专利名称：用于高海拔地区工频和冲击叠加电压试验的方法
技术领域：
本发明属于高电压绝缘技术范畴，特别是输出较高电压情况下的用于高海拔地区工频和冲击叠加电压试验的方法技术领域。
背景技术：
为实现我国能源的优化配置，充分利用西部地区丰富的水力煤炭资源，我国决定建设IOOOkV特高压交流输电工程。2006年9月，中国首个特高压交流输变电工程——晋东南-河南南阳-湖北荆门1000千伏特高压交流试验示范工程，经国家发改委核准后开工建设，2009年12月30日建成投入试运行，2009年I月6日正式投运。在未来的几年时间里，我国将规划建设更多的特高压交流输电工程。外绝缘的设计与选择交流输电工程在安全和 经济方面重要的问题。特高压交流输电工程中一次设备的绝缘考核和空气间隙的选择将是工程实际中值得研究的重要课题。在传统的输电线路设计中，一般不考虑导线上运行电压对冲击放电特性的影响。而在特高压交流输电工程中，由于工频电压持续施加在导线上，且幅值较高，因此研究预先存在的工频电压对一次设备绝缘和空气间隙冲击放电特性的影响就值得考虑。在已有的工频和冲击叠加电压试验研究中，针对冲击电压发生器的保护一般采用小间隙保护的方法，其应用为实验室低电压等级的试验研究，且一般在低海拔地区进行。相比较于普通间隙，采用球隙来保护冲击电压发生器，具有对叠加电压波形影响小、传导冲击能力好等优点。为满足高海拔地区特高压等级联合试验的需求，本发明提出一种用于高海拔地区工频叠加冲击电压试验的方法及实现手段。

发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷和不足而提供一种具有对叠加电压波形影响小、传导冲击能力好的用于高海拔地区工频叠加冲击电压试验的方法及实现。本发明的目的是通过如下技术方案来实现的。用于高海拔地区工频和冲击叠加电压试验的装置，本发明设置冲击电压发生器、高压隔离球隙、冲击电压测量系统、试验对象、高压保护电阻、工频电压测量系统、高压保护球隙、限流保护电阻、工频试验变压器依序连接成工频叠加冲击电压试验装置；其中冲击电压发生器输出冲击电压波形到高压隔离球隙的输入，高压隔离球隙输出冲击电压波形分别到冲击电压测量系统、试验对象的输入和高压保护电阻的输出；工频试验变压器输出工频电压波形到限流保护电阻的输入，限流保护电阻输出工频电压波形到工频试验变压器保护电阻、工频电压测量系统和高压保护球隙的输入，工频试验变压器保护电阻的输出工频电压波形到冲击电压测量系统、试验对象的输入和高压隔离球隙的输出；试验对象同时耐受冲击电压波形和工频电压波形。本发明在工频试验变压器和试验对象之间连接有高压保护电阻和工频试验变压器系统自带电阻；高压保护电阻采用水电阻的结构形式，作用在于其电阻阻值可限制冲击电压发生器作用下工频试验变压器端口电压值，电阻形式应能防止施加的操作冲击电压作用下的沿面闪络。根据工频试验变压器和冲击电压发生器的系统参数匹配，保护电阻的阻值为5 20M' Q可调，其内部可通过调节充水的电阻率来实现，长度为l(T30m可选，内径为4(T90cm可选，管厚为疒20mm可选，被两个绝缘支柱架起距地面15 25m可调，以能适应海拔高度为2000m及以下范围内，耐受-2500kV、2500kV操作冲击电压作用下的外绝缘闪络。本发明在冲击电压发生器和冲击电压测量系统之间连接有高压隔离球隙；高压隔离球隙能隔离工频试验变压器施加的工频电压对冲击电压发生器的影响，其球距的选取结果对输出电压的波形无较大影响。根据工频试验变压器和冲击电压发生器的系统参数匹配计算，铜球外径为0. 2 Im可选，球距为0. 2 4m可调，厚度为0. 5飞mm可选，与地面水平放置，被两个绝缘支柱架起距地面15 25m可调，以能适应海拔高度为2000m及以下范围内，能耐受工频电压(TlOOOkV。本发明在限流保护电阻连接有高压保护球隙；高压保护球隙能耐受工频试验变压 器施加的工频电压，隔离冲击电压发生器输出的电压对工频试验变压器的影响，其球距的选取结果对输出电压的波形无较大影响。根据工频试验变压器和冲击电压发生器的系统参数匹配计算，铜球外径为0. 2 Im可选，球距为0. 2 4m可调，厚度为0. 5 5mm可选，与地面水平或竖直放置，被绝缘支柱架起距地面f 25m可调，以能适应海拔高度为2000m及以下范围内，能耐受工频电压(TlOOOkV。本发明将工频电压和冲击电压在高海拔地区结合在一起，模拟工频(OlOOOkV)叠加雷电冲击(小于7200kV)或操作冲击(小于6300kV)，并可在此条件下进行特高压交流输 电工程中一次设备的绝缘考核和空气间隙放电试验等。本发明的有益效果是，该方法及其实现装置具有对叠加电压波形影响小，传导能力好的显著优点。


图I为本发明工频叠加冲击电压试验装置结构示意图；图2为本发明工频叠加冲击电压试验装置原理图；图3为高压隔离球隙、高压保护电阻及高压保护球隙安装示意图；图4为工频叠加冲击电压试验平面布置实施图。图I,图2,图3,图4中标号为1、冲击电压发生器，2、闻压隔尚球隙，3、冲击电压测量系统，4、试验对象，5、高压保护电阻，6、工频电压测量系统，7、高压保护球隙，8、限流保护电阻，9、工频试验变压器，10、绝缘支柱架，11、高压引线，12、门型构架，13、7200kV冲击电压发生器，14、2250kV工频试验变压器。具体实现方式下面结合附图和实施例对本发明的试验装置做进一步说明。见图1，图2，本发明用于高海拔地区工频和冲击叠加电压试验的装置，包括工频试验变压器、高压保护电阻、高压隔离球隙和冲击电压发生器。冲击电压发生器I输出冲击电压波形到高压隔离球隙2的输入，高压隔离球隙2输出冲击电压波形到冲击电压测量系统3、试验对象4的输入和高压保护电阻5的输出，工频试验变压器9输出工频电压波形到限流保护电阻8的输入，限流保护电阻8输出工频电压波形到工频试验变压器保护电阻5、工频电压测量系统6和工频试验变压器保护球隙7的输入，工频试验变压器保护电阻5的输出工频电压波形到冲击电压测量系统3、试验对象4的输入和高压隔离球隙2的输出。试验对象4同时耐受冲击电压波形和工频电压波形。 本发明在工频试验变压器9和试验对象4之间连接有高压保护电阻5、工频试验变压器保护球隙7和工频试验变压器系统自带电阻8 ;高压保护电阻5可限制冲击电压作用下工频试验变压器9的端口电压值，防止冲击电压作用下的沿面闪络；工频试验变压器保护球隙7可在高压保护电阻5后对工频试验变压器9进行二次保护，在高压保护电阻5损坏的情况下，可限制冲击电压作用下工频试验变压器9的端口电压值。见图3和图4，本发明在冲击电压发生器I和冲击电压测量系统3之间连接有高压隔离球隙2 ;高压隔离球隙2能隔离工频试验变压器14施加的工频电压对冲击电压发生器13的影响，其电容值的选取结果对输出电压的波形无较大影响。 试品对象4以500kV高海拔紧凑型交流仿真型杆塔为例，介绍本发明工频叠加冲击试验装置的应用。仿真杆塔的横担、立柱和绝缘子串型及布置参照实际工程设计采用的设计图纸加工制作。模拟导线和悬挂导线的绝缘子及金具按照500kV高海拔紧凑型输电工程要求配置。7200kV冲击电压发生器13，的外绝缘按海拔高度2000m设计，由环氧绝缘支柱支撑，表面喷涂高性能抗紫外线油漆，分压器的电容器采用瓷套绝缘按海拔高度2000m设计，满足户外长期使用，能长期耐受强紫外线的照射。2250kV工频试验变压器14外壳均采用带伞裙的复合套管，复合套管整体浇注而成，外绝缘按海拔高度2000m设计。高压隔离球隙2采用两个空心铜球，两球间隙为2m，外径均为lm。高压隔离球隙2距地面20m高，由两个绝缘支柱架9架起，支柱的外绝缘按照海拔高度2000m设计且带有多个均压环。高压隔离球隙2可以承受海拔2000m条件下工频1000kV。高压保护电阻5采用水电阻结构形式，其额定电阻为250k Q，满足工频电压700kV通流能力为2A ;水电阻的长度为20m，外绝缘水平能够耐受雷电冲击电压3600kV，和操作冲击电压1950kV的要求，外壳均采用带伞裙的复合绝缘套管，套管的外绝缘按海拔高度2000m设计，耐高强度紫外老化。高压保护电阻5距地面20m高，由两个绝缘支柱架9架起，支柱的外绝缘按照海拔高度2000m设计且带有多个均压环。高压保护电阻5可以承受海拔2000m条件下操作冲击2500kV。高压保护球隙7采用两个空心铜球，两球间隙为lm，外径均为lm。高压保护球隙7距地面20m高，由两个绝缘支柱架9架起，支柱的外绝缘按照海拔高度2000m设计且带有多个均压环。高压保护球隙7当高压保护电阻失效或者误动作时对试验回路中传递过来的雷电、操作冲击过电压进行有效的隔离，球隙的最大保护间隙可以设定到海拔2000m条件，冲击峰值电压IOOOkV下球隙不会自然放电。试验在南方电网昆明特高压试验研究基地(海拔2000m)的户外试验场进行。联合试验电压由7200kV冲击电压发生器13和2250kV工频试验变压器14共同产生，同时高压引线11作用在试验对象4上。7200kV冲击电压发生器13产生的冲击电压通过高压隔离球隙2作用于试验对象4上。高压隔离球隙2安装于7200kV冲击电压发生器本体13及冲击电压分压器3之间，其施加电压通过冲击电压测量系统3进行测量与记录。2250kV工频试验变压器14产生的工频电压通过高压限流电阻8和高压保护电阻5作用于试验对象4上。高压保护电阻5安装于2250kV工 频电压分压器6与试验对象4之间。试验过程中，试品上先施加工频电压，并保持恒定，然后施加冲击电压，叠加电压幅值由工频和冲击电压分量组成，从而实现工频和冲击叠加叠加电压形式的输出。
权利要求
1.用于高海拔地区工频和冲击叠加电压试验的方法，其特征在于，设置冲击电压发生器(I)、高压隔离球隙(2)、冲击电压测量系统(3 )、试验对象(4)、高压保护电阻(5)、工频电压测量系统(6)、高压保护球隙(7)、限流保护电阻(8)、工频试验变压器(9)依序连接成工频叠加冲击电压试验装置；其中冲击电压发生器(I)输出冲击电压波形到高压隔离球隙(2)的输入，高压隔离球隙(2)输出冲击电压波形分别到冲击电压测量系统(3)、试验对象(4)的输入和高压保护电阻(5)的输出；工频试验变压器(9)输出工频电压波形到限流保护电阻(8)的输入，限流保护电阻(8)输出工频电压波形到工频试验变压器保护电阻(5)、工频电压测量系统(6)和高压保护球隙(7)的输入，工频试验变压器保护电阻(5)的输出工频电压波形到冲击电压测量系统(3)、试验对象(4)的输入和高压隔离球隙(2)的输出；试验对象(4)同时耐受冲击电压波形和工频电压波形。
2.如权利要求I所述的用于高海拔地区工频和冲击叠加电压试验的方法，其特征在于，高压保护电阻(5)由绝缘材料圆柱管以及盐水构成，阻值为5 20M' Q，长度为l(T30m，内径为4(T90cm，管厚为2 20mm，被两个绝缘支柱架起距地面为15 25m。
3.如权利要求I所述的用于高海拔地区工频和冲击叠加电压试验的方法，其特征在于，高压隔离球隙(2)由绝缘材料圆柱管以及铜球构成，外径为0. 2 lm，球距为0. 2 4m，厚度为0. 5 5mm，与地面水平放置，被两个绝缘支柱架起距地面为15 25m。
4.如权利要求I所述的用于高海拔地区工频和冲击叠加电压试验的方法，其特征在于，高压保护球隙(7)由绝缘材料圆柱管以及铜球构成，外径为0. 2 lm，球距为0. f4m，厚度为0. 5 5mm，与地面水平或竖直放置，被绝缘支柱架起距地面为f25m。
全文摘要
用于高海拔地区工频和冲击叠加电压试验的方法，本发明设置冲击电压发生器(1)、高压隔离球隙(2)、冲击电压测量系统(3)、试验对象(4)、高压保护电阻(5)、工频电压测量系统(6)、高压保护球隙(7)、限流保护电阻(8)、工频试验变压器(9)依序连接成工频叠加冲击电压试验装置。本发明提供的试验方法，可对开展高海拔地区工频电压分量对空气间隙冲击放电的影响以及超特高压工频输变电设备叠加电压试验等方面的研究具有重要意义。
文档编号G01R31/12GK102721907SQ201210195050
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月13日 优先权日2012年6月13日
发明者廖永力, 李锐海, 杨芸, 申元, 马仪, 高超 申请人:云南电力试验研究院(集团)有限公司电力研究院, 云南电网公司技术分公司, 南方电网科学研究院有限责任公司