20kV试验研究技术报告.docx
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20kV试验研究技术报告
10kV架空线路升压20kV运行试验研究
技术报告
10kV架空线路升压20kV运行试验研究项目技术报告
1项目研究工作总体情况
1.1项目概况及研究内容
10kV架空线路升压20kV运行试验研究(苏电科信〔2008〕458号文件下达)是淮安供电公司负责实施的江苏省电力公司2008年重点科技项目计划,项目编号为J2008063。
为确保该项目的顺利实施,08年1月成立了由淮安供电公司与江苏省电力试验研究院相关人员组成的项目组。
项目主要研究技术内容有:
1.1.1研究20kV系统接地方式的选择;
1.1.2研究架空线路在不改变原有线路结构、不更换导线、绝缘子的情况下升压20kV运行的可行性;
1.1.3研究在10kV升压20kV过渡期间20kV电源解决方案;
1.1.4研究20kV系统操作过电压以及弧光过电压的水平,为设备选型提供依据;
1.1.5研究不同接地工况下零序电流的变化趋势,为继电保护整定提供依据;
1.1.6研究不同接地系统投切空载线路时继电保护装置躲过合闸涌流的性能。
1.1.7研究中性点经小电阻接地系统接触电压和跨步电压分布情况。
1.2预期目标
1.2.1对选定的2条10kV架空线路进行改造,在不改变原有线路结构、不更换导线、绝缘子的情况下升压20kV运行;
1.2.2找出中性点经小电阻接地系统接触电压和跨步电压的解决办法;
1.2.3为今后20kV设备选型及继电保护提供参考依据;
1.2.4依据有关规定以及技术标准,结合试验成果,制定10kV架空线路升压20kV运行改造实施办法和相关的设计文件;
1.2.5对改造后的线路运行情况进行分析、评估,编制运行维护管理规定。
1.3升压线路概况
1.3.110kV架空线路升压20kV运行试验线路位于淮安市经济开发区深圳路(宁连公路至飞耀路路段),原为35kV钵池变出线10kV黄河144线、10kV毛渡145线同杆双回架设的延伸线路。
1.3.2该地段目前用户相对较少,但已有多家企业正在建设之中,用电需求较大,10kV试点线路升压成功后,飞耀路、深圳路、和平东路、威海路、青岛路范围内可以形成独立的、成规模的20kV供电区域。
近期可与即将建设的110kV/20kV万达变20kV线路联络,远景还可与经济开发区东部新增变电站的20kV线路联络,以形成相对坚强的20kV供电网络。
1.3.3本试验项目共新安装1250kVA升压箱式变电站两台,20kV六氟化硫负荷开关四台,200kVA非晶变两台,安装20kV避雷器6组,架设屏蔽分流线2.02公里,电杆进行逐杆接地,可模拟各种接地工况的10*5平方米试验场一处。
1.3.4该试验线路于2008年3月29日13:
08成功升压运行。
1.4升压线路试验项目
1.4.1现有10kV绝缘子20kV工况耐压试验;
1.4.2现有10kV绝缘导线20kV工况表面电位测量;
1.4.3线路零序阻抗测量;
1.4.4双回线路互感阻抗测量;
1.4.5电杆电压分布参数测量;
1.4.6升压变及线路投切试验;
1.4.7各种工况下的单相接地试验;
1.4.8接触电压和跨步电压测量试验。
210kV架空线路升压20kV运行试验项目设计方案
2.1试验线路杆型、导线、金具选择
试验线路现状为按10kV标准建设的同杆双回架空线路,全长2.02公里,全线共有48基杆塔,直线砼杆采用18米非预应力法兰砼杆,终端采用钢管塔;架空导线采用JKLYJ—240/10绝缘导线,安全系数K=5;导线耐张线夹采用NXJ-240型号,导线接续金具采用JT-240型号。
2.2绝缘配合及防雷技术
2.2.1转角、耐张采用两片XP-30C型绝缘子,直线杆支柱绝缘子采用PSN-105(PS-15T/5)型绝缘子;引跳线安全距离按照大于200mm考虑。
2.2.2本次试验线路防雷采用屏蔽分流线方式,在架空绝缘线路上架设屏蔽分流线,利用其电磁耦合和分流效果,降低绝缘导线断线几率,还可有效降低跨步电压和接触电压;升压变、SF6负荷开关、配电变压器等设备防雷采用两侧安装避雷器方式;升压变出线电缆与架空线的接头处安装线路避雷器限制过电压。
2.3接地
为避免试验期间及试运行阶段可能出现的杆塔表面电位伤害,本试验线路杆塔采用逐杆单根接地极接地方式,杆塔铁件全部经过钢绞线直接金属接地,屏蔽分流线和各个杆塔接地系统金属连接,形成公共接地系统。
2.4设备选择
2.4.1升压变具体选型方案如下:
2.4.1.1干式变压器本体
两台干式升压变压器全部采用△/Y接线方式,容量为1250kVA,变比为10kV/20kV,一台箱变中性点采用小电阻接地方式,一台箱变中性点采用不接地方式;两台干式升压变压器全部配备强迫风冷系统与自动温度控制系统。
2.4.1.2箱变10kV侧
箱变10kV侧配备断路器柜、PT柜、进线翻排柜;断路器柜配备的断路器带有过流脱扣功能;PT变比为10kV/220V,PT柜配备两组PT,各带两个次级,提供保护、柜内照明、操作、变压器风机电源。
2.4.1.3箱变20kV侧
箱变20kV侧配备断路器柜、PT柜、进线翻排柜;断路器柜配备的断路器带有过流脱扣功能;PT变比为20kV/100V,配备一组PT,两个次级。
2.4.1.4其他
接地电阻选用20欧姆,额定电流选用600A;20kV开关柜体工频耐压水平为50kV,变压器工频耐压水平为65kV;中性点经小电阻接地的干变出口电缆配备分离式零序电流互感器;箱变10kV侧、20kV侧各配备一组带电显示器;仪表采用带记录功能的数字式仪表;箱变内以及20kV侧安装两组相应耐压水平的避雷器。
2.4.2四台负荷开关为20kVSF6负荷开关;两台200kVA配电变压器为20kV/0.4kV非晶合金变压器;避雷器为20kV氧化锌避雷器。
2.5保护配置
2.5.1变压器10kV侧、20kV侧保护各配备三段式过流、两段式零序保护,零序保护可整定范围较大并且可调节;
2.5.220kV侧零序保护及10kV侧零序后备保护的零序电流取自20kV侧零序电流互感器;
2.5.3保护带有自动录波功能,录波启动分为保护启动、开关分合闸启动;故障时电流、电压记录频率为一个周波50点,记录容量为10秒。
2.6可模拟各种接地工况的试验场
模拟接地试验采用外引接地的形式,在线路外侧远离道路处适当位置单独设立可模拟各种工况的接地试验场,试验电源经柱上负荷开关隔离后,采用电缆外引至接地试验场进行试验,避免不可预料的人身及设备事故的发生。
2.7理论计算
为验证10kV架空线路升压20kV运行的可行性,我公司对现有导线线间距离、绝缘子的耐压水平是否满足20kV运行进行了理论计算和分析,结果表明,现有10kV线路的横担距离、现有线路绝缘子(PSN-105/5ZS、XP-30C)的耐压水平可以满足升压需要。
2.7.1线间距离计算书如下:
线间距离计算书
1、10kV升压20kV后线间距离验算。
2、试验线路数据:
a.代表档距均在50米左右,平均档距50米;
b.最大的跨越档(厦门路)为60米,
c.试验线路的最大弧垂出现在最高气温40度,此时百米弧垂为2.6976米,60米档实际最大弧垂
为:
3、线间距离计算:
a.线间距离
计算公式:
由于现有线路采用PSN-105(PS15-5)支柱绝缘子,取0.4
=0、
=20kV、
=0.971m,带入得:
4、现有线路横担距离
=1.1米大于线间计算距离。
结论:
现有10kV杆线在导线
=3、
=5时可以升压20kV使用。
2.7.2绝缘子计算书如下:
绝缘子计算书
1、目的:
验算10kV升压20kV后绝缘子可否直接应用。
2、绝缘子参数:
a.常用支柱绝缘子参数:
产品型号
PS-15/3
PSN-105
(PS15-5)
PSN-125/8ZS
PSN-150/12.5ZS
美国标准57/2S
公称爬电距离mm
300
360
530
534
559
结构总高度mm
254
254
305
336
305
伞裙直径mm
125
152
170
152
弯曲破坏负载kN
3.0
5.0
8
12.5
12.5
工频湿耐受电压kV
40
40
50
65
63
雷电冲击耐受电压kV
105
105
125
150
147
10kV爬电比距cm/kV
3
3.6
5.3
5.34
5.59
20kV爬电比距cm/kV
1.5
1.8
2.65
2.67
2.8
b.常用耐张绝缘子参数:
名称
泄漏距离mm
工频电压kV
冲击闪络kV
尺寸mm
破坏负荷
kN
2片爬电
10kV比距
cm/kV
2片爬电
20kV比距
cm/kV
干闪
湿闪
击穿
H
D
XP-30C
220
60
30
90
100
146
200
40
4.4
2.2
XP-40
185
60
30
90
75
110
175
40
4
2
3、相关要求
a.《高压架空线路和发电厂、变电所环境污区分级及外绝缘选择标准GB/T164341996》220kV及以下污秽区爬电比距分级数值:
污秽等级Ⅰ—(1.60~2.00)cm/kV;污秽等级Ⅱ—(2.00~2.50)cm/kV;污秽等级Ⅲ—(2.50~3.20)cm/kV。
b.绝缘子及金具的机械强度安全系数,悬式绝缘子2.7、针式绝缘子2.5。
c、《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合DL/T620—1997》规定的操作过电压及雷电过电压的最小空气间隙为(300mm)。
d、《高压输变电设备的绝缘配合GB311.1—1997》对套管母线支柱耐受电压要求:
标称电压
有效值
设备最高电压
有效值
雷电冲击耐受
峰值
短时耐受有效值
湿
干
10
11.5
75
30
42
15
17.5
105
40
57
20
23
125
50
68
e、《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合DL/T620—1997》关于50%湿闪电压的效验要求(计算公式见《电力工程高压送电线路设计手册》K为海拔系数,
为操作过电压倍数):
工频湿闪
接地系统
=3.2不接地系统
=4
a.接地系统
支柱绝缘子应承受工频湿闪电压
耐张绝缘子应承受工频湿闪电压
b.不接地系统
支柱绝缘子应承受工频湿闪电压
耐张绝缘子应承受工频湿闪电压
4、绝缘子参数数据对比分析:
a.现有绝缘子由于使用条件不变,在强度上考虑可以升压20kV使用。
b.两片耐张绝缘子用于20kV如运行中出现零值会有一定问题。
c.PSN-105、2片XP-30C的结构高度均小于要求。
d.PSN-105爬电比距为1.8cm/kV,2片XP-30C爬电比距为2.2kV/mm,可以在污秽等级Ⅰ地区升压20kV使用。
e.现有绝缘子50%湿闪电压低于20kV标准下的绝缘配合要求。
5、20kV线路绝缘子选用建议:
A.针对PSN-150/12.5ZS绝缘子作试验研究,找出实际耐受电压。
b.为摸索故障概率可升压试验运行一段时间。
c.考虑运行出现零值及结构高度影响,20kV耐张绝缘子采用3片XP-30C型,或采用1片复合绝缘子FXBW-20/70。
3各分项试验的试验数据分析
3.1架空线路绝缘子耐压试验
3.1.1试验项目
3.1.1.1雷电全波冲击干耐受电压试验;
3.1.1.250%雷电冲击干闪络电压试验;
3.1.1.3工频干闪络电压试验;
3.1.1.4工频湿耐受电压试验;
3.1.1.5工频湿闪络电压试验。
3.1.2试验结果:
3.1.2.110kV架空线路柱式瓷绝缘子(型号为:
PSN-105/5ZS)试验结果
3.1.2.1.1按20kV设备标准进行雷电全波冲击干耐受电压试验
在正极性条件下(试验条件:
t干=4.5℃,t湿=4.5℃,P=99.2kPa,电弧距离L=183mm,规定电压值125kV,大气校正系数Kt=1.008,校正电压值126kV),共进行15次冲击试验,共发生闪络4次。
按照国家绝缘子避雷器质量监督检验中心的试验标准(GB311.1-1997《高压输变电设备的绝缘配合》),在正极性条件下,闪络次数应大于两次,本项试验不合格,但因U50>1.04U耐受,按照GB/T1001.1-2003《标称电压高于1000V的架空线路绝缘子第一部分:
交流系统用瓷或玻璃绝缘子元件—定义、试验方法和判定准则》进行判定,本项试验可以通过。
附:
GB/T1001.1-2003《标称电压高于1000V的架空线路绝缘子第一部分:
交流系统用瓷或玻璃绝缘子元件—定义、试验方法和判定准则》中“第4节电气试验的试验程序”有关规定:
{13雷电冲击电压试验(型式试验)
测定单个绝缘子和标准短串的雷电冲击耐受电压通常是按GB/T16927.1所规定的方法,由升降法测定的50%闪络电压水平来计算。
注:
经供需双方协议,耐受电压可以按GB/T16927.1中所述的施加15次冲击的方法来检验.
13.1试验程序
采用标准的1.2/50雷电冲击波(见GB/T16927.1),
绝缘子应在第9章和第10章规定的条件下进行试验。
采用正负极性两种冲击波。
然而,当某种极性下耐受电压明显较低时,即用该种极性进行试验。
试品的数量应符合8.1的规定。
13.2判定准则
用上述方法确定的50%雷电冲击闪络电压应按10.2进行校正。
对一个绝缘子元件或标准短串进行试验时,如果50%雷电冲击闪络电压平均值不低于[1/(1一1.3δ)]=1.040倍规定的雷电冲击耐受电压,则认为绝缘子通过本试验。
式中δ是标准偏差(假设等于3%)。
对三个绝缘子元件进行试验时,应计算三个绝缘子50%雷电冲击闪络电压的平均值。
若50%雷电冲击闪络电压平均值不低于[1/(1-1.3δ)]=1.040倍规定的雷电冲击耐受电压,则认为绝缘子通过本试验。
式中δ是标准偏差(假设等于3%)。
试验中绝缘子不应损坏,但是允许在绝缘件表面有轻微痕迹,或者有胶装用水泥或其他材料的小碎片。
}
在负极性条件下,共进行15次冲击试验,其中128kV冲击3次,129kV电压冲击6次,130kV电压冲击6次,均未发生闪络。
3.1.2.1.250%雷电冲击干闪络电压试验结果
在正极性条件下(试验条件:
t干=4.5℃,t湿=1.5℃,P=99.2kPa,电弧距离L=183mm,大气校正系数Kt=1.005),共进行30次冲击试验,发生闪络13次,闪络电压值平均值为134kV,校正值为133.3kV。
在负极性条件下(试验条件:
t干=4.5℃,t湿=1.5℃,P=99.2kPa,电弧距离L=183mm,大气校正因数Kt=1.033),共进行30次冲击试验,发生闪络15次,闪络电压值平均值为202.4kV,校正值为195.9kV。
3.1.2.1.3工频干闪络电压试验(试验条件:
t干=4.5℃,t湿=1.5℃,P=98.8kPa,电弧距离L=183mm,大气校正因数Kt=0.939),闪络电压值平均值为75kV,校正值为79.9kV。
3.1.2.1.4工频湿耐受电压试验(试验条件:
t干=4.5℃,t湿=1.5℃,t水=5.0℃,P=98.8kPa,电弧距离L=183mm,大气校正因数Kt=1.025),实际施加电压值51.5kV(规定值51.2kV),持续1分钟,未发生闪络。
3.1.2.1.5工频湿闪络电压试验(试验条件:
t干=4.5℃,t湿=1.5℃,t水=5.0℃,P=98.8kPa,电弧距离L=183mm,大气校正因数Kt=1.025),闪络电压平均值为58kV,校正值为56.5kV。
3.1.2.210kV架空线路盘型悬式瓷绝缘子(型号为:
XP-30C)试验结果
3.1.2.2.1按20kV设备标准进行雷电全波冲击干耐受电压试验:
在正极性条件下(试验条件:
t干=4.5℃,t湿=4.5℃,P=99.2kPa,电弧距离L=272mm,规定电压值125kV,大气校正系数Kt=0.957,校正电压值119.6kV),共进行15次冲击试验,均未发生闪络;
在负极性条件下(试验条件:
t干=4.5℃,t湿=4.5℃,P=99.2kPa,电弧距离L=272mm,规定电压值125kV,大气校正系数Kt=0.957,校正电压值119.6kV),共进行15次冲击试验,均未发生闪络。
3.1.2.2.250%雷电冲击干闪络电压试验结果
在正极性条件下(试验条件:
t干=4.5℃,t湿=1.5℃,P=98.8kPa,电弧距离L=272mm,大气校正系数Kt=1.012),共进行30次冲击试验,发生闪络15次,冲击电压平均值为217kV,校正电压值为214.4kV。
在负极性条件下(试验条件:
t干=4.5℃,t湿=1.5℃,P=98.8kPa,电弧距离L=272mm,大气校正因数Kt=1.014),共进行30次冲击试验,发生闪络13次,冲击电压平均值为221.5kV,校正值为218.4kV。
3.1.2.2.3工频干闪络电压试验(试验条件:
t干=4.5℃,t湿=1.5℃,P=98.8kPa,电弧距离L=272mm,大气校正因数Kt=0.979),闪络电压平均值为127kV,校正值为129.7kV。
3.1.2.2.4工频湿耐受电压试验(试验条件:
t干=4.5℃,t湿=1.5℃,t水=5.0℃,P=98.8kPa,电弧距离L=272mm,大气校正因数Kt=1.025),实际施加电压值51kV(规定值≥50.4kV)未发生闪络。
3.1.2.2.5工频湿闪络电压试验(试验条件:
t干=4.5℃,t湿=1.5℃,t水=5.0℃,P=98.8kPa,电弧距离L=183mm,大气校正因数Kt=1.025),闪络电压平均值为83.4kV,校正值为81.4kV。
3.2现有10kV绝缘导线20kV工况表面电位测量
3.2.1试验项目:
3.2.1.1测量接地系统中,现有10kV导线升压20kV运行时,导线表面电位的特性;
3.2.1.2测量不接地系统中,现有10kV导线升压20kV运行时,导线表面电位的特性。
3.2.2试验数据
施加电压
施加时间
施加部位
表面测量电压
结果
20kV
5秒钟
芯对地
0
未击穿
20kV
1分钟
芯对地
0
未击穿
20kV
5分钟
芯对地
0
未击穿
3.2.3试验结果
导线加压20kV,绝缘表面安装验电环测量电压。
结果加压5分钟后绝缘未击穿,表面电压为零,泄漏电流为零。
无论是中性点经小电阻接地系统还是中性点不接地系统,绝缘导线均可以承受20kV电压,与接地方式无关。
3.3线路零序阻抗测量
3.3.1试验结果:
本试验线路零序阻抗为0.834+j1.610Ω
3.4线路互感阻抗测量
3.4.1试验结果:
本试验线路互感阻抗为0.135Ω,线路互感不大,对另一条线路运行基本无影响。
3.5电杆电压分布参数测量
3.5.1试验数据
距地面
干电杆
施加电压
测量电压
1米
20kV
0V
2米
20kV
0V
4米
20kV
0V
6米
20kV
0V
8米
20kV
0V
3.5.2试验结果
在干燥的电杆杆顶施加20kV电压,在电杆1米、2米、4米、6米、8米处测量电压为零,说明干燥的电杆绝缘良好,不会发生人身伤害。
在潮湿的电杆只能升压到300V,说明潮湿的电杆导电率较高,在小电阻接地系统中,为降低接触电压,电杆需逐杆接地。
3.6升压变及线路投切试验
3.6.1试验项目
3.6.1.1投切空载线路,测录分、合闸过电压波形。
3.6.1.2投切升压变,测录分、合闸过电压波形和合闸涌流。
3.6.2试验数据
3.6.2.120kV试验(接地)244线路及其配变投切试验
3.6.2.1.120kV试验(不接地)245线路停运,在24401配变处于运行状态和退出运行两种情况下,分别合、分升压变(接地)244开关5次。
3.6.2.1.220kV试验(不接地)245线路带电,在24401配变处于运行状态和退出运行两种情况下,分别合、分升压变(接地)244开关5次。
3.6.2.1.3线路投切试验的过电压及涌流数据如表1所示。
表1244接地线路投切过电压及涌流数据
合闸
次序
20kV末端过电压(p.u.)
20kV侧配变涌流峰值(A)
备注
UA
UB
UC
IA
IB
IC
不接地线路不带电,24401配变运行
1
1.34
1.66
1.00
50.74
28.41
54.65
2
1.00
1.82
1.19
32.34
19.69
20.43
3
1.00
1.88
1.20
43.22
24.09
31.87
4
1.00
1.88
1.00
54.59
21.75
54.65
5
1.00
1.88
1.19
37.81
19.97
26.20
6
1.39
1.81
1.14
52.10
39.11
59.76
不接地线路带电,24401配变运行
1
1.00
1.91
1.16
54.50
21.80
53.11
2
1.35
1.02
1.79
45.78
43.35
21.15
3
1.23
1.87
1.04
50.64
29.45
57.03
4
1.00
1.83
1.38
38.89
24.31
30.72
5
1.15
1.80
1.06
49.43
18.77
18.72
不接地线路不带电,无24401配变
1
1.00
1.04
1.87
/
/
/
2
1.59
1.26
1.44
/
/
/
3
1.55
1.80
1.96
/
/
/
4
2.76
2.10
1.51
/
/
/
5
1.34
1.64
1.48
/
/
/
不接地线路带电,无24401配变
1
1.64
1.72
1.06
/
/
/
2
1.83
2.36
1.41
/
/
/
3
1.63
1.25
1.48
/
/
/
4
2.17
2.42
1.41
/
/
/
5
2.34
2.42
1.41
/
/
/
注:
过电压基准值为相电压稳态峰值。
3.6.2.224401配变非全相运行,用101开关从10kV侧投切10kV/20kV升压变
合上24401配变B相令克,用10kVa线升压变(接地)101开关合闸,测录合闸涌流和中性点电压波形。
再合上24401配变A相令克,用10kVb线升压变(不接地)101开关冲击合闸升压变,测录合闸涌流和中性点电压波形。
然后依次拉开24401配变A相令克、B相令克,监测20kV侧三相电压和中性点电压波形
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