CN102087331A - 基于变频电源的异频大电流多功能接地参数测试系统 - Google Patents

Abstract

一种基于变频电源的异频大电流多功能接地参数测试系统，属用于变电站地网接地参数的测试装置。主要由变频电源单元和升压变压器单元组成。变频电源单元由两台推换放大式变频电源并联组成，每台变频电源的额定输入电压为380V±10％、50Hz三相交流电，输出正弦波0～350V连续可调，输出频率为20～300Hz连续可调；升压变压器单元由一台升升压变压器组成，升压变压器的初级线圈与变频电源单元的两个输出端连接，该升压变压器的次级线圈与变电站地网连接；该升压变压器的频定容量为15kVA，输出电压为200V、400V、600V、800V或1000V，预定频率为20～300Hz。它具有抗干扰能力强、测量精度高的特点。

Description

基于变频电源的异频大电流多功能接地参数测试系统

技术领域

本发明涉及一种接地系统接地参数的测试装置，特别是基于并联变频电源技术的异频大电流多功能接地参数测试系统，应用于电力系统大型地网接地参数测试。

背景技术

电力系统发电厂、变电站的地网对电力系统的安全稳定运行有着极为重要的作用。系统发生短路故障时，强大的短路电流流经地网使得地网地电位升高，如存在地网接地阻抗大、地电位分布不合理或存在腐蚀、断线等问题，地电位的升高可能会危及设备和人员人身安全。

在电力系统大型地网接地参数测量过程中，为了防止电网运行时产生的工频干扰信号影响，提高测量的准确性，电力行业标准规程规定，工频大电流法的试验电流不得小于30安培。因而出现试验设备笨重、测试过程复杂、试验人员工作强度大、试验周期长等问题。

目前市场上常用的异频法测试接地参数的仪器虽然具有抗干扰能力强、测试数据稳定、试验设备轻便等优点，但其测试电流低又无法准确测量场区地表电位梯度、接触电位差、跨步电压差等参数。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种抗干扰能力强、测量精度高的基于变频电源的异频大电流多功能接地参数测试系统。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于变频电源的异频大电流多功能接地参数测试系统，包括，从变电站地网采集的电流、电压信号经处理得到接地阻抗值的变频测量表，还具有变频电源单元以及升压变压器单元；其中，变频电源单元：由两台15kW推换放大式变频电源并联组成，该每台变频电源的额定输入电压为380V±10％、50Hz三相交流电，输出正弦波0～350V连续可调，输出频率为20～300Hz连续可调；

升压变压器单元：由一台升压变压器组成，升压变压器的初级线圈与变频电源单元的两个输出端连接，该升压变压器的次级线圈与变电站地网连接；该升压变压器的频定容量为15kVA，输出电压为200V、400V、600V、800V或1000V，预定频率为20～300Hz。

上述变频测量表由信号采集与处理单元顺次连接通信与控制单元和显示单元组成，信号采集与处理单元又由电压互感器、电流互感器和放大滤波处理电路组成，电压互感器和电流互感器二者的信号输出端连接放大滤波处理电路。

本发明的有益效果是：

本装置能实现大型地网场区地表电位梯度、接触电位差、跨步电压差、接地阻抗等参数的测试，避免工频干扰信号的影响。注入地网的为异频电流信号(频率接近工频，但异于工频)，抗干扰能力强、测量精度高，且为大电流测试。由于兼备选频测量和大电流的优点，测量数据稳定可靠，测试结果更可帮助电力系统大型地网的优化设计，保证电力系统运行安全。

本发明人利用该套系统分别对±500kV德阳换流站、110kV籍田变电站接地装置进行了测量，现场测试结果表明，该套设备能准确、快捷地完成接地装置测量，并能同时满足大型地网接地阻抗与跨步电压、接触电势、地表电位梯度等工频参数的测量，解决了大型地网测量的难题。

附图说明

图1是本发明系统与变电站地网的连接关系示意图。

图2是本发明系统硬件框图。

图3是图2所示两个推换式变频电源并联连接关系示意图。

图4是变频测量表(即变频测量电表)交流采样总体框图。

具体实施方式

本发明异频大电流多功能接地阻抗测试系统的核心包括变频电源、信号采集与数据处理两大部分，如图1。

其中，变频电源部分由2台15kW推挽放大式变频电源并联组成(参见图3)，可实现输出正弦波0～350V连续可调，输出频率为20～300Hz连续可调，并配有两台升压变压器，可将变频电源输出电压抬高至合适电压注入地网。

信号采集、数据处理与显示功能由HVXP选频电压、电流表实现，该表抗干扰能力强，可测量40～65Hz的电压、电流信号。异频大电流多功能接地阻抗测试系统的硬件设计如图2所示。

1)HVFP型推挽放大式变频电源的技术参数及特性：

异频大电流多功能接地阻抗测试系统采用两台推挽放大式变频电源并联作为功率源，并联电路如图3所示。单台推挽放大式变频电源的输出容量为15kW，主要技术参数如下：

额定输入电压：三相交流380V±10％，50Hz；

额定输出容量：30kW；

输出电压：单相，正弦波0～350V连续可调；

输出电流：0～85A；

输出电压不稳定度：≤1％；

输出频率：20～300Hz连续可调；

输出频率调节细度：0.1Hz；

输出频率不稳定度：≤0.1％；

输出波形为标准正弦波：波形畸变率≤1％；

局部干扰放电量：＜10pc；

测试时间设定范围：0～99分钟，精度0.1秒；

绝缘水平：输入、输出端子对地≥3kV/AC/1min；

变频电源允许运行时间：额定输出功率下允许运行60min；

允许温升：在额定负载下，连续工作60min，出风口温升≤45K；

冷却方式：强迫风冷；

单台重量：48kg。

2台推挽放大式变频并联时只需要将输出端对应连接，即可将电源容量提高2倍，不需要复杂的接线就可以实现超大功率输出，且能实现输出正弦波0～350V连续可调，输出频率为20～300Hz连续可调。在使用中，只需要将每个并联连接变频电源装置单元的信号通过光纤同远程的控制箱连接，就能够轻松进行试验，操作简便。采用变频电源装置并联，方便设备的维护，不需要维护一个超大体积的设备，而是将设备分为两个独立单元来进行，解决了超大功率变频电源装置生产过程中的难题，提高可靠性。另外，每个并联变频电源装置单元能够独立成为一个变频电源，相当于两套独立的电源，每个并联变频电源装置单元均保留独立保护装置，能够快速准确的保护被试品和设备人员安全。

2)HVJDB升压变压器的技术参数及特性：

变频电压通过桥式放大电路输出，通过升压变压器的低压端相连，升压变压器的高压端同试验回路相连，选择合适的输出电压注入地网。

升压变压器结构为单相干式自冷。高、低压绕组及铁芯间均设有静电屏蔽层，高低压绕组之间只有磁的联系，没有电的联系，既作为升压变压器，又可作为隔离变压器；内置过压保护，防止击穿反击。励磁变压器有承受其总重量的搬运把手，提供高压绕组相互组合使用时的连接铜母线。单台变压器额定容量为15kVA，目前，该套地网测试系统配有两台，两台变压器可并联输出，可将变频电源输出电压抬高至合适电压，注入地网，作为地网接地电阻测试、跨步电压测试、分流情况测试的功率源。单台变压器技术参数如下：

额定容量：15kVA；

相数：单相；

额定输入电压：双绕组，2×350V，可串并联使用；

输出电压：200V、400V、600V、800V、1000V(每个绕组均为满容量输出)；

出线方式：输入、输出绕组均在变压器顶部引出；

额定频率：20～300Hz；

绝缘水平：绕组对地2kV/1min；

局部放电量：≤10pC；

噪声水平：≤55dB；

冷却方式：ONAN；

额定容量下连续运行60min后温升：小于65℃；

允许运行时间：额定输出电流下允许运行60min；

重量：180kg/台；

3)变频测量表的研制：

与传统的测量方式相比，变频法测量接地装置有明显的优点，测量的重复性好，消除了偶然因素的影响，能有效消除干扰信号。如果对干扰信号进行分析，不难发现，干扰信号的主要能量集中在工频及其奇数倍频处，其他频带的干扰能量较小。若能有效避开工频及其奇次谐波频率处的地中杂散电流，在其他的频率上进行接地电阻的测量，干扰分量将大大降低。

在本项目中，研究人员已经成功开发出了大功率变频电源，可以向变电站地网注入变频电压、电流信号，因此，研究开发出一套接收变频信号并能精确测量出其幅值和相位的测量仪表，成为本项目必须要解决的技术问题。

A、变频测量表的技术参数和测试结果：

本项目研究开发的接地阻抗变频测量表具有选频电压测量功能，可以测量45～55Hz的电压信号；采用变频抗干扰技术，基于傅立叶变换和频谱分析技术，测量选频带宽可窄至0.1Hz，可以确保测量频率的纯净性，有效屏蔽工频及谐波干扰信号，具有很强的抗干扰能力，同时外接电流传感器，可以实现选频电流测量，主要技术参数如下：

电压测量范围：1mV～50V；

最大分辨率：0.01mV；

测量准确度：普通模式±(读数*5％+2个字)；

            深度抗干扰模式±(读数*5％+2个字)；

测量频率：普通模式45～55Hz，0.1Hz步距；

测量带宽：最窄0.1Hz，有0.1、0.25、0.5Hz三种测量带宽；

干扰信号比：普通模式：10∶1；

深度抗干扰模式：100∶1，抗干扰频率50Hz；

电池工作时间：约8小时；

充电电源：AC220V±10％，50Hz；

仪器重量：3kg

为了对已开发的变频测量表的精度进行检测，采用了标准信号发生源进行校准检查，该测量结果如下表1～表3所示：

表1测量电压精度检测：

表2测量电流精度检测：

表3测量电压、电流相位角精度检测：

以上的检测数据表明，本项目研发的变频测量表在其量程范围内对电压电流和相位的测量精度误差控制在5％以内，达到了国家相关规程规定的测量仪表的相对误差要在5％以内的标准。

B变频测量表的工作原理：

变频测量表由信号采集与处理单元顺次连接通信与控制单元和显示单元组成，信号采集与处理单元又由电压互感器、电流互感器和放大滤波处理电路组成，电压互感器和电流互感器二者的信号输出端连接放大滤波处理电路。如图4所示，其工作原理如下：

变频电源通过向地网注入45～55Hz频率范围的正弦交流电源，变频测量表通过信号采集模块从待测接地系统得到的电流、电压信号，经过电压互感器(PT)、电流互感器(CT)变成1-2mA的电流信号、-5-+5V的电压信号，由于变频电源的频率可以任意改变，因此变频测量表也需实现手动信号频率平滑变化。与众多智能测量设备一样，处理模块是指挥与处理中枢的枢纽，处理模块将采集得到电流、电压信号进行放大(如采用集成运算放大器进行放大)后在进行有源滤波，抑制测量现场的工频干扰，再对滤波后的信号进行调整，以达到A/D模块可以处理的信号范围，待电源信号稳定后，启动A/D，进行快速采样，对信号的幅值与相位进行分析，提取阻性与感性分量，并去掉互感的影响，得到接地阻抗值。

通信及控制模块完成上位机与下位机之问的通信，将下位机采集到的数据以及工作状态送往上位机，将上位机的控制指令传至下位机，控制模块由TMS320VC5509A芯片作为主处理器，内带128K 16位RAM和32K 16位ROM，实现变频测量表的控制，完成报警及人机交流等功能，并由通信与控制模块将得到的最终数据输出显示在液晶屏上。通过以上部分的协同工作，就可以实现接地阻抗的自动测量。

变频测量表由信号采集与处理单元分别连接通信与控制单元和显示单元组成。

Claims (2)

1.一种基于变频电源的异频大电流多功能接地参数测试系统，包括，从变电站地网采集的电流、电压信号经处理得到接地阻抗值的变频测量表，其特征是：还具有变频电源单元以及升压变压器单元；其中，变频电源单元：由两台15kW推换放大式变频电源并联组成，该每台变频电源的额定输入电压为380V±10％、50Hz三相交流电，输出正弦波0～350V连续可调，输出频率为20～300Hz连续可调；

升压变压器单元：由一台升压变压器组成，升压变压器的初级线圈与变频电源单元的两个输出端连接，该升压变压器的次级线圈与变电站地网连接；该升压变压器的频定容量为15kVA，输出电压为200V、400V、600V、800V或1000V，预定频率为20～300Hz。

2.根据权利要求1所述的机遇变频电源的异频大电流多功能接地参数测试系统，特征是：所述变频测量表由信号采集与处理单元顺次连接通信与控制单元和显示单元组成，信号采集与处理单元又由电压互感器、电流互感器和放大滤波处理电路组成，电压互感器和电流互感器二者的信号输出端连接放大滤波处理电路。

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