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超高壓穿墻套管的電氣狀態(tài)檢測系統(tǒng)的制作方法

文檔序號:12728757閱讀:367來源:國知局
超高壓穿墻套管的電氣狀態(tài)檢測系統(tǒng)的制作方法與工藝

本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)輸變電技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種超高壓穿墻套管的電氣狀態(tài)檢測系統(tǒng)。



背景技術(shù):

在超(特)高壓交流變電站以及高壓直流輸電的換流站,某些設(shè)備必須設(shè)置在戶內(nèi),以保證良好的運(yùn)行環(huán)境,比如防止污穢、雨霧等導(dǎo)致的外部絕緣故障。其中一個(gè)典型的案例是:在直流輸電系統(tǒng)的換流站,換流閥都是安裝在閥廳內(nèi),需要通過高壓直流穿墻套管連接換流閥和室外的直流設(shè)備。

超(特)高壓穿墻套管由于其外絕緣性能的要求,導(dǎo)致其總長度超出制造的工藝控制水平,因此對超(特)高壓穿墻套管,一般采取兩節(jié)制造然后對接組裝的方式安裝。圖1是現(xiàn)有超(特)高壓穿墻套管的典型結(jié)構(gòu)原理圖,其中由套管1(戶內(nèi)部分)和套管2(戶外部分)兩節(jié)對接組裝構(gòu)成。套管1具有外套1-1,高壓導(dǎo)電桿1-2,電容層1-3,末屏1-4及末屏接地端子1-5,法蘭1-6。套管2具有外套2-1,高壓導(dǎo)電桿2-2,電容層2-3,末屏2-4及末屏接地端子2-5,法蘭2-6。套管1和套管2通過法蘭1-6和2-6實(shí)施密封和對接,并通過法蘭將套管固定安裝在墻壁上;導(dǎo)電桿1-2和2-2則通過一銅質(zhì)圓筒3實(shí)施電氣連接,圓筒3與導(dǎo)電桿1-2及2-2之間還有鍍銀彈性觸指增強(qiáng)其接觸性能。

但是,實(shí)際運(yùn)行中的穿墻套管會由于各種原因?qū)е鹿收?,比如套管?nèi)部沿面放電,套管電容擊穿等。現(xiàn)有的套管狀態(tài)監(jiān)測方法是通過抽取套管的油樣或者SF6氣體樣本檢測其中的油、氣成分,通過檢測到的成分分析套管的狀態(tài)。這種方式的缺陷是,一般要等待停電的時(shí)候抽樣;另外就是一般油、氣的成分變化往往滯后于套管的電氣性能變化,導(dǎo)致檢測的時(shí)效性問題。也有通過在套管末屏接地引下線安裝電流互感器的方式來監(jiān)測套管介損和電容量變化實(shí)施套管檢測的方式,但是這種方式可能造成套管末屏在運(yùn)行中開路,其應(yīng)用因此范圍受到限制。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明的目的在于提供一種超高壓穿墻套管的電氣狀態(tài)檢測系統(tǒng),以快速安全地檢測套管的狀態(tài)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:

一種超高壓穿墻套管的電氣狀態(tài)檢測系統(tǒng),包括電壓電流檢測電路和監(jiān)測保護(hù)模塊;

所述穿墻套管由套管1和套管2兩節(jié)套管對接組裝而成,在套管1和套管2的次外層電容屏分別引出一測量端子;

所述電壓電流監(jiān)測電路包括第一測量單元、第二測量單元和光電轉(zhuǎn)換器,所述光電轉(zhuǎn)換器接所述監(jiān)測保護(hù)模塊;

在套管1的測量端子與接地點(diǎn)之間串聯(lián)所述第一測量單元,所述第一測量單元由外接電容C1和外接電流互感器TA1串聯(lián)組成,所述外接電容C1高壓端接入套管1的測量端子,外接電流互感器TA1的低壓端接地;在套管2的測量端子與接地點(diǎn)之間串聯(lián)所述第二測量單元,所述第二測量單元由外接電容C2和外接電流互感器TA2串聯(lián)組成,所述外接電容C2高壓端接入套管2的測量端子,外接電流互感器TA2的低壓端接地;

將套管1外接電容C1兩端的電壓測量信號U1、將套管2外接電容C2兩端的電壓測量信號U2、套管1外接電流互感器TA1的電流測量信號IC1,以及套管2外接電流互感器TA2的電流測量信號IC2分別接入光電轉(zhuǎn)換器的輸入端,光電轉(zhuǎn)換器將電壓測量信號U1、電壓測量信號U2、電流測量信號IC1和電流測量信號IC2轉(zhuǎn)換成光信號后,通過光纖傳輸至所述監(jiān)測保護(hù)模塊;

通過下式設(shè)置外接電容C1和C2的值:

其中,U0為所述穿墻套管的導(dǎo)電桿的一次電壓;U01、U02分別為套管1、套管2外接電容C1、C2兩端的測量電壓設(shè)計(jì)值,C01、C02分別為套管1、套管2的導(dǎo)電桿與測量端子之間的出廠電容值,Cd1、Cd2分別為套管1、套管2的末屏接地端子與測量端子之間的出廠電容值;

所述監(jiān)測保護(hù)模塊通過檢測IC1/U1是否等于初始設(shè)置值jωC1來判斷外接電容C1是否正常;通過檢測IC2/U2是否等于初始設(shè)置值jωC2來判斷外接電容C2是否正常;

若外接電容C1和外接電容C2均正常,所述套管監(jiān)測保護(hù)模塊通過檢測套管1和套管2測量端子外接電容的電壓測量信號U1與電壓測量信號U2的比值是否接近于根據(jù)套管出廠值C01、C02、Cd1、Cd2與設(shè)置值C1、C2計(jì)算的如下初始設(shè)置值

和/或

通過套管1和套管2的測量端子外接電流互感器的電流測量信號與的比值是否接近于根據(jù)套管出廠值C01、C02、Cd1、Cd2與設(shè)置值C1、C2計(jì)算的如下初始設(shè)置值

來判斷套管內(nèi)部的電容量C01、Cd1、C02、Cd2是否出現(xiàn)變化,實(shí)現(xiàn)套管的狀態(tài)監(jiān)測。

本發(fā)明超高壓穿墻套管的電氣狀態(tài)檢測系統(tǒng)對傳統(tǒng)的穿墻套管做了部分技術(shù)改進(jìn),并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了電壓電流檢測電路和監(jiān)測保護(hù)模塊,通過檢測外接電容的電壓和外接電流互感器的電流對穿墻套管的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測與保護(hù),由于可以隨時(shí)檢測且不影響套管的運(yùn)行,使得本檢測系統(tǒng)具有較高的時(shí)效性和安全性。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有超(特)高壓穿墻套管的結(jié)構(gòu)原理圖;

圖2是改進(jìn)的超(特)高壓穿墻套管的結(jié)構(gòu)原理圖及其電壓電流檢測電路;

圖3是圖2去除標(biāo)記后的簡化圖;

圖4是電壓電流檢測電路的一個(gè)實(shí)施例;

圖5本發(fā)明實(shí)施例超高壓穿墻套管的電氣狀態(tài)檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;

圖6是套管及其電壓電流檢測電路的等效原理電路圖;

圖7是本發(fā)明實(shí)施例中的監(jiān)測與保護(hù)邏輯框圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚、明確,以下參照附圖并舉實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖2是改進(jìn)的超(特)高壓穿墻套管的結(jié)構(gòu)原理圖,其中由套管1(戶內(nèi)部分)和套管2(戶外部分)兩節(jié)對接組裝構(gòu)成。套管1具有外套1-1,高壓導(dǎo)電桿1-2,電容層1-3,末屏1-4及末屏接地端子1-5,法蘭1-6。套管2具有高壓外套2具有外套2-1,高壓導(dǎo)電桿2-2,電容層2-3,末屏2-4及末屏接地端子2-5,法蘭2-6。套管1和套管2通過法蘭1-6和2-6實(shí)施密封和對接,并通過法蘭將套管固定在墻壁上;導(dǎo)電桿1-2和2-2則通過一銅質(zhì)圓筒3實(shí)施電氣連接,圓筒與導(dǎo)電桿1-2及2-2之間還有鍍銀彈性觸指增強(qiáng)其接觸性能。此外,在套管1增加一電壓測量端子1-7,在套管2增加一電壓測量端子2-7。這兩個(gè)電壓測量端子分別由套管1和套管2的次外層電容屏中引出。

測量端子如果不外接測量裝置,一般是直接可靠接地,這使得套管的接地更加可靠,因?yàn)橛袃蓚€(gè)接地點(diǎn),可以防止其中的末屏接地點(diǎn)或者測量接地點(diǎn)開路導(dǎo)致的套管故障。

如圖2所示,在套管1的測量端子1-7與接地點(diǎn)之間串聯(lián)一測量單元,所述的測量單元由電容C1和電流互感器TA1串聯(lián)組成,所述的電容C1高壓端接入套管的測量端子1-7,電流互感器TA1的低壓端接地;在套管2的測量端子與接地點(diǎn)之間串聯(lián)一測量單元,所述的測量單元由電容C2和電流互感器TA2串聯(lián)組成,所述的電容C2高壓端接入套管的測量端子2-7,電流互感器TA2的低壓端接地。為便于查看,將圖2中的標(biāo)記刪除,得到圖3。

所述的套管監(jiān)測系統(tǒng)還包括:在套管1和套管2的測量單元分別并聯(lián)一放電間隙與避雷器或壓敏電阻,放電間隙與避雷器或壓敏電阻的高壓端與外接電容的高壓端并聯(lián),低壓端接地。圖4為放電間隙與避雷器或壓敏電阻接入前置測量電路的方式,其中C和TA分別代表圖2中套管1的C1和TA1或者套管2中的C2和TA2,10為放電間隙,11為避雷器或者壓敏電阻。

圖4中還包括光電轉(zhuǎn)換器,光電轉(zhuǎn)換器的輸入端引入套管1外接電容C1兩端的電壓測量信號U1、套管2外接電容C2兩端的電壓測量信號U2、套管1外接電流互感器TA1的電流測量信號IC1、套管2外接電流互感器TA2的電流測量信號IC2,光電轉(zhuǎn)換器將U1、U2、IC1、IC2轉(zhuǎn)換成光信號后,通過光纖傳輸至監(jiān)測保護(hù)模塊。

圖5是本發(fā)明的檢測與保護(hù)控制總框圖。其中的電壓和電流檢測電路如圖2所示,通過光電轉(zhuǎn)換器將U1、U2、IC1、IC2轉(zhuǎn)換成光信號后,通過光纖傳輸至監(jiān)測保護(hù)模塊。監(jiān)測保護(hù)模塊則實(shí)施對檢測量U1、U2、IC1、IC2的分析判斷,通過分析判斷的結(jié)果發(fā)出告警信號或者控制信號。

在具體實(shí)施方式上,首先要獲取套管出廠時(shí)的各電容值:套管1的導(dǎo)電桿1-2與測量端子1-7之間的電容值C01,套管1的末屏接地端子1-5與測量端子1-7之間的電容值Cd1;套管2的導(dǎo)電桿2-2與測量端子2-7之間的電容值C02,套管2的末屏接地端子2-5與測量端子2-7之間的電容值Cd2。在獲知上述出廠值后,可以通過下式選擇并設(shè)置外接測量電容C1和C2的值:

其中U0是穿墻套管導(dǎo)電桿的一次電壓,U01是套管1的外接電容C1兩端的電壓測量設(shè)計(jì)值,U02是套管2的外接電容C2兩端的電壓測量設(shè)計(jì)值。一般在設(shè)計(jì)時(shí)選擇U01=U02。

應(yīng)用圖2至圖5所示的超(特)高壓套管電流和電壓的檢測電路,實(shí)現(xiàn)套管保護(hù)的原理如下:

首先將圖2的一次電路簡化,得到圖6的簡化原理圖,該簡化原理圖針對套管1而言。套管2的簡化原理圖在電路形式上與圖6一致,只需將套管2的各電氣量替代套管1中相應(yīng)的電氣量即可。

正常情況下,通過套管1的外接電容C1檢測到的電壓U1

通過套管2的外接電容C2檢測到的電壓U2

通過套管1外接電流互感器TA1檢測到的電流IC1

通過套管2外接電流互感器TA2檢測到的電流IC2為:

通過套管1的檢測電壓IC1和U1的比值得到

通過套管2的檢測電壓IC2和U2的比值得到

因此,通過監(jiān)測回路檢測IC1/U1的值,IC2/U2的值是否分別滿足上述兩個(gè)關(guān)系,即可判斷C1和C2的狀態(tài)。如果C1或者C2偏離了上述初始值,說明C1或者C2出現(xiàn)問題。

另外,可以分別通過U1和U2的比值來判斷套管的狀態(tài)。套管正常條件下,其比值滿足下述關(guān)系

亦可以通過電流IC1和IC2的比值來判斷套管的狀態(tài)。套管正常條件下,其比值滿足下述關(guān)系

在外接電容C1和C2正常的條件下,如果套管內(nèi)部的電容值出現(xiàn)任何變化,則上述比值將偏離原始值,說明套管出現(xiàn)故障,有內(nèi)部電容擊穿。

在外接電容C1和C2正常的條件下,套管內(nèi)部出現(xiàn)任何故障,由此導(dǎo)致電壓比值以及但是依照(13)和(14)式,kU和kI的變化趨勢一致,且保持kU/kI≈1。因此可以通過此方式判斷監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)是否正常,實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置的自檢功能。

正常情況下,式(13)和式(14)是相角接近于零的常復(fù)數(shù),且相角基本等于零。如果套管1或者套管2的介損值出現(xiàn)變化變化,則可以通過式(13)和式(14)反映出來,即通過檢測的相角以及的相角變化,實(shí)現(xiàn)套管的介損監(jiān)測功能。

依據(jù)上述原理,對超(特)高壓套管實(shí)現(xiàn)監(jiān)測和保護(hù)的方法如下:

(1)設(shè)置

(2)計(jì)算實(shí)際的測量電壓U1和測量電壓U2的比值進(jìn)一步計(jì)算kU與kU0的比值A(chǔ)U=kU/kU0。如果AU≈1,則說明套管處于正常狀態(tài);如果AU≥A2,或者AU≤A3(A3=1/A2),則套管處于輕微故障,發(fā)出告警信號;如果AU≥A1,或者AU≤A4(A4=1/A1),則發(fā)出跳閘信號。

(3)設(shè)置

(4)計(jì)算實(shí)際的測量電流IC1和測量電流IC2的比值進(jìn)一步計(jì)算kI與kI0的比值A(chǔ)I=kI/kI0。如果AI≈1,則說明套管處于正常狀態(tài);如果AI≥A2,或者AI≤A3(A3=1/A2),則套管處于輕微故障,發(fā)出告警信號;如果AI≥A1,或者AI≤A4(A4=1/A3),則發(fā)出跳閘信號。

(5)利用測量電壓U1和測量電流IC1推算出測量導(dǎo)納或阻抗值是否與外接電容C1的導(dǎo)納或阻抗值的初始值一致,來判斷外接電容C1是否正常;同時(shí)利用測量電壓U2和測量電流IC2推算出測量導(dǎo)納或阻抗值是否與外接電容C2的導(dǎo)納或阻抗值一致,來判斷外接電容C2是否正常。

(6)利用實(shí)際測量得到的AU/AI是否接近于1,來實(shí)現(xiàn)套管監(jiān)測系統(tǒng)的自檢功能

圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的監(jiān)測與保護(hù)處理模塊的工作原理圖,

本實(shí)施例中設(shè)置有4個(gè)保護(hù)的整定值:跳閘值A(chǔ)1、告警值A(chǔ)2、告警值A(chǔ)3、跳閘值A(chǔ)4。這4個(gè)整定值需滿足A1>A2>1>A3>A4的關(guān)系。A1~A4整定值的具體取值可以根據(jù)具體的條件進(jìn)行確定。根據(jù)預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程,可以考慮將A1設(shè)置為1.15,將A2設(shè)置為1.05。

由于套管從輕度擊穿到嚴(yán)重?fù)舸┑臅r(shí)間過程將持續(xù)數(shù)個(gè)周波乃至數(shù)小時(shí),在檢測到電壓的比值kU和電流的比值kI出現(xiàn)越限時(shí),通過告警或者跳閘的方式防止套管接地短路的發(fā)生。

上列詳細(xì)說明是針對本發(fā)明可行實(shí)施例的具體說明,該實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍,凡未脫離本發(fā)明所為的等效實(shí)施或變更,均應(yīng)包含于本案的專利范圍中。

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