GIS电压互感器的传递过电压试验研究
王彦金，王巍
(武汉楚为志远信息科技有限公司，武汉，430074)
· 择要 ： 为了研究GIS电压互感器的传递过电压特性，研制了集B类冲击波的产生，控制和测量一体试验仪，并对GIS电压互感器的传递过电压，进行了大量的试验研究和采用MathCAD进行数据处理，阐述传递系数和各电压等级压试品传递特性及列举异常的典型案例。
关键词：特快速瞬态过电压； B类冲击波；试验研究，标准不确定度. 数学CAD
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0 引言
气体绝缘开关设备（gas insulated sit chgear,GIS）中隔离开关例行操作常会引起频率为1-100MHz的特快速瞬态过电压（very fast transient over voltage,VFTO）[1]。电力系统的正常运行中如果这种过电压从高电压系统传递到低电压系统，就有可能对低电压系统的电器设备造成损害，影响电气设备的安全运行[2]。
GIS电压互感器本身就是电容分压和电磁感应原理进行电压测量的线路器件。由于GIS电压互感器接于线路对地之间，所以这种过电压要传递到二次测量回路，使二次测量设备承受来自一次回路传递过电压，在GIS运行中也出现过互感器传递过电压造成危害的问题[3]。
电力系统运行时出现特快速瞬态过电压，在理论分析，现场试验和仿真模拟方面进行大量工作[2]。在实验室进行试验研究是特快速瞬态过电压研究的一个方面。
本文对 GIS电压互感器传递过电压的线性特性，110-500kV等级电压互感器传递过电压及影响电压互感器传递过电压特性因素等问题进行初步探索，分析和试验研究。并列举试品异常典型案例。
1 试验装置及方法
如同雷电波一样，实验室进行特快速瞬态过电压研究，如同雷电波一样必须将特快速瞬态电压波标准化。目前， 电压互感器新标准GB 20840.1-2010已将VFTO定义为冲击波并分为二类：A类冲击波和B类冲击波。A类冲击波，适用于空气绝缘变电站用的电压互感器；B类冲击波，适用于气体绝缘金属外壳全封闭用的电压互感器（GIS）。
在实验室进行电压互感器GIS的传递过电压特性测量，新标准GB 20840.1-2010中VFTO波形的定义，分类和要求见表1
表1GIS电压互感器的传递过电压标准
· Tab 1 GIS standardon transient over voltage of transfe
根据冲击电压发生的原理[4]，制作了B类冲击波发生器，产生的B类冲击波：幅值300-100V, 波前时间10.2ns（T1），波尾时间大于100 ns（T2）. B类冲击波发生器10次重复的标准不确定度小于2%。B类冲击波如图1。
图1 B类冲击波
Fig 1 Class B impulse wave
由图1中的波形可知符合电压互感器新标准GB 20840.1-2010中B类冲击波要求. B类冲击波的测量系统由数字冲击测量系统V3000升级版本即大厅应用程序，B类冲击波测控装置测量系统的干扰噪声小于100mV，其标准不确定度小于5mV。完整B类冲击波测控装置试验现场及原理图见图3和图2。
图2 B类冲击波测控装置原理图
Fig 1 principle chart on Class B impulse wave device
图3 B类冲击波测控装置试验现场
Fig 3 Class B impulse wave test site
GIS电压互感器的传递过电压特性测量及结果
110kV GIS电压互感器的传递过电压特性测量及结果
一次端施加的电压和二次绕组传递过电压的测量利用示波器型B类冲击波的测量系统，在全屏蔽的高压试验大厅内，大厅内无任何设备运行，温度21 °C , 湿度 70% 大气压力 102.1kPa条件下进行。60S进行一次传递过电压试验，自动记录和保存。一次端施加的电压分九个等级，每个等级的B类冲击波传递过电压试验重复十次。
B类冲击波传递过电压测量试验线路如下
图4 B类冲击波传递过电压测量试验线路
Fig 4 Class B impulse wave test circuit
以规定的过电压（Up）施加到一次绕组，所传递到一次绕组过电压（Us）应按下式计算：
Us=UpXU2/U1 Up=1.6( √2/√3 ) Um
（1）式中 Up 施加的电压峰值 V
Um 设备最高电压 kV
U1 一次绕组电压峰值V
U2 二次绕组电压峰值V
110kV GIS电压互感器的传递过电压特性测量及结果：传递过电压为1039V其标准不确定度1.2V见图5
图5 110KV GIS 的传递过电压特性测量结果
Fig 5 110KV GIS PT measure result
110KV GIS电压互感器的传递过电压波形见图6
图6 110KV GISPT的传递过电压波形
Fig 6 11o GIS PT transient wave
采用MathCAD计算传递系数及其标准不确定度公式如下：
|
"x[i=i"
|
110kV等级GIS电压互感器的传递过电压特性传递系数测量及结果：传递系数为156.5其标准不确定度1.2见图8
采用MathCAD计算绘制的传递系数图如下：
图7 110KV GIS电压互感器的传递过电压特性传递系数
Fi Fig 7 110kV GIS transient coefficient
110kV GIS电压互感器的传递系数过电压波形见图8
图8 110kV GIS PT的传递系数过电压波形
Fig 8 110 GIS PT coefficient wave
2 3种电压等级GIS电压互感器的传递过电压特性实验测量及结果
一次端施加的电压和二次绕组传递过电压的测量利用示波器型B类冲击波测控装置，在全屏蔽的高压试验大厅内，大厅内无任何设备运行，温度21 °C , 湿度 70% 大气压力
102.1kPa条件下进行。60S进行一次传递过电压试验，自动记录和保存。一次端施加的电压为219V 十次重复试验，其结果图表10. 110,220,550 GIS电压互感器的传递过电压分别为1039V，1345V,1291，;其标准不确定度分别0.52,1.15,1.49。
图9 3种GIS PT 的传递过电压测量结果
Fig 9 Class 3 GIS PT measure result
3 GIS电压互感器的传递过电压测量
110,220,550 GIS电压互感器的传递过电压特性典型于图10
黑线—550V 红线—220 緑线—110
图10 3种电压等级电压互感器GIS的传递过电压特性波形
Fig 10 Class 3 GIS PT measure wave
4 GIS电压互感器的传递过电压测量的试品异常典型案例
GIS电压互感器的传递过电压特性测量已进行150台，建立GIS电压互感器的传递过电压特性的简易的信息库。现将简易的信息库内GIS电压互感器的传递过
电压测量时试品异常典型案例列表如表2
表2 试品异常典型案例
Tab 2 Typical case on abnormal of simple
|
典型
案例
|
绕组的阻抗Z
|
绕组电压
|
|||||
|
Rp Ω
|
Cp PF
|
Cs PF
|
Ls
μH
|
一次
V
|
二次
V
|
||
|
A
L
1
|
统计
|
368
|
43
|
215
|
4.7
|
210
|
0.9
|
|
实测
|
3500
|
1.1
|
88
|
30
|
220
|
0.1
|
|
|
结果
|
out
|
out
|
out
|
out
|
out
|
out
|
|
|
A
L
2
|
统计
|
0.6
|
421
|
421
|
2.4
|
210
|
0.9
|
|
实测
|
8600
|
7.4
|
3.0
|
137
|
210
|
0.2
|
|
|
结果
|
out
|
out
|
out
|
out
|
in
|
out
|
|
|
A
L
3
|
统计
|
0.6
|
421
|
421
|
2.4
|
210
|
0.9
|
|
实测
|
1100
|
0.004
|
0.004
|
0.3
|
210
|
0.2
|
|
|
结果
|
out
|
out
|
out
|
out
|
in
|
out
|
|
|
A
L
4
|
统计
|
567
|
785
|
785
|
1.2
|
210
|
0.9
|
|
实测
|
79
|
478
|
828
|
5.0
|
210
|
0.2
|
|
|
结果
|
out
|
out
|
out
|
out
|
in
|
out
|
|
|
A
L
5
|
统计
|
567
|
785
|
785
|
1.2
|
210
|
0.9
|
|
实测
|
47
|
258
|
0.002
|
0.5
|
210
|
0.2
|
|
|
结果
|
out
|
out
|
out
|
out
|
in
|
out
|
|
表中 ：AL1,AL2,AL3,AL4,AL5分别表示一次端子对地开路，二次绕组开路，二次绕组短路，二次绕组串联，二次绕组并联。JG表示实测值或波形与统计值或波形比较的：in表示实测值或波形在统计值或波形较围内；out表示实测值或波形在统计值或波形范围外。
表中一次和二次绕组的阻抗Z用3532-50 LCR测试仪测量，测量频频率设定5MHz；
Cs ，Cp， Rp ， Ls分别为串（并）联等效电路模式的静电电容量，实效电阻和抗阻。
GIS电压互感器的传递过电压特性的一次和二次绕的电压波形如下
图中白色线，红色线，緑色线，蓝色线，黄色线的波形，分别代表案例AL1,AL2,AL3AL4,AL5,的电压波形。
图11 试 品异常典型案例递过电压波形
Fig 11 wave of Typical case on abnormal simple
5 结论
1， 制作的B类冲击波测控装置，通过大量试验表明该装置能满足IEC和国家标准的要求.
2， 根据110kV GIS电压互感器的传递过电压特性传递系数测量，表明传递系数具有线性特性.
3， 根据GIS电压互感器的传递过电压测量的试品异常典型案例，GIS的传递过电压测量和一次和二次绕组的阻抗Z测量是对GIS电压互感器试品进行检测的好方法.
4， 建立GIS电压互感器的传递过电压特性的信息库，在实验内开展GIS试品的故障探测和分析工作.
参考文献
[1] GB/T 18134-2000 极快速冲击高电压试验技术 第一部分 ： 气体绝缘变电站中陡波前过电压测量系统
[2]岳功昌，刘卫东，等。特高压气体绝缘组合开关设备中特快速瞬态过电压测量系统的标定[J] 高电压技术 第2008,29（1）23—30.
[3] 谷定燮，修木洪，戴敏等。1000VGIS变电所V统的标定[J] 高电压技术 第2008,29（1）23—30.
[4]郭天兴，徐 杰，等。电容式电压互感器的传递过电压的试验研究[J] 电力电容器与无补偿，2008,29（1）23—30.
[5] 梁曦东，陈昌渔，周远翔编著 高电压工程 2003年9月 清华大学出版社
作者简介：
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王彦金，高级工程师，从事互感器传递过电压研究及试验仪研制。E-mail： 1529617254@qq.com
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