可控饱和电抗的特高压GIL交流耐压试验装置的制作方法

本实用新型涉及一种可控饱和电抗的特高压GIL交流耐压试验装置，属于电气设备试验技术领域。

背景技术：

气体绝缘金属封闭输电线路(gas-insulated metal enclosed transmission line，GIL)，是采用SF6或其它气体绝缘外壳与导体同轴布置的高电压、大电流、长距离的电力传输设备，具有占地小、容量大、占地少、可靠性高、环境影响小等诸多优点，特别适用于架空线建设困难、输电走廊紧缺的城市及环境恶劣地区。

目前，GIL设备的现场交接试验一般包括主回路绝缘试验、辅助回路试验绝缘试验、主回路电阻测量、气体质量验证及气密性试验、电磁场(EMF)测量等项目，其中主回路绝缘试验包括交流耐压试验和冲击耐压试验，由于长距离的特高压GIL设备对地电容量过大，冲击试验装备从理论上已无法产生满足标准要求的试验波形，在现场应用不具备可行性；其它，如主回路电阻测量、气体质量验证及气密性试验等交接试验项目较为常规，技术难度较小。因此，特高压GIL设备的现场交流耐压试验是特高压GIL设备现场交接试验的难点所在。

由于特高压GIL现场交流耐压试验存在设备长度长、电容量大的难点，试验时串联谐振试验电流可达40A至100A，现有技术中国内开展的特高压GIS现场试验电容量不大于20nF，串联谐振试验电流一般在10A以内，试验设备无法满足大电流及强散热性方面的要求。

此外，国外尚无特高压、长距离GIL现场交流耐压试验应用先例，目前国内开展的1100kV GIS设备现场交流耐压试验装置的安装及拆卸工作需2天时间，试验周期约为7天，为进一步提升试验效率及可靠性，亟需对特高压GIL设备交流耐压试验装置的结构和方法进行优化设计，开展深入研究。

技术实现要素：

本实用新型目的是为了克服现有技术中特高压GIS现场试验电容量不大于20nF，串联谐振试验电流一般在10A以内，试验设备无法满足大电流及强散热性方面要求的问题。本实用新型的可控饱和电抗的特高压GIL交流耐压试验装置，针对目前特高压GIL现场交接试验，容量大、体积大、重量大的问题进行技术创新，通过可控饱和式电抗器，能够输出特高压GIL交流耐压试验所学的高电压，大幅简化了试验装置结构，便于现场拆装、调试方便、结构紧凑，缩短试验周期，试验效率、安全性与可靠性高，提高了现场试验的自动化、智能化程度，满足现场运行维护的需要，具有良好的应用前景。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种可控饱和电抗的特高压GIL交流耐压试验装置，包括可控饱和式电抗器、电容分压器、无局放励磁变压器、变频电源柜和智能测控箱，

所述可控饱和式电抗器与电容分压器相连接，并加载在待试验的特高压GIL设备上，所述可控饱和式电抗器、电容分压器分别与无局放励磁变压器相连接，所述无局放励磁变压器与变频电源柜相连接，

所述可控饱和式电抗器、电容分压器、无局放励磁变压器、变频电源柜、待试验的特高压GIL设备还分别与智能测控箱相连接。

前述的可控饱和电抗的特高压GIL交流耐压试验装置，所述可控饱和式电抗器包括可控饱和式电抗器单元、第一均压环、防涡流绝缘底座、第一测控线缆和电抗器壳体，所述可控饱和式电抗器单元、第一均压环均安装在电抗器壳体内，所述防涡流绝缘底座安装在电抗器壳体的内部，所述第一测控线缆与可控饱和式电抗器单元相连接，并从电抗器壳体上引出，所述第一均压环安装在可控饱和式电抗器单元上，用于在额定电压下可控饱和式电抗器单元不起电晕、不发热。

前述的可控饱和电抗的特高压GIL交流耐压试验装置，所述电抗器壳体为环氧树脂材料制成。

前述的可控饱和电抗的特高压GIL交流耐压试验装置，所述电容分压器包括电容分压器单元、第二均压环、第二测控线缆和绝缘底座，所述电容分压器单元、第二均压环均安装在绝缘底座上，所述第二测控线缆从电容分压器单元上引出，分别与可控饱和式电抗器、无局放励磁变压器、智能测控箱、待试验的特高压GIL设备相连接。

前述的可控饱和电抗的特高压GIL交流耐压试验装置，所述无局放励磁变压器为油浸铁壳式密封结构，冷却方式为ONAN，配置油枕，并加装带油封的吸湿器。

前述的可控饱和电抗的特高压GIL交流耐压试验装置，所述变频电源柜内设置有PWM脉宽调制变频模块，自动跟踪并维持试验的电压恒定。

前述的可控饱和电抗的特高压GIL交流耐压试验装置，所述智能测控箱，包括电压输出控制电路、调频电路、测量采集电路、波形测量显示电路和微处理器，所述电压输出控制电路、调频电路、测量采集电路、波形测量显示电路分别与微处理器相连接，

所述电压输出控制电路与无局放励磁变压器相连接，所述调频电路与变频电源柜相连接，所述测量采集电路分别与可控饱和式电抗器、电容分压器、待试验的特高压GIL设备相连接，

所述波形测量显示电路，用于显示试验电源电流、谐振电流、高压侧输出电压的波形。

一种可控饱和电抗的特高压GIL交流耐压试验方法，包括以下步骤，

步骤(A)，对待试验的特高压GIL设备进行电气连接

将可控饱和式电抗器与电容分压器连接处，并加载在待试验的特高压GIL设备上，完成特高压GIL交流耐压试验装置的高压输出端与待试验的特高压GIL设备的出线套管连接；

步骤(B)，对可控饱和式电抗器(1)进行调感

根据待试验的特高压GIL设备(6)的预估电容值C、试验电压值Uf、可控饱和式电抗器(1)的额定电流I，计算得到可控饱和电抗器的最佳电抗值L，如下式所示，并通过智能测控箱(5)将可控饱和式电抗器(1)调整到输出该最佳电抗值L，

L＝U²fC/I²；

步骤(C)，对变频电源柜(4)进行调频

通过智能测控箱(5)通过调频电路对变频电源柜(4)进行调频，自动跟踪并维持试验时变频电源柜(4)的输出电压恒定；

步骤(D)，对待试验的特高压GIL设备(6)进行耐压试验和局部放电试验。

前述的可控饱和电抗的特高压GIL交流耐压试验方法，步骤(D)，对待试验的特高压GIL设备进行耐压试验和局部放电试验，包括以下步骤，

(D1)，通过智能测控箱将可控饱和式电抗器与电容分压器连接处输出的高电压，对特高压GIL设备进行耐压测试，并通过智能测控箱实时采集特高压GIL设备在耐压状态下的工作电压、电流数据，完成耐压测试后，将可控饱和式电抗器与电容分压器连接处的电压调整为零；

(D2)，通过智能测控箱将可控饱和式电抗器与电容分压器连接处输出的局部放电检测试验电压，对特高压GIL设备进行局部放电试验，并通过智能测控箱实时采集特高压GIL设备的局部放电情况喜爱的工作电压、电流数据，完成局部放电试验后，将可控饱和式电抗器与电容分压器连接处的电压调整为零，并挂接地棒，试验结束。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的可控饱和电抗的特高压GIL交流耐压试验装置，针对目前特高压GIL现场交接试验，容量大、体积大、重量大的问题进行技术创新，通过可控饱和式电抗器，能够输出特高压GIL交流耐压试验所学的高电压，大幅简化了试验装置结构，便于现场拆装、调试方便、结构紧凑，缩短试验周期，试验效率、安全性与可靠性高，提高了现场试验的自动化、智能化程度，满足现场运行维护的需要，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型的电能表电流互感器过饱和特性参数测量系统的系统框图；

图2是本实用新型的可控饱和式电抗器的效果示意图；

图3是本实用新型的智能测控箱的系统框图；

图4是本实用新型的可控饱和电抗的特高压GIL交流耐压试验方法的流程图；

图5本实用新型的实施例的系统连接图；

图6是本实用新型的实施例的具体流程图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本实用新型做进一步说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型的可控饱和电抗的特高压GIL交流耐压试验装置，包括可控饱和式电抗器1、电容分压器2、无局放励磁变压器3、变频电源柜4和智能测控箱5，

所述可控饱和式电抗器1与电容分压器2相连接，并加载在待试验的特高压GIL设备6上，所述可控饱和式电抗器1、电容分压器2分别与无局放励磁变压器3相连接，所述无局放励磁变压器3与变频电源柜4相连接，

所述可控饱和式电抗器1、电容分压器2、无局放励磁变压器3、变频电源柜4、待试验的特高压GIL设备6还分别与智能测控箱5相连接。

所述可控饱和式电抗器1包括可控饱和式电抗器单元、第一均压环、防涡流绝缘底座、第一测控线缆和电抗器壳体，所述可控饱和式电抗器单元、第一均压环均安装在电抗器壳体内，所述防涡流绝缘底座安装在电抗器壳体的内部，所述第一测控线缆与可控饱和式电抗器单元相连接，并从电抗器壳体上引出，所述第一均压环安装在可控饱和式电抗器单元上，用于在额定电压下可控饱和式电抗器单元不起电晕、不发热，可控饱和式电抗器1的基本原理是通过控制铁芯磁饱和程度从而改变铁磁质的磁导率，以起到调节电抗器电感量的作用，其内部结构，如图2所示，当线圈匝数、磁路长度及磁芯截面积一定时，交流线圈电感量La与铁芯磁导率μ成正比，如公式(1)所示，其中，L为电感器自感，μr为相对磁导率，μ0为真空磁导率，一般取4Π×10-7，W为绕组匝数，lm为磁路长度，Ae为磁芯截面积。

铁磁质的磁导率与铁芯磁饱和程度相关，当设备正常工作时，μr随铁芯饱和程度的增加而变小。通过改变励磁电流Id大小，可达到改变铁芯饱和程度从而改变磁导率μr的效果。此外，由公式(2)可看出，交流线圈电感La与交流电流Ia、交流电压Ua和交流回路电阻Ra有关，La如下所示，f为电源频率：

由公式(2)可知，当Ua和Ra保持不变时且忽略漏磁的影响，交流线圈电感La与交流电流Ia呈反比关系，由图2可以看到，交流电流Ia受到铁芯磁饱和程度的影响，当铁芯接近饱和程度，磁导率变小，交流线圈电感La变小，Ia变大。可以看出，交流电流Ia受到励磁电流Id大小的控制，另外，可控饱和式电抗器应具有优良的电气、机械及散热性能，安装使用时，配套可靠性高的起吊设备，优选的，所述电抗器壳体为环氧树脂材料制成。

所述电容分压器2包括电容分压器单元、第二均压环、第二测控线缆和绝缘底座，所述电容分压器单元、第二均压环均安装在绝缘底座上，所述第二测控线缆从电容分压器单元上引出，分别与可控饱和式电抗器1、无局放励磁变压器3、智能测控箱5、待试验的特高压GIL设备6相连接，电容分压器2测压信号经过光电隔离，由光纤传输至智能测控箱5，其高、低压臂电容受温度影响小，介质结构一致，在额定频率(30～300Hz)内，其精度及稳定性优良；在20℃、0.4～0.5UN下介损值：≤0.0025。

优选的，所述无局放励磁变压器3为油浸铁壳式密封结构，冷却方式为ONAN，配置油枕，并加装带油封的吸湿器，结构牢固不变形，外部涂漆，油枕与油箱间柔性金属软管连接可靠，无渗漏油现象，接地可靠，且有明显的接地符号。

优选的，所述变频电源柜4内设置有PWM脉宽调制变频模块，自动跟踪并维持试验的电压恒定，并具备过压/过流保护功能。具备数据查询、存储及打印功能。过压保护功能可靠，可通过硬件独立实现，软件具备自动修正过压保护值等功能，均可联机操作，一次充电可连续工作3小时以上。

如图3所示，所述智能测控箱5，包括电压输出控制电路、调频电路、测量采集电路、波形测量显示电路和微处理器，所述电压输出控制电路、调频电路、测量采集电路、波形测量显示电路分别与微处理器相连接，

所述电压输出控制电路与无局放励磁变压器3相连接，所述调频电路与变频电源柜4相连接，所述测量采集电路分别与可控饱和式电抗器1、电容分压器2、待试验的特高压GIL设备6相连接，

所述波形测量显示电路，用于显示试验电源电流、谐振电流、高压侧输出电压的波形。

本实用新型的可控饱和电抗的特高压GIL交流耐压试验方法，如图4所示，包括以下步骤，

步骤(A)，对待试验的特高压GIL设备6进行电气连接

将可控饱和式电抗器1与电容分压器2连接处，并加载在待试验的特高压GIL设备6上，完成特高压GIL交流耐压试验装置的高压输出端与待试验的特高压GIL设备6的出线套管连接；

步骤(B)，对可控饱和式电抗器(1)进行调感

根据待试验的特高压GIL设备(6)的预估电容值C、试验电压值Uf、可控饱和式电抗器(1)的额定电流I，计算得到可控饱和电抗器的最佳电抗值L，如下式所示，并通过智能测控箱(5)将可控饱和式电抗器(1)调整到输出该最佳电抗值L，

L＝U²fC/I²；

步骤(C)，对变频电源柜(4)进行调频

通过智能测控箱(5)通过调频电路对变频电源柜(4)进行调频，自动跟踪并维持试验时变频电源柜(4)的输出电压恒定；

步骤(D)，对待试验的特高压GIL设备6进行耐压试验和局部放电试验，包括以下步骤，

(D1)，通过智能测控箱5将可控饱和式电抗器1与电容分压器2连接处输出的高电压，对特高压GIL设备6进行耐压测试，并通过智能测控箱5实时采集特高压GIL设备6在耐压状态下的工作电压、电流数据，完成耐压测试后，将可控饱和式电抗器1与电容分压器2连接处的电压调整为零；

(D2)，通过智能测控箱5将可控饱和式电抗器1与电容分压器2连接处输出的局部放电检测试验电压，对特高压GIL设备6进行局部放电试验，并通过智能测控箱5实时采集特高压GIL设备6的局部放电情况喜爱的工作电压、电流数据，完成局部放电试验后，将可控饱和式电抗器1与电容分压器2连接处的电压调整为零，并挂接地棒，试验结束。

根据上述的可控饱和电抗的特高压GIL交流耐压试验装置，介绍一具体实施例，

由于特高压GIL设备对地电容量大，以苏通GIL管廊工程为例，GIL设备单段为3km长，对应电容量可达150nF，是我国现阶段已开展现场交流耐压试验的特高压GIS设备对地电容量(约20nF)的7～8倍，且高压侧电流达40～80A，远大于传统串联谐振耐压设备的额定电流10A。此外，传统试验装备的抗器、电容分压器等装置均需现场完成组装，前期准备工作量大，试验效率低下。如图4所示，本实用新型实施例提供了一种基于可控饱和电抗的特高压GIL交流耐压试验装置，其中试验装置的核心单元可控饱和式电抗器，分为两节，每节电抗器额定电压为600kV，额定电流为85A，额定频率为50Hz，两节可调式电抗器串联连接，大幅简化试验装置结构，缩短试验周期，提高试验效率，安全性与可靠性高，满足现场运行维护的需要，具有良好的应用前景。

具体地：本实用新型的特高压GIL交流耐压试验装置，包括可控饱和式电抗器、电容分压器、变频电源柜、无局放励磁变压器、智能测控箱；所述可控饱和式电抗器为两节串联，并与电容分压器和无局放励磁变压器相连；所述无局放励磁变压器与变频电源柜相连；所述可控饱和式电抗器、电容分压器、变频电源柜、无局放励磁变压器的控制线/测量线与智能测控箱相连。如图5所示，该特高压GIL交流耐压试验方法，具体步骤如下：

步骤一、设备搭接：对基于可控饱和电抗的特高压GIL交流耐压试验装置按照上述装置描述的进行搭接，并用波纹管连接本装置与被试设备的出线套管；

步骤二、可控饱和式电抗调感：按照被试设备的预估电容值，考虑可控饱和式电抗的额定电流及现场电源容量，运用智能测控装箱的调感模块将可控饱和电抗器调整到合适电抗值；

步骤三、变频电源柜调频，在步骤二结束后，控制智能测控装置的升/降压模块及调谐模块，装置自动调频，屏幕显示器中实时显示串联谐振装置上的电压值，自动跟踪并维持试验时变频电源柜的输出电压恒定，调谐完毕后装置自动呼报″调谐完毕″。

步骤四、耐压试验及局部放电试验：试验人员控制升/降压模块进行设备耐压，耐压实验完毕后降压至零。随后试验人员控制智能测控装箱的升/降压模块升压至局部放电检测试验电压，局部放电检测试验人员在完成检测后，升压人员将试验电压降压至零，并挂接地棒，试验结束。

综上所述，本实用新型的可控饱和电抗的特高压GIL交流耐压试验装置，针对目前特高压GIL现场交接试验，容量大、体积大、重量大的问题进行技术创新，通过可控饱和式电抗器，能够输出特高压GIL交流耐压试验所学的高电压，大幅简化了试验装置结构，便于现场拆装、调试方便、结构紧凑，缩短试验周期，试验效率、安全性与可靠性高，提高了现场试验的自动化、智能化程度，满足现场运行维护的需要，具有良好的应用前景。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。