CN103869113A - 高压串联谐振装置和利用该装置的耐压试验方法 - Google Patents

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Abstract

一种高压串联谐振装置和利用该装置的耐压试验方法，包括变频电源柜、试验变压器、谐振电抗器和带有电流传感器的试验电压测量装置，所述电流传感器串接于试验变压器高压端尾部与电容性试品的接地端之间；所述谐振电抗器固定节数，且固定位置安装，以使谐振电抗器的电感量保持不变。利用该装置调整变频电源柜输出电压信号的频率，使得当串联谐振回路处于完全谐振状态时，谐振电抗器与被试品两端电压值相等，经过傅立叶变换后确定所检测的试品试验电压。该方法无需配置专门用于测量试验电压的高压分压器，从而实现高效、安全、便捷地完成耐压试验，并能确保试验电压精度在允许范围内，大幅提升了高压串联谐振交流耐压试验的安全性和工作效率。

Description

高压串联谐振装置和利用该装置的耐压试验方法
技术领域
本发明涉及电气设备绝缘检测技术领域，具体说是一种实现安全量测的高压串联谐振装置和试验电压量测方法。
背景技术
现有的串联谐振交流耐压试验中，均采用在高压端直接接电容分压器来测量试验电压值，这种方法直接监测被测点的电压，测量过程直观、结果准确。但在现场应用中，由于试验电压值往往很高，达到数百甚至上千千伏，对绝缘的要求很高；且分压器外形一般较为细长，电场分布较难控制，往往需加配大型均压环；分压器不允许平放，竖直组装后都是“瘦高”型，重心易偏离，需加装较长的地脚，占地大，对现场摆放要求也高；另外高电压等级耐压试验时往往需要多节分压器串联使用，现场吊装、组合，试验后拆卸工作量大，效率极为低下，已不能满足特高压换流站众多高压开关设备现场特殊试验的需求，急需一种新型的测量方法代替传统分压器测量方法。
变频串联谐振装置带固定电抗器，工作频率一般为30～300Hz。现场普遍使用的工频交流分压器均在50Hz工频电压下校准，设计时也未仔细考虑30～300Hz的频率特性，因此用现有分压器测量串联谐振试验电压时，导致实际可能存在较大误差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种实现安全、准确量测的高压串联谐振装置和试验电压量测方法。
所述高压串联谐振装置，包括变频电源柜、试验变压器、谐振电抗器，所述变频电源柜的电压输出端连接到所述试验变压器的低压端，试验变压器的高压端连接所述谐振电抗器和电容性试品的串联回路，电容性试品的一端接地，其特征是：
还包括带有电流传感器的试验电压测量装置，所述电流传感器串接于试验变压器高压端尾部与电容性试品的接地端之间；
所述谐振电抗器固定节数，且固定位置安装，以使谐振电抗器的电感量保持不变。
一种实施例，所述谐振电抗器固定安装在试验平台车上。
一种优化方案，所述试验电压测量装置含有信号采集单元、信号存储单位、信号处理单元和显示装置，所述信号采集单元的信号输出到信号存储单位和信号处理单元，信号处理单元并输出信号到显示装置。
一种上述谐振装置的高压串联谐振装置的耐压试验方法，其特征是：将变频电源柜的电压输出端连接到试验变压器的低压端，串联连接试验变压器的高压端与谐振电抗器、电容性试品和带电流传感器的试验电压测量装置构成串联回路，其中谐振电抗器固定安装于试验平台车上，以保持固定的电感量，电容性试品的一端接地；连接好电容性试品后，根据电流传感器的输出信号进行傅立叶变换，得到回路电流的基波信号，并由该基波信号与谐振电抗器的感抗乘积计算出当前电容性试品的试验电压值，并送计算结果到显示装置；按下述步骤顺序操作：
第一步、调节变频电源柜的调压装置，使显示装置所显示的试验电压达到预定试验电压值的3%～10%；
第二步、调节变频电源柜的调频装置，使显示装置所显示的试验电压达到最大值，之后保持该试验电压最大值时的频率；
第三步、调节变频电源柜的调压装置使输出电压升高，直至显示装置所显示的试验电压值达到预定的试验电压值，记录升压过程中所计算的电容性试品的试验电压值。
作为优化方案，所述试验电压测量装置中的电流传感器串接于试验变压器高压端尾部与电容性试品的接地端之间。
基本原理是当串联谐振回路处于完全谐振状态时，电容性试品两端电压等于谐振电抗器电压值，而谐振电抗器电压值=谐振感抗值×谐振回路电流值，即在已知谐振电抗值，并测量得到回路电流值，即可算得试验电压值。
由于在高压耐压试验中谐振电抗器通常需要多节串并联使用，组装后的电抗器并不能保持固定的状态，其电感和互感值也不固定，而只有谐振电抗器的电感值、试验频率和回路电流这三个因素都在可控范围内，才能确保测量方法的有效性和精确性，这成为传统的分压器分压测量长期延续难以得到突破。本申请发明人在高压设备的试验和安装实践中经过对试验装置重新进行了系统的开发，在进行现场安装和开发过程中，抛弃了传统的并联分压测量方式，利用可控的变频电源柜和固定安装谐振电抗器的试验平台台车，实现了稳定的串联测量的准确量测结果。且该方法无需配置专门用于测量试验电压的分压器，从而实现高效、安全、便捷地完成耐压试验，并能确保试验电压精度在允许范围内。大幅提升了串联谐振交流耐压试验的安全性和工作效率。
附图说明
图1是本发明电路连接结构示意图，
图2是串联谐振回路的等效电路图。
图中：1—变频电源柜，2—试验变压器，3—谐振电抗器，4—电容性试品，5—试验电压测量装置。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：如图1所示，所述高压串联谐振装置，包括变频电源柜1、试验变压器2、谐振电抗器3和带有电流传感器的试验电压测量装置5，所述电流传感器串接于试验变压器2高压端尾部与电容性试品4的接地端之间，所述变频电源柜1的电压输出端连接到所述试验变压器2的低压端，试验变压器2的高压端连接所述谐振电抗器3和电容性试品4的串联回路，电容性试品4的一端接地。
所述谐振电抗器3固定节数，且固定位置安装，以使谐振电抗器的电感量保持不变。所述谐振电抗器3固定安装在试验平台车上。
所述试验电压测量装置5含有信号采集单元、信号存储单位、信号处理单元和显示装置，所述信号采集单元的信号输出到信号存储单位和信号处理单元，信号处理单元并输出信号到显示装置。
图2中，回路电抗值XL=ωL、回路容抗值Xc=ωC、角频率w=2πf。
当XL=Xc，试验频率
Figure BDA0000478755510000041
时，电路处于谐振状态。
加在被试品上的电压为 U C = U L = IX L = U R · X L = X L R · U = QU = 2 πfL . I
上述表达式中，L表示回路电感值，可认为是谐振电抗器的电感值，C表示回路电容值，可认为是电容性试品的电容值，UC表示电容性被试品两端的电压，UL表示谐振电抗器两端的电压，U表示试验变压器高压侧的端电压，R表示试验回路阻抗，Q表示XL/R的比值，I为试验回路电流。
即在已知谐振频率f和电感值L，并测量得到电流I，即可算得试验电压值。
本测量方法精度主要取决于电感值L、试验频率f和回路电流I，只有这三个因素都在可控范围内，才能确保测量方法的有效性和精确性。
串联谐振装置采用非固定组装式谐振电抗器时，所选谐振电抗器的额定电感不同、节数不同、摆放位置不同等都会导致电抗器之间的互感不同，对谐振电抗器组整体感抗产生较大影响，本测量方法适用于谐振电抗器节数、摆放方式都是固定，因此无论试品、加压方式如何变化，串联谐振回路中的电抗值都不变。
采用方波变频原理的串联谐振装置其变频电源柜输出电压为方波信号，谐振电抗器上电压波形为再叠加电源方波的波形，导致流过谐振回路的电流相当于正弦电流波叠加一高频谐波电流，而试品两端电压波形为电源基波放大Q倍后的正弦波，因此在计算试验电压值时，必须采用傅立叶变换消除高次谐波电流，分离出基波电流，才能准确计算出真实的试验电压值。
利用上述谐振装置的高压串联谐振装置的耐压试验方法，将变频电源柜1的电压输出端连接到试验变压器2的低压端，串联连接试验变压器2的高压端与谐振电抗器3、电容性试品4和带电流传感器的试验电压测量装置5构成串联回路，其中谐振电抗器3固定安装于试验平台车上，以保持固定的电感量，电容性试品4的一端接地；所述试验电压测量装置5中的电流传感器串接于试验变压器2高压端尾部与电容性试品4的接地端之间。
连接好电容性试品4后，根据电流传感器的输出信号进行傅立叶变换，得到回路电流的基波信号，并由该基波信号与谐振电抗器的感抗乘积计算出当前电容性试品的试验电压值，并送计算结果到显示装置；按下述步骤顺序操作：
第一步、调节变频电源柜1的调压装置，使显示装置所显示的试验电压达到预定试验电压值的3%～10%；
第二步、调节变频电源柜1的调频装置，使显示装置所显示的试验电压达到最大值，之后保持该试验电压最大值时的频率；
第三步、调节变频电源柜1的调压装置使输出电压升高，直至显示装置所显示的试验电压值达到预定的试验电压值，记录升压过程中所计算的电容性试品的试验电压值。
可采用方波变频原理的串联谐振装置其变频电源柜输出电压为方波信号，谐振电抗器上电压波形为再叠加电源方波的波形，导致流过谐振回路的电流相当于正弦电流波叠加一高频谐波电流，而试品两端电压波形为电源基波放大Q倍后的正弦波，因此在计算试验电压值时，必须采用傅立叶变换消除高次谐波电流，分离出基波电流，从而准确计算出真实的试验电压值。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高压串联谐振装置，包括变频电源柜（1）、试验变压器（2）、谐振电抗器（3），所述变频电源柜（1）的电压输出端连接到所述试验变压器（2）的低压端，试验变压器（2）的高压端连接所述谐振电抗器（3）和电容性试品（4）的串联回路，电容性试品（4）的一端接地，其特征是：
还包括带有电流传感器的试验电压测量装置（5），所述电流传感器串接于试验变压器（2）高压端尾部与电容性试品（4）的接地端之间；
所述谐振电抗器（3）固定节数，且固定位置安装，以使谐振电抗器的电感量保持不变。
2.根据权利要求1所述的高压串联谐振装置，其特征是：所述谐振电抗器（3）固定安装在试验平台车上。
3.根据权利要求1所述的高压串联谐振装置，其特征是：所述试验电压测量装置（5）含有信号采集单元、信号存储单位、信号处理单元和显示装置，所述信号采集单元的信号输出到信号存储单位和信号处理单元，信号处理单元并输出信号到显示装置。
4.一种利用权利要求3所述谐振装置的高压串联谐振装置的耐压试验方法，其特征是：将变频电源柜（1）的电压输出端连接到试验变压器（2）的低压端，串联连接试验变压器（2）的高压端与谐振电抗器（3）、电容性试品（4）和带电流传感器的试验电压测量装置（5）构成串联回路，其中谐振电抗器（3）固定安装于试验平台车上，以保持固定的电感量，电容性试品（4）的一端接地；连接好电容性试品（4）后，根据电流传感器的输出信号进行傅立叶变换，得到回路电流的基波信号，并由该基波信号与谐振电抗器的感抗乘积计算出当前电容性试品的试验电压值，并送计算结果到显示装置；按下述步骤顺序操作：
第一步、调节变频电源柜（1）的调压装置，使显示装置所显示的试验电压达到预定试验电压值的3%～10%；
第二步、调节变频电源柜（1）的调频装置，使显示装置所显示的试验电压达到最大值，之后保持该试验电压最大值时的频率；
第三步、调节变频电源柜（1）的调压装置使输出电压升高，直至显示装置所显示的试验电压值达到预定的试验电压值，记录升压过程中所计算的电容性试品的试验电压值。
5.根据权利要求4所述的高压串联谐振装置的耐压试验方法，其特征是：所述试验电压测量装置（5）中的电流传感器串接于试验变压器（2）高压端尾部与电容性试品（4）的接地端之间。
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