2017-Y-038 线路参数辅助测试仪的研制

1 线路参数辅助测试仪线路参数辅助测试仪的研制的研制 山东送变电工程公司山东送变电工程公司变电施工分变电施工分公司公司 翔飞翔飞 QC 小组小组 名词解释 输电线路工频参数 输电线路工频参数 指的是线路的正序电容 零序电容 正序阻抗 零序阻抗 线路间的互 感电抗和耦合电容参数 是表征电力线路电磁特性的一组电路等值参数 以下简称线路参数试验 根据 GB50150 2016 标准规定 新建及改建的 110 66 kV 及以上高压输电线路在投入运行 前 除了检查线路绝缘情况 核对相位外 还应测量各种工频参数数值 作为计算系统短路电流 继电保护整定 推算潮流分布和选择合理运行方式等工作的实际依据 并可借以验证长线路的换 相效果和无功补偿是否达到了设计的预期 一 小组概况 小组概况见表 1 表1 小组概况小组概况表表 小组名称 山东送变电工程公司变电施工分公司 翔飞 QC 小组 课题名称 线路参数辅助测试仪的研制 课题类型 创新型 推进指导 郝岩 成立日期 2016 年 02 月 活动时间 2016 年 02 月 2016 年 10 月 成员出勤率 100 TQM 培训时间 人均 72 小时 注册号 SBD2016 02 成员人数 12 小组成员 姓名 性别 年龄 文化程度 小组职务 职务职称 组内分工 刘壮 男 32 本科 组长 技师 统筹策划 方案设计 杨前 男 27 研究生 组员 工程师 方案设计 成果发布 骆鹏 男 40 本科 组员 技师 技术指导 吕峰 男 29 本科 组员 技师 数据整理 现场试验 夏俊飞 男 28 本科 组员 技师 数据整理 现场试验 王莉萍 女 28 本科 组员 技师 数据整理 现场试验 王婧雯 女 24 本科 组员 助理工程师 数据整理 成果发布 张妍 女 30 本科 组员 工程师 设备加工 数据整理 贺鹏 女 36 本科 组员 工程师 设备加工 数据整理 2 周卫东 男 38 本科 组员 工程师 设备加工 数据整理 郝岩 男 42 本科 组员 工程师 推进指导 材料采购 庞雨 女 42 本科 组员 工程师 材料采购 数据整理 制表 刘壮 日期 2016 02 15 二 选择课题 1 课题背景课题背景 1 试验试验时间长 试验时间长 试验被许可的工作时间短 被许可的工作时间短 线路参数试验要求在线路全部完工后 且验收 消缺完毕 在送电前进行 因此 试验时间很短很紧张 而在整个试验中 对线路的摇绝缘和核 相 以及进行试验过程中的换线工作是最为重要 也是耗费时间最长的 如表 2 所示 试验平均 总时间达到 132 分钟 其中核相 摇绝缘和换线工作就占到了总时间的 71 剩余测试工作仅占 到总时间的 29 表2 线路参数试验过程时间表线路参数试验过程时间表 线路名称 试验项目 500kV 莱州 线 分钟 220kV 威昆 线 分钟 220kV 枣奚 I 线 分钟 220kV 郯堰 线 分钟 110kV 库水 线 分钟 电磁感应电测量 10 8 11 10 12 静电感应电测量 10 8 11 9 10 绝缘电阻及核相测量 46 40 45 47 46 正序 零序电容测量换线 25 28 24 26 20 正序 零序电容测量 10 10 11 6 5 正序 零序电阻测量换线 25 25 26 26 20 正序 零序电阻测量 10 10 11 10 11 合计 分钟 136 129 137 134 124 平均值 分钟 132 核相 摇绝缘 换线占总时间 百分比 71 72 69 74 69 核相 摇绝缘 换线平均占用 时间值 占总时间百分比 93 分钟 71 制表 骆鹏 日期 2016 02 15 3 2 线路摇绝缘 核相工作存在较大危险性 且遇到高感应电压的线路经常烧坏绝缘摇表线路摇绝缘 核相工作存在较大危险性 且遇到高感应电压的线路经常烧坏绝缘摇表 在以往的高感应电压线路的试验中 往往通过带绝缘手套 将线路单侧接地 然后看感应电压的 降低来简单判断相序 而绝缘水平则只能定性的判断 因为感应电压很高 绝缘摇表一旦接触高 压便会击穿 对试验人员安全造成威胁 小组成员对 2015 年试验班进行的兰陵 500kV 变电站线路参数试验中的感应电压进行统计发 现 10 条线路中有 1 条感应电压达 5000V 有 2 条感应电压达到 7000V 同时对试验中绝缘和核 相工作的试验方法 以及是否存在烧毁绝缘摇表的现象进行了调查统计 表3 感应电压统计感应电压统计表表 序号 测试时间 线路名称 感应电压值 V 试验方法 是否烧坏摇表 1 2015 3 3 220kV 兰宝线 1212 常规 否 2 2015 3 3 220kV 兰苍线 2343 常规 否 3 2015 5 24 220kV 兰金线 7876 接地判断 是是 4 2015 5 30 220kV 兰莲线 593 常规 否 5 2015 7 8 500kV 蒙兰 I 线 343 常规 否 6 2015 7 8 500kV 蒙兰 II 线 3235 常规 否 7 2015 8 21 220kV 兰张 I 线 7280 接地判断 是是 8 2015 8 21 220kV 兰张 II 线 5630 接地判断 否 9 2015 10 15 220kV 兰堰线 45 常规 否 10 2015 11 17 220kV 兰郯线 4435 常规 否 制表 夏俊飞 日期 2016 02 15 3 试验换线需要多次分合地刀操作 耗时较多 试验过程中一旦发生危险因素无法试验换线需要多次分合地刀操作 耗时较多 试验过程中一旦发生危险因素无法迅速迅速就就 地合地刀将线路接地 地合地刀将线路接地 线路感应电压较高的线路对施工人员人身安全构成较大威胁 为确保人员 和设备安全 试验换线需要将线路侧地刀合位 然后才能换线 换线后再将地刀分开进行测试 分合地刀的过程耗时很多 而且试验中存在线路感应电压突然增高的情况 由于临近线路存在类 似高铁线路负荷变化较大的情况 如果感应电压在试验过程中突然增高很大 超出设备的耐压范 围 将会对设备和试验人员的安全造成较大威胁 小组成员对线路参数试验的操作次数进行统计发现 每次试验接地操作次数达 26 次 更换接 线次数达 13 次 试验测试次数达 15 次 如表 2 2 所示 操作复杂 工作强度大 4 表4 试验中分合地刀试验中分合地刀次数次数统计表统计表 序号 操作项目 试验项目 接地操作 次 更换试验接线 次 进 行 测 试 次 1 电磁感应电压 电流测量 6 3 4 2 静电感应电压 电流测量 6 3 4 3 绝缘电阻测量及核对相序 6 3 3 4 正序电容测量 2 1 1 5 零序电容测量 2 1 1 6 正序阻抗测量 2 1 1 7 零序阻抗测量 2 1 1 合计 26 13 15 制表 杨前 日期 2016 02 15 2 问题的提出问题的提出 小组围绕 缩短线路参数试验的时间 提高线路参数试验的安全性 这个话题 召开了头脑 风暴会议 小组成员提出两个课题方向 用亲和图法整理如图所示 缩短线路参数试验的时间 提高线路参数试验的安全性 改进传统工作方式 改进工作流程 减少地 刀分合次数 增加试验人员培训 增 强试验人员的业务水平 改进和对侧站试验人员 的沟通方式 设置一套 简短准确的沟通语言 研制线路参数辅助测试仪 感应电压抑制模块抑制 感应电压 感应电压开断模块分合 感应电压回路 便携式接地开关实现可 靠接地 使用耐压水平更高的绝 缘摇表 设置测试端口方便进行 摇绝缘核相工作 图1 亲和图 制图 王莉萍 日期 2016 02 15 5 小组成员对两个课题方向进行分析对比 如表 5 所示 表5 课题分析对比表课题分析对比表 课题名称课题名称 课题描述课题描述 课题特点课题特点 结论结论 课题课题 1 改进传统改进传统 工作方式工作方式 通过将传统的操作流程 进行优化 使地刀的分合 次数达到最少 同时对试 验人员进行针对性培训 使其对试验过程更加熟 练 沟通简短明确 针对 高感应电压的线路 通过 购买耐压更高的绝缘摇 表进行试验 优点 优点 1 实现简单 容易实现 2 不需额外的研发投入 缺点 缺点 1 在缩短试验时间的效果上不显 著 没有明显的改善 2 耐压更高的绝缘摇表多为进口 产品 售价高 不经济 3 不能从根本上降低高感应电压 线路核相和摇绝缘工作的危险 性 不选择 课题课题 2 线路参数线路参数 辅助测试仪的研制辅助测试仪的研制 线路参数辅助测试仪的 研制 可以实现线路感应 电压的降低 通过感应电 压抑制模块和感应电压 分断模块 可以在摇绝缘 核相时 实现感应电压抑 制模块和线路的可靠连 接 在换线时实现线路可 靠接地 在试验时实现感 应电压抑制模块的安全 分离 优点 优点 1 工作效率高 2 安全性能好 3 操作快捷方便 减轻试验人员 体力消耗 4 集成化配置 体积小 重量轻 携带方便 可靠性高 5 通用性好 可与多种试验仪器 配合使用 缺点 缺点 1 需投入人力进行研制 选择选择 制表 吕峰 日期 2016 02 27 3 课题课题查新查新 确定课题方向后 小组开展了查新工作 小组成员在中国专利信息网和中国知网上进行检索 确定关键词为 线路参数辅助测试仪 结果未发现相关内容 6 图2 查新结果 4 确定课题确定课题 通过上述对线路参数辅助测试仪的分析 小组成员经过反复讨论 认为应对线路参数辅助测 试仪进行研制 因此 小组决定本次课题为 线路参数辅助测试仪的研制线路参数辅助测试仪的研制 7 三 设定目标 1 设定目标设定目标 量化目标 线路参数测试 将试验时间由 132 分钟降低到 100 分钟以内 针对高感应电压 感 应电压 5000V 以上 的线路做到摇绝缘和核相的完成率达到 98 2 目标可行性分析目标可行性分析 1 目标目标设定依据设定依据的的数据量大 数据量大 客观性客观性强强 随着社会用电需求的增加 输电线路工程数量快速增长 小组成员对 2007 2015 年所在分公 司的该试验数量进行统计 如图 3 所示 可以发现试验数量呈逐年递增趋势 制图 王婧雯 日期 2016 02 27 图3 历年线路参数试验数量统计 山东送变电工程公司承接了山东省内 90 的 220kV 新建线路的线路参数试验工作 从历年的 试验总结中积累了大量的试验数据 通过对数据的统计分析可以发现一个区域内线路参数试验工 作的难点 并进行综合分析 提出解决方法 提出的问题针对性强 解决方案实用性强 能够客提出的问题针对性强 解决方案实用性强 能够客 观反映出该试验普遍存在的问题 观反映出该试验普遍存在的问题 2 试验时间可提升空间大试验时间可提升空间大 如表 2 所示 核相 摇绝缘及试验中的换线工作占据了 93 分钟 占总时间的 71 而通过 研制线路参数辅助设备 可直接就地对线路进行接地操作 从而可将这部分时间进行压缩 大大 提高试验效率 而由表 4 可知 试验中接地次数达到 26 次 更换试验线的次数达到 13 次 这些 操作是必须进行的 不能压缩 而通过减小每次接地操作的时间 减小每次更换试验线的时间可 达到减少试验时间的目的 3 感应电压超过感应电压超过 10kV 的线路很少遇见的线路很少遇见 由表 3 可知 试验中高感应电压 感应电压 5kV 的线路占总线路比例为 14 29 而感应 0 5 10 15 20 25 30 200720082009201020112012201320142015 8 电压超过 10kV 的线路很少遇到 根据往年经验 只有在同塔双回线路单条带电 单条待测且线 路长度较长的情况下才有可能出线感应电压超过 10kV 的情况 这种特殊情况的比例不超过 2 因此通过设置感应电压抑制模块抑制 10kV 以内的感应电压 可以将高感应电压线路的核相和摇 绝缘完成率提高到 98 4 设备支撑设备支撑 试验班组拥有 2 套不同设备厂家的线路参数试验设备 设备厂家在国内拥有丰富线路参数测 试经验 其中一台设备由济南天成电力设备有限公司生产 另一台设备由武汉大洋设备有限公司 生产 试验数据由两台设备进行测试并对比 试验数据准确度高 5 人员配备人员配备 进行线路参数测试必须由三名具有丰富经验的试验班成员进行合作完成 在试验过程中发现 的问题通过与班组人员讨论 并与设备厂家共同分析 最终总结出线路参数测试过程中普遍存在 的问题 四 提出方案并确定最佳方案 1 提出方案提出方案 小组成员围绕 线路参数辅助测试仪 研制的目的和要求 提出两种设计方案如下图所示 并进行了归纳整理 线路参数辅助测试仪的研制 波形抵消式线路参 数辅助测试仪 开断分压式线路参 数辅助测试仪 1 方案一 方案一 研制波形抵消式线路参数辅助测试仪研制波形抵消式线路参数辅助测试仪 方案阐述方案阐述 使用波形检测设备检测感应电压波形 通过波形发生器抵消波形 从而根据电压叠加原理实 现感应电压的主动抵消 首先需要研制波形检测设备 将所检测到的波形进行分析取样 然后还需研制高耐压的波形 发生器 发出经过计算得到的电压波形 在试验时将两者波形进行叠加 使感应电压降低 然后 进行试验 9 方案方案原理原理分析分析 方案实现原理图如下图所示 A ZxZ0 Zc电压检 测装置 反馈 U2 U1 图4 波形抵消式线路参数辅助测试仪示意图 由图 4 可知 U1 为待测线路的感应电压向量 Z0 为待测线路的等效阻抗 U2 为波形发生 器输出的电压向量 Zx 为波形发生器的输出阻抗 Zc 为线路的等效对地容抗 A 为待测点 波 形抵消式线路参数辅助测试仪通过电压检测装置检测待测点 A 的电压 通过反馈装置将 A 点电压 波形实时反馈给波形发生器 假定线路感应电压U1 U1 则波形发生器通过检测U1 将其 发出的电压通过计算可得 当 Zx U1 U2 Z0 Zc g 时 可实现检测点 A 处电压为零 方案方案优缺点分析优缺点分析 优点 可实现测试点处的感应电压降为 0 缺点 1 实现原理复杂 需要用到电压检测装置 反馈装置 波形发生装置 不易实现 2 波形检测设备和波形发生器设备造价高 不经济 3 波形发生器体积大 且发出高电压等级的波形 5kV 以上 对波形发生器绝缘要求 高 4 在绝缘和核相测试中易对波形发生器产生损害 结论 不选择结论 不选择 2 方案二 方案二 研制开断分压式线路参数辅助测试仪研制开断分压式线路参数辅助测试仪 方案阐述方案阐述 利用感应电压抑制模块将线路进行接地 通过感应电压抑制模块的分压被动的降低测试点的 感应电压 首先需要研制感应电压抑制模块 要能够耐受住高感应电压 同时能够有效的将测试点的感 应电压降低 利用阻抗元件将待测线路接地 当选取合适的阻抗元件串并联后可通过分压原理降 10 低待测点的感应电压 通过阻抗元件将线路接地后 再通过接地开关将线路接地 实现线路的可 靠接地 从而在试验换线中可以不分合地刀也可安全接线 在感应电压抑制模块的上口安装开断 模块 用于可靠分断感应电压抑制模块同线路的连接 以便进行后续试验 方案原理分析方案原理分析 方案二示意图如图 5 所示 其中线路 A B C 为待测线路 带有高感应电压 QS 为待选型 感应电压分断模块 感应电压抑制模块有待选型 K 为放电开关 有待选型 Ua Ia Ub Ib Uc Ic 为接线端子 线路侧电压通过试验线引入接线端子 通过 QS 的分合实现感应电压抑制模 块的投切 通过感应电压抑制模块将线路接地 可实现感应电压的抑制 线路A 线路B 线路C Ua IaUb Ib Uc Ic 高压试验线 Ca Cb Cc K 接地线接地线 QS 感应电压抑制模块 图5 线路参数辅助测试仪示意图 方案优缺点分析方案优缺点分析 优点 1 工作效率高 易于实现 2 安全性能好 设备不易损坏 3 操作快捷方便 减轻试验人员体力消耗 4 集成化配置 携带方便 可靠性高 经济性好 5 通用性好 可与多种试验仪器配合使用 缺点 1 待测点处感应电压无法降低到 0 11 2 需要投入研发人员进行研发 需要计算线路的参数确定装置的参数 结论 选择结论 选择 2 方案分解方案分解 小组讨论认为 线路参数辅助测试仪实现的流程及其关键点如下 开始 感应电压抑制模 块选型 感应电压分断模 块选型 放电开关选型 接线口设计 接地线选型 外壳及绝缘设计 结束 关键点 容量合适 耐高压 质量轻 经济 关键点 合适的开断电压 质量轻 安全可靠 关键点 合适的开断电流 体积小 关键点 方便拔插试验线 安全可靠 关键点 安全 具有较大的电流裕度 关键点 牢固结实 防水防潮 图6 线路参数辅助测试仪实现流程及关键点 制图 贺鹏 日期 2016 03 12 针对以上关键点 小组成员将方案初步分解为感应电压抑制模块选型 感应电压分断模块选 型 放电开关选型 接线端子设计 接地线选型 外壳及绝缘设计六个部分 方案 I 级分解如图 7 所示 12 感应电压抑制模块选型 感应电压分断模块选型 放电开关选型 接线端子设计 接地线选型 外壳及绝缘设计 线 路 参 数 辅 助 测 试 仪 图7 方案 I 级分解图 制图 张妍 日期 2016 03 12 根据各部分的方案选择 小组成员集思广益 运用 头脑风暴法 对方案进行了方案 II 级分解 13 感应电压抑制模块 选型 感应电压分断模块 选型 放电开关选型 接线端子设计 接地线选型 外壳及绝缘设计 线 路 参 数 辅 助 测 试 仪 电阻型抑制模块 快速刀闸 闸刀开关 空气开关 旋插两用接线端子 普通接线端子 4mm2黄绿接地线 25mm2专用接地软线 纸板绝缘纸 环氧树脂板 380V空开 电容型抑制模块 3 6kV交流接触器 10kV真空断路器 图8 方案 II 级分解图 制图 周卫东 日期 2016 03 29 在方案 II 级分解图的基础上 下面将方案的每一个细化的方法都进行充分的对比分析 进而 得出最佳方案 1 感应电压抑制模块选型 感应电压抑制模块选型 电阻型抑制模块电容型抑制模块 表6 感应电压抑制模块对比表 14 方案目标 1 能够抑制感应电压 2 能够在接入感应电压抑制模块后进行线路绝缘和核相工作 设想方案设想方案 功能性功能性 结论结论 方案一 电阻型感应电压 抑制模块 能够抑制感应电压 但是由于在进行绝缘和核相过程 中 电阻型抑制模块对于摇表的直流电也是导通状态 因此无法实现带入抑制模块的核相和摇绝缘工作 无 法实现功能 不选择 方案二 电容型感应电压 抑制模块 能够抑制感应电压 且由于电容具有通交阻直的特性 因此感应电为交流电可以通过电容模块接地 达到抑 制感应电的目的 而绝缘摇表的直流电不能够通过电 容模块 因此不会影响对线路的核相和摇绝缘工作 选择选择 制表 杨前 日期 2016 04 10 对电容型感应电压抑制模块选型进一步分解 如下图所示 电容型感应电压抑制模块选型 电容量选择电容耐压选择电容类型选择 电容量选择方案 电容耐压选择 电容类型选择分别如表 7 表 8 表 9 所示 表7 电容量选择方案分析表 方案目标 1 电容量满足电容对于感应电压的抑制要求 2 要求通过电容抑制后 测量端感应电压降低到 1000V 以下 试验评估描述 通过电容将线路上的交流电压导通接地 从而降低线路电压 电容量要能够抑制线路感应 电压 并对不同的线路具有较强的通用性 15 线路上的感应电压是由于临近带电线路对其存在耦合电容 通过电容作用产生的 因此临 近带电线路电压的高低 耦合电容的大小直接影响着线路感应电压的高低 线路感应电压产生 的原理图如下图所示 图9 感应电压产生原理图 如上图所示 其中 L1 为带电线路 L2 为待测试线路 C1 为带电线路与待测试线路之间 的耦合电容 C2 为待测试线路的对地电容 C3 为感应电压抑制装置电容 U1 为带电线路 L1 对地电压 U2 为待测试线路 L2 的对地电压 由于线路参数试验在测试线路绝缘和核相过程中 将三相线路中的两相接地 故待测试线 路只有对地电容 根据以往线路参数数据统计 统计结果表 8 所示 我们取 C2 为线路每千米 对地电容平均值 0 00241 F km 表8 线路对地电容 C2 统计表 线路名称 单相对地电容 值 F 线路长度 km 每千米对地电 容值 F km 每千米对地电容平 均值 F km 220kV 兰宝线 0 004489 19 262 0 00233 0 00241 220kV 兰郯线 0 096867 36 802 0 00263 220kV 兰张 I 线 0 0634 24 596 0 00257 220kV 兰张 II 线 0 0575 22 672 0 00254 220kV 贡楼线 0 07793 34 475 0 00226 220kV 琅楼 I 线 0 07286 31 115 0 00234 220kV 琅楼 II 线 0 06913 31 115 0 00222 220kV 琅楼 I 贡楼线 0 1602 65 59 0 00244 取线路 L1 为 220kV 输电线路 则其对地电压为 127kV 线路长度取 70km 即 U1 127kV 当 U2 为 10kV 时 通过以下计算公式 16 C1 U2 U1 C1 C2 可得 C1 为 0 000206 F km 求得 C1 和 C2 后 将 C1 C2 带入公式 当要求加入的感应电压抑制电容 C3 能够将感应 电压 U2 抑制到 1kV 以下时 通过计算得 U1 C1 C3 C1 C2 U2 由此计算得到 当要求 U2 1kV 时 只要 C3 1 64822 F 即可 考虑不同线路的参数差异 以及不同的电磁环境下线路感应电压的差异 取 C3 2 F 制表 杨前 日期 2016 04 10 表9 电容耐压选择对比表 方案目标 1 电容耐压值要满足感应电压的要求 2 耐压值要留有裕度 试验评估描述 感应电压较高的线路 首先要求电容要能够耐受感应电压而不发生击穿 待测试线路上的感应电压有高有低 高感应电压对设备危害性较大 如果直接对高感应电 压线路进行摇绝缘和核相 则会烧坏摇表 通过表 10 可知 线路的感应电压低到 45V 高到 7280V 其电压分布的随机性较大 因此对每条待测试线路首先要测试其感应电压的高低 然 后才能够进行下一步测试 而对于线路参数辅助测试仪 要求其耐压能够满足 98 的线路参数 试验 表10 感应电压统计表感应电压统计表 序号 测试时间 线路名称 感应电压值 V 试验方法 是否烧坏摇表 1 2015 3 3 220kV 兰宝线 1212 常规 否 2 2015 3 3 220kV 兰苍线 2343 常规 否 3 2015 5 24 220kV 兰金线 7876 接地判断 是是 4 2015 5 30 220kV 兰莲线 593 常规 否 5 2015 7 8 500kV 蒙兰 I 线 343 常规 否 6 2015 7 8 500kV 蒙兰 II 线 3235 常规 否 7 2015 8 21 220kV 兰张 I 线 7280 接地判断 是是 17 8 2015 8 21 220kV 兰张 II 线 5630 接地判断 否 9 2015 10 15 220kV 兰堰线 45 常规 否 10 2015 11 17 220kV 兰郯线 4435 常规 否 通过近 3 年公司进行的线路参数统计 共有 70 条线路 其感应电压值如表 11 所示 表11 近近 3 年线路参数感应电压统计表年线路参数感应电压统计表 感应电压 10kV 9kV 7kV 5kV 5kV 数量 0 2 3 5 60 百分比 0 2 86 4 29 7 14 85 71 由统计可知 感应电压达到 10kV 的线路为零 达到 9kV 的占到 2 86 达到 5kV 的总共 占到 14 29 因此感应电压抑制模块主要对 5kV 到 10kV 范围内的线路进行感应电压抑制 将单组感应电压抑制模块的耐压设定为 10kV 可满足线路参数测试中高感应电压线路的要求 通过将感应电压抑制模块模块化设计 单组实现耐压 10kV 容量 2 F 可实现感应电压 10kV 以下的线路参数的试验 如果遇到更高电压等级线路 可以通过多组感应电压抑制模块 的串并联实现 制表 刘壮 日期 2016 04 10 表12 电容器选型分析对比表 方案目标 1 要求电容器容量较大 2 要求耐压较高 设想方案设想方案 耐受电耐受电 压压 是否有是否有 极性极性 电容量电容量 需要串需要串 联数联数 需要并需要并 联数量联数量 总数量总数量 结论结论 方案一 陶瓷电容 2000V 否 0 1 F 3 120 360 个 不选择 方案二 CBB 电容 450V 否 50 F 24 1 24 个 选择选择 18 方案三 电解电容 400V 是 100 F 25 1 25 个 不选择 制表 郝岩 日期 2016 04 25 电容器选用 CBB 电容 CBB 电容具有无极性 绝缘阻抗很高 频率特性优异 而且介质损 失很小的优势 通过 24 个 CBB 电容并联 可实现耐压 10kV 容量 2 F 如果采用体积较小的陶瓷电容 虽然其体积较小 但是需要数量较多 而通过数量较多的电 容器的串并联 其分布参数将大大影响电容量 造成其阻抗增大 从而达不到好的分压效果 如果采用耐压和容量较高的电解电容 虽然其耐压和容量可以满足要求 但是由于这种电容 存在极性 负极性不能施加电压 如果对负极性施加电压将造成电容爆炸 由于感应电为交流电 且在电容的串并联结构中 必定存在电容负极性侧有高压的情况 因此不满足在高压下使用的要 求 因此不选择 综上所述 电容选择 CBB 电容 2 感应电压分断模块选型 感应电压分断模块选型 快速刀闸380V空开10kV真空断路器3 6kV交流接触器 感应电压分断模块可选用快速刀闸 380V 空气开关 3 6kV 交流接触器 10kV 真空断路器 四种方式 方案对比如下 表13 感应电压分断模块方案分析对比表 方案目标 3 能分断感应电流 4 能耐受住感应电压 设想方案设想方案 耐受电压耐受电压 额定电流额定电流 重量重量 体积体积 mm 经济性经济性 结论结论 方案一 快递刀闸 10kV 160A 40kg 780 920 530 1200 元 不选择 19 方案二 380V 空气开 关 1kV 32A 1kg 54 50 81 30 元 不选择 方案三 3 6kV 交流接 触器 18kV 50A 20kg 300 158 355 1600 元 选择选择 方案四 10kV 真空断 路器 42kV 250A 50kg 700 400 500 3000 元 不选择 制表 庞雨 日期 2016 04 25 根据线路感应电压的高低统计 感应电压在 10kV 以内的线路占到所有线路的 98 因此选 择方案三中的耐压能够达到 18kV 的 JCZ3 3 6 交流接触器完全可以满足安全需要 方案一中快速 刀闸能够切断感应电压回路 但是由于其体积和质量都较大 给现场运输造成负担 而且由于其 实手动操作 对试验人员的体力消耗较大 因此不选择 而方案二中的空气开关虽然体积小 重 20 量轻 经济性好 但是由于其耐受电压 1000V 远远低于线路能够达到的最大感应电压 因此其安 全性不足 不选择 方案四中的 10kV 真空断路器 其耐压可以达到 42kV 额定电流 250A 可 以满足分断线路参数的感应电流 但是由于其机构较大 重量和造价都较高 造成现场使用时携 带和操作都不方便 因此不选择 综上所述 选择 3 6kV 交流接触器 3 放电开关选型 放电开关选型 空气开关闸刀开关 放电开关的选型对比如下 表14 放电开关选型对比表 方案目标 1 功能满足要求 2 安全性好 设想方案设想方案 功能性功能性 安全性安全性 经济性经济性 结论结论 方案一 空气开关 额定电流 32A 操控 方 便 快 捷 耐 压 1000V 没有明显的 连接点和断 开点 会给试 验人员造成 心理压力 40 元 只 不选择 方案二 闸刀开关 额定电流 100A 断口 耐压 3kV 能够满足 系统要求 具有明显的 连接点和断 开点 便于试 验人员进行 接线检查 30 元 只 选择选择 制表 刘壮 日期 2016 04 25 21 试验中 通过合上放电开关 可以实现对感应电压抑制模块的放电 同时作为线路的接地点 试验人员在确保放电开关和感应电压分断模块都处于合位的晴况下可以进行试验接线 因此对于 放电开关需要明显的连接点 而在实际应用中 通过将闸刀开关的操作手柄绝缘操作杆加长到 20cm 可以确保在操作闸刀开关的时候安全可靠 综上所述 放电开关选择闸刀开关方案 4 接线端子设计 接线端子设计 旋插两用接线端子普通接线端子 接线端子备选方案的对比如下 表15 接线端子分析对比表 方案目标 1 连接可靠 2 拔插方便 设想方案设想方案 功能性功能性 安全性安全性 寿命寿命 经济性经济性 结论结论 方案一 旋插两用接线 端子 可以方便实现试 验线的插拔 同时 可以采用旋紧的 方式压接试验线 采用旋紧压接高 压试验线 采用拔 插连接测试设备 线 确保高压试验 线连接可靠 1000 次 插拔 10 元 套 选择选择 方案一 普通接线端子 需要使用螺丝刀 进行拧紧 容易虚接 容易掉 线 500次插 拔 5 元 套 不选择 制表 吕峰 日期 2016 04 25 综上所述 接线端子采用旋插两用试验端子的方案 22 5 接地线选型 接地线 4mm2黄绿线25mm2专用接地软线 接地线备选方案的对比如下 表16 接地线备选方案对比表 方案目标 1 安全性好 2 能够实现最大接地电流下的可靠接地 设想方案设想方案 功能性功能性 安全性安全性 经济性经济性 结论结论 方案一 4mm2黄绿接地线 能够实现接地 但 允许接地电流较 小 最大不能超过 20A 较差 易折断 4 元 米 不选择 方案二 25mm2专用接地软线 能够实现可靠接 地 且额定电流可 达 100A 安全性 高 较好 能够很 好弯折 不易 断 12 5 元 米 选择选择 制表 周卫东 日期 2016 04 25 综上所述 接地线选择 25mm2专用接地软线方案 6 外壳及绝缘设计 外壳及绝缘 纸板绝缘纸环氧树脂板 外壳及绝缘材料对比如下 23 表17 外壳及绝缘材料分析对比表 方案目标 1 绝缘性好 2 防水防潮 设想方案设想方案 功能性功能性 防水防潮性防水防潮性 实用性实用性 结论结论 方案一 纸板绝缘纸 质量轻 具有良好 的绝缘性 易受潮 且受 潮后绝缘降低 很大 10 元 dm2 不选择 方案二 环氧树脂板 绝缘性能良好 不易受潮 且 具有防水功能 20 元 dm2 选择选择 制表 贺鹏 日期 2015 05 10 综上所述 选择环氧树脂板的方案 3 确定确定最佳最佳方案方案 通过上述对比选择 小组确定了线路参数辅助测试仪最佳方案如下 24 感应电压抑制模块 选型 高压分断模块选型 放电开关选型 接线端子设计 接地线选型 外壳及绝缘设计 线 路 参 数 辅 助 测 450V 50 F CBB电 容 3 6kV交流接触器 闸刀开关 旋插两用接线端子 25mm2专用接地软铜 线 环氧树脂板 图10最佳方案系统图 制图 王婧雯 日期 2016 05 10 五 制定对策 根据方案 制定了对策表 见下表 表18 对策表对策表 序序 号号 对策对策 目标目标 措施措施 时间时间 地点地点 负责人负责人 1 采用CBB电容 作为感应电压 抑制模块 10kV感应电压 可降低到 1kV 以下 用5000V 绝缘摇表可测 量其绝缘电阻 同实际相差 5 以内 购买 24 只 450V 50 F 的 CBB 电容 使用导线 连接 密封胶固定 并 将其封装在设备箱中 2016 05 20 2016 07 10 项 目 部 刘壮 杨前 2 采用 3 6kV 交 流接触器分合 感应电回路 3 6kV 交流接 触器分合10kV 感应电压回路 购买 3 6kV 的交流接触 器 对其进行分合试验 耐压测试 然后将其同 2016 05 20 2016 07 10 项 目 部 吕峰 夏俊飞 25 可 靠 度 达 到 100 分 合 20A 感应电流 可靠度 100 试验面板中的测试端子 箱连接 3 采用 100A 闸 刀开关对 CBB 电容放电 同 时作为可靠接 地 要求连接可靠 度 100 购买 100A 的闸刀开关 使用直流电阻测试仪对 闸刀开关进行合位电阻 测试 要求小于 0 03 2016 05 20 2016 07 10 项 目 部 王莉萍 王婧雯 4 采用带旋插两 用功能的试验 线端子 将试验线连接 到试验端子 要求试验线连 接 可 靠 性 100 购买旋插两用测试端 子 将其固定在试验面 板上 将高压试验线拧 紧到试验端子上 同时 将测试试验线插入试验 端子 测试导通性 2016 05 20 2016 07 10 项 目 部 张妍 贺鹏 5 采用 25mm2的 专用接地软导 线实现设备的 可靠接地 对 25mm2的带 透明护套的接 地软线在温度 5 时通流20A 的 可 靠 度 100 弯折半 径达到 5cm 购买 25mm2的专用接地 软线 将其做成接地线 温度 5 天气下对接地 线进行通流试验 同时 对其进行柔软度测试 2016 05 20 2016 07 10 公 司 机 械 化 加 工 车 间 周卫东 庞雨 6 采用环氧树脂 材料制作外壳 和面板 在湿度 70 以 下 绝缘面板 耐压能够达到 12kV 订做设备面板和设备外 壳 对绝缘面板进行不 同湿度条件下的耐压试 验 2016 05 20 2016 07 10 公 司 机 械 化 加 工 车 间 郝岩 骆鹏 26 7 整体安装测试 满足整体安装 测试要求 设 备能够平稳运 行 设备单体测试完毕后在 高青 500kV 变电站进行 组装测试 组装测试要 能够达到预定目标 选 取 待 测 线 路 进 行 测 试验证 项 目 部 杨前 刘壮 制表 刘壮 日期 2016 07 25 六 六 对策实施对策实施 实施一 实施一 采用采用 CBB 电容作为感应电压抑制模块 测试抑制效果电容作为感应电压抑制模块 测试抑制效果 1 CBB 电容电容模块的组成模块的组成 根据选型要求 选择单只电容为 450V 50 F 的电容器 将 24 只电容通过导线压接进行串联 每排 4 只 共 6 排 电容连接示意图如图 11 所示 电容连接的头端 IN 作为感应电压输入端 尾 端 GND 作为接地端 IN GND 图11 CBB 电容连接示意图 电容之间采用绝缘胶进行固定 其外形和内部结构图如图 12 所示 27 图12 感应电压抑制模块外形和内部实物图 2 CBB 电容模块抑制感应电压电容模块抑制感应电压试验试验模拟模拟 使用交流调压器模拟线路感应电压 试验原理图如图 13 所示 Uin R1 T Uout CBB电 容模块 高压测 量系统 K A 图13 CBB 电容感应电压抑制模块实施验证图 图 13 中 T 为交流调压器 可输出 1kV 10kV 可调交流电压 Uin 为输入电压 取线电压 380V Uout 为输出电压 调节 T 可使 Uout 从 1kV 10kV 连续变化 R1 为模拟待测线路对地绝缘电阻 根据经验取 50M A 点模拟实际的线路测试点 从 A 点可连接 CBB 电容模块 同时可以连接 高压测量系统 K 为 CBB 电容模块的接入开关 通过 K 分合 可实现 CBB 电容模块的切除和 投入 3 对策对策目标检查目标检查 1 CBB 电容模块未投入 即图电容模块未投入 即图 13 中的中的 K 为分位 为分位 分别施加 Uout 在 1kV 10kV 范围 记 录高压测量系统测量数值如表 19 所示 表19 CBB 电容模块未投入电压测量值 Uout V 1000 3000 5000 7000 9000 10000 A 点测量值 V 1000 3000 5000 7000 9000 10000 28 制表 杨前 日期 2016 07 25 由表 19 可知 当 CBB 电容模块未投入系统时 A 点测量电压同输入电压 Uout 相同 这是因 为 线路的对地绝缘电阻 R1 很大 为 50M 而测试时 由于线路处于开路状态 线路没有压降 因此 Uout 和 A 点测量电压相同 而 A 点电压即相当于实际线路上的感应电压 当不接入 CBB 电 容模块时 感应电压很高 这时如果进行线路绝缘操作将会烧坏绝缘摇表 2 CBB 电容模块投入 即图电容模块投入 即图 13 中的中的 K 为合位 为合位 分别施加 Uout 在 1kV 10kV 范围 记录 高压测量系统测量数值如表 20 所示 表20 CBB 电容模块投入电压测量值 Uout V 1000 3000 5000 7000 9000 10000 A 点测量值 V 10 40 50 70 90 120 制表 吕峰 日期 2016 07 25 由表 20 可知 线路的感应输入电压 Uout 通过 CBB 电容模块的抑制 其测试点 A 处的电压 已经很低 在不同的输入电压下分别通过绝缘摇表从 A 点对系统摇绝缘 同时通过更换 R1 的阻值对系 统绝缘进行测试 测试数据如表 21 所示 表21 不同电压等级 不同绝缘电阻下的测量值 Uout 1kV 3kV 5kV 7kV 10kV 10M 9 73 9 75 9 56 9 68 9 80 30M 29 05 29 07 29 09 29 14 29 20 50M 48 06 48 08 48 10 48 12 48 21 70M 67 09 6712 67 15 67 18 67 25 90M 87 11 87 15 87 17 87 21 87 30 110M 106 21 106 25 106 27 106 29 106 35 制表 吕峰 日期 2016 07 25 由表 21 可知 通过 CBB 电容感应电压抑制模块可以实现将感应电压抑制到 1000V 以下 且 对线路的绝缘电阻的测量能够保证误差 5 以内 实施二 实施二 采用采用 3 6kV 交流接触器交流接触器分合分合感应电感应电回路回路 1 交流接触器分合感应电压 交流接触器分合感应电压 感应电流 感应电流回路试验回路试验原理原理 R1 测M R1 实际 29 使用交流调压器调节电压输出为 1kV 10kV 连续变化 使用 3 6kV 交流接触器进行分合试验 要求接触器能够可靠分合 可靠度达到 100 其中分合可靠度定义如下 分合可靠度 分合成功的次数 分合总次数 100 试验示意图如图 13 所示 Uin R1 T Uout QS 高压测 量系统 A TA 图14 交流接触器分合感应电压 感应电流回路试验原理图 图 13 中 通过交流调压器 T 输出可调的交流电 可调电阻 R1 可以调节试验回路电流 TA 电流表检测回路电流大小 高压测量系统检测输出高压 试验时通过调节 T 变比和 R1 的电阻值 可调节输出电压和输出电流大小 通过高压测量系统可将电压检测出来 通过电流表可将输出电 流检测出来 每个电压等级和电流等级下都进行多次测试 要求可靠度 100 交流接触器实物图如下图所示 图15 交流接触器实物图 2 对策对策目标检查目标检查 试验分别对交流接触器 QS 在 1kV 10kV 可变电压下 1A 20A 可变电流下进行分合试验 试 验数据如下表所示 30 表22 不同电压等级下 QS 分合情况 Uout kV 1 3 5 7 9 10 分合次数 次 10 10 10 10 10 10 分合可靠性 100 100 100 100 100 100 制表 夏俊飞 日期 2016 07 27 表23 不同电流等级下 QS 分合情况 Iout A 1 5 10 15 18 20 分合次数 次 10 10 10 10 10 10 分合可靠性 100 100 100 100 100 100 制表 夏俊飞 日期 2016 07 27 由表 22 和表 23 可知 3 6kV 交流接触器能够可靠满足线路参数试验中的感应电压和感应电 流的分合 可实现分合 1kV 10kV 感应电压回路可靠度达到 100 分合 1A 20A 感应电流可靠度 100 实施实施三三 采用采用闸刀开关闸刀开关对对 CBB 电容放电 同时作为可靠接地电容放电 同时作为可靠接地 1 100A 闸刀闸刀开关连接可靠度试验开关连接可靠度试验目标检查目标检查 将闸刀开关中通过30A电流 测量其回路压降 通过欧姆定律计算出闸刀开关的合闸电阻值 表24 100A 闸刀开关合闸可靠性试验数据 合闸次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 测试电流值 A 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 开关压降 V 0 5 0 5 0 6 0 6 0 7 0 5 0 6 0 5 0 6 0 6 合闸电阻 0 017 0 017 0 02 0 02 0 023 0 017 0 02 0 017 0 02 0 02 制表 王莉萍 日期 2016 07 27 由表 24 可知 100A 闸刀开关的合闸电阻都在 0 03 以下 其合闸可靠性到 100 实施实施四四 采用带采用带旋插两用旋插两用功能的试验线功能的试验线端子端子 1 连接试验线和试验端子 连接试验线和试验端子 试验端子同试验线连接如图 16 所示 31 A B C 图16 旋插两用试验端子同试验线连接示意图 由图 16 可知 试验线 A 为高压试验线 是从待测线路上引下 通过旋紧试验端子旋钮可以 将其牢固固定在试验端子上 试验线 B 连接到测试仪器侧 通过试验线插头可直接插入试验端子 中 连接方便可靠 试验线 C 是连接到下级交流接触器上 通过螺丝压紧的方式连接 因为试验 线 C 的连接不经常拆解 因此可采用牢固的螺丝压紧 加平垫弹垫 2 对策对策目标检查目标检查 要求试验线 A B C 的连接可靠度 100 试验设备经常要长途运输 经历运输颠簸后要仍 能够可靠连接 因此针对试验线进行了连接可靠性试验 对试验线接好后放在振动器上振动 1 个 小时 再进行连接牢固性检查 试验数据如表 25 所示 表25 试验端子连接可靠性试验数据 振动时间 min 10 20 30 40 50 60 试验线 A B C 连接可靠性 100 100 100 100 100 100 制表 王莉萍 日期 2016 07 27 由表 25 可知 带旋插两用功能的试验线端子能够实现在复杂试验条件下的连接可靠性达到 100 实施实施五五 采用采用 25mm2的专用接地软导线实现设备的可靠接地的专用接地软导线实现设备的可靠接地 1 试验方法试验方法 对接地线进行通流试验 要求电线无明显发热 无漏电现象 因为线路参数试验工作环境温 度宜在 5 以上 因此为了模拟最严苛环境下导线的弯折能力 将导线在 5 进行弯折 要求弯折 弧度半径最小能够达到 5 厘米 2 对策对策目标检查目标检查 32 表26 接地线通流试验 电流大小 A 10 20 30 40 50 60 通流时间 min 30 30 30 30 30 30 通电可靠性 1