Высоковольтная установка для испытаний элегазовых комплектных распределительных устройств на месте монтажа

 

Использование: испытание элегазовых аппаратов для передачи переменного тока. Сущность изобретения: внутри элегазовой камеры расположены токопровод, состоящий из двух отрезков - подвижного и неподвижного, соединенного с токопроводом испытуемой ячейки КРУЭ, и высокочувствительный измерительный прибор постоянного тока, включенный между жилой высоковольтного ввода для подвода постоянного напряжения к испытуемому аппарату и подвижным отрезком токопровода. Изнутри на стенке камеры, напротив неподвижного отрезка токопровода, расположен электростатический зонд. 1 ил.

Изобретение относится к высоковольтной технике и может быть применено к элегазовым аппаратам для электропередачи переменного тока.

Известны элегазовые аппараты для электропередачи переменного тока (1, с. 205 209, рис. 5 17, 5 18 и 5 19), состоящие из оболочки, токоведущих элементов, укрепленных в оболочке с помощью опорных изоляторов, металлических экранов непосредственно вблизи опорных изоляторов, обеспечивающих более высокую электрическую прочность газовой изоляции аппаратов для элегазовых комплектных распределительных устройств (КРУЭ).

Опыт эксплуатации этих аппаратов показал, что срок службы изоляции, а следовательно, и надежность эксплуатации определяются не старением твердой изоляции, а наличием малых металлических дефектов на наружной поверхности токопроводящих элементов и внутренней поверхности оболочки.

Для попытки устранения таких дефектов в аппаратах КРУЭ еще в 1982 г. согласно публикации МЭК 517 (п/п 31.3.2) предлагалось проведение высоковольтных испытаний таких аппаратов на месте монтажа непосредственно перед пуском в эксплуатацию.

С этой целью разработаны испытательные установки переменного напряжения, которые позволяют проверить электрическую прочность газовой изоляции при воздействии допустимого напряжения промышленной частоты (для КРУЭ 110 кВ допустимое напряжение 180 кВ). При напряжении всего на 10-15% превышающем номинальное значение, измеряются частичные разряды (ч.р.) для выявления внутренних дефектов.

Аналоги таких установок представляют собой источник высокого напряжения, ввод и камеру, соединяющую нижнюю часть ввода с оболочкой испытуемого аппарата КРУЭ. Внутри камеры вводят датчики для измерения ч.р.

В качестве прототипа можно использовать высоковольтную резонансную установку, состоящую из источника высокого напряжения с последовательно соединенными высоковольтными индуктивностями, ввода и камеры, в которой между жилой ввода и токопроводом устанавливается высоковольтный высокочастотный фильтр для устранения внешних помех ч.р. Эта установка, описанная в (2), используется более 10 лет при испытаниях КРУЭ 110-220 кВ (Мосэнерго, а также в Липецке, Череповце).

Несмотря на введение высокочастотного фильтра внешние ч.р. обусловленные условиями подстанции, не позволяют измерять ч.р. в КРУЭ с величиной менее 10 пКл.

Оценки показывают, что в этом случае можно фиксировать наличие дефектов размером более 2-3 мм, движущихся под действием электростатического поля в газовом промежутке. У неподвижных частиц того же размера величина ч.р. оказывается менее 1 пКл. Таким образом прототип для испытания КРУЭ на месте монтажа не может выявить дефекты размером 2-3 мм и менее.

Однако такие малые дефекты с величиной, например, 0,5 мм на поверхности токопровода существенно снижают электрическую прочность газового промежутка, если на временное постоянное напряжение накладывается импульсное напряжение. Как показывает опыт эксплуатации КРУЭ переменного тока, имеются случаи появления временного постоянного напряжения в течение нескольких часов при оперативных коммутациях. Подобное воздействие не воспроизводится прототипом при испытаниях на месте монтажа для выявления таких дефектов.

Имеющиеся в настоящее время высоковольтные испытательные установки не позволяют полностью выявить дефекты, которые снижают электрическую прочность газовой изоляции КРУЭ во время эксплуатации.

На основании приведенных данных можно сделать вывод, что применение прототипа при высоковольтных испытаниях КРУЭ на месте монтажа не позволяет выявить дефекты, снижающие надежность эксплуатации КРУЭ.

Исследования показывают, что дефекты размером менее 1 мм могут быть фиксированы измерением тока при воздействии постоянного напряжения и называются "темновым" током. Так, в частности, имеется корреляция между электрической прочностью элегазовой изоляции и напряжением появления "темнового" тока. Однако эти явления не были исследованы для определения допустимой величины "темнового" тока при выявлении дефектов при высоковольтных испытаниях аппаратов КРУЭ как при заводских, так и на месте монтажа.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание высоковольтной установки для испытаний КРУЭ на месте монтажа, позволяющей полностью выявить дефекты, снижающие электрическую прочность газовой изоляции КРУЭ во время эксплуатации, за счет осуществления контроля величины постоянного тока перед пуском КРУЭ в эксплуатацию.

Указанный технический результат достигается тем, что высоковольтная установка для испытаний КРУЭ на месте монтажа, состоящая из источника высоковольтного постоянного напряжения, элегазовой камеры и высоковольтного ввода для подвода постоянного напряжения к испытуемой ячейке, нижняя часть которой расположена в элегазовой камере, дополнительно содержит внутри камеры токопровод, состоящий из подвижного и неподвижного отрезков, измерительный прибор постоянного тока с чувствительностью не ниже 10^-9 A, зашунтированный многозвенным фильтром и включенный между жилой ввода и подвижным отрезком токопровода, расположенный на поверхности оболочки камеры напротив неподвижного отрезка токопровода электростатический зонд с измерительным кабелем, выведенным на наружную поверхность оболочки камеры, и два изолирующих цилиндра, один из которых предназначен для изменения чувствительности измерительного прибора постоянного тока, а другой для изменения положения подвижного отрезка токопровода.

Сущность изобретения заключается в том, что контроль допустимой величины постоянного тока микрокороны позволяет ввести в эксплуатацию испытуемый аппарат КРУЭ с высокой надежностью, так как величина тока микрокороны, измеряемая с помощью заявленного устройства, однозначно характеризует состояние изоляции газоизолированного аппарата, ее электрическую прочность и позволяет предотвратить аварийную ситуацию, связанную с коммутациями и грозовыми воздействиями.

Особенность изобретения состоит в том, что оно позволяет выявить и устранить те металлические дефекты, которые, снижая электрическую прочность элегазовой изоляции, не могут быть выявлены электрическими и акустическими приборами, фиксирующими ч. р. а также визуальным осмотром из-за их малых размеров.

Любой дефект, который снижает электрическую прочность газовой изоляции при тех воздействиях, которые имеют место при эксплуатации КРУЭ, является источником микрокороны. Фиксация этого дефекта может быть проконтролирована измерением постоянного тока с необходимой чувствительностью.

Как показали исследования, наибольшее влияние небольших дефектов оказывает на искажение поля на поверхности опорного изолятора, (которое снижает электрическую прочность при изменении полярности напряжения). В этом случае электрическая прочность изоляции не снижается лишь в том случае, если величина постоянного тока микрокороны с токопровода длиной, равной 1 м, не превышает 10^-9 А.

Эксперименты показали, что непосредственно после подъема постоянного напряжения величина тока достигает величин порядка 10^-5 A. После выдержки постоянным напряжением в течение 30 мин ток снижается на порядок. Увеличение выдержки снижает ток микрокороны до 10^-9 в течение примерно 10 ч, если технология сборки аппарата высока, и в течение 100 ч при недостаточно высокой технологии сборки. Снижение тока микрокороны при выдержке постоянным напряжением обусловлено эрозией коронирующих острых выступов дефекта.

Особенность измерения постоянного тока при высоковольтных испытаниях аппаратов напряжением порядка 1 МВ заключается в том, что пульсации выпрямительной установки постоянного напряжения и особенно нестабильность источника напряжения не позволяют непосредственно измерить ток менее 10^-8 А. Для измерений тока с чувствительностью 10^-9 A подвижной отрезок токопровода отсоединяется от неподвижного, не снижая величины постоянного напряжения. В этом случае величина микрокороны определяется скоростью снижения постоянного напряжения и емкостью испытуемого объекта. При этом источник высоковольтного напряжения закорачивается после отсоединения подвижного токопровода от неподвижного.

Величина испытательного постоянного напряжения, равная амплитуда номинального напряжения испытуемого аппарата, не ограничивает время выдержки постоянного напряжения для снижения тока микрокороны до 10^-9 A. Если учесть, что при заданном сроке службы опорного изолятора аппаратов КРУЭ напряжение на постоянном напряжении в 1,5 выше чем на переменном напряжении, то при указанных испытаниях величина постоянного напряжения может быть увеличена в 1,5 раза.

В газовом промежутке аппарата между токопроводом и оболочкой вдали от опорного изолятора дефекты также снижают электрическую прочность при воздействии грозовых и коммутационных импульсов с фронтом ниже 10 мкс. Однако в этом случае допустимая величина тока микрокороны выше, чем при влиянии таких дефектов вблизи изолятора.

Решение технической задачи повышения надежности элегазового аппарата путем создания возможности измерения тока микрокороны заданной величины при постоянном напряжении перед пуском аппарата в эксплуатацию позволяет сделать вывод о существенности отличительных признаков изобретения.

На чертеже приведена схема заявляемой установки.

Установка содержит источник высоковольтного постоянного напряжения 1, элегазовую камеру 2, в которой расположена нижняя часть высоковольтного ввода 3 для подвода постоянного напряжения к испытуемому аппарату КРУЭ 4, токопровод, состоящий из подвижного 5 и неподвижного 6 отрезков, соединяющих жилу ввода 3 с токопроводом испытуемого аппарата КРУЭ 4, измерительный прибор 7 постоянного тока, зашунтированный многозвенным фильтром 8 и включенный между жилой ввода 3 и подвижным отрезком 5 токопровода.

На поверхности элегазовой камеры 2, напротив неподвижного отрезка 6 расположен электростатический зонд 9 с измерительным кабелем 10, выведенным на наружную поверхность оболочки камеры 2. Для изменения чувствительности прибора 7 и изменения положения подвижного отрезка 5 служат соответственно изолирующие цилиндры 11 и 12.

Перед началом измерений подвижный 5 и неподвижный 6 отрезки токопровода соединены. После подъема напряжения ток микрокороны измеряется прибором 7, зашунтированным многозвенным фильтром 8, который позволяет снизить величину переменной составляющей тока в измерительном приборе по сравнению с постоянной составляющей тока. Затем после снижения измеряемого тока до величин, соответствующих предельной чувствительности прибора 7, подвижный отрезок 5 токопровода отсоединяется от неподвижного отрезка 6, не снижая напряжение установки. Величина тока микрокороны испытуемого аппарата 4 определяется скоростью снижения напряжения на неподвижном отрезке 6 токопровода с помощью электростатического зонда 9. Дефекты в испытуемой ячейке КРУЭ, снижающие электрическую прочность газовой изоляции, отсутствуют, если скорость спада напряжения на неподвижной части токопровода менее 1,0 кВ/мин.

Изолирующими цилиндрами 11 и 12 осуществляют изменение чувствительности прибора 7 и изменение положения подвижного отрезка 5 токопровода соответственно. Контроль величины тока прибором 7 происходит либо визуально с помощью прозрачного фланца камеры 2 либо с помощью волоконной оптики. Контроль напряжения у неподвижного отрезка 6 производится с помощью выведенного на наружную поверхность оболочки камеры 2 измерительного кабеля 10 электростатического зонда 9.

Проведены исследования конкретных установок на макетах элегазовых аппаратов для электропередачи переменного тока с номинальным напряжением 110 и 1150 кВ.

Испытуемые аппараты являлись серийно изготовленными ПО "Электроаппарат".

Вводы для подвода постоянного напряжения в обоих случаях, серийно изготавливаемые заводом "Изолятор".

Источником напряжения для испытаний аппарата с номинальным напряжением 110 кВ была выпрямительная установка ±400 кВ, для аппарата 1150 кВ 1800 кВ.

Так как в лабораторных условиях оболочка аппарата позволяла изолироваться от земли, то ток короны измерялся с оболочки, внешняя сторона которой полностью экранировалась от внешних токов. При испытаниях макета аппарата 110 кВ величина тока 10^-9 A и ниже измерялась путем определения скорости снижения напряжения токопровода электростатическим вольтметром внутри камеры после отсоединения подвижного отрезка токопровода от неподвижного. У аппарата 1150 кВ величина тока, равная 10^-9 A, определялась прибором с многозвенным фильтром, но в особых условиях стабильности (вечерние и ночные смены работы).

При испытаниях было установлено, что во время выдержки напряжение для снижения тока микрокороны с нескольких мКА до долей 10^-9 A составляло около 10 ч при высоком качестве технологии, до 100 ч при сравнительно низкой технологии сборки. В тех случаях, когда величина тока, равная в несколько микроампер, не снижалась во времени, вскрытие показывало, что источником тока являлся дефект в виде повреждения окрашенного слоя оболочки как у аппарата 110 кВ, так и аппарата 1150 кВ.

При токах микрокороны с величиной ≈10^-8 A электрическая прочность газового промежутка при отсутствии изолятора не снижалась при воздействии грозовых импульсов. Перекрытие по поверхности изолятора при изменении полярности отсутствует лишь при величине тока микрокороны, равном или менее 10^-9.

Таким образом величина тока микрокороны в высоковольтном элегазовом аппарате для электропередачи постоянного тока должна контролироваться перед пуском в эксплуатацию, т. к. она является важнейшей характеристикой при оценке надежности газовой изоляции.

Техническим преимуществом заявленного устройства является возможность устранения перекрытий изоляции при оперативных коммутациях, а также при грозовых импульсах во время эксплуатации аппарата, что гарантирует его высокую надежность. Эта задача решена благодаря возможности измерения тока короны внутри аппарата при его высоковольтных испытаниях непосредственно перед пуском в эксплуатацию с заявленным устройством.

Величина тока микрокороны, как показали эксперименты, является надежным критерием состояния электрической прочности изоляции элегазового аппарата перед пуском его в эксплуатацию.

Формула изобретения

Высоковольтная установка для испытаний элегазовых комплектных распределительных устройств на месте монтажа, содержащая источник высоковольтного постоянного напряжения, элегазовую камеру и высоковольтный ввод для подвода постоянного напряжения к испытуемому аппарату, причем нижняя часть ввода расположена в элегазовой камере, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит токопровод, расположенный внутри элегазовой камеры и выполненный в виде двух отрезков подвижного и неподвижного, соединенного с токопроводом испытуемой ячейки элегазового комплектного распределительного устройства, измерительный прибор постоянного тока с чувствительностью не ниже 10^-9А, зашунтированный многозвенным фильтром и включенный между жилой высоковольтного ввода и подвижным отрезком токопровода, расположенный на поверхности оболочки элегазовой камеры, напротив неподвижного отрезка токопровода, электростатический зонд с измерительным кабелем, выведенным на наружную поверхность оболочки камеры, и два изолирующих цилиндра, один из которых предназначен для изменения чувствительности измерительного прибора постоянного тока, а другой для изменения положения подвижного отрезка токопровода.

РИСУНКИ

Рисунок 1