电力电缆辅助装置的设计与研究应用

电力电缆辅助装置的设计与研究应用

刘冬梅,蒙代隆,赵祥枝,尚娅,张琬

贵州电网有限责任公司贵阳白云供电局 贵州 550000

摘要：电力系统中，传统水电站主变压器是重要的组成部分，是承担电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压等功能的主要设备，因此主变压器的运行可靠性决定水电站自身在电网中发挥发电、调峰和调频等功能的可靠性。测量主变压器的绝缘电阻和吸收比或极化指数，在检查主变压器整体的绝缘状况时具有较高的灵敏度，能够查明主变压器绝缘整体状况、设备部件表面受潮或脏污情况和贯穿性缺陷。

关键词：电力电缆；辅助装置；设计；应用

一、引言

我国能源结构正在发生转变，水电站这一依靠可再生能源的发电形式在电力系统中的占比将大大提高。而主变压器是传统水电站的重要组成部分，是承担电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离及稳压等功能的主要设备，因此主变压器的运行可靠性决定水电站在电网中发挥发电、调峰和调频等功能的可靠性。

水电站运行时需要结合大小修操作并定期测量主变压器的绝缘电阻和吸收比或极化指数，从而掌握主变压器的绝缘情况。通过停役状态下预防性试验能有效检查主变压器整体的绝缘状况和灵敏度，查明主变压器绝缘整体状况、设备部件表面受潮或脏污情况和贯穿性缺陷。及早发现主变压器存在的绝缘缺陷，安排进一步的试验和检修，有利于预防工作电压或者过电压情况下导致的绝缘击穿从而引发的设备事故，有效提高运行可靠性。本文以110 kV SF8-50 000/110额定容量为50 000 kVA、高压绕组电压等级为110 kV的三相、自然循环油浸风冷式铜绕组电力变压器为例进行设计。

二、电力电缆辅助装置的设计背景

当电站主变停、复役时，按规定需检测并对比主变绝缘修前、修后绝缘状况。具体主变绝缘测量操作时，操作人员需携带一堆测量工具爬到主变顶部，主变10 kV侧在升高座软连接处进行绝缘测量（软连接处已用绝缘热缩套进行热缩，但上部有开口预留绝缘测量处），110 kV侧在主变中性点引线处进行测量。

2018年主变10 kV侧软连接处根据上级整改要求取消上部预留开口，并进行全封闭绝缘热缩处理，因此运行人员采取非常规操作，在开关室主变10 kV侧刀闸处进行测量，采用绝缘测试杆在110 kV侧在主变中性点引线测量。

上述测量方式存在爬高时通道上障碍物多、人员携带测量工具多、通道不平坦可能造成高处人员摔伤、10 kV侧软连接上部开口存在飘浮物短路等安全隐患，同时存在违反《国家电网公司电力安全工作规程》要求且测量数据不准确、测量时间长等弊端。

上述两种测量方式在测量时不仅存在一定的安全隐患，而且无法保证测量工具与待测部位连接的稳定性，容易产生测量误差。为保证操作人员的人身安全、防范设备短路的风险以及准确测量主变绝缘、缩短绝缘测量时间，需要设计一种安全、高效的主变绝缘测量辅助装置，以快速、准确测量主变绝缘。

三、主变绝缘测量辅助装置设计

1、装置设计思路

主要设计思路为提供一种主变测量装置，在主变母线上加装导电连接件，操作人员只需要站在地面操作绝缘测量件即可控制导电连接件和绝缘测量件卡接。利用绝缘测量件快速、安全、准确地测量主变绝缘，不仅消除了安全隐患，而且保证测量工具与待测部位在测量时连接稳定，可避免产生测量误差。

针对设备实际运行情况，需要在不损坏母线本身构造及强度的基础上在主变10 kV侧母线螺栓连接处加装快速、准确导入的分体式绝缘测量辅助装置固定端。对接绝缘测试杆采用常见的35 kV绝缘操作拉杆，并对拉杆头进行改造，使其具有准确快速地导入及预留引接绝缘测试导线的航空插头位等功能。使用时，操作人员站在地面，将绝缘测试线插入预留航空插头位，人员手持操作杆通过导入槽插入10 kV侧母线辅助装置固定端，并旋转一圈，使对接绝缘测试杆与固定端对接固定，测试导线充分与母线接触，最后将测试线与绝缘电阻表相连，即可快速、安全进行绝缘测量。

2、装置设计过程

设计过程分三个阶段实施。第一阶段测量主变10 kV侧母线连接孔位分布、螺栓直径尺寸等孔数据，确定分体式主变绝缘测量辅助装置固定端的安装位置。第二阶段确定设计方案。由于主变低压侧母线螺栓连接处存在高度较高、阻碍物较多、绝缘包扎较为严密等特点，需进行现场研究，选用导电性能较好且硬度足够的材料。在10 kV侧母线安装一个辅助装置固定端作为测量点，并使用35 kV绝缘操作为拉杆，对拉杆头进行改造，使其具有准确快速地导入及预留引接绝缘测试导线的航空插头位等功能。利用该拉杆头与辅助装置固定端连接，进行绝缘测量工作。第三阶段确定安装材料。根据确定的设计方案，通过市场选型，利用纯铜导电性能较好且硬度足够的特性，使用纯铜制作辅助固定装置与特制拉杠头，并通过螺栓与相应的部位连接。

四、电力电缆辅助装置的设计成果

该主变测量辅助装置包括导电连接件和绝缘测量件。导电连接件设有母线连接部和辅助测量部，母线连接部用以与主变电连接，母线连接部与辅助测量部电连接，辅助测量部设有卡槽。绝缘测量件设有绝缘握持部和导电测量部，导电测量部与辅助测量部电连接，导电测量部设有与卡槽卡接的卡扣。

导电连接件包括导电螺栓，母线连接部设置在导电螺栓上，导电螺栓用以与主变锁接。导电螺栓既用作导电连接件与主变电连接，也用于导电螺栓与主变的机械连接，保证测量工具与待测部位在测量时连接稳定，避免产生测量误差。

导电连接件还包括底座和导电锁具。底座通过导电螺栓与主变电连接，导电锁具嵌设在底座内，辅助测量部设置在导电锁具上。底座用以安装导电锁具，导电锁具用以实现导电连接件和绝缘测量件之间可拆卸、稳定连接。

导电连接件还包括绝缘保护套，绝缘保护套设在导电锁具外，绝缘保护套上对应辅助测量部的位置设有测量孔。绝缘保护套设置在导电锁具外进行绝缘保护，提高加装导电连接件的安全性。

辅助测量部设有插槽，插槽的截面形状为圆形，卡槽设置在插槽的内壁。导电测量部设有与所述插槽插接的柱头，卡扣设置在柱头的外壁。先通过柱头与插槽的插接配合进行对中定位后，再利用卡扣与卡接锁紧，从而保证导电连接件与绝缘测量件在测量过程中连接稳定。

绝缘测量件包括操作杆，设有绝缘握持部和导电测量部，绝缘握持部和导电测量部分别设置在操作杆的两端。操作杆便于人员拿持操作，使操作人员只需要站在地面操作操作杆即可进行测量。操作杆包括两根以上相互拼接的拼接杆，拼接后的两根以上拼接杆的一端设置绝缘握持部，另一端设置导电测量部。操作杆采用拼接式结构，根据待测主变位置高度可灵活调整拼接杆的数量，使用方便。导电测量部设有与所述卡槽卡接的卡扣，卡槽為环形槽，卡槽的截面形状为方形，柱头可转动地设置在导电测量部上。卡槽采用环形结构，待柱头插入插槽后通过转动实现与卡槽的锁紧配合。

操作杆还包括手柄、拉绳和弹簧，手柄与绝缘握持部转动连接，拉绳的一端缠绕在手柄上，拉绳的另一端与柱头连接，弹簧设置在柱头和导电测量部之间。使用人员按压手柄，手柄牵动拉绳拉动柱头，柱头转动后与卡槽锁紧，开始测量。测量完毕后，人员松开手柄，柱头在弹簧的作用下复位，即可将导电连接件和绝缘测量件分离。主变测量装置还装设电阻表，电阻表与导电测量部电连接。电阻表通过线缆连接导电测量部，从而对主变进行测量。

安装时，在主变母线上安装导电连接件，导电连接件通过母线连接部与主变电连接。使用时，人员手持绝缘测量件的绝缘握持部，将绝缘测量件的导电测量部靠近导电连接件，利用导电测量部连接辅助测量部，并通过卡扣与卡槽的卡接配合使导电连接件和绝缘测量件连接。

综上所述，本设计提供一种主变测量装置，在主变母线上加装了导电连接件，操作人员只需要站在地面操作绝缘测量件即可控制导电连接件和绝缘测量件卡接，利用绝缘测量件快速、安全、准确地测量主变绝缘。导电螺栓既用作导电连接件与主变电连接，也用于导电螺栓与主变的机械连接，保证测量工具与待测部位在测量时连接稳定，避免产生测量误差。底座用以安装导电锁具，导电锁具用以实现导电连接件和绝缘测量件之间可拆卸、稳定连接。绝缘保护套设置在导电锁具外进行绝缘保护，提高加装导电连接件的安全性。先通过柱头与插槽的插接配合进行对中定位后，再利用卡扣与卡槽卡接锁紧，从而保证导电连接件与绝缘测量件在测量过程中连接稳定。操作杆便于人员拿持操作，使操作人员只需要站在地面操作操作杆即可进行测量。操作杆采用拼接式结构，根据待测主变位置高度可灵活调整拼接杆的数量，使用方便。卡槽采用环形结构，待柱头插入插槽后可通过转动实现与卡槽的锁紧配合。使用时人员按压手柄，手柄牵动拉绳拉动柱头，柱头转动后与卡槽锁紧，开始测量。测量完毕后，人员松开手柄，柱头在弹簧的作用下复位，即可将导电连接件和绝缘测量件分离。电阻表通过线缆连接导电测量部，从而对主变进行测量[4-6]。

五、电力电缆辅助装置的测试与应用

在新绝缘测量辅助装置投运前，按规定结合水电站主变停、复役时间进行实验。在主变10 kV侧母线螺栓连接处（靠近主变10 kV侧）加装分体式绝缘测量辅助装置，操作人员站在地面通过绝缘测试杆与螺栓连接处辅助装置对接进行测量。

现场测试由工作量测试、准确度测试、人身和设备安全测试及综合测试组成。

1、工作量测试

主变停复役时，使用主变绝缘测量辅助装置进行绝緣测量，测试共进行4次。经过测试得出结论：运行人员减少了攀爬主变接线和往返10 kV室与110 kV升压站的时间，接线简单方便，测量主变绝缘时间由原先的80 min缩短至25 min，减轻了运行人员的工作量。

2、测量准确度

测试使用主变绝缘测量辅助装置，其测量方式完全按照高-低、高-地、低-地的测量要求，相比于在10 kV室进行测量，大大提高了测量的准确度。

3、人身和设备安全测试

使用主变绝缘测量辅助装置，有效降低了高处作业风险，且测量操作时安全距离足够远，保障了操作人员的人身安全，防范设备出现短路的风险。

4、综合测试

测试主变检修时使用主变绝缘测量辅助装置，大大缩短了测量主变绝缘的时间，提高了测量的准确度，并且保证了运行人员的安全，降低了设备短路的风险。

五、结语

主变绝缘测量辅助装置在电站主变检修期间，通过实验和现场应用后，大大缩短了测量主变绝缘所花费的时间，提高了测量的准确度，并且保证了运行人员的安全，降低了设备短路的风险，能够为水电站设备安全运行提供有效保障，可以在同类型电站进行主变绝缘测量工作时推广使用。

参考文献：

[1]袁燕, 王家华, 王斐宏,等. 用于配网接地线装设的辅助装置设计研究[J]. 现代工业经济和信息化, 2022(005):012.

[2]林世琦, 李泰伯, 肖富锋,等. 安全,高效的主变绝缘测量辅助装置设计与应用[J]. 河南科技, 2021, 40(35):4.

[3]廖峰, 陈锦荣, 黎永豪,等. 一种配网保护装置动作正确性智能分析系统的设计与应用[J]. 现代科学仪器, 2021.