10kV氧化锌避雷器试验辅助装置

陈高汝 李长元 郑哲宇 纪哲强 吴小妹 林建森 林迪航 郑 姜

国网福州供电公司 福建福州 350009

针对10kV氧化锌避雷器在传统预防性试验[1]过程中需拆卸后开展试验工作的情况,因对其没有合适的固定方法,极易在高压试验过程中发生松动而倾覆的安全事故。常见的方法是固定在台钳或者设备金属架构上,但是固定时难以把握避雷器的卡位点、耗时且费力,导致工作效率低下。此外,每只10kV氧化锌避雷器完成一次传统的例检试验,都需要多人配合对避雷器先后进行固定、接线、试验、放电、接地、拆线等工序。待更换为下一只需试验的避雷器样品,又需重复上述试验步骤。其中试验过程中固定和拆接线是避雷器试验过程中操作烦琐、耗时较长的工序,多个避雷器试验时,重复这些工序,是造成试验效率低下的关键原因[2-3]。研究发现文献[2]和文献[5]所使用的支架虽然能解决避雷器倾倒的现象,但结构较为复杂,试验效率并未提高。

针对上述难点,本文提出一种新型10kV氧化锌避雷器试验辅助装置,可同时放置并固定多个避雷器,通过PLC远程控制试验辅助装置中氧化锌避雷器试验回路的开断,电动选取所需要试验的避雷器样品,无须反复拆接线,极大提高试验效率。

1 避雷器试验辅助装置结构设计

辅助装置设计过程中,在满足装置绝缘性能、体积、重量和力学强度要求的前提下,应该优先考虑设计更多的槽口数量以及合理的底座固定方式。

考虑到装置材质的绝缘性能、重量和力学强度,本文采用环氧树脂玻璃钢,它不仅具有良好的耐腐蚀性、绝缘性和力学强度等特性,而且材质密度小。另外,常见的10kV氧化锌避雷器接线端为螺纹状,且不同厂家和型号的避雷器接线端尺寸参数(长度和直径)可能存在差异,因此避雷器底座的夹具应优先考虑设计为具有弹性的卡扣式固定夹具。

如图1所示,其结构包括固定立柱1、插孔2、导电夹片3、弹簧4。固定立柱1的顶部均设置有插孔2,插孔2内部圆周均匀分布有四个导电夹片3,导电夹片3与插孔内壁之间均与径向延伸的弹簧4相连接,其顶端均设置有外扩的倒角,便于避雷器尾部5插入。避雷器5插入时,如图2所示,弹簧被挤压,导电夹片3会紧紧夹住避雷器,使其稳稳立住,并且导电夹片3电性连接至底部公共接地端。

图1 固定夹具工作状态图

图2 固定夹具的工作状态示意图

对于槽口数量,其决定了对装置开展一次拆、接线的工作就可以完成10kV氧化锌避雷器样品的数量,也是提高试验效率的关键因素之一。但若是固定装置中同时放置的避雷器样品数量过多,又会导致试验辅助装置整体的体积和重量大大增加,对设备的结构强度也带来了更高的要求,灵活度和便携性也会随之大打折扣。

综合考虑上述原因,本文装置的主体材料选用环氧树脂玻璃钢,槽口数量设计为6个,装置底部的固定夹具设计为弹性的卡扣式固定夹具。

2 避雷器试验辅助装置原理分析

2.1 避雷器的试验辅助装置结构分析

10kV氧化锌避雷器进行例行试验时,需要将其从设备上拆下(如图3所示),通常会被安放在地面上或者绝缘物件上进行试验,再经过接线、升压、记录、放电、拆线试验流程,完成之后再对下一个避雷器进行试验[4]。在这个过程中,大部分的时间都被消耗在避雷器的固定和拆、接线的试验流程上,每开展一只避雷器的试验工作均需重复上述试验流程,是造成试验效率低下的关键原因。

图3 单个避雷器实物图

为提高10kV氧化锌避雷器试验效率,设计优化试验辅助装置结构,试验设备与断路器相连,PLC远程控制断路器的开断,电动选取所需要试验的避雷器样品,无须反复拆接线。如图4所示。

图4 试验辅助装置结构

图4中:(1)为避雷器的固定夹具,起固定避雷器的作用;(2)为辅助装置的外壳,起绝缘和结构支持的作用;(3)为公共接地点,功能是多个避雷器尾部分别通过连接该公共端子接地;(4)为装置的槽口,待试验的避雷器通过槽口放置到辅助装置内,开放的槽口便于避雷器顶部接线端的试验接线;(5)为绝缘挡板,提高绝缘强度,避免高压试验过程中高电位避雷器向其他低电位区域产生放电;(6)为辅助装置的顶部平台,辅助装置的槽口、高压公共接线端、绝缘挡板、PLC控制的试验回路断路器等部件均集成于该平台;(7)为断路器,可通过PLC远程控制断路器,进而控制试验回路的开断和试验避雷器之间的切换。

图5为避雷器试验接线原理图,避雷器顶端连接试验设备的高压发生器,底端接地,可完成绝缘、直流泄漏电流等试验。

图5 避雷器试验接线原理图

2.2 避雷器试验原理

在对避雷器进行预防试验时,首先要初步检查避雷器的内部结构是否受潮,需要对避雷器的绝缘电阻进行测量,绝缘合格后再开展泄漏电流试验。交流泄漏电流目的是检查正常运行电压下的最大工作电流,由于阀片有较大的电容,因此其交流泄漏电流比直流泄漏电流要大,在判断方面不及直流泄漏电流的精度。虽然避雷器运行在交流环境下,但为了更好地检查其内部阀片是否老化、动作特性是否正常等相关情况,通常都是测量其直流泄漏电流。

直流泄漏电流试验需要测量无间隙金属氧化物避雷器在直流电流达到1mA下的电压(U1mA),以及被试品两端电压值为0.75U1mA下的直流漏电流。在测量过程之中,应尽量减小电晕电流、杂散电容和表面潮湿污秽对试验结果的影响[5]。对于由金属氧化物阀片构成的避雷器,U1mA和0.75U1mA下漏电流值的变化是判断样品质量残缺较为简单的方法。直流泄漏电流试验原理如图6所示,其中T1为调压器,T2为试验变压器,R为限流电阻,C为滤波电容,R1、R2分别为电阻分压器高、低压臂电阻,MOA为待试验避雷器,QF为断路器。

图6 氧化锌避雷器直流泄露电流试验原理图

应用本文中的辅助装置后,可大幅提升试验效率,直流泄漏电流试验步骤大致如下:

(1)放样。将多个避雷器表面擦拭干净,放入试验辅助装置的槽口内,将避雷器尾部插入固定夹具中,确保可靠接触。

(2)接线。完成设备及试验辅助装置接线,检查接线是否正确,尤其要确保辅助装置底部公共接地端和顶部公共高压接线端接线无误,再通过PLC远程控制待试验避雷器回路断路器的闭合,断开其他避雷器的回路中的断路器。

(3)试验。拆除安保接地线,开始进行试验;确认电压输出在零位,接通电源,然后缓慢地升高电压到规定的试验电压值。测得U1mA和0.75U1mA下漏电流值后,迅速降压到零。等电压表指示基本为零后,断开仪器开关和试验电源。

(4)放电。用具备限流电阻的放电棒对避雷器进行放电,等放电完全之后,挂接地线。

(5)进行下一个避雷器试验。此处无须再重复步骤(1)放样和步骤(2)接线的过程,直接通过PLC远程控制已完成试验避雷器回路断路器的断开,闭合下一个待试验避雷器回路断路器的闭合,重复步骤(3)、步骤(4),直至完成步骤(1)中放入辅助装置中的全部避雷器的试验。

结语

综上所述,本文设计的新型10kV氧化锌避雷器试验辅助装置,可同时放置并固定多个避雷器,设计优化试验间距和加装绝缘隔板解决试验过程中的放电问题,再通过PLC远程控制避雷器试验回路的开断来实现待试验样品的电动切换,无须反复拆接线,有效地解决避雷器试验过程中固定难、易倾倒的安全风险以及试验效率较低下等问题。