CN103499757A - 一种串联电容补偿装置二次设备抗电磁干扰能力的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及串联电容补偿装置二次设备相关技术领域，特别是一种串联电容补偿装置二次设备抗电磁干扰能力的检测方法，包括：断开所述串联电容补偿装置的电容器桥臂支路与串联电容器补偿装置低压母线的连接；短接其中一个工作支路作为待检测干扰支路；从所述电容器桥臂两端并入可连续调整的高频电压源，向输入试验电流至预设试验电流值；获取所述电容器桥臂支路和所有工作支路的干扰感应电流，以及待检测干扰支路的输入输出端口的干扰感应电压；计算待检测干扰支路的工频干扰电流和干扰幅值。本发明通过对现场的串联电容补偿装置进行小范围的改动，实现了在现场对串联电容补偿装置二次设备抗电磁干扰能力进行检测。

Description

一种串联电容补偿装置二次设备抗电磁干扰能力的检测方法

技术领域

本发明涉及串联电容补偿装置二次设备相关技术领域，特别是一种串联电容补偿装置二次设备抗电磁干扰能力的检测方法。

背景技术

串联电容器补偿装置可提高系统输电容量和稳定性，主要应用在超高压及以上电压等级，额定容量达到几百Mvar，其工作原理见图1。串联电容器补偿装置设备安装位置高（达十几米），设备数量多，一次设备和二次设备混合布置，空间电磁环境恶劣。安装在串联电容器补偿装置上保护用测量系统及火花间隙触发系统等二次设备，是串补的关键电子设备，因电磁干扰导致保护误动对主设备的安全稳定运行影响较大，特别是线路短路、拉合刀闸、串补的电容器放电等产生的高频干扰，可能导致平台保护误动作和火花间隙误触发，甚至损坏测量系统及火花间隙触发系统等二次设备的电子元件，造成串补永久闭锁。目前，串联电容器补偿装置上保护用测量系统及火花间隙触发系统等二次设备的抗电磁干扰能力测试按通用的控制保护标准在试验室测试，在高频干扰和浪涌冲击方面与实际工况存在较大差距，型式试验还要求在试验室模拟短路大电流（如40kA/4s）的工频干扰和高频放电干扰试验，大电流试验非常困难，还不能等效平台设备实际布置下电磁环境，也无法评估电子设备的现场抗干扰能力。通常的做法是：在串补进行系统调试时，通过线路单相对地短路试验（短路电流达到10kA-40kA），检查串补的保护动作情况和测量通道的电流波形，间接判断平台二次设备的抗强电磁干扰能力，试验结束后还检查电子设备的外观是否异常。

基于以上原理，通过分析保护误动、电流干扰量超标和元器件外观异常，可以检验串联电容器补偿装置二次设备现场抗强电磁干扰能力，但现场试验为系统电源，电压等级高、电流大，试验难度高，对系统影响较大，多次试验可能损害主设备的寿命，通常只选取三相中的一相仅进行一次短路试验，甚至某些情况下还不具备短路试验的条件，存在检验不完整充分的问题，试验难以重复。若试验中干扰超标或损坏设备，需要重新评估、修改设备布置，并补做短路试验，对工期影响较大。由于平台设备的布置复杂、电子设备屏蔽和接地等抗干扰措施是否良好等直接影响二次设备抗电磁干扰能力，试验电源容量大、高空环境平台工作存在不安全因素。目前还没有其他现场检查串联电容器补偿装置二次设备抗电磁干扰能力的有效测试方法，在设备交接试验中也无法进行该项试验内容。

发明内容

基于此，有必要针对现有技术对串联电容器补偿装置二次设备抗电磁干扰能力不能现场检测的技术问题，提供一种串联电容补偿装置二次设备抗电磁干扰能力的检测方法。

一种串联电容补偿装置二次设备抗电磁干扰能力的检测方法，所述串联电容补偿装置包括并联的电容器桥臂支路和至少一个工作支路，，包括：

断开所述串联电容补偿装置的电容器桥臂支路与串联电容器补偿装置低压母线的连接；

短接其中一个工作支路作为待检测干扰支路；

从所述电容器桥臂两端并入可连续调整的高频电压源，向输入试验电流至预设试验电流值；

获取所述电容器桥臂支路和所有工作支路的干扰感应电流，以及待检测干扰支路的输入输出端口的干扰感应电压；

根据干扰感应电流、干扰感应电压、试验电流值和所述高频电压源的工作频率，计算待检测干扰支路的工频干扰电流和干扰幅值。

进一步的，所述高频电压源的工作频率为1000赫兹～2500赫兹之间。

进一步的，所述串联电容补偿装置还包括阻尼回路，所述检测方法还包括：短接所述阻尼回路中的电抗器。

进一步的，还包括：

在所述待检测干扰支路串联辅助电容。

进一步的，所述辅助电容的电容值根据所述待检测干扰支路的等效电感设置。

进一步的，所述辅助电容的电容值根据如下公式计算：

小于预设误差阈值，其中，f为所述高频电压源的工作频率，L为所述待检测干扰支路的等效电感，所述C为所述辅助电容的电容值。进一步的，所述工作支路包括限压器支路和火花间隙触发支路。

更进一步的，在所述火花间隙触发支路的输入输出端口设置测量传感器和观点转换模块，当火花间隙触发支路为待检测干扰支路时，通过所述测量传感器和观点转换模块获取所述火花间隙触发支路的输入输出端口的干扰感应电压。

进一步的，所述根据干扰感应电流、干扰感应电压、试验电流值和所述高频电压源的工作频率，计算待检测干扰支路的工频干扰电流和干扰幅值，具体如下：

计算试验电流值及高频电压源的工作频率的乘积得到电流频率参数；

将干扰感应电压除以电流频率参数得到电压干扰传递系数；

将干扰感应电流除以电流频率参数得到电流干扰传递系数；

根据电压干扰传递系数、电流干扰传递系数计算在工作频率和工作电流值下待检测干扰支路的干扰电流作为待检测干扰支路的工频干扰电流；

将待检测干扰支路的干扰电流进行频率分解计算待检测干扰支路的工频干扰电流的有效值作为检测干扰支路的干扰幅值。

进一步的，所述高频电压源的电压小于或等于50伏且电源容量小于或等于5千瓦。

本发明通过对现场的串联电容补偿装置进行小范围的改动，实现了在现场对串联电容补偿装置二次设备抗电磁干扰能力进行检测。

附图说明

图1为串联电容器补偿装置的工作原理图；

图2为本发明一种串联电容补偿装置二次设备抗电磁干扰能力的检测方法的工作流程图。

图3为本发明在检测待检测干扰支路时的等效电路。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

如图2所示为本发明一种串联电容补偿装置二次设备抗电磁干扰能力的检测方法的工作流程图，所述串联电容补偿装置包括并联的电容器桥臂支路和至少一个工作支路，包括：

步骤S201，断开所述串联电容补偿装置的电容器桥臂支路与串联电容器补偿装置低压母线的连接；

步骤S202，短接其中一个工作支路作为待检测干扰支路；

步骤S203，从所述电容器桥臂两端并入可连续调整的高频电压源，向输入试验电流至预设试验电流值；

步骤S204，获取所述电容器桥臂支路和所有工作支路的干扰感应电流，以及待检测干扰支路的输入输出端口的干扰感应电压；

步骤S205，根据干扰感应电流、干扰感应电压、试验电流值和所述高频电压源的工作频率，计算待检测干扰支路的工频干扰电流和干扰幅值。

其中的二次设备主要指的是工作支路中的二次设备。

在其中一个实施例中，所述高频电压源的工作频率为1000赫兹～2500赫兹之间。

在其中一个实施例中，所述串联电容补偿装置还包括阻尼回路，所述检测方法还包括：短接所述阻尼回路中的电抗器。

在其中一个实施例中，还包括：

在所述待检测干扰支路串联辅助电容。

在其中一个实施例中，所述辅助电容的电容值根据所述待检测干扰支路的等效电感设置。

在其中一个实施例中，所述辅助电容的电容值根据如下公式计算：

小于预设误差阈值，其中，f为所述高频电压源的工作频率，L为所述待检测干扰支路的等效电感，所述C为所述辅助电容的电容值。在其中一个实施例中，所述工作支路包括限压器支路和火花间隙触发支路。

在其中一个实施例中，在所述火花间隙触发支路的输入输出端口设置测量传感器和观点转换模块，当火花间隙触发支路为待检测干扰支路时，通过所述测量传感器和观点转换模块获取所述火花间隙触发支路的输入输出端口的干扰感应电压。

在其中一个实施例中，所述根据干扰感应电流、干扰感应电压、试验电流值和所述高频电压源的工作频率，计算待检测干扰支路的工频干扰电流和干扰幅值，具体如下：

计算试验电流值及高频电压源的工作频率的乘积得到电流频率参数；

将干扰感应电压除以电流频率参数得到电压干扰传递系数；

将干扰感应电流除以电流频率参数得到电流干扰传递系数；

根据电压干扰传递系数、电流干扰传递系数计算在工作频率和工作电流值下待检测干扰支路的干扰电流作为待检测干扰支路的工频干扰电流；

将待检测干扰支路的干扰电流进行频率分解计算待检测干扰支路的工频干扰电流的有效值作为检测干扰支路的干扰幅值。

在其中一个实施例中，所述高频电压源的电压小于或等于50伏且电源容量小于或等于5千瓦。

作为一个例子，采用图1所示的串联电容补偿装置，包括了并联的电容器桥臂支路、限压器支路和火花间隙触发支路，以及在限压器支路和火花间隙触发支路之间的阻尼回路。

按照电路基本原理，负载回路压降等于阻抗与电流的乘积，同样的测试电流下，降低负载阻抗后，按照欧姆定律可知压降成正比例下降；在不影响串联电容补偿装置主回路电流引起电磁干扰分布的情况下，提出了两种最大降低负载阻抗的方法：将主回路元件用绝缘电缆短接，采用适当的串联电容补偿回路连接线的电感（施加高频信号时），按此最大化降低负载阻抗，在试验电流相同时也极大地降低试验电源容量；按照电工学知识，相同的干扰电流源，其产生的磁感应强度与其距离成反比，且频率相同，而在二次回路中产生的感应电压幅值、磁感应强度及其频率均成正比，考虑到二次回路负载主要呈现阻性，因此，采用提高试验电流频率的方法可以成比例的增加干扰感应电压和电流；由于采用高频电压源测试，避免了现场工频量的影响，提高了测试精度；主回路施加高频干扰时，测量串联电容补偿装置各测量通道的干扰电流和电子设备的端口干扰电压，结合施加干扰电流源幅值及频率，可以估算干扰传递系数，据此推算串补实际工作中工频干扰和高频放电干扰幅值。

由于同时采用降低阻抗和提高测试频率的方法，满足测试干扰电流要求（可达到工频额定电流以上的干扰效果）条件下，将测试电压降至安全电压50V以下、试验电源容量降至5kW以下，提高了测试安全性和简便性，具有极强的抗工频干扰能力。

由于采用现场一次元件电气短接的方法，提高了干扰测试的等效性，通过施加低电流（通常可控制在5%～10%额定电流）的高频干扰源，根据感应信号测试结果可估算串补实际工作中工频干扰和高频放电干扰幅值。

见图1，试验电压源施加在A、B两点之间，测试前阻尼回路D中的电抗器短接，DS1、DS2、ES1、ES2打开，在K点断开电容器桥臂与串联电容补偿装置低压母线的连接，当测试限压器（MOV）支路、火花间隙（GAP）支路引起的干扰时就分别短接其支路，短接后的试验主回路可等效为图3中的阻感负载；为了减少高频试验要求的电源容量，串联适当的电容C（与串联电容补偿装置大小和结构有关，一般为10μF～50μF），满足的要求，补偿电感L后使阻抗负载的感性尽量低，采用电压可连续调整的高频电压源（电压控制在50V以下，功率在2kW～5kW，频率可选择在1000Hz～2500Hz左右），高频干扰源发生原理如附图3所示；施加高频电压源时应从零开始缓慢升压至达到规定的试验电流值（电流宜选择在100A～200A），在地面的控制保护系统对各支路TA测量值读取数据并录波，在平台的火花间隙触发回路电子单元(图1中GTE的输入输出端口)中预先增加测量传感器和光电转换模块，测试需要的感应电压。

其中串联电容补偿装置上的磁感应强度为B_f。

感应电压 $U_{\mathrm{gf}}=4.44{\mathrm{fB}}_{f}S=4.44\×\frac{\mathrm{\μS}}{2\mathrm{\πr}}f{I}_f=k_{1}f{I}_f......\left(1\right);$

感应电流 $I_{\mathrm{gf}}=\frac{U_{\mathrm{gf}}}{R_Z}=4.44\×\frac{1}{R_Z}\×\frac{\mathrm{\μS}}{2\mathrm{\πr}}f{I}_f=k_{2}f{I}_f......\left(2\right).$

根据不同频率和电流下的测试结果计算公式（1）、（2）中的K1、K2，对K1、K2进行曲线拟合和插值。

根据公式（2）计算出实际工况f_n、I_fn下的干扰电流 $I_{\mathrm{gfn}}=\frac{f_n}{f_c}\×\frac{I_{\mathrm{fn}}}{I_{\mathrm{fc}}}\×I_{\mathrm{gfc}}.$

采用傅里叶公式将实际工况下的干扰电流分解成I_gf1、I_gf2、……、I_gfn，则感应电流有效值： $I_{\mathrm{gf}}=\sqrt{{I_{\mathrm{gf}1}}^2+{I_{\mathrm{gf}2}}^2+......+{I_{\mathrm{gfn}}}^2}.$

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种串联电容补偿装置二次设备抗电磁干扰能力的检测方法，所述串联电容补偿装置包括并联的电容器桥臂支路和至少一个工作支路，其特征在于，包括：

断开所述串联电容补偿装置的电容器桥臂支路与串联电容器补偿装置低压母线的连接；

短接其中一个工作支路作为待检测干扰支路；

从所述电容器桥臂两端并入可连续调整的高频电压源，向输入试验电流至预设试验电流值；

获取所述电容器桥臂支路和所有工作支路的干扰感应电流，以及待检测干扰支路的输入输出端口的干扰感应电压；

根据干扰感应电流、干扰感应电压、试验电流值和所述高频电压源的工作频率，计算待检测干扰支路的工频干扰电流和干扰幅值。

2.根据权利要求1所述的串联电容补偿装置二次设备抗电磁干扰能力的检测方法，其特征在于，所述高频电压源的工作频率为1000赫兹～2500赫兹之间。

3.根据权利要求1所述的串联电容补偿装置二次设备抗电磁干扰能力的检测方法，其特征在于，所述串联电容补偿装置还包括阻尼回路，所述检测方法还包括：短接所述阻尼回路中的电抗器。

4.根据权利要求1所述的串联电容补偿装置二次设备抗电磁干扰能力的检测方法，其特征在于，还包括：

在所述待检测干扰支路串联辅助电容。

5.根据权利要求4所述的串联电容补偿装置二次设备抗电磁干扰能力的检测方法，其特征在于，所述辅助电容的电容值根据所述待检测干扰支路的等效电感设置。

6.根据权利要求5所述的串联电容补偿装置二次设备抗电磁干扰能力的检测方法，其特征在于，所述辅助电容的电容值根据如下公式计算：

小于预设误差阈值，其中，f为所述高频电压源的工作频率，L为所述待检测干扰支路的等效电感，所述C为所述辅助电容的电容值。

7.根据权利要求1所述的串联电容补偿装置二次设备抗电磁干扰能力的检测方法，其特征在于，所述工作支路包括限压器支路和火花间隙触发支路。

8.根据权利要求7所述的串联电容补偿装置二次设备抗电磁干扰能力的检测方法，其特征在于，在所述火花间隙触发支路的输入输出端口设置测量传感器和观点转换模块，当火花间隙触发支路为待检测干扰支路时，通过所述测量传感器和观点转换模块获取所述火花间隙触发支路的输入输出端口的干扰感应电压。

9.根据权利要求1所述的串联电容补偿装置二次设备抗电磁干扰能力的检测方法，其特征在于，所述根据干扰感应电流、干扰感应电压、试验电流值和所述高频电压源的工作频率，计算待检测干扰支路的工频干扰电流和干扰幅值，具体如下：

计算试验电流值及高频电压源的工作频率的乘积得到电流频率参数；

将干扰感应电压除以电流频率参数得到电压干扰传递系数；

将干扰感应电流除以电流频率参数得到电流干扰传递系数；

根据电压干扰传递系数、电流干扰传递系数计算在工作频率和工作电流值下待检测干扰支路的干扰电流作为待检测干扰支路的工频干扰电流；

将待检测干扰支路的干扰电流进行频率分解计算待检测干扰支路的工频干扰电流的有效值作为检测干扰支路的干扰幅值。

10.根据权利要求1所述的串联电容补偿装置二次设备抗电磁干扰能力的检测方法，其特征在于，所述高频电压源的电压小于或等于50伏且电源容量小于或等于5千瓦。

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