电压互感器GIS的传递过电压实验研,201405.doc

VFTO冲击波的产生、测量、建模、仿真和应用王彦金国网电力科学研究院，武汉，430074 择要 ： 通过对GIS电压互感器的传递过电压特性初步分析，介绍B类冲击波的产生，控制和测量，并进行了大量的试验研究和采用MathCAD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：VFTO； B类冲击波；试验研究，标准不确定度. 数学CAD Testing Investigatin on Transfer Overvoltage ofl of GIS voltage transformer Abstract：Through preliminary analysis of GIS Voltage transformer relay overvoltage characteristics，introduce Class B impuls wave generation，Control and instrumentation technolog， conducted a mass of Testing Investigatin and data processing，expound coefficient of transmission and each transfer characteristic in Voltage class pressure test object as well as list unusual typical cases。Key words ： ,VFTO Class B impuls Testing Investigatin uncertainty 。 MathCAD0 引言气体绝缘开关设备（gas insulated switchgear,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 overvoltage,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 standard on transient overvoltage 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 impuls 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 impuls wave device 图3 B类冲击波测控装置试验现场Fig 3 Class B impuls wave test siteiGIS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 impuls 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 GISpt的传递过电压特性测量结果Fig 5 110KV GIS PT measure resuit110KV 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 transmit wave采用MathCAD计算传递传递系数及其标准不确定度公式如下：xi=i110kV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 GISp transmit coefficient110kV 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 coefficien wave2 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 resuit 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 wave4 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 sampl典型案例绕组的阻抗Z绕组电压Rp Cp PFCs PFLsH一次V二次VAL1统计368432154.72100.9实测35001.188302200.1结果ououououououAL2统计0.64214212.42100.9实测86007.43.01372100.2结果ououououinouAL3统计0.64214212.42100.9实测11000.0040.0040.32100.2结果ououououinouAL4统计5677857851.22100.9实测794788285.02100.2结果ououououinouAL5统计5677857851.22100.9实测472580.0020.52100.2结果ououououinou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；ou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10 试 品异常典型案例递过电压波形Fig 10 wave of Typical case on abnormal sampl5 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.附注：有关VFTO冲击波GIS电压互感器高频建模和仿真请与作者联1529617254参考文献1 GB/T 18134-2000 极快速冲击高电压试验技术 第一部分 ： 气