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電力檢測技術

高電壓試驗及測量技術國際國內標準最新動態

時間：2012-12-03

0 概述
        高電壓試驗技術及測量是高壓輸變電設備絕緣試驗的依據。隨著科技的發展，試驗技術及測量技術也得到了快速發展。國際電工委員會IEC 42技術委員會近幾年開始了新一輪標準制修訂的高峰期，包括：
        IEC60060-1：高電壓試驗技術第一部分一般定義和試驗要求；
        IEC60060-2：高電壓試驗技術第二部分測量系統；
        IEC60060-3：高電壓試驗技術第三部分現場試驗的定義和要求；
        IEC61083-1：高電壓沖擊試驗用數字記錄儀第一部分：對儀器的要求；
        IEC61083-2：高電壓沖擊試驗用數字記錄儀第二部分：對軟件的要求；
        IEC62475：大電流試驗技術：試驗電流和測量系統的定義和要求；
        IEC60270：局部放電測量。
        這些標準的制修訂必將導致我國GB相應標準的制修訂。本文僅就高電壓、大電流試驗技術和測量技術的最新動態做一闡述。
        1 高電壓試驗技術標準最新動態
        行版本IEC60060-1高電壓試驗技術——第一部分：一般試驗要求與GB/T16927.1均已有10多年了，期間電力設備取得了快速發展，特別是我國，隨著近幾年800kV和1100kV設備的研制和使用，試驗電壓已達工頻1200kV，雷擊沖擊2400kV，操作沖擊1950kV。對如此高的試驗電壓，尤其是雷電沖擊，原標準中的有些規定已經不適應了，從技術上說本次修訂，主要涉及雷電沖擊波形參數和過沖允許值的規定和計算方法、大氣修正的重復計算。
        1.1重新定義 “疊加過沖或振蕩的雷電沖擊參數”并新增計算方法
        GB/T16927.1-1997中對于雷電沖擊波峰附近存在振蕩時（過沖）試驗電壓的確定在500kHz時作為邊界，對頻率小于500kHz的過沖幅值直接計入試驗電壓，而對頻率大于500kHz的應作平均曲線，以平均曲線的幅值作為試驗電壓。這樣，會導致測量一致性的兩類問題：
        1）當振蕩頻率在500kHz附近時，由于頻率測量的偏差，可造成記錄曲線最大值與平均曲線最大值的突變，導致高達10%的不確定度；
        2）平均曲線的隨意性有很大的不確定度。
        從1997至1999年由歐洲共同體資助的在5個研究院開展了一項調查，研究疊加在雙指數雷電波上的不同頻率和幅值的振蕩對于5類絕緣擊穿強度的影響，主要結論很清楚。疊加振蕩的影響取決于頻率，過沖幅值頻率對絕緣強度的關系是一種漸變而不是急劇的突變過程。
        本次修訂，將過沖幅值頻率與絕緣強度的漸變關系，引入本標準改變以往500kHz作為邊界的突變關系，定義明確的基準曲線（雙指數波），可以獲得很低的測量不確定度。為此專門增加了相關內容：
        1）疊加過沖或振蕩的標準雷電沖擊參數計算；
        2）求取試驗電壓因數的數字濾波器的舉例。
        1.2關于雷電沖擊過沖允許值
        GB/T16927.1-1997中對雷電沖擊波峰處存在振蕩時過沖的限制是不能超過試驗電壓幅值的5%。這對沖擊試驗電壓小于1800kV，一般的試驗回路可以滿足。根據國內800kV（高海拔）和1100kV設備雷電沖擊試驗的結果來看，對超過1800kV的雷電沖擊試驗，由于回路很大，不可能達到。因此，標準中對雷電沖擊過沖限值提高到10%，這基本上可以涵蓋設備最高電壓為550kV設備的雷電沖擊試驗（試驗電壓小于2000kV），對于試驗電壓在2000kV以上的可提高到20%。
        1.3大氣修正因數的重復計算
        考慮到處于高海拔（高于海平面1000米）實驗室，若用于高海拔設備在這些實驗室進行試驗時需進行實驗室實際大氣條件與設備安裝地點的大氣條件的差異，進行修正時由于實驗室本身處于高海拔，空氣壓力低，修正時要用到U50，而U50本身又與不同地點的大氣條件有關，因此，按標準求得的Kt數值可能很小，從而導致Kt的誤差很大，需進行重復計算。為此，標準增加了用于從U50計算試驗電壓的Kt的重復計算程序。
        2 高電壓、大電流測量技術國際國內標準的最新動態
        2.1高電壓測量系統
        對于使用在高電壓實驗室的高壓測量系統，IEC60060-2引入了許多新的概念，而且和GB16927.2是完全相同的，均明確了追溯這些測量系統的必須的要求和程序。它的應用在認可實驗室應是強制性的。
        IEC60060-2詳細給出標準和認可測量系統允許的測量總不確定度。         傳統的做法是：由靜態刻度因數，階躍響應或幅頻特性確定測量系統的誤差。新增與修改內容包括：不僅對高電壓量值的溯源提出了具體要求，而且提出了溯源的方法，這就是和標準測量系統進行比對測量。即用兩個測量系統同時測量同一電壓，同時讀取兩個系統的讀數。以此來確定測量系統的刻度因數和時間參數的不確定度。同時考慮短期穩定性、溫度效應、鄰近效應，另外，由于現有標準測量系統的額定電壓一般小于1000kV，因此對大于1000kV的認可測量系統需進行線性度試驗，以最終得到測量系統總不確定度。
        2.2電流測量系統
        關于電流測量：IEC原放入60060-1中，這次修訂時將大電流試驗和測量專門作為一新的標準IEC62475，直流、交流、沖擊電流測量全部納入，其量值的溯源用標準分流器及其測量系統和標準測量系統進行比對，與高電壓測量系統比對不同的是，涵蓋測量電流的全范圍。具體要求是和標準測量系統進行比對測量項目為：線性度、刻度系數、高頻電流、干擾、電阻值測量。
        2.3數字記錄儀軟件要求
        隨著測量技術的不斷發展，國際上二次轉換部分如數字記錄儀和測量軟件的開發，已有許多測量系統具備此組件，為此IEC61083-2目前結合IEC60060-1的修訂進行了修訂，已接近CDV階段。我國此前無相應標準，2008年等同采用IEC61083-2制定了GB/T16896.2高電壓沖擊試驗用數字記錄儀——第2部分：軟件的要求。
        用于對沖擊電壓和沖擊電流試驗中記錄的測量數據進行處理的軟件。對滿足GB/T16927.1和GB/T16927.2所規定的測量不確定度和程序的軟件，標準給出了試驗波形和規定限值。
        對用于處理沖擊試驗和校準信號數據的軟件，規定評價軟件不確定度的試驗程序；由試驗數據發生器供給測量軟件的波形。試驗數據發生器（TDG）可產生具有規定參數標準波形的計算機程序，可適用于Windows操作系統，提供實驗數據波形進行測量軟件校驗。
        校驗軟件是為了評估下面的一組或多組沖擊波形參數：Up/Ip電壓/電流的峰值；T1波前時間；T2半值時間；TC截斷時間；Tp峰值時間；β，T過沖，過沖持續時間；A，f振蕩的幅值，頻率。對選取的波形中的所有標準波形，校驗軟件的所有參數進行計算。         3 沖擊電壓標準測量系統和大容量試驗短路電流標準測量系統國際比對
        3.1沖擊電壓標準測量系統國際比對
        我國西高所和武高所曾先后參加過兩次國際比對。規模最大的一次是2002至2003年由芬蘭赫爾辛基技術大學國家實驗室主持，有22個國家的25個實驗室參加，歷時三年。用于傳遞比對的標準測量系統（TRMS）其額定電壓為400kV，數字儲存示波器為Nicolet pwerpro610，采樣頻率75MHz，測量系統的擴展不確定度為0.5%，k=2。其中西高所500kV標準測量系統比對結果的總不確定度對于沖擊電壓峰值最大為0.65%，對于波前時間最大為2.7%，對于半峰值時間最大為1.7%，均滿足IEC60060-2中對標準測量系統的要求。
        3.2大容量試驗短路電流標準測量系統的國際比對
        為解決大容量試驗短路電流（含直流、交流和高頻）測量系統量值溯源的難題，西高所于2006年率先參加了國際短路試驗聯盟（STL）在全球大容量實驗室中組織的短路電流測量國際比對技術活動。參與比對分流器是由德國IPH制造的。通過比對，建立了中國第1個大容量試驗短路電流標準測量系統，共進行了線性度、刻度系數、高頻電流、干擾、電阻值測量5個項目的比對試驗。比對電流有效值最高達90kA，最大峰值213kA，比對結果為：西高所短路電流標準測量系統與STL短路電流標準測量系統之間最大偏差為0.3%，完全滿足IEC62475的要求。隨后的2007年，沈變所和沈陽虎石臺試驗站也進行了電流測量系統的比對，今年年底，電科院也將進行比對。
        4 建議和展望
        隨著高電壓試驗和測量技術的發展，國際標準有著新的修訂內容，我國也盡量保持與國際接軌，增加研究和修訂內容。與歐洲、日本、韓國相比，我們的工作在很多方面并不規范，因此建議：
        首先，試驗設備和測量系統制造方應當了解標準，在此基礎上研發符合標準要求的試驗和測量設備。
        第二，對于工廠和研究單位實驗室應當建立完善的測量系統性能記錄。
        對于認可的標準實驗室的標準測量系統的性能記錄應包括:
         a）已經進行的校驗試驗以及它們對國家測量標準的溯源體系；
         b）標準測量系統的刻度因數和動態特性；
         c）標準測量系統的測量總不確定度。
         對于一個新的標準測量系統應首先進行驗收試驗：
      （1）刻度因素的確定；
      （2）線性度試驗；
      （3）短期穩定性試驗；
       （4）溫度效應；
      （5）鄰近效應。
         性能試驗的間隔周期應不超過：
         對于完整的測量系統：5年；
         當性能校核以同樣的電壓波形進行時：5年；
         當性能校核以不同的電壓波形進行時：2.5年；
         當沒有進行性能校核：1年。
         特別是對測量軟件的要求，應當按照標準要求用IEC提供的TDG進行測試。
         為了和國際接軌，國標大部分等同或修改采用IEC，雖然是推薦性的標準，但其中的技術內容應該是強制性的。