。,串联谐振装置的特点4,暂态过电压 使用传统的试验变压器时，当试品发生闪络，在多数情况下会产生暂态过电压，其幅值往往超过试验电压值在串联谐振电路中，试品闪络时，电路谐振被破坏，电压明显下降，接着恢复电压缓慢上升，因此不能发生暂态过电压,串联谐振装置的特点5,产生振荡操作脉冲电压对串联谐振试验设备突然接通电源，并在高压侧加装一个放电间隙，可以产生振荡脉冲电压，用来对GIS设备进行试验。用振荡脉冲电压法具有较易发现GIS内可动金属粒屑的特点,串联谐振装置的特点5,产生振荡操作脉冲电压试验和计算表明，突然合上电源后约需经Q个周期(50 Hz)，试验电压才达到最大值间隙放电后，使试验装置跳闸,并联谐振装置,并联谐振装置,通常，故有：,并联谐振装置,六、变压器感应操作冲击波,特点：由于操作过电压的等值频率高于工频，持续时间较工频一分钟短得多，绝缘结构在操作过电压下的放电特性、击穿机理与工频，冲击不尽相同，操作波不引起振荡，作用的时间长，对于相同电压来说，线圈将受到比冲击更严峻的考验。与工频相比，操作波则直接引起油隙击穿，对于采用小油隙薄纸筒绝缘结构的变压器更有必要。随着系统电压升高，设备绝缘水平降低，在工频和倍频试验中可能会引起局部损伤，这种残留性弱点在试验中往往不易发现，但在长期工作电压下，将逐步发展，导致绝缘击穿；而操作波发生的局部放电，则一般不引起残留性损伤。,感应操作冲击波,特点：操作波波形近于运行中出现的电压，真实性强，较等效工频耐压更趋合理，同时主纵绝缘均受到考核，具有设备轻便，示伤灵敏，不需大电源等。现有工频或倍频试验，要动用庞大设备，准备工作量大，现场经常舍去这项试验，对设备安全将心中无数。用操作波试验作为现场变压器绝缘的检验手段是必要和可行的。,感应操作冲击波波形,波头长；t头100微秒波尾长；t尾1000微秒90%幅值持续时间：200微秒反峰电压值：U2M0.5 UM s,感应操作冲击波的产生电路,三绕组变压器,习 题,工频试验变压器输出端电阻R的作用是什么？画出两台试验变压器串级界线图，并说明其电位分布。造成试验变压器输出波形畸变的主要原因是什么？,习 题,移卷调压器的基本特性是什么？说明短路式移卷调压器的工作原理，并画出阻抗曲线。工频试变平衡绕组的作用是什么？,习 题,工频试验时的非零值合闸会引起什么现象？当试品为容性时，工频试变测量绕组的测量数据与试品电压有差别吗，为什么？,习 题,某工频高压试验装置，额定电压为1500kV，额定电流为1A，由三台单相变压器串接而成。各台变压器高压绕组中点接铁芯和外壳，双套管出线。电源电压为lOkV，移圈调压器输出为01OkV。试求：变压器各绕组的额定电压和功率；变压器各绕组对铁芯、铁壳的耐受电压；变压器初、次级绕组之间的耐受电压；变压器出线套管的耐受电压；变压器壳对地的耐受电压；输出端串接保护电阻的阻值、功率和两端间瞬时耐压值。,课堂练习(一),一台工频试验变压器对试品C8000pF试验，已知试品并联球隙距离S，查球隙放电电压表，得到放电电压为U=450kV，试变变比N120，漏抗(折合至高压侧)ZL15k，试验时气象条件T28，P100kPa，计算试验变压器的原边电压。,第2章 交流高电压的测量,工频(直流)高电压的测量测量方法 直接测量：测量球隙、静电电压表 转换测量：高压分压器 物理效应：光电测量系统,第2章 交流高电压的测量,测量误差：根据国标要求，测量系统的总不确定度在3%以内 标准测量系统 认可的测量系统 初始性能试验 历次性能校核和性能试验 性能记录系统认可：性能记录所涉及到的布置和条件,一、测量球隙,1.放电电压表球隙为稍不均匀电场，放电分散性小，重复性好两张放电表 2.球的布置(球径S，球隙D)0.05S/D 0.5，误差不大于3%直流电压下由于静电吸附作用，误差在5%球径标准，安装方式,3.影响球隙放电的因素,周围物体的影响照射(U 50kV 或球径不大于12.5cm)测量方法(由较低放电电压值外推至额定电压)大气条件的影响 标准大气条件:气压P=101.3kP,温度t=20，湿度H=11g/m3 相对空气密度 当=0.951.05时，=k,4.串联保护电阻,阻尼振荡限制短路电流阻值选择0.10.5/V高频电压下的球隙电容电流较大，降低阻值,二、静电电压表,1.工作原理(作用直流电压)平行平板电极，极板间能量单位体积内能量设极板上正负电荷吸力F，极板位移dl,则所作功Fdl与极板间能量增量dw=Fdl相等,作用交流电压,设 交流下 由于极板惯性，一周期内F的平均值,作用带脉动分量的直流电压,设脉动分量U 仅含正弦基波分量，幅值且为U 则 当 时 当 时,2.类型与结构,绝对型静电电压表 工程用静电电压表,静电电压表,国产Q4-V型100kV 静电电压表 表2-3：国产高压静电电压表,使 用 特 点,极间阻抗高 绝缘电阻大 刻度分布不均匀 特别要注意：防止电晕放电 防止风摆,三、高压交流分压器,1.分压比：要求：K 为常数,基本要求,分压器基本要求：无感电阻分压器一般不用来测量较高的电压 阻值大：分布电容的影响 阻值小：吸收功率大，发热,2.杂散电容的影响,影 响 分 析,考虑对地杂散电容的影响,影 响 分 析,设K和C沿高度l均匀分布 单位高度电容 dx段电容 X点微分方程,影 响 分 析,方程的解：,影 响 分 析,同时考虑高压引线的分布电容时,分布电容的影响,高压顶端装设屏蔽罩分压器与周围物体保持一定距离安装点实测分压比,四、峰值电压表,平均电流测量 峰值电压测量 电容电流测量 脉动电压测量,测量平均电流,测量峰值电压,测量峰值电压,测量峰值电压,直流分量：D导通前的电压：,测量峰值电压,测量电容电流,测量脉动电压,设 的有效值,第3章 直流高电压试验设备,直流高电压试验设备的用途交流大容量试品的试验直流高压输电工程其它高压设备的直流电源其它技术领域的应用,一、基本的整流回路,1.半波整流回路(各元件作用、工作电压)R：限流电阻 D：整流硅堆 C：滤波电容,脉动电压和电压降落,接上负载后，输出为脉动电压，且UmaxUm,三个基本参数,额定直流电压(平均值)额定直流电流(平均值)电压纹波因数,脉动电压,计算脉动电压：设Ud、Id已知，在t1t2期间放掉电荷Q C 放掉电荷产生的电压脉动 电压脉动系数(规程规定S3%),2.倍压整流回路,(表3-1),倍压整流回路,各元件工作电压带负载后的脉动电压和电压降落,电 压 脉 动,电压脉动计算(与C1无关),电 压 降 落,电压降落计算 C1在t1t2期间提供给C2和负载的电荷 T2瞬时：电压降落：(与C2无关),平均电压降落,当C1=C2时，平均电压降落,二、串级直流高压装置,1.两级串级回路,两级串级回路,2.各点电位分析 3.各元件最大工作电压,n级串级回路,4.输出波形分析 设高压装置共n级,输 出 波 形,输 出 波 形,充放电的四个阶段t0-t1：D1-Dn导通，左柱向右柱充电，对负载放电t1-t2：D1-Dn、D1-Dn截止，C1-Cn对负载放电t2-t3：D1-Dn导通，右柱向左上柱充电对负载放电t3-t4：D1-Dn、D1-Dn截止，右柱对负载放电,5.电荷分布,t0-t1占整个周期的时间极短，可认为全部的负载电荷都由右柱供给，即 Q1=IdTt2-t3期间，右柱向左上柱充电电荷量由上向下逐级递增在一周期内，Ck、Ck的放电量为kQ1,结 论,输出为直流电压，各电容器电流是交变的一周期内任一电容器的充放电电荷数相等各级电容器的充放电电荷数不等，越往下越大通过各硅堆的电荷量相同为Q1,6.脉动电压计算,第一级第二级第k 级输出脉动电压为各级之和令各级的电容器容量相等或,7.电压降落计算,Cn充电达Um，n点最高达2Um；Cn向右柱放电nQ1，n点电位降低nQ1/Cn，右柱最高充电 Cn上电压降 Cn向负载放电(Id1)、(Id2)及向Cn-1充电(n-1)Q1，左柱Cn-1最高充电电压 其中1=(t2-t1),2=(t3t2),电压降落,Cn-1向右柱充电(n-1)Q1，Cn-1上最高充电电压 Cn-1上电压降设各电容器的电容量相等，且半周期内Id(1+2)=Q1/2 则 一般表达式,电压降落,右柱的电压降总和为平均电压降落输出电压平均值,8.减少U 和Ud 的措施,选择合理级数 已知，令 解得例：设 得,减少U 和Ud 的措施,取 则，对脉动电压无影响从上到下逐级增加电容量，各级充放电荷量随k而增加，可以减少U 和UP 当 则采用对称电路，在正负半周充电，减少U 和Ud 采用中频或高频电源充电,课堂练习(二),拟对某直流输电线路进行电晕损耗试验，要求从实验室同时送出两路电压，一路为+200kV，另一路为-200kV。现有高压直流发生器如右图所示，每级电压最高可达230kV。请画出该装置的电路改接图，以满足上述试验要求。(注：各整流元件可以颠倒，也可以拆除，但电容器是固定不能动的，各电容器的连接关系也不能改变。),第4章 直流高电压的测量,球隙、静电电压表测量高值电阻和电阻分压器测量测量不确定度的要求：3%高阻抗臂：1%其余：分配在低压测量系统,高阻值电阻或电阻分压器,主要影响因素:耐受距离-沿面闪络 吸收功率-稳定电压 阻值稳定-测量误差 电晕放电-测量误差 泄漏电流-测量误差 分布参数-相位变化,一、电阻分压器,高压臂电阻R1,高压电阻由多个高阻值电阻串联组成能承受高电压，电阻数值稳定 1.影响高压电阻稳定性的因素 在直流电压作用下的三因素：温度影响 合金丝：110-6/510-6/电阻膜：1010-6/10010-6/碳膜：-2.410-4/电晕放电 支架漏电,2.主要改进措施,阻值的选取：电流0.51mA(12M/kV)设置屏蔽罩：消除电晕影响分段屏蔽：降低电位差绝缘油筒：消除电晕、减少漏电、降温,3.使用和校正,测量仪表系：磁电式、电动式、电磁式、整流式、静电式、感应式,低压臂并联电阻,用并联分流电阻扩大量程 电压表内阻影响分压比,仪表保护,低压端并联放电器,4.高压电阻阻值的测定,测试顺序：闭合K打开K分压比,二、桥式电阻分压器,测试顺序：闭合K，调整X使电桥平衡，打开K，保持 不变，调整D,桥式电阻分压器,因为：所以：在开合K的短时保持 不变，且A、B不变，则分压比可由 决定。,电阻变化引起的误差,设第二次平衡时，各电阻的相对变化量为：A A B(B+X)A A B X如要求K的Ke，则应有,证：第一次平衡 第二次平衡,分压比误差,如果分压器总不确定度为e，则 证毕,检流计的分辨率,为了分辨，D和X的调节量应不大于 求调节eD后，检流计电流的变化：2-2间等值电阻 考虑A、A同型，,检流计的分辨率,设A中电流为I，D调节e D后，2-2间电位差增量所以，流过检流计电流即检流计应能分辨I,实 例,分压器参数D、X均为精密电阻箱,三、直流电压(电流)测量,第5章 冲击电压发生器,检验设备在雷电冲击或操作冲击电压下的 绝缘性能和保护性能一、标准冲击电压波形 1.雷电冲击波形全波波形,雷电冲击电压截波,截波波形截断时间电压跌落持续时间电压跌落陡度,模拟冲击波形,T1为波尾时间常数T2为波头时间常数 T1 T2,2.操作冲击波形,标准操作冲击电压感应操作冲击电压,二、单级冲击电压发生器,1.模拟冲击全波电压 2.波头的形成 T1T2，在波头时间内,波形形成电路,3.波尾的形成根据波尾定义 4.合成电路条件：C1C2，R2R1,5.电压利用系数,高效率回路 放电前：C1中电荷 放电后：电压利用系数：低效率回路 通过电阻分压,电 原 理 图,6.单级冲击电压发生器,三、多级冲击电压发生器,1.多级发生器工作原理(并联充电、串联放电),影响球间隙过电压的因素,设1点作用电压U0,球隙上的过电压,计算g2上的过电压 式中：原函数的解为：式中,结 论,当rd0时，H0，u(t)为双指数波；第二项指数 使幅值和陡度下降；过电压幅值 式中：,过电压降低的因素,当R=0或C4=0时，球隙上的过电压为零；G2放电的必要条件：足够的R和对地杂散电容rd和Cg2的存在是造成球隙过电压降低的因素。,四、放电回路的数学计算,1.回路分析电压方程电流方程,电 路 解,式中：K-回路系数，T1-波尾时间常数，T2-波头时间常数,2.波头时间tf计算,对于1.5/40S或1.2/50S波形，T1T2，根据定义：可以得到：,3.波尾时间tt计算,根据定义：可以得到：,3.波尾时间常数T1计算,由令物理意义：TC1是C2开路时，C1单独放电时的时间常数 TC2是C1开路时，C2单独放电时的时间常数误差：,4.波头时间常数T2计算,由令误差：,5.利用系数=K0计算,0-波形系数，在标准雷电波时，01 K-回路系数，决定于放电回路的形式和参数误差：,五、充电回路,充电的不均匀性,充电回路,充电回路的放电时间常数要求：远大于主回路放电时间常数,充电回路,操作冲击波作用下放电时断开充电回路,充电时间,整流电压充电时间远大于直流电压的充电时间,充电电流,充电电流变化规律k：整流电