CN101900782A - 气体绝缘组合电器设备测试系统 - Google Patents

Abstract

一种电力系统技术领域的气体绝缘组合电器设备测试系统，包括：控制台、调压器、滤波箱、试验变压器、温度传感器、套筒和局放仪，其中的滤波箱包括：滤波器、并联补偿电抗器和快速保护装置。本发明采用SF6绝缘和电抗器补偿的技术将空间耦合的局部放电干扰信号屏蔽在测量系统之外，使得本系统的额定局放小于5pC，既降低了GIS测试试验设备自身的局放，又能解决现场干扰对测试试验的影响。可用于500kV GIS的现场交流耐压试验及局部放电试验、110kV或220kV等电压等级的GIS的现场交流耐压试验及局部放电试验用的高压电源。

Description

气体绝缘组合电器设备测试系统

技术领域

本发明涉及的是一种电力系统技术领域的测试装置，具体是一种气体绝缘组合(GIS)电器设备的工频耐压及局部放电测试系统。

背景技术

随着经济和电网的发展，整个社会对输配电的稳定性要求越来越高，因此对输配电设备的可靠性提出了更高的要求，目前，城网中GIS(SF₆封闭组合电器)的应用越来越广泛，因此对GIS设备的交接试验和例行检修试验提出了更高的要求。

GIS的现场局部放电试验逐步作为一项现场交接试验，越来越受重视，现在国内市场上能够提供的应用于GIS交流耐压试验的设备有很多种，但没有专门针对局部放电试验的设备，即使能提供用于GIS交流耐压试验的设备，也存在本身局部放电干扰信号过大或设备本身不适合进行现场试验等问题；现场测量局部放电时最主要的问题是从现场空间耦合的局部放电干扰信号较大，传统的试验变压器对电压测量是采用测量绕组进行测量存在着较大的误差，特别是当负载为电容时，会存在容升现象，导致测试电压不准确。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN201269916Y，公告日2009-7-8，记载了一种“气体绝缘组合电器(GIS)局部放电检测系统”，公开了一种通过超高频检测揉合声发射检测的综合检测系统，对GIS内局部放电进行监测、定位、及数据处理。但是上述技术没有涉及对GIS做耐压试验的系统自身的局放的屏蔽，当试验系统自身的局放很大，势必会影响到对GIS设备局放检测的结果，因此有必要对GIS进行局放试验系统的局放进行测试并予以降低。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种气体绝缘组合电器设备测试系统，采用SF6绝缘和电抗器补偿的技术将空间耦合的局部放电干扰信号屏蔽在测量系统之外，使得本系统的资深额定局放小于5pC，既降低了GIS测试试验设备自身的局放，又能解决现场干扰对测试试验的影响。可用于500kVGIS的现场交流耐压试验及局部放电试验、110kV或220kV等电压等级的GIS的现场交流耐压试验及局部放电试验用的高压电源。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：控制台、调压器、滤波箱、试验变压器和温度传感器，其特征在于：控制台的第一输入端与380V电源相连并接收电源输入，控制台的第一输出端与调压器的输入端相连接并传输升/降压指令以及需要达到的位置和电压值，调压器的第一输出端与控制台的第二输入端连接并传输调压器的输出电压以及调压器的位置信号，调压器的第二输出端与滤波箱的输入端相连并传输调压器的输出电压信号，滤波箱的输出端分别与试验变压器的第一输入端和第二输入端相连并传输调压器输出信号和需补偿的输出电流信号，试验变压器的输出端与控制台的第四输入端相连并传输试验变压器的输出电压信号，温度传感器的输入端设置于试验变压器内且输出端与控制台的第五输入端相连并传输试验变压器的实时温度信号，控制台的第二输出端与试验变压器的第三输入端相连并传输从控制台发出的保护指令，试验变压器与待测设备相连并传输升压后的电压信号。

所述的控制台包括：操作面板、控制单元、输入输出单元和温度测量单元，其中：操作面板与输入输出单元相连接用来显示测试信息并接收操作人员的输入，控制单元用接收来自输入输出单元的输入信号并通过输入输出单元输出升/降压指令和保护指令，温度测量单元采集试验变压器的温度信号并将报警信号或正常运行信号输出至控制单元实现对试验变压器温度的实时监控。

所述的控制单元包括：PLC模块、信号处理板与保护触发板，其中：PLC模块的第一输入端与信号处理板的第一输出端连接传输经处理后的调压器输出信号、滤波箱输出信号以及试验变压器的低压臂输出信号，PLC模块的第一输出端与保护触发板的第一输入端连接并传输保护判定信号，信号处理板的第一输入端分别与输入输出单元的第二输入端、第三输入端以及第四输入端相连传输采集到的调压器输出信号、滤波箱输出信号以及试验变压器的低压臂输出信号，保护触发板的第一输出端与滤波箱连接并传输保护判定信号。

所述的温度测量单元设置于试验变压器的低压臂位置并通过电缆依次连接控制台的第四输入端以及温度传感器以传输采集到的低压臂温度信号，同时温度测量单元根据低压臂温度信号一并输出报警信号或者正常运行信号至控制单元，实现对试验变压器的温度监控。

所述的调压器为单相气冷柱式自耦调压器并由电机遥控调压，其额定输入电压为380V，输出电压为0～400V。

所述的滤波箱包括：滤波器、并联补偿电抗器和快速保护装置，其中：调压器的第二输出端与滤波器的输入端相连并传输调压器的输出电压信号，滤波器的输出端与并联补偿电抗器的输入端相连并传输调压器输出信号，并联补偿电抗器的的第一输出端分别与试验变压器的第一输入端以及快速保护装置的第一输入端相连并传输补偿电流信号，快速保护装置的第一输入端与保护触发板的第一输出端连接并传输保护判定信号，快速保护装置的第一输出端与试验变压器的第二输入端相连并传输保护指令。

所述的滤波器采用10kHz的低通π型滤波器，具体包括：四个电容和两个电感，其中：第一电容和第二电容串联后并接于滤波器的输入端，第三电容和第四电容串联后并接于滤波器的输出端，第一电感和第二电感分别并联于滤波器的输入端和输出端之间，第一电容和第三电容的输出端接地。

所述的并联补偿电抗器包括：带有抽头的电抗器以及测量输出电流的电流互感器，所述的抽头共5个。

所述的电抗器的电感量通过下式计算得到：

$L_0=\frac{1-K^2*\mathrm{\α}*\frac{U_{\mathrm{LN}}}{I_{\mathrm{LN}}}*2\mathrm{\πfc}}{(1+\frac{1}{Q_L^2})*k^2*{\left(2\mathrm{\πf}\right)}^{2}c},$

其中：U_LN为试验变压器的低压侧额定电压，I_LN为试验变压器的低压侧额定电流，α为试验变压器的短路阻抗标幺值，K为高低压变比，

C为负载等效电容，f为试验频率，

为不考虑容升效应时与u_H对应的低压电压值且

Q_l为低压侧所需无功容量。

本发明提供包括500KVGIS的现场交流耐压试验及局部放电试验用的高压电源，且组成各部分的体积小，克服了GIS地下变电站现场校验困难和无法测试局放的缺点，保证了GIS变电站的正常投运，方便GIS设备的现场调试和检测。本发明各组成部分体积小，重量轻，易于搬运，便于操作，可供GIS设备投运前的各项检测试验使用，并且只需采用380V单相交流电，使的工作流程以及时间大为缩减，经济可靠，极具推广价值。

附图说明

图1为本发明系统结构图。

图2为控制台结构示意图。

图3为操作面板示意图。

图4为滤波箱结构示意图。

图5为滤波器结构示意图。

图6为补偿电抗器结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括：控制台2、调压器3、滤波箱4、试验变压器5、套筒6、温度传感器7和局放仪8，其中：控制台2的第一输入端与380V电源相连并接收电源输入，控制台2的第一输出端与调压器3的输入端相连接并传输对调压器3的升/降压控制信号，调压器3的第一输出端与控制台2的第二输入端连接并传输调压器3的位置信号以及调压器3的输出电压信号，调压器3的第二输出端与滤波箱4的输入端相连并传输调压器3的输出电压信号，滤波箱4的输出端分别与试验变压器5的第一输入端和控制台第三输入端相连并传输经滤波和补偿处理后的调压器3的输出电压信号，试验变压器5的输出端与控制台2的第四输入端相连并传输试验变压器5的最终输出电压信号，温度传感器7的输入端设置于试验变压器5内且输出端与控制台2的第五输入端相连并传输试验变压器5的实时温度信号，控制台1的第二输出端与试验变压器4的第三输入端相连并传输从控制台2发出的对试验变压器5的保护指令，试验变压器5通过套筒6实现与待测设备9相连并传输试验变压器5升压后的电压信号。

如图2所示，所述的控制台2安装在一个箱体10上，包括操作面板11、控制单元12、温度测量单元15和输入输出单元13，其中：

所述的操作面板11主要用来指导和配合控制台的操作，包括显示需要的液晶屏14、温控器151、各种报警指示灯16、操作指示灯17、各种电流电压指示表18、各种状态指示灯19、功能键43、保持键44、跟踪键45、保护电压调整46以及急停指示灯47，具体参见图3。

所述的液晶屏14主要用来显示升降压后的电压值以及各种电路保护信息。

所述的报警指示灯16包括过流保护指示灯20、过压保护指示灯21、过热保护指示灯22、温度报警灯23、试品击穿24以及故障指示灯25等，主要用来提供系统报警功能；

所述的操作指示灯17包括控制回路电源指示灯26、刀闸合指示灯27、允许合闸指示灯28、分闸指示灯29、合闸指示灯30、升压指示灯31、降压指示灯32以及自动降压指示灯33等，主要用来提供系统的操作按钮和指示状态；

所述的电流电压指示表18包括电源电压表34、调压器输出电流表35、调压器输出功率因数表36、试验变压器输入电流表37和试验变压器输入电压38，主要用来指示系统的输入输出电流/电压值。

所述的状态指示灯19包括允许合闸指示灯39、已合闸指示灯40、调压器最小位置指示灯41和调压器最大位置指示灯42，其中：调压器最小位置指示灯41和调压器最大位置指示灯42，用来指示调压器调压行程中的的极限位置；允许合闸指示灯39表示系统上电正常，可以进行合闸；已合闸指示灯40表示系统已经合闸，可以进行比如升压等动作。

所述的控制单元12包括PLC模块48、信号处理板49与保护触发板50，其中：PLC模块48的第一输入端与信号处理板49的第一输出端连接传输经处理后的调压器3输出电压、滤波箱4的输出电压信号以及试验变压器5的低压臂的输出电压，PLC模块48的第一输出端与保护触发板50的第一输出端连接，传输保护判定信号，信号处理板49的第一输入端与输入输出单元13的第二输入端、第三输入端以及第四输入端相连传输采集到的调压器3输出电压、滤波箱4的输出电压信号以及试验变压器5的低压臂的输出电压，保护触发板49的第一输出端与快速保护装置53的第一输入端连接，传输保护判定信号。

所述的PLC模块48主要对接收到的所有输入信号进行控制，其中：信号处理板49将采集到的信号进行处理，并将输出传输到PLC模块48，PLC模块48根据相应的信息通过第一输出端口到第三输出端口发出相应的控制命令；

所述的信号处理板49用来处理从调压器3输出电压、滤波箱4的输出电压信号以及试验变压器5的低压臂输出信号，然后传输到PLL模块48，实现控制功能；

所述的保护触发板50接收来自PLC模块48的保护指令，并由保护触发板50向滤波箱4发出保护指令。

所述的温度测量单元15包括温控仪151和温度传感器7，其中温控仪选用欧陆温控仪3216，通过电缆依次连接控制台2的第四输入端以及温度传感器7，主要负责采集设置于试验变压器5的低压臂位置的温度传感器7采集的温度信号，根据采集到的温度信号输出至控制单元12，并根据实际情况发出报警或者正常运行，指示实现对试验变压器5的温度监控；

所述的调压器3采用单相气冷柱式自耦式调压器，其传动方式为直流伺服电动机传动，调压器的行程位置代表调压器的输出电压，行程位置的电压信号经过电流互感器变换后成为电流信号作为调压器输出到各端的信号；在最小位置代表输出电压最小值，在最大位置代表输出电压最大值，当控制台发出升压/降压指令后开始动作，输出分两路，一路信号反馈到控制台的测量板，一路信号传输到滤波器，实现后一级的传输。

如图4所示，所述的滤波箱4包括：滤波器51、并联补偿电抗器52和快速保护装置53，其中：调压器3的第二输出端与滤波器51的输入端IN相连并传输调压器3的输出电压信号，滤波器51的输出端OUT与并联补偿电抗器52的输入端相连并传输经滤波后的调压器3输出电压信号，并联补偿电抗器52的第一输出端分别与试验变压器5的第一输入端以及快速保护装置53的第一输入端相并联并传输试验变压器5需补偿的电流信号，快速保护装置53的第二输入端与控制台2的第三输出端相连，并传输控制台发出的对可控硅的动作信号，快速保护装置53的第一输出端与试验变压器5的第二输入端相连并传输对试验变压器5的保护指令如过流保护、过压保护等控制信号。

如图5所示，所述的滤波器51采用π型滤波器，具体包括：四个相同的电容C1-C4和两个相同的滤波电抗器L1-L2，其中：滤波器51的输入端与调压器3的第二输出端相连，第一电容C1和第二电容C2串联后并接于滤波器51的输入端，第三电容C3和第四电容C4串联后并接于滤波器51的输出端，第一滤波电抗器L1和第二滤波电抗器L2分别并联于滤波器51的输入端和输出端之间，第一电容C1和第三电容C3的输出端接地，滤波器51的输出端与补偿电抗器52的输入端IN连接。

所述的电容C的容值为：CBB20-3VF/1000VAC；

如图6所示，所述的并联补偿电抗器52是带有5个抽头的电抗器，每一个抽头均与试验变压器5相连，抽头处的电感量应完全补偿负载点的无功需求，因此，电压不小于此时所需的电压且补偿电抗器本身不能出现内部放电现象。规定每个抽头的负载范围，则抽头的额定电压应能满足该范围内的全部负载需求。

所述的快速保护装置53安装在试验变压器5的低压侧，滤波箱的内部，由限流电抗器和开关元件组成。该装置可从电容分压器低压臂上检测GIS设备放电信号，当检测到GIS设备放电后的几十us内，发给控制台2放电信号，控制台2根据逻辑判断确认必须保护动作时发指令给快速保护装置53，开关元件即被触发，使试验变压器5的低压侧通过可控硅快速短路。这样既切断了电源供给，又使变压器中储存的能量通过快速保护装置53泄放，以抑制过电压的产生，其响应时间仅为40～100us。

所述的开关元件选用器件为可控硅TT500。

所述的试验变压器5采用电容分压式取样高压信号，试验变压器5应留有可以外接低压臂的端子，将电容式分压器的上臂集成在试验变压器中。

所述的试验变压器5的高压部分充满SF6气体，与现场GIS的接口方式不采用放电晕导线的方式，而采用套筒6的方式，高压部分无需经过套管引出，高压部分被屏蔽在封闭的绝缘金属壳内，完全屏蔽了空间耦合干扰，使得局放仪不受周围耦合环境的影响；同时连接筒内充SF6气体，防止周围放电对试验的影响。

所述的温度传感器7放置在试验变压器的低压臂内，用于测量试验变压器在升压时的实时温度，选用Pt100。

本发明所述系统通过以下方式进行工作：

第一步、系统组装。

第二步、系统上电合闸与分闸。

检查连接线，开电源，检查供电灯以及各表头指示是否正确，系统自检，是否有报警灯闪烁，如果没有，则对控制台进行操作。

所述的报警灯包括行程位置状态灯和温度报警灯。

所述的控制台通过数据线采集并分析调压器的位置，如果调压器的行程开关在最小位置且最低行程位置灯亮时，则可以进行其他动作；如果行程开关不在最低位置，则手动将调压器的行程开关下降到最低位置，直到控制台显示行程最小位置方可进行其它操作。

所述控制台如果温度报警灯不亮，方可进行其他操作。

第三步、设定实验参数，然后对调压器进行升压，并计时。同时根据测量采样显示当前输出电压并判断是否有异常情况发生，如出现有故障保护；

所述的设定试验参数包括设定电压/电流保护值。试验升压之前需要设定过电压/过电流保护值，防止试验过程中试品过电压/过电流损坏。

所述的故障保护即为快速保护装置。主要保护功能有过压保护、过流保护、放电保护、超温预警试验以及变压器过热保护等。当系统测试到试验电压/电流超过上述的设定的电流电压保护值时，会有相应保护动作并切断电源，停止工作。

所述的升压与计时是按照“现场试验电压按出厂标准的80％进行交流耐压试验，最高试验电压为316kV；分别做A、B、C三相。每相升压为146kV：时间5min，252kV：时间3min，316kV：时间1min”的要求按顺序进行升压。只有按照这个顺序执行升压，且试验过程中GIS设备和该系统未出现放电、过电压保护、过电流保护等故障时，试验通过；如出现任何故障以及保护动作，则停止试验，直到无任何故障时，试验方可进行。

第四步、降压，关机

所述的降压为点动“降压”按钮，系统会减小输出电压，系统会将输出电压降到0。

所述的关机为在系统输出降到0后，即可按下“分闸”按钮，将“钥匙开关”转到0处，按下“急停”按钮(防止误操作)，断开刀闸或空气开关。

Claims (9)

1.一种气体绝缘组合电器设备测试系统，包括：控制台、调压器、滤波箱、试验变压器和温度传感器，其特征在于：控制台的第一输入端与380V电源相连并接收电源输入，控制台的第一输出端与调压器的输入端相连接并传输升/降压指令以及需要达到的位置和电压值，调压器的第一输出端与控制台的第二输入端连接并传输调压器的输出电压以及调压器的位置信号，调压器的第二输出端与滤波箱的输入端相连并传输调压器的输出电压信号，滤波箱的输出端分别与试验变压器的第一输入端和第二输入端相连并传输调压器输出信号和需补偿的输出电流信号，试验变压器的输出端与控制台的第四输入端相连并传输试验变压器的输出电压信号，温度传感器的输入端设置于试验变压器内且输出端与控制台的第五输入端相连并传输试验变压器的实时温度信号，控制台的第二输出端与试验变压器的第三输入端相连并传输从控制台发出的保护指令，试验变压器与待测设备相连并传输升压后的电压信号。

2.根据权利要求1所述的气体绝缘组合电器设备测试系统，其特征是，所述的控制台包括：操作面板、控制单元、输入输出单元和温度测量单元，其中：操作面板与输入输出单元相连接用来显示测试信息并接收操作人员的输入，控制单元用接收来自输入输出单元的输入信号并通过输入输出单元输出升/降压指令和保护指令，温度测量单元采集试验变压器的温度信号并将报警信号或正常运行信号输出至控制单元实现对试验变压器温度的实时监控。

3.根据权利要求2所述的气体绝缘组合电器设备测试系统，其特征是，所述的控制单元包括：PLC模块、信号处理板与保护触发板，其中：PLC模块的第一输入端与信号处理板的第一输出端连接传输经处理后的调压器输出信号、滤波箱输出信号以及试验变压器的低压臂输出信号，PLC模块的第一输出端与保护触发板的第一输入端连接并传输保护判定信号，信号处理板的第一输入端分别与输入输出单元的第二输入端、第三输入端以及第四输入端相连传输采集到的调压器输出信号、滤波箱输出信号以及试验变压器的低压臂输出信号，保护触发板的第一输出端与滤波箱连接并传输保护判定信号。

4.根据权利要求2所述的气体绝缘组合电器设备测试系统，其特征是，所述的温度测量单元设置于试验变压器的低压臂位置并通过电缆依次连接控制台的第四输入端以及温度传感器以传输采集到的低压臂温度信号，同时温度测量单元根据低压臂温度信号一并输出报警信号或者正常运行信号至控制单元，实现对试验变压器的温度监控。 

5.根据权利要求1所述的气体绝缘组合电器设备测试系统，其特征是，所述的调压器为单相气冷柱式自耦调压器并由电机遥控调压，其额定输入电压为380V，输出电压为0～400V。

6.根据权利要求1所述的气体绝缘组合电器设备测试系统，其特征是，所述的滤波箱包括：滤波器、并联补偿电抗器和快速保护装置，其中：调压器的第二输出端与滤波器的输入端相连并传输调压器的输出电压信号，滤波器的输出端与并联补偿电抗器的输入端相连并传输调压器输出信号，并联补偿电抗器的的第一输出端分别与试验变压器的第一输入端以及快速保护装置的第一输入端相连并传输补偿电流信号，快速保护装置的第一输入端与保护触发板的第一输出端连接并传输保护判定信号，快速保护装置的第一输出端与试验变压器的第二输入端相连并传输保护指令。

7.根据权利要求6所述的气体绝缘组合电器设备测试系统，其特征是，所述的滤波器采用10kHz的低通π型滤波器，具体包括：四个电容和两个电感，其中：第一电容和第二电容串联后并接于滤波器的输入端，第三电容和第四电容串联后并接于滤波器的输出端，第一电感和第二电感分别并联于滤波器的输入端和输出端之间，第一电容和第三电容的输出端接地。

8.根据权利要求6所述的气体绝缘组合电器设备测试系统，其特征是，所述的并联补偿电抗器包括：带有抽头的电抗器以及测量输出电流的电流互感器，所述的抽头共5个。

9.根据权利要求6或8所述的气体绝缘组合电器设备测试系统，其特征是，所述的电抗器的电感量通过下式计算得到：

其中：U_LN为试验变压器的低压侧额定电压，I_LN为试验变压器的低压侧额定电流，α为试验变压器的短路阻抗标幺值，K为高低压变比， 

C为负载等效电容，f为试验频率， 

为不考虑容升效应时与u_H对应的低压电压值且 

Q_l为低压侧所需无功容量。 

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