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交流滤波器场内避雷底座绝缘缺陷分析与结构改进

时间:2020年06月15日 所属分类:电子论文 点击次数:

摘要:我国高压输电线路建设经历时间长,跨度大,很多变电站、换流站和电厂采用分立式避雷器绝缘底座结构较多,绝缘缺陷问题时有发生。介绍了换流站交流滤波器场内避雷器特点;分析了避雷器绝缘底座缺陷问题;对避雷器绝缘底座提出了解决方法,实施了绝缘结构

  摘要:我国高压输电线路建设经历时间长,跨度大,很多变电站、换流站和电厂采用分立式避雷器绝缘底座结构较多,绝缘缺陷问题时有发生。介绍了换流站交流滤波器场内避雷器特点;分析了避雷器绝缘底座缺陷问题;对避雷器绝缘底座提出了解决方法,实施了绝缘结构的改进措施。高压变电站安全运行,需要不断加强监测,保障监测数据的准确性,及时加强日常巡检,尤其是避雷器绝缘性能,确保避雷器的稳定性和安全性,降低因缺陷问题造成的事故。

  关键词:交流滤波器场;避雷器;绝缘底座;缺陷分析;结构改造

高压电器

  0前言

  避雷器底座自动排水装置是保护避雷器安全正常运行的重要设施,如果电力系统中避雷器底座积水,会造成避雷器绝缘不良,避雷器的泄露电流会通过绝缘低的底座流入接地,影响避雷器泄漏电流监测;避雷器的在线监测仪所探测的泄露电流数值不准;若雷击或过电压直接对地放电,由于滤波器场设备排布较为紧密,此放电可能导致临近设备支架甚至设备本体损坏;雷击时,雷电流从避雷器经过通过地线引入地网,快速泄放。如果底座绝缘偏低,雷电流从基座通过,会危害人身和财产安全。

  电力论文投稿刊物:高压电器主要报道高压电器、高电压技术、电力系统及其相关行业领域内的先进技术和科研成果,开展制造运行经验交流及学术讨论,并有超前技术水平和较高知名度的专业刊物。

  传统的排水方法是手动拧开避雷器底座四角螺栓槽放水,然后再安装好螺栓,耗时费工,效率低下,无法从根本解决问题。为解决以上问题,研究并改造了避雷器底座为防疏一体式导水设计,不需手动,无需排查,双重保障,从根本上解决了避雷器底座螺栓槽的积水问题。

  1交流滤波器场内避雷器特点分析

  目前我国500KV及以上超高压直流输电工程建设较多,通常多地建有换流站,为了有效防止雷击事故的发生而往往要在交流一侧安装相对地避雷器(A),同时跨接1-2个交流滤波器避雷器(FA)。持续正常运行超高电压中的交流滤波器场,电压波形为8/20μs交流波形,此时并联在电感线圈附近的避雷器承受的工频及谐波电压仅仅是很小部分。但是一旦发生高压侧对地闪络等故障时,积存在电容器上的高电压在倒置作用的情况下会把能量转移到到电感线圈上,此时能量经过避雷器释放,数值瞬间能够达数百千焦,电流值也较大,通常可上升到数十千安,因此对避雷器绝缘特性要求极高[1]。通常避雷器绝缘底座分为整体式、分体式。

  实际运行中,整体式绝缘底座发生问题的案例极少,而分体式底座结构问题较多。因此,交流滤波器场避雷器多为整体式结构,其主要特点为放电时能量极大,放电过程持续时间长且电流幅值高,电压谐波分量比较多,电阻片压比极其严格,保护水平要求与配套电容、电感工作特性相互匹配,避雷器能够承载多频次操作过电压等。在超高压设计标准中,通常交流滤波器场上的避雷器需要与储能元件电容、电感等电气元器件连接,所以要充分考虑特定工况状态时放电时能量极大的特性,考虑其元器件间的特性匹配,交流滤波器能够向避雷器释放瞬间巨大能量,设计时需要采用储能元件与多柱避雷器电阻片相并联,从而满足系统的通流能力。

  与此同时,避雷器耐受能力要好,其低端放电时间基本上接近工频电流波长,需要达到6.4ms及以上,满足持续放电要求;另外由于滤波器场避雷器放电时电磁能转换成大电流而动作,放电电流值受限于避雷器阻抗及故障点外杂散电感,电流幅值往往会达数万安培,所以500kV~1000kV避雷器多需要标称为最大值达到20kA的放电电流。避雷器放电波形8/20μs范围为104A~105A,其值正好与避雷器电阻片电气特性中的伏-安特性翻转区重叠,系统电压上升比较快,所以避雷器电阻片压比应尽量小。由于高压电网频率谐波分量较多,而且滤波器投切频繁,尤其是部分谐波电流分量,对周围环境造成严重电磁干扰,造成电压谐振震荡,从而加重避雷器介质及导体的附加损耗,影响避雷器的稳定性和承载能力,甚至加重避雷器老化。

  2避雷器绝缘底座缺陷问题分析

  通过长期跟踪统计分析500kV及以上输电线路避雷器应用情况,尤其是其绝缘底座缺陷问题多为避雷器采用分体式底座,其主要问题为:运行3-5年的避雷器底座绝缘不合格(小于5MΩ);运行8-10年的避雷器底座小瓷套容易产生破裂导致绝缘下降;避雷器常规试验过程中发现避雷器底座对地放电。避雷器固定底座绝缘不良影响故障在线监测数据中的全电流数值偏低,影响避雷器实际运行状态监视的准确定和及时性。由于避雷器底座小瓷套采用白色绝缘块绝缘,缝合螺栓与绝缘块间存在一定空隙,在潮湿雨季,雨水、潮气通过空隙渗入绝缘块与底座钢板间螺栓螺纹内部,造成螺栓锈蚀和涨裂,引起绝缘块绝缘电阻下降,另外,也容易造成底座小瓷套断裂、破损等缺陷,从而降低避雷器稳定性和运行安全性[2]。

  另外分析表明输电线路长期运行过程中受风压作用引起避雷器振动,其绝缘装置中的瓷杆受扭曲应力作用,外部环境振动引起的冲击力作用以及由于长期线路张力及重力作用,避雷器因重心偏离造成连接底座法兰中心垂线变形,都容易造成瓷套损害、受损。瓷套一旦受损,其绝缘值下降而不合格,甚至会引起爬电比距不足,因此在日常试验和监测过程出现底座放电现象[4]。

  3避雷器绝缘底座的改造与处理

  针对避雷器绝缘底座缺陷问题,可以采用两种方式,一种是把避雷器底座更换为整体式结构;另一种是对分体式底座避雷器底座绝缘结构进行改进。由于避雷器更换底座牵涉到安装尺寸不符合、施工环境不允许,需要大批量更换引线等等问题。所以考虑对避雷器绝缘底座进行合理改造的处理方案。通过试验,将瓷质绝缘底座更换成高强度抗压性能的高分子绝缘材料;对避雷器绝缘底座的圆柱形型不锈钢防护罩进行设计,能够有效的防止雨水浸入;加装C型镂空式导水垫圈,配合金属垫片及螺母使用,能够及时的疏通导水;采用多层激光焊接工艺,保证镂空状均匀分布,受力平衡、经久耐用;底座整体采用防、疏结合的设计理念,即能防止雨水浸入,又能及时疏导雨水排出,提高避雷器整体设备绝缘性;安装时,采用防疏一体式导水安装方式,通用性强,安全性高[4]。

  另外,传统的排水方法是手动拧开避雷器底座四角螺栓槽放水,然后再安装好螺栓,耗时费工,效率低下,无法从根本解决问题。为解决以上问题,研究并改造了避雷器底座为防疏一体式导水设计,不需手动,无需排查,双重保障,从根本上解决了避雷器底座螺栓槽的积水问题。通过对改造后避雷器绝缘底座绝缘电阻测试效果试验分析,处理后绝缘电阻显著升高,处理效果良好。

  4结论

  目前,由于分立式避雷器底座结构应用比较多,且高压变电站需要正常运行,因此需要加强监测,及时进行合理改造,确保设备安全、稳定运行。此次,通过对避雷器绝缘底座缺陷问题进行分析,并合理的进行改造,解决了雨水侵蚀的风险,保证了避雷器的绝缘能力;通过焊接工艺的改进,增强了底座的稳定性;采用防疏一体式导水安装方式,通用性强,安全性高。另外,避雷器长期处于外部,受潮湿、雨水、自身重力等因素影响,应加强全电流监测、在线监测及确保监测数据的准确性,及时加强日常巡检,关注分体式绝缘底座结构变化情况,确保避雷器处于安全运行状态。

  参考文献

  [1]杨玉娟,王明丛.交流滤波器避雷器的技术分析[C].陕西省电网节能与电能质量技术学会,2014年论文集:167-169.

  [2]赵勇军.金属氧化物避雷器底座绝缘缺陷的分析与处理[J].电瓷避雷器,2018,1(2):174-176.

  [3]何满堂,胡诗秒.避雷器底座绝缘缺陷解决方案[J].电瓷避雷器,2012(4):10-14.

  [4]巢亚锋,彭详,聂辉辉,等.±500kV线路避雷器运行情况及其绝缘底座缺陷分析与建议[J].高压电器,2017,53(7):187-191.

  [5]周静宁.浅谈电子防雷避雷与保护[J].电子制作,2015(13):82.

  作者:吴泽宇,韩琳琳