CN102305893A - 智能变电站高压线路功率因数角现场校验方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种智能变电站高压线路功率因数角现场校验方法及装置，通过调压器、升流器、高压试验电源、移相器产生相位可调的高电压、大电流试验条件，将升流器产生的大电流接入到标准电流互感器和电子式电流互感器，将高压试验电源产生的高电压接入到标准电压互感器和电子式电压互感器，电子式互感器及合并单元处理后的数字信号和标准电压电流互感器的模拟信号同时接入电子式互感器综合校验仪，电子式互感器综合校验仪比较两者功率因数角的误差。本发明可得到电子式互感器、合并单元、数据传输网络等对功率因数角误差的影响，以调整其有关参数，保证功率因数角测量和电能计量的准确性。

Description

智能变电站高压线路功率因数角现场校验方法及装置

技术领域

本发明属于电能计量领域，特别涉及一种智能变电站中基于电子式互感器及合并单元测量高压线路功率因数角误差的现场校验方法及装置，可对变电站高压线路功率因数角的误差进行现场校验。

背景技术

目前我国在输配电工程技术领域将智能电网纳入了实施计划，采用最新前沿技术的智能变电站已经开始试点建设和运行。电力参数测量和电能计量的准确可靠是这种新技术成功应用的重要保证。智能变电站中的电子式互感器作为测量、继电保护和电能计量所用的电压、电流互感器都为电子式的，其测量原理、结构和二次网络与传统互感器完全不同，电子式互感器输出数字电压、电流信号，经合并单元转换成标准规定的格式发送给保护、测控设备，保护和测控设备重要的一个电力参数功率因数角，就是合并单元输出的数字电压电流的相位差。电压、电流的相位差测量不准就是功率因数角测量不准，而功率因数角测量不准将直接导致有功、无功功率测量和电能计量不准，特别是电能计量不准将影响电量贸易结算的公平性。功率因数角误差ΔΦ对功率因数cosΦ影响量的关系为：[cos(Φ-ΔΦ)-cosΦ]/cosΦ=cosΔΦ-1- sinΔΦ·tanΦ。如当Φ=60°（cosΦ=0.5）时，+10′的相位误差引起的功率因数误差为-0.5%，+20′的相位误差引起的功率因数误差为-1%，+30′的相位误差引起的功率因数误差为-1.5%，+1°的相位误差引起的功率因数误差为-3%；Φ接近90°时，相位误差对功率因数误差的影响快速增大（近似负的正切曲线变化）。

传统互感器的应用中，电压、电流相位差的控制一般通过检测互感器的误差并对不合格品进行调整或更换来实现，智能变电站中的电子互感器因其内部有微处理器，误差可以通过软件来修正。而在实际调试中，电子互感器的误差通过软件修正后满足准确度要求，但电压、电流之间的相位差实际上超过了1°。由此根据理论分析和现场测试数据判断：电压、电流相位差不但与互感器有关，还受到合并单元和光纤通讯网络等设备中网络延时、数据运算的影响。因此，有必要对智能变电站电子式互感器测量高压线路功率因数角进行校验，便于对电子式互感器、合并单元和光纤通信网络等相关智能设备进行调整以提高测量的准确度。

互感器现场校验时传统的加压、通流方法是：被检电压互感器一次施加额定电压的80%～120%，标准电压互感器与被检并联、变比相同；对电流互感器一次通过额定电流的1%～120%，标准电流互感器与被检串联、变比相同；电压、电流互感器的校验分开独立进行。这种方法中标准电流互感器和升流器对地的绝缘电压都较低，不能模拟现场安装互感器的实际工作环境，即不具备同时有高电压、大电流的条件，无法实现对一次线路电压、电流功率因数角的测量。而且，传统的升压和升流装置输出的一次高电压和大电流之间的相角也难以在0～360°调节；互感器检验仪也没有同时测量标准电工式和被检电子式电压、电流互感器之间功率因数角的功能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：解决上述现有技术存在的问题，而提供一种智能变电站高压线路功率因数角现场校验方法及装置，满足智能变电站电子式互感器测量高压线路功率因数角进行校验的需要，便于对电子式互感器、合并单元和光纤通信网络等相关智能设备进行调整以提高测量的准确度。

本发明的智能变电站高压线路功率因数角现场校验方法是：通过调压器、升流器、高压试验电源、移相器产生相位可调的高电压、大电流试验条件，将升流器产生的大电流接入到标准电流互感器和电子式电流互感器，将高压试验电源产生的高电压接入到标准电压互感器和电子式电压互感器，经过电子式电压互感器、电子式电流互感器及合并单元处理后的数字电压电流信号和标准电压互感器、标准电流互感器的模拟电压电流信号同时接入电子式互感器综合校验仪，电子式互感器综合校验仪比较标准互感器输出的电压、电流功率因数角和电子式电压互感器、电子式电流互感器、合并单元测量的功率因数角的误差。

本发明的智能变电站高压线路功率因数角现场校验装置，包括升流器、标准电流互感器、电子式电流互感器、高压试验电源、标准电压互感器、移相器、电子式电压互感器、合并单元、电子式互感器综合校验仪及用于升压的升压调压器和升流的升流调压器；装置的供电电源采用交流380V/100A、三相四线制；升流调压器输入端连接于一相电源～380V，移相器输入端连接三相电源，移相器输出端连接升压调压器的输入端，升压调压器的输出端连接高压试验电源，标准电压互感器和电子式电压互感器一次端都与高压试验电压并联；升流调压器输出端连接升流器，穿过升流器的大电流220kV电压等级的高压电缆穿过标准电流互感器后，再接至电子式电流互感器，电子式电流互感器输出端和电子式电压互感器输出端都通过光纤传输连接至合并单元输入端，合并单元输出端通过光纤传输连接至电子式互感器综合校验仪，与此同时，标准电流互感器的二次端和标准电压互感器的二次端都连接至电子式互感器综合校验仪。

电子式互感器综合校验仪包括DSP处理器、光接收器、通讯协议处理模块、精密电压互感器、精密电流互感器、模拟信号调理电路、相位差比较电路、计数器、多通道A/D转换器、DSP处理器外围电路，DSP处理器外围电路包括液晶显示模块、按键、历史数据存储器、JTAG仿真接口及与上位机通信连接的通信模块，光接收器输入端连接合并单元的输出，光接收器输出连接通讯协议处理模块，通讯协议处理模块连接DSP处理器，精密电压互感器的输入和精密电流互感器分别连接标准电压互感器输出U和标准电流互感器输出I，精密电压互感器和精密电流互感器输出通过模拟信号调理电路及多通道A/D转换器和相位差比较电路及计数器之后连接至DSP处理器，DSP处理器通过通信模块与上位机通信连接。

电子式互感器综合校验仪以DSP处理器为核心，具有强大的数字处理和精密的电压、电流及其相位差的测量功能。校验仪接收来自电子式互感器经合并单元FT3接口输出的电压、电流光纤数字信号，经光接收转换和通讯协议解析后送入DSP运算，可获得被检高压线路的电压、电流、频率、相位和谐波等参数。校验仪将来自标准电压、电流互感器的二次信号通过模拟电路对电压、电流和相位差进行测量和调理，再送入由DSP控制的多通道A/D进行模数转换，以取得作为标准参考的数字量，现场试验时也可监视升压、升流的大小；同时，经精密仪用互感器转换后的电压、电流信号通过相位差比较电路后，由计数器得出相位差的数字量，再送入DSP分析处理。DSP将被检量和标准量进行比较，可直接得出电子式互感器测量电压、电流、相位实时值及其误差等，DSP还与键盘、显示器、存储器、上位机通讯接口、JTAG仿真接口等外围电路组成一个完整的微机处理系统。该校验仪采用线性工频转换作为直流电源，并具有两个电气相互隔离的电源部分，其中+5V(最大输出3A)作为数字电路供电，±12V(最大输出0.2A)作为模拟电路供电。

校验仪的主要性能参数为：模拟电压范围42~120V，误差≤0.2%；模拟电流范围0~6A，误差≤0.2%；相位范围0~360°，误差≤0.1°；谐波次数2～19次；工作电源(180~260)V、50Hz。

上述技术方案中，所述的高压试验电源采用调感式串联谐振升压装置，最高电压160kV，最大电流0.5A，由多个分体式设备搭建而成，包括1台升压调压器、1台升压器、4台串联叠加的电抗器和2台电容器，升压调压器输入端接移相器输出端，升压调压器的输出端接升压器的一次端，升压器的二次端串联4台电抗器，2台电容器串联后与升压器、电抗器的串联电路并联。

上述技术方案中，大电流220kV高压电缆与电子式电流互感器的连接采用转接器、粗软铜导线和顶部具有金属夹的电流挂接杆进行连接，高压电缆、转接器、软铜导线、电流挂接杆依次连接，将高压电缆的硬质线头变成可活动连接构件。

上述技术方案中，高压试验电源与电子式电压互感器的连接采用细软裸铜线和电压挂接杆进行连接。

本发明的智能变电站高压线路功率因数角现场校验方法及装置，可对智能变电站中电子式互感器及配套装置的相位和功率因数等电参量进行全量程地校验，获得实际的相位误差，为电子式互感器、合并单元等装置的参数调整提供有效的技术依据，保证测量和电能计量的准确性。通过该装置可产生现场互感器同时具有高电压、大电流的工作条件，并准确地得到电子式互感器、合并单元、数据传输网络等因相位差和时延等对功率因数角误差的影响，以调整电子式互感器、合并单元等装置的有关参数，保证功率因数角测量和电能计量的准确性。

本发明智能变电站高压线路功率因数角现场校验方法及装置中，电子式互感器综合校验仪具有基于IEC61850的光纤接口，可同时接入并检测标准电压、电流互感器二次模拟信号和由合并单元输出的电子式互感器光纤数字信号，通过比较得出电子式互感器测量功率因数角的误差。

本发明智能变电站高压线路功率因数角现场校验方法及装置中，通过220kV高压电缆将大电流接入到标准电流互感器和被检电子式电流互感器，不但具有足够载流能力，而且还能承受220kV及以下的高电压，为常规升流器、标准电流互感器与高压回路的连接提供技术保障，以保证高压电缆通过低压型的升流器和标准电流互感器时具有良好的绝缘性能。

附图说明

图1为本发明的电气线路图。

附图标注说明：1－升流调压器，2－升流器，3－220KV高压电缆，4－转接器，5－粗软铜导线，6－电流挂接杆，7－光纤传输，8－标准电流互感器，9－合并单元，ECT－电子式电流互感器，EVT－电子式电压互感器，10－移相器，11－升压调节器，12－升压器，13－电抗器，14－电容器，15－标准电压互感器，16－细软裸铜线，17－电压挂接杆。

附图2为本发明的电子式互感器综合校验仪功能结构图。

具体实施方式

如附图1 所示，智能变电站高压线路功率因数角现场校验装置包括升流器、标准电流互感器、高压试验电源、标准电压互感器、移相器、电子式互感器综合校验仪及用于升压和升流的升压调压器、升流调压器。装置的供电电源采用交流380V/100A、三相四线制。升流器产生的大电流由220kV高压电缆穿过标准电流互感器后，再接至ECT即电子式电流互感器一次两端，采用这种方式具有电流大、绝缘电压高的特点。高压试验电源产生的高电压（1.2*220/                                                

kV及以下）经并联标准电压互感器后，再接至EVT即电子式电压互感器一次两端。若EVT和ECT一次回路不能分开，则高压试验电源产生的高电压也接入到ECT的一次端及通过大电流的高压电缆。高压试验电源的输入电源经移相器调整相位，可使高压试验电源产生的高电压与升流器产生的大电流的功率因数角在0～360°范围内连续调节。这样，就在ECT和EVT一次侧产生了0～360°可调的高电压、大电流试验条件。

EVT、ECT经过合并单元处理后的数字电压电流信号，与标准电压互感器、标准电流互感器的模拟电压电流信号同时接入电子式互感器综合校验仪，进行电压比值差、电压相位差、电流比值差、电流相位差的测量，并直接比较一次高压线路实际的电压、电流功率因数角和经EVT、ECT、合并单元测量的功率因数角的误差，以判断其是否符合使用要求，并为EVT、ECT、合并单元等智能装置的调整提供误差数据。

在电子式互感器一次侧的标准电压互感器和标准电流互感器采用电磁式，从而实现对高电压或大电流参数的精密测量。标准电压互感器为SF6气体绝缘，变比为（220/、110/

）／(0.1/

)kV、准确度等级为0.05级。ECT一次侧电流回路及相关设备与EVT一次侧回路及相关设备等电位，对地绝缘电压等于EVT的额定电压。

高压电缆与ECT的连接采用转接器、软铜导线和顶部具有金属夹的绝缘挂接杆，将高压电缆的硬质线头变成可活动连接构件，便于现场接拆作业。高压电缆采用220kV高压电缆，不但具有足够载流能力，而且还能承受220kV及以下的高电压，可为常规升流器、标准电流互感器与高压回路的连接提供技术保障，以保证高压电缆通过低压型的升流器和标准电流互感器时具有良好的绝缘性能。

升流器为通用低压大功率型、一次穿芯式，输入电压为0~380V、最大输出电流3600A、容量30kVA，结构紧凑，便于现场搬运和搭建。标准电流互感器为通用的低压多量程型、一次穿芯式，准确度等级为0.05S级，一次最大电流5000A、二次额定电流5A或1A，可进行高准确的电流测量，还能用于校验ECT的误差。用于升流控制的升流调压器，输入电压为380V、输出电压0~430V、容量30kVA，具有较强的现场升流能力。

高压试验电源采用调感式串联谐振升压装置，最高电压为160kV、最大电流为0.5A，由多个分体式设备搭建而成，单体轻便、易于搬运。高压试验电源包括1台升压调压器、1台升压器、4台串联叠加的电抗器和2台电容器。升压调压器输入电压220V、输出电压0～250V、容量5kVA。升压器输入电压0～200V、输出电压0～10000V、输出最大电流0.5A。单台电抗器的电抗值238.7～954.9H、对应铁芯气隙调节0～60mm、耐压40kV。单台电容器的电容量为0.01uF、额定电压110kV，当现场一次回路电容量太小时并联到一次，以匹配电抗器实现串联谐振来提高升压倍数，高压电缆和管道一次电容量达到0.005uF时不需用。

在升压调压器前使用一台移相器，用来调节升压调压器输入电源的相位，以实现一次试验电压与电流之间的功率因数角360°范围连续可调，其输入为三相四线380V、输出0～250V、容量5kVA、移相范围0～360°。

电子式互感器综合校验仪为与湖南汇粹电力技术公司合作研制的HEZ-1型，它具有常规电子式互感器校验仪的所有功能，如二次电压、电流模拟接口（100/

V、5A或1A）和基于IEC61850协议的光纤数据接口，可测试EVT、ECT的比值差和相位差；而且，它同时接入标准电压、电流互感器二次输出模拟量和被检电子式互感器的光纤输出数据量，并通过模拟、数字处理系统计算功率因数角并比较得出经电子式互感器测量功率因数角的误差。该校验仪采用220Vac交流供电，具有大屏幕LCD显示，准确度为0.05%。

此外，升压调压器、升流调压器、移相器、升流器、升压器、标准电流互感器、标准电压互感器及ECT、EVT、合并单元均为本领域的已有技术。

智能变电站高压线路功率因数角校验装置可对智能变电站中现场安装、220kV和110kV电压等级、基于IEC61850协议的电子式互感器的比值差、相位差和功率因数角进行校验。

参见图2，电子式互感器综合校验仪包括DSP处理器、光接收器、通讯协议处理模块、精密电压互感器、精密电流互感器、模拟信号调理电路、相位差比较电路、计数器、多通道A/D转换器、DSP处理器外围电路，DSP处理器外围电路包括液晶显示模块、按键、历史数据存储器、JTAG仿真接口及与上位机通信连接的通信模块，光接收器输入端连接合并单元的输出，光接收器输出连接通讯协议处理模块，通讯协议处理模块连接DSP处理器，精密电压互感器的输入和精密电流互感器分别连接标准电压互感器输出U和标准电流互感器输出I，精密电压互感器和精密电流互感器输出通过模拟信号调理电路及多通道A/D转换器和相位差比较电路及计数器之后连接至DSP处理器，DSP处理器通过通信模块与上位机通信连接。

电子式互感器综合校验仪以DSP处理器为核心，具有强大的数字处理和精密的电压、电流及其相位差的测量功能。校验仪接收来自电子式互感器经合并单元FT3接口输出的电压、电流光纤数字信号，经光接收转换和通讯协议解析后送入DSP运算，可获得被检高压线路的电压、电流、频率、相位和谐波等参数。校验仪将来自标准电压、电流互感器的二次信号通过模拟电路对电压、电流和相位差进行测量和调理，再送入由DSP控制的多通道A/D进行模数转换，以取得作为标准参考的数字量，现场试验时也可监视升压、升流的大小；同时，经精密仪用互感器转换后的电压、电流信号通过相位差比较电路后，由计数器得出相位差的数字量，再送入DSP分析处理。DSP将被检量和标准量进行比较，可直接得出电子式互感器测量电压、电流、相位实时值及其误差等，DSP还与键盘、显示器、存储器、上位机通讯接口、JTAG仿真接口等外围电路组成一个完整的微机处理系统。该校验仪采用线性工频转换作为直流电源，并具有两个电气相互隔离的电源部分，其中+5V(最大输出3A)作为数字电路供电，±12V(最大输出0.2A)作为模拟电路供电。

校验仪的主要性能参数为：模拟电压范围42~120V，误差≤0.2%；模拟电流范围0~6A，误差≤0.2%；相位范围0~360°，误差≤0.1°；谐波次数2～19次；工作电源(180~260)V、50Hz。

Claims (5)

1.一种智能变电站高压线路功率因数角现场校验方法，其特征在于：通过调压器、升流器、高压试验电源、移相器产生相位可调的高电压、大电流试验条件，将升流器产生的大电流接入到标准电流互感器和电子式电压互感器，将高压试验电源产生的高电压接入到标准电压互感器和电子式电流互感器，经过电子式电压互感器、电子式电流互感器及合并单元处理后的数字电压电流信号和标准电压互感器、标准电流互感器的模拟电压电流信号同时接入电子式互感器综合校验仪，电子式互感器综合校验仪比较标准互感器输出的电压、电流功率因数角和电子式电压互感器、电子式电流互感器、合并单元测量的功率因数角的误差。

2.一种智能变电站高压线路功率因数角现场校验装置，其特征在于：包括升流器、标准电流互感器、电子式电流互感器、高压试验电源、标准电压互感器、移相器、电子式电压互感器、合并单元、电子式互感器综合校验仪及用于升压的升压调压器和升流的升流调压器；装置的供电电源采用交流380V/00A、三相四线制；升流调压器输入端连接于交流电源380V，移相器输入端连接三相电源，移相器输出端连接升压调压器的输入端，升压调压器的输出端连接高压试验电源，标准电压互感器和电子式电压互感器一次端都与高压试验电压并联；升流调压器输出端连接升流器，穿过升流器的大电流220kV高压电缆穿过标准电流互感器后，再接至电子式电流互感器，电子式电流互感器输出端和电子式电压互感器输出端都通过光纤传输连接至合并单元输入端，合并单元输出端通过光纤传输连接至电子式互感器综合校验仪，与此同时，标准电流互感器的二次端和标准电压互感器的二次端都连接至电子式互感器综合校验仪。

3.根据权利要求2所述的智能变电站高压线路功率因数角现场校验装置，其特征在于：所述的高压试验电源采用调感式串联谐振升压装置，最高电压160kV，最大电流0.5A，由多个分体式设备搭建而成，包括1台升压调压器、1台升压器、4台串联叠加的电抗器和2台电容器，升压调压器输入端接移相器输出端，升压调压器的输出端接升压器的一次端，升压器的二次端串联4台电抗器，2台电容器串联后与升压器、电抗器的串联电路并联。

4. 根据权利要求2所述的智能变电站高压线路功率因数角现场校验装置，其特征在于：大电流220kV高压电缆与电子式电流互感器的连接采用转接器、粗软铜导线和顶部具有金属夹的电流挂接杆进行连接，高压电缆、转接器、软铜导线、电流挂接杆依次连接，将高压电缆的硬质线头变成可活动连接构件。

5. 根据权利要求2所述的智能变电站高压线路功率因数角现场校验装置，其特征在于：高压试验电源与电子式电压互感器的连接采用细软裸铜线和电压挂接杆进行连接。

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