CN103558537A - 测试串联电容器耐受过负荷能力的电路及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种测试串联电容器耐受过负荷能力的电路及其工作方法，该电路包括：调压器；变压器，第一端与调压器的第三端相连，第二端与调压器的第四端相连，第三端与限流电阻的第一端相连；限流电阻，第二端与第一开关的第一端相连；储能电容器，第二端与分别与第一匹配电抗的第二端、变压器的第四端相连；第一匹配电抗，第二端与变压器的第四端相连；第二开关；被试串联电容器，第二端分别与第二匹配电抗的第二端和地相连；第二匹配电抗，第二端与地相连；放电电阻，第二端与第三开关的第一端相连；第三开关，第二端与变压器的第四端相连。本发明达到了有效保证串联电容器质量的目的。

Description

测试串联电容器耐受过负荷能力的电路及其工作方法

技术领域

本发明涉及电路测试技术领域，特别涉及一种测试串联电容器耐受过负荷能力的电路及其工作方法。

背景技术

随着电力技术的不断发展，输变电容量及输电线路长度也在不断增加，随之而来的是相应的线路阻抗的不断增大，阻抗的增大又会使线路上的输送能力受到限制，电压质量得不到保证，也使得系统的稳定性变差。因此，需要在线路中串入串联电容器，以补偿一部分的线路阻抗、减小电压损失，提高电力系统的稳定性，从而达到优化并联回路之间的电力分配的目的，在这个过程中确保串联电容器的稳定运行是保证串联补偿稳定性的基本前提。

所谓的串联电容器是一种用在串联补偿装置内的电容器，它在降低线路感性电抗的同时减小了线路两端的相角差，在长距离输电线中串联电容器可以用来改善电压特性和系统的稳定性，也可以增加输电线的输送容量。

串联电容器的过负荷是指串联电容器在电力系统故障期间耐受的短时过电压，串联电容器的过负荷的确定是保证串联电容器的稳定运行的一个重要指标。对于典型的M型（即，带有旁路间隙的非线性电阻器）过电压保护装置，串联电容器应该能承受2.0pu到2.5pu范围内的短时过电压，其中，pu表示保护水平的标幺值，此处将串联电容器的额定电压确定为一个pu。

目前，串联电容器的交接试验所沿用的是并联电容器的试验标准，也就是使串联电容器经受直流电压试验，然而，串联电容器与并联电容器在运行方式上有很大的不同，因此，现行的试验标准难以有效保证串联电容器质量。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种测试串联电容器耐受过负荷能力的电路及其工作方法，以达到有效保证串联电容器质量的目的。

本发明实施例提供了一种测试串联电容器耐受过负荷能力的电路，包括：

调压器，第一端为所述测试串联电容器耐受过负荷能力的电路的输入端，第二端为所述测试串联电容器耐受过负荷能力的电路的输出端；

变压器，第一端与调压器的第三端相连，第二端与调压器的第四端相连，第三端与限流电阻的第一端相连；

限流电阻，第二端与第一开关的第一端相连；

第一开关，第二端分别与储能电容器的第一端、第二开关的第一端、第一匹配电抗的第一端相连；

储能电容器，第二端与分别与第一匹配电抗的第二端、变压器的第四端相连；

第一匹配电抗，第二端与变压器的第四端相连；

第二开关，第二端分别与被试串联电容器的第一端、第二匹配电抗的第一端、放电电阻的第一端相连；

被试串联电容器，第二端分别与第二匹配电抗的第二端和地相连；

第二匹配电抗，第二端与地相连；

放电电阻，第二端与第三开关的第一端相连；

第三开关，第二端与变压器的第四端相连。

一个实施例中，所述变压器包括：串联的多个变压器。

一个实施例中，串联的变压器的个数为2。

一个实施例中，所述多个变压器中各个变压器的变压比的乘积与调压器输出电压的乘积，等于设定的被试串联电容器应能承受的最大电压值。

一个实施例中，所述第一开关是六氟化硫断路器；和/或，所述第二开关是真空断路器。

一个实施例中，放电电阻的电阻值满足以下公式：

U_t=U_c×e^(-t/RC)，其中，U_t为所述被试串联电容器放电后的电压值，U_c为所述被试串联电容器放电前的电压值，e为一个无限不循环的自然常数，t为放电所需时间，R为所述放电电阻的电阻值，C为所述被试串联电容器的电容值。

一个实施例中，U_t=0.1U_c。

一个实施例中，所述限流电阻的阻值为2000Ω，和/或所述放电电阻的阻值为300Ω。

一个实施例中，第二匹配电抗包含多个电抗器，每个电抗器自身内部的线圈采用串联的方式连接，各个电抗器之间采用并联的方式连接。

一个实施例中，储能电容器的电容值是所述被试串联电容器电容值的3倍。

一个实施例中，储能电容器包含4n台电容器，其中，n为大于等于2的正整数。

一个实施例中，4n台储能电容器之间的连接方式为：相同参数的4台储能电容器串联作为一组，形成n组储能电容器，n组储能电容器之间并联。

本发明实施例还提供了一种上述电路的工作方法，包括：

变压器将调压器所提供的交流电源的电压升压至预定的电压值；

第一开关闭合，对并联谐振储能回路进行充电，其中，所述并联谐振储能回路包括：储能电容器和第一匹配电抗组成的回路；

在所述并联谐振储能回路中的储能电容器中的电量不再变化时，第二开关闭合，对被试串联电容器进行充电；

在预定时间后，第二开关断开，同时第三开关闭合，对所述被试串联电容器进行放电。

一个实施例中，预定时间为100ms。

本发明实施例的测试串联电容器耐受过负荷能力的电路中设置了调压器、变压器、限流电阻，在被试串联电容器的两端并联了第二匹配阻抗，同时在电路中设置了由储能电容器和第一匹配阻抗组成的储能谐振回路，并通过电路中设置的开关的配合，从而使得可以先通过交流电压对储能谐振回路进行充电，然后再通过储能谐振回路中的储存的电能在短时间内对被试电容器进行快速充电，以对被试串联电容器的耐受过负荷能力进行测试，与现有技术中采用的直流电压试验来测试串联电容器耐受过负荷能力的技术方案相比，本发明实施例能够实现采用交流电压来测试串联电容器耐受过负荷能力的目的，从而保证串联电容器的质量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是本发明实施例的测试串联电容器耐受过负荷能力的电路的示意图；

图2是本发明实施例的测试串联电容器耐受过负荷能力的电路的具体示意图；

图3是本发明实施例的串联电容器耐受过负荷能力的电路的工作方法流程图；

图4是本发明实施例的串联电容器的近区短路故障波形示意图；

图5是本发明实施例的串联电容器的远区短路故障波形示意图；

图6是本发明实施例的并联谐振加压试验回路示意图；

图7是本发明实施例的并联谐振加压电容器充电波形示意图；

图8是本发明实施例的并联谐振加压试验另一回路示意图；

图9是本发明实施例的不同的储能倍数对电压跌落的影响的示意图；

图10是本发明实施例的不同的储能倍数对电压过充的影响的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

发明人发现，对串联电容器的电压试验一般是采用直流耐压试验，直流耐压试验与交流耐压试验相比，虽然具有试验设备轻便、对绝缘损伤小和易于发现设备的局部缺陷的优点。然而，直流耐压试验由于交流、直流下绝缘内部的电压分布不同，导致直流耐压试验对绝缘的考验不如交流试验更接近实际，直流耐压试验难以很好地考核电容器在实际工况下的过电压情况，这也就导致部分串联电容器在交接试验时没有出现问题，而一旦挂网运行就会出现问题。

考虑到串联电容器具有电压不能突变的特性，因此可以利用并联谐振储能的方法进行串联电容器耐受过负荷能力的测试。所谓的并联谐振储能是将所需能量缓缓储存在大容量的电容器组中，然后通过电容器组瞬间向被试串联电容器注入能量，在本发明实施例中就提供了一种通过并联谐振回路储能、然后以谐振回路为电源加压的方式来测试串联电容器耐受过负荷能力的电路，如图1所示，包括：

调压器101，第一端为所述测试串联电容器耐受过负荷能力的电路的输入端，第二端为所述测试串联电容器耐受过负荷能力的电路的输出端；

变压器102，第一端与调压器101的第三端相连，第二端与调压器102的第四端相连，第三端与限流电阻103的第一端相连；

限流电阻103，第二端与第一开关104的第一端相连；

第一开关104，第二端分别与储能电容器105的第一端、第二开关106的第一端、第一匹配电抗107的第一端相连；

储能电容器105，第二端与分别与第一匹配电抗107的第二端、变压器102的第四端相连；

第一匹配电抗107，第二端与变压器102的第四端相连；

第二开关106，第二端分别与被试串联电容器108的第一端、第二匹配电抗110的第一端、放电电阻109的第一端相连；

被试串联电容器108，第二端分别与第二匹配电抗110的第二端和地相连；

第二匹配电抗110，第二端与地相连；

放电电阻109，第二端与第三开关111的第一端相连；

第三开关111，第二端与变压器102的第四端相连。

在上述实施例中，测试串联电容器耐受过负荷能力的电路中设置了调压器、变压器、限流电阻，在被试串联电容器的两端并联了第二匹配阻抗，同时在电路中设置了由储能电容器和第一匹配阻抗组成的储能谐振回路，并通过电路中设置的开关的配合，从而使得可以先通过交流电压对储能谐振回路进行充电，然后再通过储能谐振回路中的储存的电能在短时间内对被试电容器进行快速充电，以对被试串联电容器的耐受过负荷能力进行测试，与现有技术中采用的直流电压试验来测试串联电容器耐受过负荷能力的技术方案相比，本发明实施例能够实现采用交流电压来测试串联电容器耐受过负荷能力的目的，使得确定的串联电容器的性能更为准确。同时因为采用了储能谐振回路使得电源电压可以不需要很高，降低了测试电路的成本。

调压器为变压器一次侧提供0V-400V的单相交流电源，考虑到如果采用一个变压器达到所需要的变压比成本比较高，可以通过多个变压器串联的方式来达到所需的变压比，从而将调压器输出的电压升高至试验所需的电压值。在一个实施例中，变压器102可以如图2所示包括：串联的第一变压器201和第二变压器202。第一变压器201与第二变压器202的连接方式如图2所示，第一变压器201的第一端作为变压器102的第一端，第一变压器201的第二端作为变压器102的第二端，第一变压器201的第三端与第二变压器202的第一端相连，第一变压器201的第四端与第二变压器202的第二端相连，第二变压器202的第三端作为变压器102的第三端，第二变压器202的第四端作为变压器102的第四端。上述是以由两个变压器组成测试串联电容器耐受过负荷能力的电路中的变压器102为例进行的说明，如果由3个或者更多的变压器一起组成测试串联电容器耐受过负荷能力的电路中的变压器102，则按照上述两个变压器的方式进行扩展连接即可，在此不再赘述。变压器102中选择的变压器需要满足：多个变压器中各个变压器的变压比的乘积与调压器输出电压的乘积，等于设定的被试串联电容器应能承受的最大电压值的要求，这样才能将调压器输出的电压升高至试验所需的电压值。

在一个实施例中，上述第一开关可以选择六氟化硫断路器，上述第二开关可以选择真空断路器。

限流电阻103的作用主要是实现对电路的保护作用，因为在此电路中是通过储能谐振回路为被试串联电容器提供电压的，因此限流电阻的阻值并没有那么严格要求，一般取值2000Ω左右即可。

为了使得放电电阻106的取值更为合理，可以按照以下公式选取放电电阻的大小，即，放电电阻的电阻值满足以下公式：

U_t=U_c×e^(-t/RC)

其中，U_t为所述被试串联电容器放电后的电压值，U_c为所述被试串联电容器放电前的电压值，e为一个无限不循环的自然常数，t为放电所需时间，R为放电电阻的电阻值，C为所述被试串联电容器的电容值。

然而，如果将放电后的电压值U_t设为零，则电阻值将是一个无穷小的数，所以可以认为电容器电压放电到90%即可，即，取U_t=0.1U_c。

在实际实施的过程中，按照电路的特性，可以选取300Ω左右的电阻作为限流电阻。

对于上述的储能电容器105，按照试验得到的结果可以选取电容值是所述被试串联电容器电容值的3倍的电容器作为储能电容器。

为了满足达到电容器额定电压的预定倍数的过电压，如果直接提供一个电抗器作为第二匹配电抗，那么这个电抗器的成本将会很高，也难以实现，因此第二匹配电抗可以是一个电抗器组，电抗器组中的各个电抗器自身中的线圈采用串联的方式连接，各个电抗器之间采用并联的方式连接，从而使得第二匹配电抗最终的电抗值可以满足要求，为了使得电抗器的电抗值可调，以满足不同情况的需求，也可以在电抗器组中增加可调电抗器，通过对可调电抗器的调节达到完全补偿的谐振点。

考虑到匹配储能电抗器为0.1H，那么这个储能匹配电抗器需要101uF的储能电容器，为了实现这样一种储能电容器，在一个实例中，可以采用相同参数的电容器4台串联，以满足预定过电压值（例如2.3pu）的要求，然后以4台为单位并联以满足储能电容量的要求。即，电容器包含4n台电容器，其中，n为大于等于2的正整数，4n台储能电容器之间的连接方式为：相同参数的4台储能电容器串联作为一组，形成n组储能电容器，n组储能电容器之间并联。

基于上述图1至图2所示的测试串联电容器耐受过负荷能力的电路，本发明实施例还提供了一种测试串联电容器耐受过负荷能力的电路的工作方法，如图3所示，包括以下步骤：

步骤301：变压器将调压器所提供的交流电源的电压升压至预定的电压值；

步骤302：第一开关闭合，对并联谐振储能回路进行充电，其中，所述并联谐振储能回路包括：储能电容器和第一匹配电抗组成的回路；

步骤303：在并联谐振储能回路中的储能电容器中的电量不再变化时，第二开关闭合，对被试串联电容器进行充电；

步骤304：在预定时间后，第二开关断开，同时第三开关闭合，对所述被试串联电容器进行放电。

在一个实施例中，在上述步骤301之前，还包括：调节匹配电抗的电抗值，直至所述匹配电抗的电抗值达到完全补偿。在上述步骤302之后，最后还可以包括：在被试串联电容器放电结束后，断开第二开关，完成测试过程。

为了实现快速放电，上述预定时间可以为100ms，即，在储能谐振回路充满电后，控制第二开关在闭合100ms后断开，同时闭合第三开关。值得注意的是，上述对第二开关和第三开关的断开和闭合的控制可以是通过编写计算机程序进行控制的，也可以是采用单片机、FPGA等方式实现控制的，只要能够实现对开关通断时间精准的控制的方式都在本发明的保护范围以内。

下面结合一个具体的实施例对上述测试串联电容器耐受过负荷能力的电路进行具体说明，然而值得说明的是，下述实施例仅是为了对本发明进行更好的说明，并不构成对本发明的不当限定。

目前串联电容器发生问题多是在0.1秒的保护动作时间内，主要是由于经受不住2.3pu的过负荷而发生内部故障，最终引发事故。根据并联电容器标准主要进行局部放电试验、介损试验、交流耐压试验并不能有效的发现串联电容器的问题，因此迫切需要研究串联电容器的交接试验方法以及相应的串联电容器交接试验的设备，以有效测试串联电容器耐受过负荷能力，从而保证串联电容器的安全运行。

如图4所示，是近区短路故障的典型波形，在图4中15ms时刻发生短路故障，由于短路点位于串补线路侧，短路电流很大，因此在故障后第1个半波串补电容器电压即达到2.3pu。图5所示是远区故障波形，短路时刻同为15ms，由于故障点较远，短路电流不是很大，因此串联电容器的电压在第一个半波的幅值不是很大，MOV（金属氧化物限压器）也没有动作，直至第二个半波峰值才达到2.3pu，同时MOV导通。

基于对上述图4和图5所示的串联电容器的近区短路故障波形和远区短路故障波形，以及绝缘配合设计和MOV的保护水平，分析得出串联电容器应能承受0.1s、2.3pu的短时过电压。

因此，设计的测试串联电容器耐受过负荷能力的电路，试验回路必须能够在电源容量一定的情况下，将被试串联电容器上的电压从1.1pu以下，在三个周期60ms内突然升高至2.3pu，并在0.1s后切除，同时对测试电压和持续时间实现精确的控制。

基于上述要求，对串联电容器短路冲击试验回路的设计进行研究，通过MATLAB仿真软件Simulink中的电气模块对设计方案进行仿真。考虑到电容器具有电压不能突变这一特性，可以采用与被试电容器谐振匹配的电抗器与之并联来达到快速升压的目的。谐振是一种完全的补偿，电源无需提供无功功率，只提供电阻所需要的有功功率，即电源电能全部为电阻消耗，成为纯电阻电路。采用与被试串联电容器谐振匹配的电抗器与之并联来达到快速升压的目的。

其中，第二匹配电抗（即补偿电感）的电感值可根据公式

来确定，其中，f为电力系统工作频率50（Hz），L为匹配电抗器电感值（H），C为被试串联电容器的电容量（uF）。

从能量的角度考虑，要使得被试串联电容器的电压在短时间能迅速上升到2.3p.u.，就需要在短时间能向电容器注入大量能量（主要是无功能量），那么就需要提高电源的容量。对此发明人发现可以将所需的能量缓慢储存在大容量的电容器组中，在测试的过程中通过该储存有大量能量的电容器组瞬间向试品注入能量。即在例中，针对直接加压方式的缺陷，提出了这种通过并联谐振回路储能，然后以谐振回路为电源加压的方式测试串联电容器耐受过负荷能力的电路。

结合目前常用的试验设备，在仿真的过程中所选用的元件的参数为：

电源：额定电压380V、额定电流600A、短路电流10kA；

单相调压器：额定容量200kVA；

变压器T1：0.4/10kV，额定容量400kVA，短路阻抗10%；

变压器T2：10/35kV，额定容量5000kVA，短路阻抗10%；

被试电容器：额定电压5.79kV，电容54.98μF；

匹配电抗：0.1842H。

设计的并联谐振预储能试验回路如图6所示，其中，K1、K2、K3、K4表示开关，601表示第一电压互感器，602表示第二电压互感器、603表示限压器、604表示旁路间隙，Cx表示被试串联电容器，C1表示储能电容器，L1表示储能匹配电抗，其它标号所表示的器件与图2相同，在此不再赘述。在试验过程中，首先在K4开关断开的情况下，K3开关闭合，对L1和C1组成的储能谐振回路进行充电，当充电达到稳态时，断开K3开关的同时合入K4开关对被试串联电容器进行充电。

在储能回路中电容器、电抗器容量用储能倍数可以用N表示，其中，N代表储能电容器组电容量与被试电容器的电容量的倍数关系，在初步的仿真后得到N为8时，仿真的波形如图7所示为并联谐振储能试验回路的暂态波形。从图7中的暂态波形可以看出，在闭合开关K4短时间内，被试串联电容器的电压可以迅速达到预期水平，随后由于原有并联谐振回路破坏，电容器电压开始下降；但在开关K4闭合后的前100ms内，电容器两点电压基本维持在一定水平，衰减较慢。由于该回路中电容器电压的上升没有拍频过程，因此其电压峰值可控性较强。

同时还对针对储能回路容量的影响进行了分析，分析后发现并联储能回路容量越大，充电后电压衰减越慢。

通过上述试验和分析结果显示，如果需要达到较为理想的试验结果，需要的储能容量很大，很可能要需要达到被试串联电容器容量的8倍以上，若选用额定电压20kV等级的电抗器，容量约为55MVar左右，实现难度较大，因此需要对试验回路进行进一步优化。

为此，在如图6所示的电路的基础上对被试串联电容器增加一个谐振电抗L2，得到如图8所示的试验回路。该措施可以使得被试串联电容器在充电后的回路总阻抗仍接近于并联谐振状态，这样可以有效降低电压的衰减速度，同时充电后试验回路的自振频率仍为工频，可以保证电压频率满足要求。

在如图8所示的试验回路型式不变的情况下，研究各元件的参数对回路性能的影响，并确定试验设备的选型原则。

通过仿真分析不同的储能倍数对电压跌落的影响，得到如图9所示不同的储能倍数下开关K3闭合后被试电容器电压第5个峰值与第一比较后电压跌落示意图，其中横坐标表示倍数，纵坐标表示电压跌落的百分比，由图9可以看出，随着储能倍数N的减小，充电后储能回路的电压跌落相应增加。通过仿真分析不同的储能倍数对电压过充的影响，得到如图10所示不同的储能倍数下开关K3闭合后第一周波波峰值比例示意图，其中，横坐标表示倍数，纵坐标表示波峰值比例，由图10可以看出，在储能倍数较大时过冲均在1%以内，而当储能倍数降至3以下时，过冲倍数明显增大，可达9%左右。

因此，如果需要降低储能倍数，需要从两方面考虑：一方面储能设备能够一定倍数的预充电电压；另外一方面应保证在被试串联电容器上产生的过冲电压在可以接受的范围内。通过对仿真数据的分析得知，选用3倍储能容量即可基本满足的试验要求。

通过仿真分析和初步的试验验证，如图8所示的该种回路形式可以较为理想地达到预期的试验效果，依据上述试验仿真的结果，得到测试串联电容器耐受过负荷能力的电路原理设计如图2所示，主要包括电源部分和试品部分，按电器原理可分为升压回路和放电回路。

上述电路的工作过程主要为：调压器，为变压器一次侧提供0V至400V的单相交流电源。通过两级分别为0.4/10kV和10/35kV的升压变压器升高到试验所需的电压值。当电源侧升压到位后，控制开关K2闭合为储能谐振回路充电。当充电达到稳态时，闭合开关K3对被试串联电容器进行充电。根据串联电容器承受0.1s、2.3pu的短时过电压的要求，控制开关K3在闭合100ms后断开，同时在开关K4闭合对试品谐振回路进行快速放电，使放电过程在一个周期20ms内结束，以保证试品接受过电压的考核在0.1秒内。

结合目前常用的设备参数，如图2所示的测试串联电容器耐受过负荷能力的电路中各个元件的参数可以按照以下参数选择：

根据电源调压器范围、两级升压变压器变比，可计算出试验回路的输出试验电压，其值应该等于2.3pu。

即，U_m=U_s×k₁×k₂

其中，U_m为最大输出试验电压，U_s为电源调压器输出电压，k₁和k₂分别为第一变压器和第二变压器的变比。

限流电阻，阻值的选取范围为2000Ω左右。

放电电阻，阻值的选取范围可以根据电容器的放电公式选取：

U_t=U_c×e^(-t/RC)

其中，U_t为被试串联电容器放电后的电压值，U_c为所述被试串联电容器放电前的电压值，e为自然常数，其值约为2.71828，是一个无限不循环数，t为放电所需时间，R为放电电阻的电阻值，C为所述被试串联电容器的电容值。

然而，如果将被试串联电容器放电后的电压值放电后的电压值U_t设为零，则电阻将是一个无穷小的数，因此通常认为电容器电压放电90%即可，也就是U_t=0.1U_c。

根据上述仿真分析的结果，储能电容器的选取大小可依照被试串联电容器电容值大约3倍的大小来设置。

下面举一个具体的进行串联电容器短路冲击试验的例子：

回路中设备的具体参数设置如下：

电容器参数：额定电压：6.186kV，电容量：65uF、对应的补偿匹配电抗器需匹配为0.156H。

试验电源：额定电压380V、额定电流600A、短路电流10kA；

单相调压器额定容量200kVA、额定电压0-400v；

第一变压器：0.4/10kV，额定容量400kVA，短路阻抗10%；

第二变压器：10/35kV，额定容量5000kVA，短路阻抗10%；

限流电阻，可以选用冲击电压发生器的切片电阻，其优点是易于拆卸组合，可根据被试串联电容器的大小来改变，一般选择阻值为2000Ω左右的电阻。

放电电阻，由于需要流过较大的放电电流，经分析可以选用水阻，水阻具有装配简易，阻值易调整和容量较大的优点。根据电容器大小和放电公式，同时考虑到要在一到两个周期内将残压放掉，计算得到水阻的阻值为300Ω左右。

第二开关，可以使用六氟化硫断路器，额定电压40.5kV，可开断2.5kA的短路电流。

第三开关，可以使用的是真空断路器。

第二开关和第三开关可以统一由程序控制器控制，其精确度单位可以达到1ms。

为了满足电容器额定电压的2.3倍pu过电压14.2kV的要求，可以选用电抗器组来实现第二匹配电抗的目的，电抗器组中的所有的电抗器可以选用串联接线方式后并联（即各个电抗器内部的线圈采用串联的方式，电抗器之间采用并联的方式连接，从而达到所需的电抗值），调节可调电抗器以达到完全补偿的谐振点。本例所使用的匹配电抗器的参数如表1所示：

表1

储能电抗器为0.1H，那么匹配储能电抗器需要101uF的储能电容器。可用10种不同参数的电容器，相同参数的串联4台，以满足2.3pu电压值，然后以4台为单位并联可满足储能电容量，本例使用的储能电容器的参数如表2所示：

表2

每台额定电压（KV）	每台电容量（uF）	四台串联电容量（uF）
			11/√3	5.5	1.375
12/√3	21.9	5.475
			6	31.3	7.825
6.168	65.4	16.35
			6.168	66.0	16.5
6	67.2	16.8
			6	67.2	16.8
12	13.1	3.275
			5.5	53.08	13.27
5.4	70.06	17.515

编写程序控制器代码，使其满足在程序运行后100ms的时候第二开关闭合，在电容器承受0.1s、2.3pu的短时过电压后，控制第二开关在程序运行后的200ms时断开（即第二开关在闭合100ms后断开）。同时，控制第三开关在第二开关断开时闭合，以对被试串联电容器进行快速放电。

上述电路的工作步骤主要可以是：调节电源侧调压器使其升压到14.2kV，闭合第一开关电源对并联谐振储能回路进行缓慢充电。当充电达到稳态时，闭合第二开关，在100ms后，断开第二开关，同时闭合第三开关，以完成完整的测试过程。

在本例中，提出了一种新的测试串联电容器耐受过负荷能力的电路，即交接试验方法，在挂网投运前对串联电容器进行模拟实际工况的过负荷试验，从而可以及时发现串联电容器的绝缘问题，有效避免了直接投运后出现重大事故，达到保证串联电容器的安全运行的目的。

从以上的描述中，可以看出，本发明实施例实现了如下技术效果：测试串联电容器耐受过负荷能力的电路中设置了调压器、变压器、限流电阻，在被试串联电容器的两端并联了第二匹配阻抗，同时在电路中设置了由储能电容器和第一匹配阻抗组成的储能谐振回路，并通过电路中设置的开关的配合，从而使得可以先通过交流电压对储能谐振回路进行充电，然后再通过储能谐振回路中的储存的电能在短时间内对被试电容器进行快速充电，以对被试串联电容器的耐受过负荷进行测试，与现有技术中采用的直流电压试验来测试串联电容器耐受过负荷能力的技术方案相比，本发明实施例能够实现采用交流电压来测试串联电容器耐受过负荷能力的目的，从而保证了串联电容器的质量。同时因为采用了储能谐振回路使得电源电压可以不需要很高，降低了测试电路的成本。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种测试串联电容器耐受过负荷能力的电路，其特征在于，包括：

调压器，第一端为所述测试串联电容器耐受过负荷能力的电路的输入端，第二端为所述测试串联电容器耐受过负荷能力的电路的输出端；

变压器，第一端与调压器的第三端相连，第二端与调压器的第四端相连，第三端与限流电阻的第一端相连；

限流电阻，第二端与第一开关的第一端相连；

第一开关，第二端分别与储能电容器的第一端、第二开关的第一端、第一匹配电抗的第一端相连；

储能电容器，第二端与分别与第一匹配电抗的第二端、变压器的第四端相连；

第一匹配电抗，第二端与变压器的第四端相连；

第二开关，第二端分别与被试串联电容器的第一端、第二匹配电抗的第一端、放电电阻的第一端相连；

被试串联电容器，第二端分别与第二匹配电抗的第二端和地相连；

第二匹配电抗，第二端与地相连；

放电电阻，第二端与第三开关的第一端相连；

第三开关，第二端与变压器的第四端相连。

2.如权利要求1所述的测试串联电容器耐受过负荷能力的电路，其特征在于，所述变压器包括：串联的多个变压器。

3.如权利要求2所述的测试串联电容器耐受过负荷能力的电路，其特征在于，串联的变压器的个数为2。

4.如权利要求2所述的测试串联电容器耐受过负荷能力的电路，其特征在于，所述多个变压器中各个变压器的变压比的乘积与调压器输出电压的乘积，等于设定的被试串联电容器应能承受的最大电压值。

5.如权利要求1所述的测试串联电容器耐受过负荷能力的电路，其特征在于：

所述第一开关是六氟化硫断路器；

和/或，所述第二开关是真空断路器。

6.如权利要求1所述的测试串联电容器耐受过负荷能力的电路，其特征在于，所述放电电阻的电阻值满足以下公式：

U_t=U_c×e^(-t/RC)，其中，U_t为所述被试串联电容器放电后的电压值，U_c为所述被试串联电容器放电前的电压值，e为一个无限不循环的自然常数，t为放电所需时间，R为所述放电电阻的电阻值，C为所述被试串联电容器的电容值。

7.如权利要求6所述的测试串联电容器耐受过负荷能力的电路，其特征在于，U_t=0.1U_c。

8.如权利要求1所述的测试串联电容器耐受过负荷能力的电路，其特征在于：

所述限流电阻的阻值为2000Ω，

和/或，所述放电电阻的阻值为300Ω。

9.如权利要求1至8中任一项所述的测试串联电容器耐受过负荷能力的电路，其特征在于，所述第二匹配电抗包含多个电抗器，每个电抗器自身内部的线圈采用串联的方式连接，各个电抗器之间采用并联的方式连接。

10.如权利要求1至8中任一项所述的测试串联电容器耐受过负荷能力的电路，其特征在于，所述储能电容器的电容值是所述被试串联电容器电容值的3倍。

11.如权利要求1至8中任一项所述的测试串联电容器耐受过负荷能力的电路，其特征在于，所述储能电容器包含4n台电容器，其中，n为大于等于2的正整数。

12.如权利要求11所述的测试串联电容器耐受过负荷能力的电路，其特征在于，所述4n台储能电容器之间的连接方式为：相同参数的4台储能电容器串联作为一组，形成n组储能电容器，n组储能电容器之间并联。

13.一种权利要求1至12中任一项所述电路的工作方法，其特征在于，包括：

变压器将调压器所提供的交流电源的电压升压至预定的电压值；

第一开关闭合，对并联谐振储能回路进行充电，其中，所述并联谐振储能回路包括：储能电容器和第一匹配电抗组成的回路；

在所述并联谐振储能回路中的储能电容器中的电量不再变化时，第二开关闭合，对被试串联电容器进行充电；

在预定时间后，第二开关断开，同时第三开关闭合，对所述被试串联电容器进行放电。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述预定时间为100ms。

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