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高 电 压 技 术

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

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  1. 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

  2. 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

  3. 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

  4. 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

  5. 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。

  6. 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。

  7. 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。

  8. 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。

  9. 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

  10. 特高压柱式CVT

  11. 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。

  12. 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

  13. 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。

  14. 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。

  15. 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。

  16. 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。

  17. 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。

  18. 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。

  19. 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Φ2m，间距达2m，其降低无线电干扰水平的效果很好。　

  20. 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。

  21. 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。

  22. 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。

  23. 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

  24. 额定参数 • 绝缘水平： • 雷电冲击耐压(1.2/50μs峰值)为2600kV • 操作冲击耐压(250/2500μs峰值)为1860kV • 5min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0.25×918m/s2 • 地面垂直加速度为0.15×918m/s2

  25. 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。

  26. 标准电压互感器

  27. 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。

  28. 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。

  29. 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。

  30. 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。

  31. 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1.2×1000/ kV； • SF6气体绝缘，三气室密封结构，高压引线套管可拆装。

  32. 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8×100kV，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。

  33. 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。

  34. 套装TA

  35. 前苏联串级式电流互感器

  36. 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。

  37. 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；

  38. 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。

  39. 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。

  40. 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。

  41. 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。

  42. 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。

  43. 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。

  44. 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。

  45. 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

  46. 电子式互感器

  47. 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。

  48. 日本1000kVGIS带电考核场

  49. 日立公司的1000kV/8kA升流装置

  50. 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。

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