1-交流电压的产生

【1】/67前言一、高电压试验的重要性1.绝缘特性、耐压特性的测量与研究气、固、液体放电特性、电晕、介损2.高压设备绝缘水平的确定保证设备在额定工作电压下可靠工作3.其它领域的应用激光、微波、雷达、医学、物理、国防等等【2】/67二、高电压试验技术的主要内容各种电压的产生和测量•工频（交流）高压•直流电压•冲击电压•冲击电流•预防性试验•局部放电试验三、基本要求1.几种高压的产生和测量原理2.高压试验方法3.设计【3】/67国网特高压交流试验基地（武汉）6项成果世界第一：1.特高压试验线段几何尺寸可调，线路优化设计试验功能世界第一；2.试验线段雷电、污秽、覆冰、振动等综合参数在线监测功能世界第一；3.特高压运行、检修、带电作业综合培训功能及条件世界第一；4.单回试验线段和同塔双回试验线段同时进行电磁环境测量的试验条件世界第一；5.全天候电磁环境监测系统世界第一；6.工频谐振试验装置电压等级和容量世界第一。著名试验室【4】/67国网特高压直流试验基地（北京）特高压直流试验基地一期工程主要包括：户外试验场、特高压直流试验线段、电晕笼、电源系统、试验大厅、绝缘子及避雷器试验室、电磁环境模拟试验场及其他辅助设施。优化调整项目包括：污秽及环境试验室、直流输电换流阀试验室和提升直流电磁环境模拟试验场功能。第一阶段建成的户外试验场、试验线段、电晕笼三个试验室创造了8项世界第一【5】/67云南昆明特高压试验研究基地高海拔（2000米以上）特高压直流和冲击户外试验场、特高压直流试验线段及电磁环境试验场、特高压污秽及覆冰实验室、特高压自然设备长期带电试验场这四个部分组成。主要研究±800千伏直流设备的雷电和操作冲击电压试验；工频/直流耐压试验、±800千伏直流线路的合成电场和离子电流等内容。【6】/67国家电网公司西藏高海拔试验站作为特高压直流试验基地的补充，将开展高海拔地区超/特高压输电工程中设备外绝缘、电晕特性和电磁环境研究。西藏高海拔试验站在海拔4310米的羊八井建设，占地约60000平方米，包含120米×100米户外试验场，长500米试验线段及小雾室。【7】/67西安高压电器研究院具备1100kV/63kA交流设备容量试验、1100kV交流设备绝缘试验、±1000kV直流换流阀绝缘和运行试验能力•大容量试验：•温升试验：27000A•高电压试验•电磁兼容试验•绝缘子机械弯扭试验•六气候综合老化试验•冲击电流试验•电力电容器试验【8】/67荷兰KEMA是一家专业的电力实验室，成立于1927年，其业务覆盖欧洲，亚洲和南北美洲。经过八十年的发展，KEMA的核心业务已经不仅仅局限于能源领域，在产品测试与认证，管理体系认证及产品检查服务方面都享有极高的声誉。拥有世界上最大的高功率实验室（1百亿瓦）；参与了三峡工程高电压发电机与反应堆项目。荷兰KEMA实验室【9】/67西安交通大学高压教研室220kVGIS试验母线；200kV试验变压器；1800kV冲击电压发生器；600kV直流电源；意大利产局部放电检测仪；电磁屏蔽室；高速摄像机；高性能示波器；……………………………………【10】/67第一章交流高压试验1-1概述一、交流电压的特性峰值，频率，正弦波,有效值波形畸变率=波形系数=波顶系数=12322VVV平均值有效值有效值峰值【11】/67二、试验设备1.工频试验变压器工频耐压试验（GIS、变压器等等）2.超低频交流电压发生器电缆等3.高频高压发生器变压器绕组（150~400Hz）4.串联谐振试验设备大容量试品，现场试验【12】/671-2工频高压试验变压器一、用途1.绝缘可靠性试验额定电压、暂时内过电压2.绝缘试验、放电试验研究击穿、介损、电晕、污秽等3.产生长波头操作波特高压的发展，操作冲击3.其他高压发生器的“电源”【13】/67二、特点试验变压器电力变压器电压：高，达3MV1000kV负荷：小（容性）很大（感性）工作特点：经常短路放电不允许短路过电压：梯度、恢复雷电、操作工作时间：短长期温升：低高安全系数：105~110%2~3倍电压高、负荷小、变比大→绝缘要求高、漏磁通大、短路电抗大【14】/67三、一般试验方法1.试验回路～T1T2RCoR：1.防止试品放电时所发生的电压截波对变压器绕组纵绝缘的损伤；2.抑制试品闪络时所造成的恢复过电压；3.限制过电流。0.1V/Ω【15】/672.试验注意升压：0额定电压降压：额定0保护电阻作用：限制过电流限制过电压保护电阻选取：线绕或水电阻容量阻值：0.1Ω/V,100kΩ长度：150~200kV/m【16】/671-3试验变压器结构和参数一、结构油浸式变压器，分金属壳和绝缘壳•单套管axX【17】/67•双套管外铁壳需对地绝缘的双套管变压器（金属壳）【18】/67绝缘壳做容器；同时做外绝缘，省去套管；体积小、重量轻。【19】/67【20】/67二、主要参数电压和容量1.一般试品（有效值）试验电流)(109ACUIs)kVA(1092CUPs变压器容量：：电压角频率C：试品电容，pFU：试验电压，kV(有效值)单台1000kV【21】/67【22】/672.大容量试品•串联谐振装置•超低频正弦波发生器•电感补偿波形畸变CL)kVA(10101010321223292LUCULUCUPs【23】/673.电导性负载湿闪、污闪电弧放电：要能驱动形成电弧容量较小、阻抗较大：何时发生闪络？小样品：0.1A、自恢复外绝缘：0.1A湿闪：1A污闪：15A，【24】/67成本~U3绝缘问题安装、运输等一、基本原理单个变压器很少超过750kV1-4串级高压试验变压器多台串接，电压相叠加【25】/67二、串接方式1.利用绝缘变压器级数增加，台数增加；占地面积太大；第二级开始，高压变由绝缘变供电高压变绝缘水平U2输出电压：nU2，功率：nU2I2各变压器容量：U2I2总容量：n(n+1)U2I2/2每台试验变的电压和容量都相同【26】/672.自耦式串级变压器高一级变压器的激磁电流由前一级的变压器提供！两部分：提供激磁抬高电位付边有2个绕组（最高一级除外）外壳与铁心相连，对地(n-1)U2每台变压器容量不同输出电压：nU2，功率：nU2I2总容量：n(n+1)U2I2/2随着串级数的增加，利用率显著降低【27】/67双套管变压器的串接【28】/671.6MV,1A绝缘壳变压器的串接【29】/67三、优缺点1.优点•成本可降低•可改接线•每台可单独使用2.缺点•设备利用率低（3~4级）•漏抗大，短路电抗大•瞬时电压分布不均【30】/671-5试验变压器的短路电抗及降低措施•要求：尽可能小污闪时试验结果的准确度提供足够的驱动电流容性试品的容量增加，输出电压增加容抗减小波形畸变严重改善波形【31】/67短路阻抗•所谓短路阻抗就是变压器短路形成的电阻。•a，通常，变压器的短路阻抗，是指在额定频率和参考温度下，一对绕组中，某一绕组的端子之间的等效串联阻抗。由于它的值除计算之外，还要通过负载试验来确定，所以习惯上又把它称为短路电压或阻抗电压。•b，短路阻抗是变压器性能指标中很重要的项目，其出厂时的实测值与规定值之间的偏差要求很严。•变压器短路阻抗大小对变压器运行能有什么影响?•变压器短路阻抗也称阻抗电压，在变压器行业是这样定义的：当变压器二次绕组短路（稳态），一次绕组流通额定电流而施加的电压称阻抗电压Uz。通常Uz以额定电压的百分数表示，即uz=(Uz/U1n)*100%•当变压器满载运行时，短路阻抗的高低对二次侧输出电压的高低有一定的影响，短路阻抗小，电压降小，短路阻抗大，电压降大。当变压器负载出现短路时，短路阻抗小，短路电流大，变压器承受的电动力大。短路阻抗大，短路电流小，变压器承受的电动力小。【32】/67二、降低短路电抗的措施原因：绕组间耦合漏抗1.采用双低压绕组，加强高低压绕组之间的耦合1.低压绕组2.高压绕组3.激磁绕组【33】/672.平衡绕组高压绕组和低压绕组不完全套装在同一个铁芯柱上套装平衡绕组有效降低漏磁通【34】/671-6试验变压器的调压装置要求：1.由零开始，均匀平滑2.波形无畸变，阻抗不宜过大3.U≦75%U0，升压可快些U75%U0，2%U0/s的速度升压4.工作稳定自耦式、感应式、移圈式调压器，电动发电机组【35】/67一、自耦调压器原理：自耦变压器油绝缘：50kVA~几百千伏安特点：价格便宜、携带方便波形好漏抗小分级调压（2%）容量小U2U1【36】/67二、移圈式调压器•K,C,D线圈的匝数相同•C,D绕向相反，相互串联•K为短路线圈，套在C,D之外•K上下移到，调节电压U2=U1/21.原理：K不存在【37】/67K在最下面与K交链，与K完全不交链cDKU1XADCU2方向相反CKCCKKCU2=0【38】/67K在最上面与K交链，与K完全不交链DKU1XADCU2U2=U1cDKKD方向相反DKD【39】/67K在中间与K交链，与K也交链DKU1XADCU2U2=U1/2cDKCK【40】/672.特点•可平稳调压，容量大•短路电抗与K的位置有关，与输出电压有关UK%00.20.40.60.81S200150100500S：K的行程，S=1输出电压最大Uk：短路电压【41】/67三、感应式调压器•工作原理结构和电磁原理类似堵转的绕线式异步电动机能量转换关系类似变压器它通过调整转子角位移，改变定子或转子绕组的感应电势相位（三相）、幅值（单相），以达到无触点调压的目的。【42】/671-7试验变压器输出电压的升高和波形畸变变压器输入电压相同，同样试品单个试品试验：合格多个并联：出现闪络～220VT1T2RCo【43】/67一、“容升”效应试验变压器具有较大漏抗时，在容性负载下会出现变压器输出端和被试品上电压升高的现象。原因：容性试品变压器和调压器的漏抗【44】/67变压器等效电路C0U2U1xKrKI2I2U2UxKU1UrKU1：由低压侧换算的输出电压UrK=I2rKUxK=I2xKU2U1【45】/67解决方法•变压器二次侧增加测量绕组•作校正曲线Co～RT2T1V【46】/67二、恢复过电压1.现象交流正半周峰值时击穿，电弧熄灭，间隙电压重新建立，负半周峰值电压比原电压还高原因：1、试品击穿形成过电压2、负极性击穿电压高3、电弧熄灭，重燃后果：多次闪络形成极高的负极性过电压【47】/672.形成过程CDCoCT0ut正半周闪络（电压为零）→绕组电流为零→电弧不能维持→电压重新建立→反向过电压→正半周闪络→多次闪络→负极性高过电压【48】/673.解决方法•并联球隙•一次侧并高速保护开关•高压输出串联电阻极性效应小；分散性，尺寸试验电压较低时适用阻尼；限流延长变压器电容储能避免电弧熄灭【49】/671、电容分压器低压侧取du/dt信号；2、信号处理；3、控制晶闸管，使低压绕组短路；4、高压侧失去能源，无法产生过电压。比较典型的电力电子技术和高压的结合HVDC，FACTS【50】/67三、波形畸变与改善措施波形要求（工频）：•正弦波，f=45~65Hz（GB/T16927.1高电压试验技术）•正负半波相同•波顶系数•谐波5%07.02【51】/671.波形畸变激磁电流中的高次谐波试验变压器的铁芯适用在磁化曲线饱和段时，激磁电流呈非正弦波调压装置铁芯饱和造成电压波形畸变饱和电源电压畸变谐波【52】/67交流高压串联谐振试验设备•大容量试品电缆、GIS、电容器、大容量发电机•L-C串联谐振，高电压，容量减小•现场使用越来越广泛•并联谐振、串联谐振【53】/67•当试验变压器的额定电压小于所需试验电压，但电流额定量能满足试品试验电流的情况下，可采用串联补偿的方法进行试验。调压及控制TTXLXCC2C1V利用串联谐振做耐压试验有两个优点：①若被试品击穿，则谐振终止，高压消失；②击穿后电流下降，不致于造成被试品击穿点扩大。串联补偿（电压谐