GB7330-1987交流电力系统阻波器.pdf 17页

'中华人民共和国国家标准交流电力系统线路阻波器UDC621.372.54GB7330—87LinetrapsforACpowersystems国家标准局1987-03-02批准1987-10-01实施本标准适用于交流电力系统的线路阻波器(以下简称阻波器)。阻波器连接在高压输电线载波信号的引入点和相邻电力系统元件(如母线、变压器等)之间，阻止载波信号流向通道以外的区段，以减少载波功率的损耗。1名词、术语1.1主线圈承受高压输电线工频电流的电感线圈1.2视在电感主线圈的电抗除以角频率的商(自电容的影响未补偿)。1.3工频电感主线圈在工频下的电感LP。1.4真实电感主线圈在规定频率下的自电感LT(自电容的影响已补偿)。1.5额定电感主线圈在100kHz的真实电感LTn。1.6自电容与真实电感一起使主线圈在自谐振频率谐振的电容CR。自电容与主线圈的结构有关。1.7自谐振频率主线圈的真实电感和自电容谐振的频率。1.8主线圈的电阻主线圈在直流时的电阻值。1.9调谐装置与主线圈并联，由电容器、电感器和电阻器组合的装置。根据阻波器载波频率的要求，这些元件不一定同时都具备。1.10保护装置使阻波器不致因暂态过电压而损坏，与主线圈和调谐装置并联的装置。1.11阻塞阻抗阻波器在规定载波频率范围内的复阻抗Zb。1.12阻塞电阻阻塞阻抗的电阻分量Rb。1.13以阻塞阻抗为基础的分流损耗 由于阻波器的有限阻塞能力引起载波频率信号的损耗At。其定义为：当接入和不接入阻波器时，在等于输电线特性阻抗的等效阻抗上测得的信号电压比。以dB表示。1.14以阻塞电阻为基础的分流损耗由于阻塞阻抗中电阻分量的接入而引起的载波频率信号的损耗AtR。以dB表示。1.15以阻塞阻抗为基础的带宽以阻塞阻抗表示的载波频带Δf1或Δf2。在此频带内，阻塞阻抗的模值不低于规定值，或以阻塞阻抗为基础的分流损耗不超过规定值(见图1)。图1线路阻波器带宽的定义注：Δf1R=Δf2R，但Δf1≠Δf2。1.16以阻塞电阻为基础的带宽以阻塞电阻表示的载波频带Δf1R或Δf2R。在此频带内，阻塞电阻不低于规定值，或以阻塞电阻为基础的分流损耗不超过规定值(见图1)。1.17以阻塞阻抗为基础的中心频率以阻塞阻抗为基础的带宽上下限频率的几何平均值fc。1.18以阻塞电阻为基础的中心频率以阻塞电阻为基础的带宽上下限频率的几何平均值ΔfcR。带频调谐阻波器的ΔfcR等于Δfc。 1.19额定连续电流在工频下主线圈能连续承受而不会使温升超过限值的最大电流的有效值In。1.20额定短时电流在一定时间内，主线圈能承受而不引起热或机械损坏的短时电流的有效值Ikn。短时电流的第一个半波的非对称峰值Ikm取有效值的2.55倍。1.21紧急过负荷电流在一定时间内，主线圈能承受而不引起永久性损坏或显著缩短其使用寿命的电流。2产品品种、规格2.1主要组成部分阻波器由主线圈、调谐装置和保护装置组成。2.2电路形式阻波器的常用电路图有单频调谐和带频调谐两种，如图2(a)和图2(b)所示。图2阻波器的电路图(a)单频调谐；(b)带频调谐LTN—主线圈；PD—保护装置；TD—调谐装置；C1、C2—电容器；　L1—电感器；Rd—电阻器2.3额定值阻波器的额定值如表1所示。表1阻波器的额定值额定电感，mH0.20.30.51.02.01002004006308001000额定连续电流，A1250160020002500315040002.55.010.016.020.025.0额定短时电流，kA31.540.050.063.080.02.4额定连续电流和额定短时电流的配合为了实现两者的配合，表2列出两种系列的阻波器。系列1为正常要求的(对应于2.3条的各种电感值)，系列2为高于正常要求的。表2电流的配合 额定连续电额定短时电流，kA额定短时电流，kA额定连续电流流系列1系列2A系列1系列2A1002.55.0125031.540.02005.010.0160040.050.040010.016.0200040.050.063016.020.0250040.050.080020.025.0315050.063.0100025.031.5400063.080.03技术要求3.1正常工作条件3.1.1户外使用。阻波器在日光、雨、雾、霜、雪和冰等的影响下，应能实现所要求的功能。恶劣的大气条件，如盐、工业污秽等，由用户和制造厂另行商定。表3极限情况的最高环境温度最高环境温度，℃平均1h平均24h平均1年4540303.1.2环境温度范围：-40～+45℃。关于温度范围，表3规定了极限情况的最高环境温度。3.1.3海拔高度：不超过1000m。3.1.4工业频率：50Hz。3.1.5载波频率范围：40～500kHz。3.1.6波形：工频电压、电流的波形应接近正弦波。3.2异常工作条件3.2.1环境温度：当阻波器所在地点的环境温度超过表3的规定时，环境温度超过多少，容许的温升就减低多少。3.2.2海拔高度：3.2.2.1如果下列条件满足一条，则阻波器可用于海拔超过1000m而不超过温升的限值。a.承受的电流不超过额定连续电流乘以表4的修正系数。b.冷却空气的温度不超过表5中24h的平均值。表4电流修正系数海拔高度，m修正系数10001.0015000.9930000.96表5海拔与温度的关系海拔高度，m冷却空气24h最高平均温度，℃100040 1500373000303.2.2.2当阻波器在海拔高于1000m的地点使用时，如果主线圈的绝缘是由空气形成的，则其绝缘强度应用表6的修正系数进行修正。表6绝缘强度的修正系数海拔高度，m修正系数10001.0015000.9530000.803.3额定电感主线圈的额定电感应符合表1，与表1相应数值的偏差不超过±5%。3.4品质因数主线圈在频率为100kHz的品质因数不小于30。3.5自谐振频率主线圈额定电感在0.5mH及以下的自谐振频率应大于500kHz。3.6电流额定值及其配合连续电流和短时电流的额定值及其配合应符合表2。3.7调谐装置调谐装置应能经受主线圈在额定连续电流、额定短时电流或紧急过负荷电流时的温升或磁场的影响，不致引起阻波器阻塞性能的显著变化或结构上的损坏。调谐装置应能在停电时不取下阻波器的情况下进行更换。3.8保护装置保护装置应用交流非线性电阻型避雷器，其标称放电电流应不小于5kA。主线圈在额定连续电流、额定短时电流或紧急过负荷电流的温升和磁场不致使其保护性能显著变化，也不致引起结构上的损坏。当额定短时电流在阻波器上产生工频电压时，保护装置不应动作。当保护装置在暂态过电压动作后，相继而来的由额定短时电流在阻波器上产生的工频电压应能灭弧。3.9阻塞要求阻波器的阻塞阻抗或阻塞电阻值由用户根据要求的分流损耗和线路特性阻抗计算后提出。阻波器的分流损耗一般采用1.7～2.6dB。继电保护用阻波器的阻塞性能按用户的要求制造。制造厂应对各种额定电感的单频和带频阻波器按带宽和阻塞电阻或阻塞阻抗进行分段和分类，以便于制造和选用。3.10连续工作的要求当阻波器用于3.1条的正常工作条件，在承受额定连续电流时，任何部分的温升不超过表7中相应绝缘温度等级的温升限值。用4.2.1款的试验进行验证。表7温升的限值绝缘的温度等级，℃最高温升，℃ 由热点直接测得电阻法测得的平均值105(A)6560120(E)8075130(B)9080155(F)115100180(H)140125220(C)170150当阻波器用于3.2条的异常工作条件时，其温升限值和承受的电流应按3.2.1款和3.2.2款的规定。3.11承受额定短时电流的能力3.11.1机械强度阻波器应能承受短时电流的不对称峰值Ikm产生的机械力而不损坏。用4.2.4款a项的试验进行验证。3.11.2热性能阻波器应能承受短时电流有效值Ikn的作用而不损坏。用4.2.4款b项的试验进行验证。3.12绝缘水平3.12.1阻波器两端间的绝缘阻波器两端间的绝缘依保护装置的额定电压而定。主线圈和调谐装置的绝缘应按下列规定：a.额定工业频率下额定短时电流通过主线圈在其两端间产生的电压U，按公式(1)计算。U=2πfLI(1)pnpkn式中U——电压，V；fpn——额定工业频率，Hz；Lp——主线圈的工频电感，mH；Ikn——额定短时电流，kA。保护装置的灭弧电压不能小于1.1U。b.保护装置的冲击放电电压或标称放电电流的残压，两者中取较大的。3.12.2系统电压绝缘阻波器的系统电压绝缘决定于悬式或支持式绝缘子的爬电距离和对地的空气距离，应与电站其他高压设备一致。3.12.3用于高海拔地区的阻波器对于运行在海拔高度1000～3000m之间的阻波器，但在海拔1000m以下进行试验，其绝缘是由空气距离形成的，则其工频试验电压应按表6提高。3.13无线电干扰电压(RIV)阻波器的电晕产生无线电干扰电压，因此电晕起始电压至少要比阻波器所在输电线的最高运行相电压高15%。 3.14工频损耗工频电流和涡流在主线圈中产生损耗，损耗的大小与主线圈的设计和绕组所用材料有关。损耗的计算应校正到参考温度75℃，方法见附录B.3。损耗值暂不作规定。如用户要求确定损耗值，由制造厂和用户另行商定。3.15抗拉强度阻波器悬挂系统的抗拉强度，以N为单位，应至少达到阻波器质量(以kg为单位)的20倍再加5000N。加重时间1h，应无永久变形。3.16防鸟栅制造厂应根据用户要求给有鸟害地区的阻波器配备防鸟栅，以防止鸟类进入阻波器。3.17外观要求阻波器应完整，零件齐全，螺丝无松动，漆膜牢固，表面无损伤。4试验方法4.1一般条件试验可在0～40℃之间的环境温度、室内或室外进行。试验时应记录环境温度。4.2试验项目及方法4.2.1温升试验试验应用额定连续电流In进行，如因条件限制达不到In，可用不小于0.9In的电流It进行，并按公式(2)计算额定连续电流时的温升θn。　　16.Iθθ=nntIt(2)式中θt——在电流It时测量的实际温升。a.用电阻法测量平均温升：试验方法见附录A.1。b.热点温升的测量：热点温升是按图3所示装置许多测量点(最少5个)，温升为最高温度读数与试验结束时环境温度的差值。图3确定主线圈最热点温度热电偶的位置×—热电偶的位置如线圈导线是绝缘的，制造时应将热电偶埋于线圈导体的表面。如主线圈由裸导体绕成， 可用普通的温度计测量，也可用热敏纸或其他适当的表计。用热电偶或水银温度计测量温度，主线圈两端的电压和磁场会影响读数。4.2.2无线电干扰电压的测量用图4的方法确定在运行条件是否会产生无线电干扰电压。试验环境应清洁、干燥，且背景干扰水平应不超过50μV(见3.13条)。图4阻波器无线电干扰电压的测量装置应按1EC270(1981)《局部放电测量》推荐标准进行试验，试验设备应能测量频带在0.5～1.5MHz以内、带宽为9kHz信号的准峰值，输入阻抗约为150Ω。4.2.3冲击电压试验试验方法见附录A.2。4.2.4短时电流试验本试验的目的是检验阻波器通过额定短时电流Ikn时承受机械力和发热的能力。额定短时电流的规定值见2.3条。试验时调谐装置和保护装置都应接于主线圈上。a.机械强度试验：阻波器的机械强度以施加非对称短时电流检验。该电流的第一个半波的峰值不应小于Ikn的2.55倍，持续时间不少于5个周波。b.热性能检验：22Itn阻波器的热性能以施加电流I、持续时间t检验，应使It不小于kn，其中t值在0.5～5s之间，tn值为1s。阻波器能否经受这一试验可由测量试验前后的阻塞能力及外观检查确定。如因试验设备的功率不足，不能进行这项试验，应按公式(3)计算最高平均温度θ1来检验其性能。θ1不应超过表9规定的相应最高允许温度θ2，单位℃。　　 2−3θ=θ+ajt×10(3)10式中θ0——起始温度，℃；2j　——短时电流密度，A/mm；t　——试验持续时间，s；a　——(θ2+θ0)/2的函数，如表8所示，θ2是表9中规定的最高允许平均温度，℃。起始温度θ0应为环境温度与按电阻变化测算得的温升的和，见表7。表8因数a的值11。α=(θ2+θ0)的函数(θ2+θ1)C22铜铝1407.4116.51607.8017.41808.2018.32008.5919.12208.9920.02409.3820.92609.7821.8表9θ2的值绝缘温度等级，℃θ2的值(铜和铝)，℃105(A)180120(E)200130(B)250155(F)250180(H)250220(C)3004.2.5调谐装置的工频电压试验调谐装置的工频试验电压等于保护装置工频放电电压上限的1.3倍，时间5s。4.2.6调谐装置的冲击电压试验调谐装置的冲击试验电压不低于保护装置冲击放电电压上限的2倍或5kA残压的2倍，两者取较大的，波形1.2/50μs，正负极性各加5次。注：4.2.5款和4.2.6款试验时调谐装置不与主线圈连接。4.2.7主线圈额定电感的测量测量时阻波器应与周围金属构架、物体或材料之间至少隔开一个直径的距离，所有试验引线应尽可能地短。测线设备的布置如图5所示。 图5主线圈实际电感的测量电路It—主线圈的真实电感；H；CR—主线圈的自电容，F；RX—主线圈的等效电阻，Ω；　CB—可变电容，F；RB—可变电阻；G—载波频率信号发生器调节CB和RB，使在频率f1=70kHz和f2=140kHz的M的读数最小，由此可分别得到相应CB的值CB1和CB2。额定电感LtN用公式(4)计算。　　111L=−(4)tN2()224πC−CffB1B212同时，使RB=RX。4.2.8主线圈工频电感的测量用电压电流法在工频时测量。4.2.9阻塞电阻或阻塞阻抗的测量阻波器的阻塞电阻与阻塞阻抗应在规定频带内(阻抗或电阻分量的工作范围)用图6所示的电桥法测量。能保证准确度的等效方法也可以使用。当这项试验不合格时，如判明问题可能在主线圈，应按4.2.7款测量主线圈的额定电感。 图6阻塞阻抗的测量电路4.2.10分流损耗测量用图7的方法测量分流损耗，以阻塞阻抗为基础的分流损耗用公式(5)计算，单位dB。UZA=20lg1=20lg1+1(5)tU2Z2b图7分流损耗的测量电路以阻塞电阻为基础的分流损耗用公式(6)计算，单位dB。　　UZ11A=20lg=20lg1+(6)tRU2R2b(5)、(6)式中：Z1——等效于线路特性阻抗的电阻；U1——开关S1断开时，端子1、2之间的电压；U2——开关S1合上，开关S2在3—4位置(测量At时)或在3—5、3—6位置(测量AtR时)，端子1、2之间的电压。测量以阻塞电阻为基础的分流损耗时，应通过调整电容C或电感L来补阻波器的电抗分量，因此应改变开关S2的位置。若以这种方法测量分流损耗，则可不测量阻塞电阻或阻塞阻抗，反之亦然。4.2.11外观检查用目测或手感检查。5检验规则5.1阻波器须经制造厂技术检验部门按出厂检验内容进行检验，并附有产品质量合格证书后才能出厂。5.2出厂检验包括下列两项内容：a.外观检查；b.按4.2.5款和4.2.9款进行试验。出厂检验要每台进行，不合格的项目允许返修达到检验合格后出厂。5.3型式试验系全面验证产品质量性能是否符合本标准第3章全部技术要求的试验。在下列 情况下应进行型式试验：a.在新产品定型时；b.在设计、工艺或材料有重大改变时；c.同类型产品对比时。型式试验包括4.2条的全部试验项目。6标志、包装、运输、贮存6.1阻波器应有铭牌。铭牌字迹应清楚，并应有下列数据：6.1.1主线圈的铭牌：a.制造厂名；b.型号；c.序号；d.额定电感(mH)；e.工频电感(mH)；f.额定连续电流(A)；g.额定工业频率(Hz)；h.额定短时电流(kA)和持续时间(s)；i.质量(kg)；j.制造年；k.保护装置型号。6.1.2调谐装置铭牌：a.制造厂名；b.型号；c.序号；d.频带(kHz)；e.最小阻塞阻抗(Ω)；f.最小阻塞电阻(Ω)；g.额定冲击耐压水平(kV)；h.所属的主线圈的额定电感(mH)和序号；i.线路图。中小型阻波器为了便于观看，主线圈和调谐装置可合用一个铭牌。6.2阻波器可用木板花箱包装或铁框苇席包装，保证产品在运输及贮存期间不致损伤。以产品上的起吊环或起吊板向上为放置的正方向。包装箱上应注明到站、收货单位、发货站、制造厂名称。6.3随同产品供应的技术文件：a.产品合格证；b.产品说明书；c.出厂试验记录。6.4产品在运输及贮存时，必须按正方向放置。 附录A阻波器的试验方法(补充件)A.1用电阻法测量平均温升因主线圈的电阻依导体材料的温度系数α随温度而变化，额定连续电流所引起的温升可以通过测量试验刚开始前的电阻及计算试验刚结束时的电阻来确定。由于自试验完毕到测出主线圈电阻之间需要一段时间，应至少测量4次，每次的时间间隔不超过3min。以时间为横坐标画成曲线，将曲线延长可得试验刚结束时的电阻值，如图A1所示。图A1在温升试验结束时确定主线圈电阻的方法1T=下表列出铜、铝和铝镁硅合金(aldrey)的温度系数α和T值α。制造厂应说明所用导体材料的α或T值。　α和T的值11导体材料α=T=Tα铝0.00444225铜0.00426235铝镁硅合金0.00360278主线圈在试验结束时的温度θ2应用下列公式计算：R对于铝θ=2()225+θ−22521R1(A1)R对于铜θ=2()235+θ−23521R1 (A2)R对铝镁硅合金θ=2()278+θ−27821R1(A3)式中θ2、R2——试验结束时的温度和电阻；θ1、R1——测量时的温度和电阻。θ1、θ2的单位用℃。平均温升是最终温度θ2和环境温度的差。A.2冲击电压试验整台阻波器的冲击电压试验包括陡波冲击电压试验和全波冲击电压试验。A.2.1陡波冲击电压试验试验时阻波器的保护装置应换为同型的，冲击放电电压最少高20%的。冲击电压的陡度为200kV/μs，波形1.2/50μs，峰值能使保护装置在波前放电。试验电路如图A2所示。要连接保护装置，不装截波放电间隙。将试验电压分别加到阻波器的每一端而将另一端接地。电压和电流波形应有示波记录。试验步骤如下：a.加减低的冲击电压1次，试验电压值约为保护装置冲击放电电压的50%。b.加前面规定的全冲击电压，正负极性各加5次。c.重复a项试验。A.2.2全波冲击电压试验试验时，不连接保护装置，按运行情况连接调谐装置。对阻波器的端子施加波形为1.2/50μs的冲击电压，其峰值应不低于保护装置的冲击放电电压或标称放电电流的残压两者中较高的1.5倍。试验电路如图A2所示。试验步骤如下：图A2冲击电压试验电路图注：截断间隙仅在截波试验时用。 a.加减低的全波冲击电压1次，试验电压值约为要求值的50%。b.加100%的全波冲击电压1次。c.加100%的截波冲击电压，正负极性各2次，最大预截断时间不超过5μs，截断时电压崩溃时间不超过0.2μs。d.加100%的全波冲击电压，正负极性各3次。e.重复a项试验。若在冲击电压试验前后测得阻波器的阻塞能力有显著变化，及在A.2.1款的a、c项之间或在A.2.2款的a、e项之间的波形有变化，则表明试验已引起绝缘异常或其他损坏。图A2中的截断间隙只在截波冲击试验时连接。附录B阻波器的参考资料(参考件)B.1主线圈真实电感与频率的关系阻波器这种空心线圈，其总电感由两部分组成：a.由环绕绕组和穿过绕组的磁通引起的外电感；b.由导体内部的磁通引起的内电感。由于电流的集肤和邻近效应，当频率增加时内电感减小。阻波器工频电感和额定电感的差别可达10%。频率与真实电感的关系如图B1所示。图B1主线圈实际电感与频率的关系Lt—实际电感；Lp—工频电感；LtN—额定电感；fp—工业频率注：工频电感和额定电感的差决定于主线圈的设计。工频电感的公差没有规定。B.2额定电感、阻塞电阻和以阻塞电阻为基础的带宽间的关系下列公式对两种调谐方式都适用，可进行带宽Δf1R及上下限频率f1R和f2R的理论计算。假定中心频率fcR、额定电感LtN和阻塞电阻Rb已指定，包括公差。a.以阻塞电阻为基础的带宽Δf1R∆f=f×2b=f−f(B1)1RcR2R1R b.下限频率f1R(2)f=f1+b+b(B2)1RcRc.上限频率f2R(2)f=f1+b+b(B3)2RcR单频调谐阻波器　　πfLcRtNb=2Rb带频调谐阻波器　　πfLeRtNb=Rb可见带频调谐阻波器的带宽为单频调谐阻波器带宽的2倍。B.3工频损耗的测量额定工频电流总损耗的测量要特别注意，因为阻波器的损耗角很小。总损耗可分为两部分，由主线圈直流电阻引起的损耗和由于涡流在绕组和金属零件中引起的损耗。邻近的金属结构也能增加涡流损耗。应在绕组参考温度为75℃时测量损耗，如在温升试验时进行，若不可能，则参考温度的损耗可由测得的冷态损耗按下式计算：　　2(2)PIWn=+RKPI1cn−RK2(B4)式中PW——75℃的计算总损耗；In——额定连续电流；R——θ℃时的直流电阻；T+75K1=K1——将θ℃的直流电阻校正到75℃时的因数，T+θ，T见表6；Pc——θ℃测得的总损耗；K2——将涡流损耗校正到75℃时的因数(由类似结构的型式试验得到的数据)，2PIWt−RtK1K2=2PIct−R；PWt——75℃测得的总损耗；Pct——θ℃测得的损耗。B.4紧急过负荷电流额定连续电流可按表B1超过不致损坏阻波器或缩短其寿命。假定过负荷是在额定连续电流正常运行时进行的。使用表B1应特别注意，如果阻波器经常过负荷应征求制造厂的意见。表B2为每种绝缘等级的绝对最高温度。表B1紧急过负荷电流为额定连续电流的百分数% 环境温度紧急过负荷时间℃15min30min60min+40140130120+201451351250150140130-20155145135-40160150140表B2绝缘等级和绝对最高温度的关系绝缘等级温度，105(A)120(E)130(B)155(F)180(H)220(C)℃绝对最高温度，150175185210235260℃B.5单频调谐阻波器在调谐频率阻塞电阻的测量单频调谐阻波器在调谐频率的阻塞电阻可用图B2的方法进行。在调谐频率，电压URU最小，保持电压U为恒定值而改变R值，直到U=，则电阻R等于阻波器的阻塞电阻。R2图B2单频调谐阻波器在调谐频率阻塞电阻的测量电路_________________________附加说明：本标准由中华人民共和国水利电力部提出。本标准由水利电力部北京电力设备总厂负责起草。本标准主要起草人曹至文。'