一次消諧工頻電壓及電流參數(shù)測試裝置的研制

引言

目前,變電站大多數(shù)10kV母線電磁式電壓互感器中性點串接一次消諧器,以抑制電磁諧振過電壓。一次消諧器是采用非線性電阻材料制作的消諧器,但由于該設備沒有采用絕緣封裝,非線性電阻材料直接裸露在空中,導致消諧器容易吸潮損壞。

在日常的運維或系統(tǒng)故障檢查時,通過測試工頻電壓及電流參數(shù)以檢查它是否合格,但由于目前市面上的常用調(diào)壓器及升壓器無法滿足規(guī)程所要求的消諧器電壓峰值、電流峰值及測量精度,導致試驗效率低下。有些供電公司由于測試設備缺乏,僅開展簡單的項目檢測,無法有效檢測出消諧器的問題:而有些供電公司試驗人員每次都需要在現(xiàn)場搭建試驗平臺才能完成試驗,試驗組件繁瑣,設備組裝耗時耗力,無法達到高效運維的目的。

1一次消諧工頻電壓及電流參數(shù)測試裝置的設計思路

(1)為了能有效地檢測消諧器是否合格,必須對其工頻電流、電壓參數(shù)進行校驗,本項目研發(fā)的一次消諧工頻電壓及電流參數(shù)測試裝置,能實現(xiàn)自動檢測消諧器在電流峰值為0.3mA、0.5mA、1mA、3mA、5mA、10mA時相對應的電壓峰值或有效值。該裝置應用于變電站10kV系統(tǒng)的電磁式電壓互感器一次消諧器的工頻電壓及電流參數(shù)測試。

(2)裝置采用電池供電,無需外接市電,能實現(xiàn)邊充電邊測量的功能,同時可自動設定工頻電流。為滿足規(guī)程測量要求,裝置的測量精度等級需達到2.0級,設有0.3mA、0.5mA、1.0mA、3.0mA、5.0mA、10mA六檔常用電流指示精度等級,能覆蓋全部常用消諧器電流指標,適用于6~35kV消諧電阻器伏安特性測試。其輸出電流為交流0~20mA:輸出電壓為交流0~2800V:工作電壓為交流220×(1士10%)V。裝置能在顯示屏上同時顯示電壓的峰值和有效值數(shù)據(jù),并實時打印數(shù)據(jù),在室內(nèi)室外均可使用。

(3)裝置設計需輕便,能方便工作人員攜帶到現(xiàn)場使用。由于采用調(diào)壓器或升壓器極大地增加了裝置的重量,不滿足設計的要求。本裝置將采用SPwM方式進行電子調(diào)壓來減輕裝置的重量,SPwM是一種比較成熟的、使用較廣泛的PwM法。沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時,其效果基本相同。SPwM法就是以該結(jié)論為理論基礎,用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PwM波形控制逆變電路中開關(guān)器件的通斷,使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應區(qū)間內(nèi)的面積相等,通過改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。

(4)為進一步方便測量人員的使用,將通過PID閉環(huán)控制使測量的過程自動化。

2一次消諧工頻電壓及電流參數(shù)測試裝置的整體設計步驟

(1)通過對工頻電壓及電流參數(shù)測試工作的走訪與調(diào)研,收集相關(guān)資料,對裝置的相關(guān)技術(shù)進行技術(shù)調(diào)研。

(2)確認裝置的工作原理、元件選擇、工作方式等關(guān)鍵點,形成可行的設計方案。

(3)根據(jù)設計方案尋找加工廠家進行裝置樣品的試制。

(4)對研制的裝置進行現(xiàn)場應用,并根據(jù)現(xiàn)場應用效果進行相應的技術(shù)改進。

(5)研制出的成果通過測試后正式進行推廣應用。

3一次消諧工頻電壓及電流參數(shù)測試裝置的調(diào)壓裝置設計

本裝置結(jié)構(gòu)包括電池、電源管理系統(tǒng)、MCU微控制器、正弦波發(fā)生器、H橋逆變LC濾波、升壓變壓器、電壓及電流取樣電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、消諧器、彩色顯示屏、中文提示界面及數(shù)據(jù)打印機。

圖1為正弦波電子調(diào)壓電路原理圖。裝置中電壓分檔輸出,能滿足低壓試品與高壓試品的測量精度。采用的技術(shù)原理是利用高速微處理器產(chǎn)生SPwM正弦脈寬調(diào)制信號后,通過H橋及LC濾波回路將直流電源調(diào)制成工頻源,再將低壓電源通過分檔控制的工頻升壓器將電壓升高。微處理器通過對工頻高壓側(cè)的電壓互感器和電流互感器的采樣,經(jīng)過PID運算,從而控制輸出電源達到試驗目標的電壓和電流,實現(xiàn)對一次消諧器工頻電壓及電流參數(shù)的自動化測試。由于裝置采用SPwM方式進行電子調(diào)壓,因此無需調(diào)壓器或升壓器,能有效減輕裝置重量。同時PID閉環(huán)控制使測量過程自動化,無需人員干預。

4一次消諧工頻電壓及電流參數(shù)測試裝置的優(yōu)點

(1)裝置采用電池供電,能邊充電邊測量,無需外接市電。

(2)裝置操作簡單,便于工作人員外出攜帶及現(xiàn)場使用。

(3)裝置能自動設定工頻電流,同時設有六檔常用電流指示精度等級,能覆蓋全部常用消諧器電流指標。

(4)能在顯示屏上同時顯示電壓峰值和有效值數(shù)據(jù),并能將數(shù)據(jù)實時打印。

(5)采用P1D閉環(huán)控制,測量過程無需人為干預,全程自動化。

(6)電壓分檔輸出,滿足低壓試品與高壓試品的測量精度要求。

(7)采用sPwM方式進行電子調(diào)壓,無需調(diào)壓器或升壓器,減少裝置內(nèi)部組件數(shù)量。

5結(jié)語

綜上所述,隨著高壓試驗技術(shù)的發(fā)展,更多快捷方便的試驗裝置正在不斷推廣應用,本文所述的一次消諧工頻電壓及電流參數(shù)測試裝置無需試驗人員現(xiàn)場搭建試驗平臺,采用了電池供電,能實現(xiàn)邊充電邊測量的功能,同時可自動設定工頻電流。測試儀設有彩色顯示屏及中文提示界面,方便操作人員進行操作。測試結(jié)果能直接打印。測試儀設計輕便小巧,方便工作人員攜帶到現(xiàn)場使用,提高了試驗的效率,滿足了日益提高的試驗要求。