CN101339833A - 一种用水作负载的高电压耗功装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用水作负载的高电压耗功装置，包括蓄水池、竖直插入蓄水池的三相电极、固定电极的电极支架及带动电极支架上下移动的升降机构；电极为金属制极棒，三相电极呈等边三角形对称分布且均设置有对应用于与被检测发电机组的三相电源输出端相接的接线端，电极与电极支架的连接处设置有绝缘件；蓄水池上安装有分别与三相电极位置相对应且供电极穿插的三个高压绝缘套管，绝缘套管的下部处于蓄水池内的水面以下；蓄水池的池底设置有进水孔，与进水孔相连的进水管上安装有调节阀。本发明结构简单、投资少且使用操作方便，能准确测试出高压、大功率发电机组的各种调速特性和负载特性。

Description

一种用水作负载的高电压耗功装置

技术领域

本发明涉及一种耗功装置，尤其是涉及一种用水作负载的高电压耗功装置。

背景技术

由于对发电机组的各种调速特性和负载特性进行测试时，都需要将发电机组所发出的功率消耗在电阻耗功装置上，因而耗功装置的改进和完善也越来越受到重视。目前，所使用的电阻耗功装置大多为干电阻式的耗功装置，在实际应用过程中，针对被测试的发电机组，需要配置专门的干电阻，因而投资大、成本高，尤其是针对输出电压为高电压(1kV-10KV)、输出功率为大功率(30-5000KW或更大功率)的发电机组，所使用的干电阻耗功装置成本更高，其所占空间非常大，使用操作也很不方便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用水作负载的高电压耗功装置，其结构简单、投资少且使用操作方便，能准确测试出高压、大功率发电机组的各种调速特性和负载特性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用水作负载的高电压耗功装置，其特征在于：包括从底部注水且内部水随注水而不断从上沿溢出的蓄水池、竖直插入蓄水池的三相电极、固定电极的电极支架以及带动电极支架上下移动的升降机构；所述电极为圆柱形的金属制极棒，所述三相电极呈等边三角形对称分布且均设置有对应用于与被检测发电机组的三相电源输出端相接的接线端，所述电极与电极支架的连接处设置有绝缘件；所述蓄水池上安装有分别与三相电极位置相对应且供电极穿插的三个高压绝缘套管，所述绝缘套管的下部处于蓄水池内的水面以下；所述蓄水池的池底设置有进水孔，与所述进水孔相连的进水管上安装有调节阀。

所述进水孔的数量为多个且呈均匀布设。

所述电极支架为由三个呈对称分布的支撑臂组成的“Y”字形支架，所述三个支撑臂两两之间的夹角均为120°。

还包括将所述蓄水池上部溢出水进行收集并冷却的冷却塔，所述冷却塔的出水口与进水管相连。

所述电极为圆柱形、长方形或正多边形的金属制极棒。

所述金属制极棒为不锈钢制极棒。

所述高压绝缘套管为高压瓷套管。

所述绝缘件为高压瓷瓶。

所述蓄水池上安装有固定升降机构的支撑架，所述升降机构为与电极支架相连的旋转丝杠以及对旋转丝杠进行驱动的升降电机。

所述接线端为设置在电极上部的接线螺栓。

本发明与现有技术相比具有以下优点，1、不仅体积小、结构简单，加工制作方便且使用操作方便、易于实施；2、由于利用水介质作负载进行耗功，而蓄水池即水电阻池随处可得，而投资少且占用空间相对较少；另外，由于在同等的功率下，用水作负载的高压耗功装置相对低压耗功装置的电流会小很多，从而大大减小了回路中的电流，大大降低了开关及电气设备和线缆的投入资金；3、能准确测试出高压、大功率发电机组的各种调速特性和负载特性，发电机组发出的高压电通过高压柜及输电线路传输到水电阻池即高压放电水池里的三相电极上，当发电机组输出电压为低电压时，则先通过变压器转换成高压电后再输到水电阻池里的三相电极上，而其计量装置安装在被检测发电机组的输出端口处的接线上，而且越靠近发电机组测试结果越准确；4、安全可靠，其三相电极与电极支架的三个支撑臂之间分别用高压瓷瓶进行隔离，保证了通电后的安全性；5、通过加装固定在蓄水池上的一半入水而另一半露在水面外的高压瓷套管，使得带高压电的电极下降入水时，先进入高压瓷套管，再入水里，既解决了电极入水时，会产生拉弧放电以致电极间形成短路或对地短路的问题，也解决了小功率段测试难以实现的问题；6、通过均匀布设在蓄水池底部的多个进水孔，并通过调节阀控制注入冷水的流量并稳定其流速来达到稳定蓄水池内部水介质即水电阻稳定性的目的；7、节能，从蓄水池上沿溢出的热水又回到冷却塔，经冷却塔冷却后，再通过进水管从蓄水池底部注入，之后再溢出，如此使水不断循环使用；8、测试性能良好，通过控制电极3插入水中的深度及放电水池中水电阻的特殊结构，实现了功率从小(30KW)到大(依发电机功率确定)的连续、稳定可调测试，尤其在对一些比较大的发电机组进行测试时，则可直接将两个或多个本耗功装置并联以适应大功率发电机组的测试需要；在实际测试过程中，通过调节电极插入蓄水池深度来平稳调节耗功大小，相应再根据消耗功率的大小，调节进水管所注入冷水的进水压力以及调节阀的开度大小，继而对入水量大小进行调节即可，在被检测发电机组功率恒定的情况下，水电阻池内水电阻对功率波动的影响幅度≤0.8％。综上，本发明能够有效解决输出电压为高压、输出频率为50/60Hz且输出功率大的发电机组的各种调速特性和负载特性的测试问题，具有明显的经济效益和社会效益。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明电极支架的结构示意图。

图3为本发明电极的结构示意图。

图4为本发明与输出电压为高压的被检测发电机组连接的电气原理图。

图5为本发明与输出电压为低压的被检测发电机组连接的电气原理图。

附图标记说明：

1-电极支架；          2-高压瓷瓶；    3-电极；

4-接线螺栓；          5-升降电机；    6-旋转丝杠；

7-支撑架；            8-蓄水池；      9-进水管；

10-调节阀；           11-支撑臂；     12-联杆；

13-高压瓷套管；       14-计量装置；   15-原动机；

16-被检测发电机组；   17-变压器。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括从底部注水且内部水随注水而不断从上沿溢出的蓄水池8、竖直插入蓄水池8的三相电极3、固定电极3的电极支架1以及带动电极支架1上下移动的升降机构。其中，所述升降机构为与电极支架1相连的旋转丝杠6以及对旋转丝杠6进行驱动的升降电机5，并且蓄水池8上安装有固定升降机构的支撑架7，也就是说，所述升降机构由支撑架7进行固定。实际使用过程中，利用常规电气控制方法控制升降电机5进行正、反转，继而来带动旋转丝杠6顺时针或逆时针旋转，再相应带动电极支架1以及固定在电极支架1下方的三相电极3一起向上或向下运动，通过控制升降电机5正传或反转的时间也能相应对电极3插入蓄水池8的深度进行相应调节，控制非常简单方便。

结合图2、图3，所述电极3为圆柱形的金属制极棒且为空心的不锈钢管，所采用的空心不锈钢管不仅重量较轻而且耐腐蚀，电极3的圆柱形结构能保证尖端不放电。在实际使用过程中，电极3也可为长方形或正多边形的金属制极棒。而三相电极3上端均固定在电极支架1上且三者呈等边三角形对称分布，所述电极支架1为由三个呈对称分布的支撑臂11组成的“Y”字形支架，并且三个支撑臂11两两之间的夹角均为120°。实际应用过程中，支撑臂11可以为水平向或向下倾斜的直杆，并且支撑臂11与电极3之间通过竖向联杆12进行连接。另外，电极3上均设置有对应用于与被检测发电机组的三相电源输出端相接的接线端，本实施例中，所述接线端为设置在电极3上部的接线螺栓4，因而接线非常方便。这样，三相电极3呈等边三角形对称分布，其分别位于等边三角形的三个顶点且均为垂直分布，通过输电线路同时给三个电极3上依次加上三相高压电源U、V、W，通过极间等边三角形对称接法，达到三相电流、电压的平衡；实际测试过程中，三个电极3同时插入蓄水池8即水电阻池中。

另外，所述电极3与电极支架1的连接处设置有绝缘件，本实施例中，该绝缘件为高压绝缘瓷瓶2，具体是三相电极3与电极支架1的三个支撑臂11之间分别用高压瓷瓶2进行隔离，保证了通电后的安全性。

同时，在应用中还存在以下一个难以解决的实际问题，由于电极3上所加的电压为高电压，因而电极3入水时不可避免地会产生拉弧放电，继而使电极3间形成短路或对地短路，这样会使电极3前级的保护元器件动作，严重时还会损坏相关设备；并且，由于三相电极3入水时，放电功率一下子达到上百上千瓦，中间几乎没有任何缓冲的时间和过程，因而对小功率段的测试则难以实现。因而，电极3不能直接插入水中，需要在蓄水池8上安装三个供三相电极3穿插的高压绝缘套管，这三个高压绝缘套管的绝缘等级要求较高，其需能承受10KV以上的高电压。另外，三个高压绝缘套管有分别与三相电极3的位置相对应且三个高压绝缘套管均固定不动，测试过程中，三相电极3对应从三个高压绝缘套管中穿插过去即可。需注意的是，所述绝缘套管的下部处于蓄水池8内的水面以下。本实施例中，高压绝缘套管为高压瓷套管13，并且高压瓷套管13的一半水面位于水上，一半位于水面以下。这样，在电极3插入水面处时，由于加装固定在蓄水池8上的高压瓷套管13一半入水而另一半露在水面外，因而使得带高压电的电极3下降入水时，先进入高压瓷套管13，再入水里。这样，既解决了电极3入水时，会产生拉弧放电，以致电极间形成短路或对地短路的问题，也解决了小功率段测试难以实现的问题。

因为功率 $P=\sqrt{3}{U}^2/R,$ 因而功率P与电压U²成正比，电压越大对功率的影响就越大，尤其是高电压对于功率的影响特别大。正常情况下，被检测发电机组输出的电压恒定，因而，功率的大小取决于电阻的大小，功率的稳定也取决于电阻的稳定性。因此，就必须要求水介质在放电池即水电阻池中是稳定的。本发明中，所述蓄水池8的池底设置有进水孔，与所述进水孔相连的进水管9上安装有调节阀10，并且所述进水孔的数量为多个且呈均匀布设。因而，通过均匀布设在蓄水池8底部的多个进水孔，并通过调节阀10控制注入冷水的流量并稳定其流速来达到稳定蓄水池8内部水介质即水电阻稳定性的目的。

另外，由于本发明还包括将所述蓄水池8上部溢出水进行收集并冷却的冷却塔，所述冷却塔的出水口又与进水管9相连。带一定压力的冷却水从池子底下注入，热水总是往池子上面运动，沿池壁溢流出水池。这样，蓄水池8即水电阻池通过底部设置的进水孔将冷水从池子底下注入，由于水介质作为耗功负载，带电电极3在入水的过程中，使电能转化为热能，因而蓄水池8中的水逐渐变热，而随着底部持续注水，蓄水池8内的热水总是往池子上部运动，最终从上沿溢出并沿池壁流出水池。而溢流出的热水又回到冷却塔，经冷却塔冷却后，再通过进水管从蓄水池8底部注入，之后再溢出，如此使水不断循环使用，以利节能。实际使用中，蓄水池8内部水温控制在20-70℃之间。综上，带电电极3在入水的过程中，使电能转化为热能，蓄水池8即放电池中水不间断循环的目的就是带走水负载耗功产生的热量，并且电极3在蓄水池8中插入的深度与消耗的功率成一定的线性关系，而蓄水池8中的水介质在耗功时也是连续循环的。

在实际测试过程中，通过调节三个电极3插入蓄水池8即放电水池中的深度来平稳调节耗功大小，相应再根据消耗功率的大小，调节进水管9所注入冷水的进水压力以及调节阀10的开度大小，继而对入水量大小进行调节即可。在实际使用过程中，若被检测发电机组16的输出功率很大，则可以在被检测发电机组16的输出端口上并联接上两个或多个本发明，也就是说，可以直接将两个或多个本耗功装置相并联以适应大功率发电机组的测试需要。

结合图4、图5，被检测发电机组16通过原动机15进行带动，而被检测发电机组16发出的高压电通过高压柜及输电线路到蓄水池8即高压放电水池里的三相电极3上，当被检测发电机组16输出电压为低电压时，则先通过变压器17转换成高压电后再输到水电阻池里的三相电极3上，而其计量装置14安装在被检测发电机组16的输出端口处的接线上，并且越靠近被检测发电机组16测试结果越准确。所述计量装置14为分别对电压和电流进行检测的电压互感器和电流互感器，而电压互感器和电流互感器同时与智能型计量仪表相接，由计量仪表根据所输入的电压和电流信号进行分析处理后，相应输出电流值、电压值、有功功率值、无功功率值、功率因素值及频率值。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用水作负载的高电压耗功装置，其特征在于：包括从底部注水且内部水随注水而不断从上沿溢出的蓄水池(8)、竖直插入蓄水池(8)的三相电极(3)、固定电极(3)的电极支架(1)以及带动电极支架(1)上下移动的升降机构；所述电极(3)为金属制极棒，所述三相电极(3)呈等边三角形对称分布且均设置有对应用于与被检测发电机组的三相电源输出端相接的接线端，所述电极(3)与电极支架(1)的连接处设置有绝缘件；所述蓄水池(8)上安装有分别与三相电极(3)位置相对应且供电极(3)穿插的三个高压绝缘套管，所述绝缘套管的下部处于蓄水池(8)内的水面以下；所述蓄水池(8)的池底设置有进水孔，与所述进水孔相连的进水管(9)上安装有调节阀(10)。

2.按照权利要求1所述的一种用水作负载的高电压耗功装置，其特征在于：所述进水孔的数量为多个且呈均匀布设。

3.按照权利要求1或2所述的一种用水作负载的高电压耗功装置，其特征在于：所述电极支架(1)为由三个呈对称分布的支撑臂(11)组成的“Y”字形支架，所述三个支撑臂(11)两两之间的夹角均为120°。

4.按照权利要求1或2所述的一种用水作负载的高电压耗功装置，其特征在于：还包括将所述蓄水池(8)上部溢出水进行收集并冷却的冷却塔，所述冷却塔的出水口与进水管(9)相连。

5.按照权利要求1或2所述的一种用水作负载的高电压耗功装置，其特征在于：所述电极(3)为圆柱形、长方形或正多边形的金属制极棒。

6.按照权利要求5所述的一种用水作负载的高电压耗功装置，其特征在于：所述金属制极棒为不锈钢制极棒。

7.按照权利要求1或2所述的一种用水作负载的高电压耗功装置，其特征在于：所述高压绝缘套管为高压瓷套管(13)。

8.按照权利要求1或2所述的一种用水作负载的高电压耗功装置，其特征在于：所述绝缘件为高压瓷瓶(2)。

9.按照权利要求1或2所述的一种用水作负载的高电压耗功装置，其特征在于：所述蓄水池(8)上安装有固定升降机构的支撑架(7)，所述升降机构为与电极支架(1)相连的旋转丝杠(6)以及对旋转丝杠(6)进行驱动的升降电机(5)。

10.按照权利要求1或2所述的一种用水作负载的高电压耗功装置，其特征在于：所述接线端为设置在电极(3)上部的接线螺栓(4)。

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