林世琦 李泰伯 肖富鋒 許勛強(qiáng) 林穎

摘要：電力系統(tǒng)中，傳統(tǒng)水電站主變壓器是重要的組成部分，是承擔(dān)電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離、穩(wěn)壓等功能的主要設(shè)備，因此主變壓器的運(yùn)行可靠性決定水電站自身在電網(wǎng)中發(fā)揮發(fā)電、調(diào)峰和調(diào)頻等功能的可靠性。測(cè)量主變壓器的絕緣電阻和吸收比或極化指數(shù)，在檢查主變壓器整體的絕緣狀況時(shí)具有較高的靈敏度，能夠查明主變壓器絕緣整體狀況、設(shè)備部件表面受潮或臟污情況和貫穿性缺陷。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)110 kV油浸式主變壓器提供一種提升測(cè)量安全性的主變測(cè)量絕緣裝置。

關(guān)鍵詞：可靠性；主變壓器；測(cè)絕緣裝置

中圖分類號(hào)：TM855文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）35-0047-04

Design and Research of Safe and Efficient Insulation Measuring Auxiliary Device for Main Transformer

LIN ShiqiLI TaiboXIAO FufengXU XunqiangLIN Ying（State Grid Fujian Electric Power Co.， Ltd.， Fuzhou Fujian 350003）

Abstract： In the power system， the main transformer of the traditional hydropower station is an important part of it. It is the main equipment to undertake the functions of voltage transform， current transform， impedance transform， isola？ tion and voltage regulation. Therefore， the operation reliability of the main transformer determines the reliability of the hydropower station itself in the power grid as power generation， peak regulation and frequency regulation. Measur？ ing the insulation resistance and absorption ratio or polarization index of the main transformer can effectively check the overall insulation status of the main transformer with high sensitivity， clear the overall insulation status of the main transformer， equipment parts surface damp or dirty situation and penetration defects. The design of 110 kV oilimmersed main transformer provides a main transformer measuring insulation device to improve the safety of measure？ ment.

Keywords： reliability；main transformer；measuring insulation device

“雙碳”目標(biāo)下，我國能源結(jié)構(gòu)正在發(fā)生轉(zhuǎn)變，水電站這一依靠可再生能源的發(fā)電形式在電力系統(tǒng)中的占比將大大提高。而主變壓器是傳統(tǒng)水電站的重要組成部分，是承擔(dān)電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離及穩(wěn)壓等功能的主要設(shè)備，因此主變壓器的運(yùn)行可靠性決定水電站在電網(wǎng)中發(fā)揮發(fā)電、調(diào)峰和調(diào)頻等功能的可靠性。

水電站運(yùn)行時(shí)需要結(jié)合大小修操作并定期測(cè)量主變壓器的絕緣電阻和吸收比或極化指數(shù)，從而掌握主變壓器的絕緣情況。通過停役狀態(tài)下預(yù)防性試驗(yàn)?zāi)苡行z查主變壓器整體的絕緣狀況和靈敏度，查明主變壓器絕緣整體狀況、設(shè)備部件表面受潮或臟污情況和貫穿性缺陷。及早發(fā)現(xiàn)主變壓器存在的絕緣缺陷，安排進(jìn)一步的試驗(yàn)和檢修，有利于預(yù)防工作電壓或者過電壓情況下導(dǎo)致的絕緣擊穿從而引發(fā)的設(shè)備事故，有效提高運(yùn)行可靠性[1-3]。

1背景介紹

1.1設(shè)計(jì)對(duì)象

本設(shè)計(jì)針對(duì)110 kV SF8-50 000/110額定容量為50 000 kVA、高壓繞組電壓等級(jí)為110 kV的三相、自然循環(huán)油浸風(fēng)冷式銅繞組電力變壓器。

1.2設(shè)計(jì)背景

當(dāng)電站主變停、復(fù)役時(shí)，按規(guī)定需檢測(cè)并對(duì)比主變絕緣修前、修后絕緣狀況。具體主變絕緣測(cè)量操作時(shí)，操作人員需攜帶一堆測(cè)量工具爬到主變頂部，主變10 kV側(cè)在升高座軟連接處進(jìn)行絕緣測(cè)量（軟連接處已用絕緣熱縮套進(jìn)行熱縮，但上部有開口預(yù)留絕緣測(cè)量處），110 kV側(cè)在主變中性點(diǎn)引線處進(jìn)行測(cè)量。

2018年主變10 kV側(cè)軟連接處根據(jù)上級(jí)整改要求取消上部預(yù)留開口，并進(jìn)行全封閉絕緣熱縮處理，因此運(yùn)行人員采取非常規(guī)操作，在開關(guān)室主變10 kV側(cè)刀閘處進(jìn)行測(cè)量，采用絕緣測(cè)試桿在110 kV側(cè)在主變中性點(diǎn)引線測(cè)量。

上述測(cè)量方式存在爬高時(shí)通道上障礙物多、人員攜帶測(cè)量工具多、通道不平坦可能造成高處人員摔傷、10 kV側(cè)軟連接上部開口存在飄浮物短路等安全隱患，同時(shí)存在違反《國家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程》要求且測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、測(cè)量時(shí)間長等弊端。

上述兩種測(cè)量方式在測(cè)量時(shí)不僅存在一定的安全隱患，而且無法保證測(cè)量工具與待測(cè)部位連接的穩(wěn)定性，容易產(chǎn)生測(cè)量誤差。為保證操作人員的人身安全、防范設(shè)備短路的風(fēng)險(xiǎn)以及準(zhǔn)確測(cè)量主變絕緣、縮短絕緣測(cè)量時(shí)間，需要設(shè)計(jì)一種安全、高效的主變絕緣測(cè)量輔助裝置，以快速、準(zhǔn)確測(cè)量主變絕緣。

2主變絕緣測(cè)量輔助裝置設(shè)計(jì)

2.1裝置設(shè)計(jì)思路

主要設(shè)計(jì)思路為提供一種主變測(cè)量裝置，在主變母線上加裝導(dǎo)電連接件，操作人員只需要站在地面操作絕緣測(cè)量件即可控制導(dǎo)電連接件和絕緣測(cè)量件卡接。利用絕緣測(cè)量件快速、安全、準(zhǔn)確地測(cè)量主變絕緣，不僅消除了安全隱患，而且保證測(cè)量工具與待測(cè)部位在測(cè)量時(shí)連接穩(wěn)定，可避免產(chǎn)生測(cè)量誤差。

針對(duì)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況，需要在不損壞母線本身構(gòu)造及強(qiáng)度的基礎(chǔ)上在主變10 kV側(cè)母線螺栓連接處加裝快速、準(zhǔn)確導(dǎo)入的分體式絕緣測(cè)量輔助裝置固定端。對(duì)接絕緣測(cè)試桿采用常見的35 kV絕緣操作拉桿，并對(duì)拉桿頭進(jìn)行改造，使其具有準(zhǔn)確快速地導(dǎo)入及預(yù)留引接絕緣測(cè)試導(dǎo)線的航空插頭位等功能。使用時(shí)，操作人員站在地面，將絕緣測(cè)試線插入預(yù)留航空插頭位，人員手持操作桿通過導(dǎo)入槽插入10 kV側(cè)母線輔助裝置固定端，并旋轉(zhuǎn)一圈，使對(duì)接絕緣測(cè)試桿與固定端對(duì)接固定，測(cè)試導(dǎo)線充分與母線接觸，最后將測(cè)試線與絕緣電阻表相連，即可快速、安全進(jìn)行絕緣測(cè)量。

2.2裝置設(shè)計(jì)過程

設(shè)計(jì)過程分三個(gè)階段實(shí)施。第一階段測(cè)量主變10 kV側(cè)母線連接孔位分布、螺栓直徑尺寸等孔數(shù)據(jù)，確定分體式主變絕緣測(cè)量輔助裝置固定端的安裝位置。第二階段確定設(shè)計(jì)方案。由于主變低壓側(cè)母線螺栓連接處存在高度較高、阻礙物較多、絕緣包扎較為嚴(yán)密等特點(diǎn)，需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)研究，選用導(dǎo)電性能較好且硬度足夠的材料。在10 kV側(cè)母線安裝一個(gè)輔助裝置固定端作為測(cè)量點(diǎn)，并使用35 kV絕緣操作為拉桿，對(duì)拉桿頭進(jìn)行改造，使其具有準(zhǔn)確快速地導(dǎo)入及預(yù)留引接絕緣測(cè)試導(dǎo)線的航空插頭位等功能。利用該拉桿頭與輔助裝置固定端連接，進(jìn)行絕緣測(cè)量工作。第三階段確定安裝材料。根據(jù)確定的設(shè)計(jì)方案，通過市場(chǎng)選型，利用純銅導(dǎo)電性能較好且硬度足夠的特性，使用純銅制作輔助固定裝置與特制拉杠頭，并通過螺栓與相應(yīng)的部位連接。

2.3設(shè)計(jì)成果介紹

該主變測(cè)量輔助裝置包括導(dǎo)電連接件和絕緣測(cè)量件。導(dǎo)電連接件設(shè)有母線連接部和輔助測(cè)量部，母線連接部用以與主變電連接，母線連接部與輔助測(cè)量部電連接，輔助測(cè)量部設(shè)有卡槽。絕緣測(cè)量件設(shè)有絕緣握持部和導(dǎo)電測(cè)量部，導(dǎo)電測(cè)量部與輔助測(cè)量部電連接，導(dǎo)電測(cè)量部設(shè)有與卡槽卡接的卡扣。主變測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)和局部設(shè)計(jì)如圖1和圖2所示。

1.導(dǎo)電連接件；2.絕緣測(cè)量件；21.絕緣握持部；211.操作桿；22.導(dǎo)電測(cè)量部；3.電阻表。

導(dǎo)電連接件包括導(dǎo)電螺栓，母線連接部設(shè)置在導(dǎo)電螺栓上，導(dǎo)電螺栓用以與主變鎖接。導(dǎo)電螺栓既用作導(dǎo)電連接件與主變電連接，也用于導(dǎo)電螺栓與主變的機(jī)械連接，保證測(cè)量工具與待測(cè)部位在測(cè)量時(shí)連接穩(wěn)定，避免產(chǎn)生測(cè)量誤差。圖3為導(dǎo)電連接件的俯視圖。

導(dǎo)電連接件還包括底座和導(dǎo)電鎖具。底座通過導(dǎo)電螺栓與主變電連接，導(dǎo)電鎖具嵌設(shè)在底座內(nèi)，輔助測(cè)量部設(shè)置在導(dǎo)電鎖具上。底座用以安裝導(dǎo)電鎖具，導(dǎo)電鎖具用以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電連接件和絕緣測(cè)量件之間可拆卸、穩(wěn)定連接。圖4為導(dǎo)電鎖具的結(jié)構(gòu)示意圖。

導(dǎo)電連接件還包括絕緣保護(hù)套，絕緣保護(hù)套設(shè)在導(dǎo)電鎖具外，絕緣保護(hù)套上對(duì)應(yīng)輔助測(cè)量部的位置設(shè)有測(cè)量孔。絕緣保護(hù)套設(shè)置在導(dǎo)電鎖具外進(jìn)行絕緣保護(hù)，提高加裝導(dǎo)電連接件的安全性。圖5為導(dǎo)電連接件的主視圖。

輔助測(cè)量部設(shè)有插槽，插槽的截面形狀為圓形，卡槽設(shè)置在插槽的內(nèi)壁。導(dǎo)電測(cè)量部設(shè)有與所述插槽插接的柱頭，卡扣設(shè)置在柱頭的外壁。先通過柱頭與插槽的插接配合進(jìn)行對(duì)中定位后，再利用卡扣與卡接鎖緊，從而保證導(dǎo)電連接件與絕緣測(cè)量件在測(cè)量過程中連接穩(wěn)定。圖6為卡槽的結(jié)構(gòu)示意圖。

絕緣測(cè)量件包括操作桿，設(shè)有絕緣握持部和導(dǎo)電測(cè)量部，絕緣握持部和導(dǎo)電測(cè)量部分別設(shè)置在操作桿的兩端。操作桿便于人員拿持操作，使操作人員只需要站在地面操作操作桿即可進(jìn)行測(cè)量。操作桿包括兩根以上相互拼接的拼接桿，拼接后的兩根以上拼接桿的一端設(shè)置絕緣握持部，另一端設(shè)置導(dǎo)電測(cè)量部。操作桿采用拼接式結(jié)構(gòu)，根據(jù)待測(cè)主變位置高度可靈活調(diào)整拼接桿的數(shù)量，使用方便。導(dǎo)電測(cè)量部設(shè)有與所述卡槽卡接的卡扣，卡槽為環(huán)形槽，卡槽的截面形狀為方形，柱頭可轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在導(dǎo)電測(cè)量部上?？ú鄄捎铆h(huán)形結(jié)構(gòu)，待柱頭插入插槽后通過轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)與卡槽的鎖緊配合。圖7為主變測(cè)量裝置的局部示意圖。

操作桿還包括手柄、拉繩和彈簧，手柄與絕緣握持部轉(zhuǎn)動(dòng)連接，拉繩的一端纏繞在手柄上，拉繩的另一端與柱頭連接，彈簧設(shè)置在柱頭和導(dǎo)電測(cè)量部之間。使用人員按壓手柄，手柄牽動(dòng)拉繩拉動(dòng)柱頭，柱頭轉(zhuǎn)動(dòng)后與卡槽鎖緊，開始測(cè)量。測(cè)量完畢后，人員松開手柄，柱頭在彈簧的作用下復(fù)位，即可將導(dǎo)電連接件和絕緣測(cè)量件分離。主變測(cè)量裝置還裝設(shè)電阻表，電阻表與導(dǎo)電測(cè)量部電連接。電阻表通過線纜連接導(dǎo)電測(cè)量部，從而對(duì)主變進(jìn)行測(cè)量。圖8為主變測(cè)量裝置的局部示意圖。

安裝時(shí)，在主變母線上安裝導(dǎo)電連接件，導(dǎo)電連接件通過母線連接部與主變電連接。使用時(shí)，人員手持絕緣測(cè)量件的絕緣握持部，將絕緣測(cè)量件的導(dǎo)電測(cè)量部靠近導(dǎo)電連接件，利用導(dǎo)電測(cè)量部連接輔助測(cè)量部，并通過卡扣與卡槽的卡接配合使導(dǎo)電連接件和絕緣測(cè)量件連接。

綜上所述，本設(shè)計(jì)提供一種主變測(cè)量裝置，在主變母線上加裝了導(dǎo)電連接件，操作人員只需要站在地面操作絕緣測(cè)量件即可控制導(dǎo)電連接件和絕緣測(cè)量件卡接，利用絕緣測(cè)量件快速、安全、準(zhǔn)確地測(cè)量主變絕緣。導(dǎo)電螺栓既用作導(dǎo)電連接件與主變電連接，也用于導(dǎo)電螺栓與主變的機(jī)械連接，保證測(cè)量工具與待測(cè)部位在測(cè)量時(shí)連接穩(wěn)定，避免產(chǎn)生測(cè)量誤差。底座用以安裝導(dǎo)電鎖具，導(dǎo)電鎖具用以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電連接件和絕緣測(cè)量件之間可拆卸、穩(wěn)定連接。絕緣保護(hù)套設(shè)置在導(dǎo)電鎖具外進(jìn)行絕緣保護(hù)，提高加裝導(dǎo)電連接件的安全性。先通過柱頭與插槽的插接配合進(jìn)行對(duì)中定位后，再利用卡扣與卡槽卡接鎖緊，從而保證導(dǎo)電連接件與絕緣測(cè)量件在測(cè)量過程中連接穩(wěn)定。操作桿便于人員拿持操作，使操作人員只需要站在地面操作操作桿即可進(jìn)行測(cè)量。操作桿采用拼接式結(jié)構(gòu)，根據(jù)待測(cè)主變位置高度可靈活調(diào)整拼接桿的數(shù)量，使用方便?？ú鄄捎铆h(huán)形結(jié)構(gòu)，待柱頭插入插槽后可通過轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)與卡槽的鎖緊配合。使用時(shí)人員按壓手柄，手柄牽動(dòng)拉繩拉動(dòng)柱頭，柱頭轉(zhuǎn)動(dòng)后與卡槽鎖緊，開始測(cè)量。測(cè)量完畢后，人員松開手柄，柱頭在彈簧的作用下復(fù)位，即可將導(dǎo)電連接件和絕緣測(cè)量件分離。電阻表通過線纜連接導(dǎo)電測(cè)量部，從而對(duì)主變進(jìn)行測(cè)量[4-6]。

3裝置測(cè)試與應(yīng)用

在新絕緣測(cè)量輔助裝置投運(yùn)前，按規(guī)定結(jié)合水電站主變停、復(fù)役時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在主變10 kV側(cè)母線螺栓連接處（靠近主變10 kV側(cè)）加裝分體式絕緣測(cè)量輔助裝置，操作人員站在地面通過絕緣測(cè)試桿與螺栓連接處輔助裝置對(duì)接進(jìn)行測(cè)量。

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試由工作量測(cè)試、準(zhǔn)確度測(cè)試、人身和設(shè)備安全測(cè)試及綜合測(cè)試組成。

3.1工作量測(cè)試

主變停復(fù)役時(shí)，使用主變絕緣測(cè)量輔助裝置進(jìn)行絕緣測(cè)量，測(cè)試共進(jìn)行4次。經(jīng)過測(cè)試得出結(jié)論：運(yùn)行人員減少了攀爬主變接線和往返10 kV室與110 kV升壓站的時(shí)間，接線簡(jiǎn)單方便，測(cè)量主變絕緣時(shí)間由原先的80 min縮短至25 min，減輕了運(yùn)行人員的工作量。

3.2測(cè)量準(zhǔn)確度

測(cè)試使用主變絕緣測(cè)量輔助裝置，其測(cè)量方式完全按照高-低、高-地、低-地的測(cè)量要求，相比于在10 kV室進(jìn)行測(cè)量，大大提高了測(cè)量的準(zhǔn)確度。

3.3人身和設(shè)備安全測(cè)試

使用主變絕緣測(cè)量輔助裝置，有效降低了高處作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，且測(cè)量操作時(shí)安全距離足夠遠(yuǎn)，保障了操作人員的人身安全，防范設(shè)備出現(xiàn)短路的風(fēng)險(xiǎn)。

3.4綜合測(cè)試

測(cè)試主變檢修時(shí)使用主變絕緣測(cè)量輔助裝置，大大縮短了測(cè)量主變絕緣的時(shí)間，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確度，并且保證了運(yùn)行人員的安全，降低了設(shè)備短路的風(fēng)險(xiǎn)[7]。

4結(jié)語

主變絕緣測(cè)量輔助裝置在電站主變檢修期間，通過實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，大大縮短了測(cè)量主變絕緣所花費(fèi)的時(shí)間，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確度，并且保證了運(yùn)行人員的安全，降低了設(shè)備短路的風(fēng)險(xiǎn)，能夠?yàn)樗娬驹O(shè)備安全運(yùn)行提供有效保障，可以在同類型電站進(jìn)行主變絕緣測(cè)量工作時(shí)推廣使用。

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