[发明专利]一种考核特高压换流变压器套管的试验系统、方法及电路

说明书

本发明公开了一种考核特高压换流变压器套管的试验系统、方法及电路，属于高电压及大电流试验技术领域。本发明系统包括：交直流叠加电压发生回路，产生预设等级以下的交流高电压及预设等级以下的直流高电压，将交直流叠加高电压施加至待考核的特高压换流变压器套管及高电压大电流闭合回路，测量考核数据，所述考核数据用于评估待考核的特高压换流变压器套管的运行性能；高电压大电流闭合回路，产生预设等级的交流大电流，并将交流大电流施加在待考核的特高压换流变压器套管。本发明可以可替代挂网运行验证，降低新投运的特高压换流变压器套管的挂网运行风险。

技术领域

本发明涉及高电压及大电流试验技术领域，并且更具体地，涉及一种考核特高压换流变压器套管的试验系统、方法及电路。

背景技术

特高压直流换流站中的换流变压器套管（简称换流变套管，本专利主要指换流变阀侧套管），作为连接换流站阀厅与交流场重要高压电气设备，其性能稳定性直接关系到交直流混合电网的安全运行。特高压换流变套管与常规交流变压器套管相比，运行工况和环境条件恶劣，其中换流变阀侧套管运行在近90℃高油温环境，通过的电流除工频电流外，还包含较大谐波电流，集肤发热效应明显，其中换流变阀侧套管还同时承载着交直流叠加电压。由于运行工况条件复杂，绝缘、热、机械、密封性能要求苛刻，产品设计、制造和性能考核困难，国内±800kV换流变阀侧套管全部由瑞典ABB公司和德国西门子HSP公司提供，严重制约着国内特高压工程的建设和设备的国产化。然而，即便采用目前国外通过IEC标准规定的逐个试验、型式试验和特殊试验项目体系化考核的换流变套管，也在长期运行中也暴露出了绝缘性能、热性能、密封性能方面缺陷和故障。频繁发生的特高压换流变套管故障和缺陷问题表明，仅通过现有标准规定的单独施加高电压的绝缘耐受试验、单独施加大电流的温升性能试验、和单独施加悬臂负荷的机械性能考核试验，不能完整地考核特高压换流变套管在长期电、热、力多应力耦合作用下的长期性能的稳定性。

为研究高电压和电流同时作用下特高压交流套管的运行性能，中国电科院在特高压交流试验基地初步建成了世界上首个特高压交流套管全工况考核试验回路，具备同时对2支特高压油-空气套管和2支特高压油气套管施加额定电压和额定电流联合作用下的长期带电考核试验能力，可对研制的特高压交流套管开展高电压、大电流、高机械负荷作用下的长期带电考核试验及工程应用可行性研究。而针对直流套管类设备长期带电考核，2006年ABB公司在瑞典Ludvika的STRI实验室建立了世界首个比较完备的特高压换流变套管考核场，回路可施加的直流电压为855kV，包括温度可达50℃用于模拟套管实际工况的阀厅，可以实现对直流穿墙套管进行长期直流电压下的带电考核。

特高压换流变套管长期运行在高直流电压分量、强电流谐波占比和高运行环温的苛刻条件下，存在梯度温度下电场的畸变问题和长期直流电压下电荷积聚的问题，是目前技术门槛最高、故障率最高的一类直流设备。然而现有的IEC单一交流电压、单一交流电流或单一大电流的试验考核方法，无法验证套管特高压换流变套管的综合性能，导致通过IEC标准回路考核的直流套管在运行中频发暴露缺陷和发生电热耦合型放电故障。

瑞典ABB建立的特高压直流设备试验考核回路只能对特高压换流变阀侧套管进行单一直流电压下的试验考核，仅适用于ABB热性能设计良好的油纸绝缘换流变套管。而对采用导热性能较差的胶浸纸电容芯体为主绝缘的特高压换流变阀侧套管，无法验证芯体绝缘材料在大负荷电流下轴径向温度梯度影响下电场分布发生变化的直流性能。运行中胶浸纸直流穿墙套管电热耦合作用下的贯穿性放电故障，也验证了单一进行直流电压试验，不足以验证特高压换流变阀侧套管运行工况下的综合性能。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种考核特高压换流变压器套管的试验系统，包括：