電容型設(shè)備末屏下引裝置實(shí)用性研究

付兆遠(yuǎn)，李永寧，李曉磊，李琮，楊琦欣

（濟(jì)南供電公司，山東濟(jì)南250012）

·經(jīng)驗(yàn)交流·

電容型設(shè)備末屏下引裝置實(shí)用性研究

付兆遠(yuǎn)，李永寧，李曉磊，李琮，楊琦欣

（濟(jì)南供電公司，山東濟(jì)南250012）

狀態(tài)檢修是電網(wǎng)設(shè)備檢修發(fā)展的必然趨勢(shì)，通過(guò)對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，可全面掌握設(shè)備的健康狀態(tài)。目前，帶電測(cè)試已成為設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)的重要數(shù)據(jù)支撐。GIS、主變壓器等設(shè)備已經(jīng)開(kāi)展了眾多的帶電測(cè)試項(xiàng)目，這些帶電測(cè)試數(shù)據(jù)使設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果更加可靠，對(duì)設(shè)備檢修具有積極的指導(dǎo)意義。但對(duì)于穿墻套管、CVT、主變套管等電容型設(shè)備仍缺乏有效的帶電測(cè)試手段，目前沒(méi)有針對(duì)此類電容型設(shè)備的帶電測(cè)試項(xiàng)目，致使此類電容型設(shè)備的狀態(tài)評(píng)估依賴于停電計(jì)劃，不能實(shí)時(shí)掌握設(shè)備健康情況。這個(gè)問(wèn)題已成為制約整個(gè)電網(wǎng)狀態(tài)檢修開(kāi)展的瓶頸。對(duì)此類設(shè)備末屏下引的可行性進(jìn)行分析，提出并設(shè)計(jì)末屏下引裝置，實(shí)現(xiàn)此類電容型設(shè)備的帶電測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明該裝置具有很強(qiáng)的可靠性和實(shí)用性。

狀態(tài)檢修；電容型設(shè)備；末屏下引；帶電測(cè)試

0 引言

狀態(tài)檢修是在準(zhǔn)確掌握設(shè)備的健康狀態(tài)下，根據(jù)設(shè)備狀態(tài)調(diào)整設(shè)備檢修周期，使得設(shè)備檢修目的性、針對(duì)性更強(qiáng)。狀態(tài)檢修的實(shí)施不僅避免了不必要的檢修資源浪費(fèi)，而且大大提高設(shè)備可靠性，使得整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行更安全、更可靠［1］。

開(kāi)展電力設(shè)備的狀態(tài)檢修必須要對(duì)電力設(shè)備實(shí)施準(zhǔn)確的狀態(tài)評(píng)估。目前，電力設(shè)備狀態(tài)評(píng)估的主要數(shù)據(jù)來(lái)源有3類：巡檢數(shù)據(jù)、例行試驗(yàn)和交接試驗(yàn)數(shù)據(jù)、帶電測(cè)試數(shù)據(jù)。其中巡檢數(shù)據(jù)種類單一，主要來(lái)源于設(shè)備外觀、運(yùn)行聲音的變化，數(shù)據(jù)主觀性比較強(qiáng)，對(duì)設(shè)備微小故障和潛伏性故障無(wú)能為力。例行試驗(yàn)和交接試驗(yàn)數(shù)據(jù)種類齊全，可有效反應(yīng)設(shè)備狀態(tài)，但存在試驗(yàn)周期長(zhǎng)、總體數(shù)據(jù)量小的缺點(diǎn)。帶電測(cè)試數(shù)據(jù)種類豐富、數(shù)據(jù)量大，特別是由于近年來(lái)超高頻、超聲波等探測(cè)技術(shù)和專家系統(tǒng)、模糊診斷技術(shù)等數(shù)據(jù)處理技術(shù)的不斷成熟，帶電測(cè)試數(shù)據(jù)有效性越來(lái)越高、帶電測(cè)試項(xiàng)目也日益豐富，這些數(shù)據(jù)極大地豐富了狀態(tài)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)的來(lái)源，使設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)可靠性有了大幅提高。

目前主要開(kāi)展的帶電檢測(cè)項(xiàng)目有避雷器運(yùn)行中持續(xù)電流檢測(cè)、紅外熱像檢測(cè)、主變高頻在線局放檢測(cè)、GIS超高頻局放測(cè)試、開(kāi)關(guān)柜暫態(tài)地電壓局放測(cè)試、SF6微水分解物測(cè)試等［2］。

帶電測(cè)試是實(shí)施設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)的重要支持手段，但目前的帶電測(cè)試工作存在一定區(qū)域的空白，對(duì)主變高壓套管、穿墻套管、電容式電壓互感器等電容型設(shè)備缺乏有效的帶電測(cè)試手段，這類設(shè)備數(shù)量約占變電站電氣設(shè)備的40%～50%，其狀態(tài)數(shù)據(jù)的獲取仍依賴于停電計(jì)劃。單純使用例行、交接試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估，對(duì)狀態(tài)檢修工作的開(kāi)展帶來(lái)一定的困難，在兩次檢修期間無(wú)法準(zhǔn)確判斷設(shè)備狀態(tài)，更無(wú)法發(fā)揮狀態(tài)檢修針對(duì)性強(qiáng)、效率高的優(yōu)勢(shì)。此類電容型設(shè)備帶電檢測(cè)的空白已成為制約整個(gè)電網(wǎng)變電設(shè)備狀態(tài)檢修工作的瓶頸。

1 末屏下引可行性分析

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，對(duì)于電容型設(shè)備，絕緣受潮缺陷約占電容型設(shè)備缺陷的85%左右。介質(zhì)損耗測(cè)試是判斷設(shè)備是否受潮的一個(gè)重要試驗(yàn)項(xiàng)目，根據(jù)介質(zhì)損耗測(cè)量值的變化可以較靈敏地反映出套管絕緣劣化、受潮、電容層短路、漏油和其他局部缺陷［3］。此類電容型設(shè)備末屏的主要作用也是供介質(zhì)損耗測(cè)試和電容量測(cè)試使用。如能在設(shè)備正常運(yùn)行電壓下測(cè)得設(shè)備介質(zhì)損耗，就可大大豐富狀態(tài)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，擺脫停電計(jì)劃的限制，進(jìn)而可對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行跟蹤評(píng)估，對(duì)設(shè)備的健康情況做出準(zhǔn)確的評(píng)估。對(duì)提升整個(gè)電網(wǎng)帶電測(cè)試水平具有重要意義［4］。

設(shè)備正常運(yùn)行電壓下介質(zhì)損耗測(cè)試存在兩方面問(wèn)題：一方面，此類設(shè)備一般布置于較高位置，作業(yè)的安全距離不夠，對(duì)試驗(yàn)人員的人身安全構(gòu)成威脅。第二方面，電容型設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，設(shè)備末屏嚴(yán)禁開(kāi)路，必須保持接地，不能從電容型設(shè)備末屏上直接抽取測(cè)量信號(hào)［5］。通過(guò)導(dǎo)線將末屏引至安全位置并可靠接地可完成設(shè)備運(yùn)行電壓下介質(zhì)損耗測(cè)試。

對(duì)電容型設(shè)備進(jìn)行末屏下引必須考慮電磁干擾問(wèn)題。變電站電磁環(huán)境非常復(fù)雜，電暈、工頻磁場(chǎng)等都會(huì)對(duì)介質(zhì)損耗測(cè)試產(chǎn)生干擾，特別是對(duì)套管、CVT此類小電容量電容型設(shè)備的影響更加明顯［6］。

介損測(cè)試過(guò)程中的電磁干擾可分為工頻干擾和非工頻干擾?？墒褂媒饘倨帘螠p小此類干擾對(duì)介損試驗(yàn)的影響，電磁波在金屬表面的反射損耗和吸收損耗可降低干擾水平，密封的金屬外殼可以起到良好的屏蔽作用，因此末屏下引時(shí)可在下引線外部設(shè)置一根完整的金屬波紋管，最大程度抑制電磁干擾［7］。另外現(xiàn)有的介損測(cè)試儀本身也具有變頻等眾多減少干擾的措施。

2 末屏下引裝置設(shè)計(jì)

正常運(yùn)行時(shí)，電容型設(shè)備末屏必須保持接地。如果末屏接地不良，末屏對(duì)地形成一個(gè)小電容，其容量遠(yuǎn)小于套管本身電容，按照電容串聯(lián)原理，末屏與地之間形成很高的懸浮電壓，造成末屏對(duì)地放電，惡化設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，嚴(yán)重時(shí)損壞設(shè)備，甚至危及人身安全。目前已有類似的事例教訓(xùn)，惠州天然氣發(fā)電廠2號(hào)主變B相套管由于在線裝置與套管末屏接觸不良引起局部放電，導(dǎo)致B相套管絕緣油乙炔含量嚴(yán)重超標(biāo)。三門(mén)峽華陽(yáng)發(fā)電有限責(zé)任公司1號(hào)機(jī)組220 kV升壓站進(jìn)線穿墻套管因末屏接地不良導(dǎo)致下部滲油，因此末屏下引裝置必須保證末屏與連接線可靠連接［8-9］。

末屏下引裝置可分為，末屏導(dǎo)電芯和引出固定裝置、末屏引出接頭、末屏下引連接管道。

2.1 末屏導(dǎo)電芯線和引出固定裝置設(shè)計(jì)

末屏導(dǎo)電芯連接和引出固定裝置示意圖如圖1所示，導(dǎo)電芯連接固定裝置全部為黃銅材質(zhì)，由壓緊彈簧、銅質(zhì)護(hù)套、引出線線槽、緊固螺栓組成。導(dǎo)電芯末端連接絕緣限位襯套，可靈活調(diào)整襯套位置，使彈簧壓縮1／2左右。末屏前段嵌入壓緊彈簧，確保末屏導(dǎo)桿和整個(gè)裝置接觸良好。這種結(jié)構(gòu)保證了末屏與引下線的可靠連接，杜絕了虛接的可能，并使其具備一定的抗外力破壞能力。實(shí)現(xiàn)整個(gè)連接裝置的固定牢固、連接緊密、密封嚴(yán)實(shí)、絕緣良好。

圖1 末屏導(dǎo)電芯連接和固定裝置示意圖

2.2 末屏引出接頭設(shè)計(jì)

末屏下引裝置設(shè)計(jì)如圖2所示，末屏引出接頭包括末屏引出前端蓋、末屏引出后端蓋兩部分組成。對(duì)內(nèi)部的末屏導(dǎo)電芯連接和固定裝置、限位和調(diào)整絕緣襯套起到屏蔽和保護(hù)作用。其中1、2、4材質(zhì)為黃銅，3為絕緣材料。將原接地封蓋拆除，將前端蓋加環(huán)形密封后旋入底座。銅質(zhì)單芯導(dǎo)線從導(dǎo)電芯尾端傳入后徑向穿出，反轉(zhuǎn)螺母鎖緊導(dǎo)線，導(dǎo)電芯前端裝入彈簧套在末屏上。絕緣限位襯套起到支撐、絕緣作用，根據(jù)實(shí)際位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證在溫度變化、彈簧彈性變化時(shí)下引導(dǎo)線與末屏仍能保持良好的接觸。

圖2 末屏下引裝置設(shè)計(jì)示意圖

末屏引出接頭外接于套管末屏，在主變檢修時(shí)應(yīng)充分考慮檢修人員誤碰、誤踏行為。使用Solidworks建立了末屏引出接頭的有限元模型，運(yùn)用有限元法對(duì)其進(jìn)行靜力結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算。考慮極限情況，將60 kg壓力施加于引出接頭末端。在60 kg外載荷作用下，零件最大變形為63.2 μm，位于其末端螺紋處，變形情況見(jiàn)圖3；最大應(yīng)力為68.4 MPa，位于前后端蓋連接螺紋處，應(yīng)力情況見(jiàn)圖4；零件材料黃銅（H68）的強(qiáng)度極限為375MPa，遠(yuǎn)大于所受最大應(yīng)力64.8MPa，因此，設(shè)計(jì)的末屏引出接頭具有足夠的強(qiáng)度及剛度。

圖3 60kg荷載下的變形云圖

圖4 60kg荷載下的應(yīng)力云圖

2.3 末屏下引連接管道設(shè)計(jì)

末屏下引連接管道主要起到保護(hù)與屏蔽作用，裝置包括波紋管連接結(jié)構(gòu)、金屬波紋管、管道鎖緊機(jī)構(gòu)3部分構(gòu)成。3部分依次連接保證各部分連接緊密，密封良好。同時(shí)避免末屏引出線受到外力損傷。波紋管軟連接由緊固螺栓和密封圈構(gòu)成，既能保證連接的可靠，又能避免引線受到強(qiáng)硬外力損傷，避免引線受潮生銹。波紋管道整個(gè)也由不銹鋼金屬制成，可以有效屏蔽外界電磁干擾，避免引線受外界環(huán)境影響，保證測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。管道緊縮機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)將引線引出直接接地功能，防止雨水、灰塵等雜物侵入波紋管內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)引線的可靠接地，保障設(shè)備安全運(yùn)行。

3 末屏下引裝置布置

電容型設(shè)備末屏均具有相似結(jié)構(gòu)，其中以主變高中壓套管的設(shè)計(jì)、布置最為復(fù)雜，本文以主變套管末屏下引為例闡述末屏下引裝置的布置情況。

圖5 末屏下引裝置單相走向圖

為不破壞變壓器本體結(jié)構(gòu)，下引線固定均利用變壓器原有螺栓，不影響變壓器本體火災(zāi)報(bào)警等其他輔助裝置的運(yùn)行。末屏下引裝置單相走向如圖5所示，裝置布置的俯視圖、正視圖如圖6所示。管道自末屏引出接頭處引出，在升高座法蘭處使用下引線支架固定在法蘭上，下端用穿線管支架固定在油管法蘭上。管道由末屏處向下引至變壓器本體與散熱器之間的空隙處，然后水平引至變壓器爬梯處，使用下引線支架完成直角轉(zhuǎn)彎使方向垂直向下，最后連接至爬梯后側(cè)的末屏接地板處。

圖6 末屏下引裝置布置圖

4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施實(shí)例

結(jié)合春檢、秋檢主變停電計(jì)劃，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對(duì)清河、水屯、許寺等6臺(tái)主變進(jìn)行了末屏下引裝置改造，實(shí)施工程見(jiàn)圖7、圖8。

圖7 導(dǎo)電芯制作圖

圖8 末屏下引裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝

主變末屏下引裝置改造完成后，在正常運(yùn)行電壓下對(duì)主變套管的相對(duì)介損進(jìn)行了測(cè)試。以高壓套管A相和中壓套管Am相為參考相分別進(jìn)行高壓套管B、C相及低壓套管B、C相進(jìn)行測(cè)試，許寺2號(hào)主變測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 許寺2號(hào)主變套管帶電測(cè)試數(shù)據(jù)

測(cè)試結(jié)果表明：設(shè)備運(yùn)行電壓下，套管的相對(duì)介損測(cè)試結(jié)果與停電時(shí)的測(cè)試結(jié)果基本一致。末屏下引裝置具有很強(qiáng)的實(shí)用性，可滿足電容型設(shè)備運(yùn)行電壓下相對(duì)介損、電容量的測(cè)量。

5 結(jié)語(yǔ)

狀態(tài)檢修的深入開(kāi)展必定會(huì)對(duì)帶電測(cè)試提出越來(lái)越高的要求，實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備的帶電測(cè)試是電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)施了電容型設(shè)備末屏下引裝置，實(shí)現(xiàn)了電容型設(shè)備運(yùn)行電壓下相對(duì)介損、電容量的測(cè)試，為設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)提供了豐富、精確的數(shù)據(jù)支持，解決了目前帶電測(cè)試工作中的瓶頸，對(duì)于整個(gè)電網(wǎng)狀態(tài)檢修水平的提高具有一定意義。

［1］郭碧紅，楊曉洪.我國(guó)電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用狀況分析［J］.電網(wǎng)技術(shù)，1999，23（8）：65-68.

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Research of the Practicality of the Downward Device for Capacitive Equipment End Shield

Condition-based maintenance is the inevitable trend of power system equipments maintenance.Equipment condition can be comprehensively mastered by accurately evaluation.Now，energized test has become one of the most important ways of data supporting.Many kinds of energized test have been launched for GIS and main transformer.Energized data makes evaluation results more reliable and plays a positive role in equipment maintenance.But effective energized test for capacitive equipments such as wall bushing，CVT and main transformer bushing is still lacked.Condition assessment of such capacitive equipments depends on power cut plan.Real condition of these equipments cannot be detected.This problem has become the bottleneck of condition based maintenance of the whole power system.Feasibility of downward device for end shield is analyzed in this paper.Downward device for end shield is proposed and designed.Energized test of capacitive equipments is achieved. This device is very practical and reliable in energized test.

condition based maintenance；capacitive equipment；downward of end shield；live testing

TM72

：A

：1007－9904（2014）03－0025－04

2013-12-13

付兆遠(yuǎn)（1987—），男，碩士，主要從事高壓試驗(yàn)的技術(shù)工作。