CN104678218A - 一种电缆升流试验系统最优补偿电容的估算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电缆升流试验系统最优补偿电容的估算方法，该方法步骤是：将电源、稳压器、调压器、升流器、电缆按顺序依次连接起来，在升流器端并入任意一个补偿电容；获得电缆电流有效值I_b、电缆端电压有效值U_b、升流器变比值k；对升流器输入端口做等效电路，将升流器部分等效为一个感性阻抗，计算最优补偿电容。本发明方法能估算出升流试验系统的最优补偿电容，提高系统的功率因数，能很好的限制调压器的输入电流，保证设备的安全运行，同时避免了试验试凑法频繁的操作过程，节省了大量时间，同时节省了电能消耗。

Description

一种电缆升流试验系统最优补偿电容的估算方法

技术领域

本发明涉及大电流升流系统研究领域，特别涉及一种电缆升流试验系统最优补偿电容的估算方法。

背景技术

大电流升流系统多用于各种需要大电流进行设备调试的场所，一般是根据电力部门、工矿企业、科研单位电气设备试验的需要进行设计，包括电器设备电流负载试验、温升试验等。随着城市的发展，电缆逐渐取代架空线成为城市输电的主要设备。电缆的结构不同于架空线，其输电铜芯外部包裹了多层材料以保护输电的安全，与此同时，电缆散热问题成为影响电缆运行寿命的最大威胁。多年来，国内电力部门、科研单位多利用电缆升流试验系统进行电缆温升试验，以研究运行电缆热场分布、载流量准确计算等课题。

一个完整的电缆升流系统包括220V/380V电源、稳压器、调压器、升流器、补偿电容箱等。其基本原理是通过升流器在电缆端产生低电压、大电流。由于电缆为感性负载，使得系统的功率因数较低。当对电缆施加较大电流时，电源端需要提供很大的功率，使得调压器输入端电流很大，很容易超出调压器的额定输入电流。因此，需要对系统进行无功补偿。系统的无功补偿是通过在升流器端并联电容器实现的。由于系统比较复杂，很难对补偿电容的大小进行计算，以往的做法是通过试验进行试凑，这种方法非常耗时、耗电。因此，有必要找到一种便于工程应用的补偿电容估算方法。

发明内容

本发明的目的在于克服目前通过试验试凑法获得电缆升流系统最优补偿电容的不足，提供一种电缆升流试验系统最优补偿电容的估算方法，该方法具有节能、耗时短的优点。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种电缆升流试验系统最优补偿电容的估算方法，包括步骤：将电源、稳压器、调压器、升流器、电缆按顺序依次连接起来，在升流器端并入任意一个补偿电容；获得电缆电流有效值I_b、电缆端电压有效值U_b、升流器变比值k；对升流器输入端口做等效电路，将升流器部分等效为一个感性阻抗，计算最优补偿电容C，公式如下：

$C=\frac{I_b\sin \mathrm{\θ}}{2\mathrm{\πf}\·k^2\·U_b};$

其中：f为电源频率，θ为感性阻抗的阻抗角。阻抗角可以通过对电缆阻抗进行理论计算得到，也可以通过实验仪器如电能质量分析仪得到。

优选的，所述阻抗角θ的值在70-85度之间。这是通过大量试验得到的经验值，具体数值跟实验电缆长度等有关。

具体的，包括以下步骤：

(1)将电源、稳压器、调压器、升流器、电缆按顺序依次连接起来，在升流器端并入任意一个补偿电容，确定接线准确无误；

(2)在计算机控制台设置一个电缆电流值，合闸运行系统；

(3)用万用表测量得到电缆端电压值、升流器输入电压值；

(4)获得升流器变比值；

(5)根据电缆电流值、电缆端电压值、升流器变比值，通过最优补偿电容C的计算公式，得到电缆升流系统的最优补偿电容。

具体的，所述步骤(2)中，设置的电缆电流值的大小需满足以下要求：保证调压器输入电流不超过调压器额定值，流过补偿电容的电流不超过补偿电容额定值。

更进一步的，所述调压器输入电流和流过补偿电容的电流用钳形表实时测量。

具体的，所述步骤(3)中，电缆端电压值通过将万用表的表笔分别贴到电缆两个端子测量得到。

优选的，所述步骤(4)中，若升流器变比值不是定值，则通过下面公式计算得到：

$k=\frac{U_1}{U_2};$

式中，k为升流器变比值；U₁为升流器输入电压值；U₂为电缆端电压值。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明方法能估算出升流试验系统的最优补偿电容，提高系统的功率因数，能很好的限制调压器的输入电流，保证设备的安全运行。

2、本发明方法能为升流系统补偿电容的配合提供参考，以便试验人员能选择最优的补偿电容组合，既保证补偿最优，又能很好的保护补偿电容。

3、本发明方法避免了试验试凑法频繁的操作过程，节省了大量时间，同时节省了电能消耗。

附图说明

图1为本实施例电缆升流试验系统结构示意图。

图2为本实施例升流器原理图。

图3为本实施例考虑补偿电容、升流器、电缆部分的简化等效电路图。

图4为本实施例等效电路电流相量图。

图5为本实施例加载1200A电缆电流时，补偿电容与调压器输入电流的关系曲线。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

针对现有补偿电容的大小无法计算的问题，本实施例提出一种电缆升流试验系统最优补偿电容的估算方法，从而不用采用试验试凑法，直接可以估算出升流试验系统的最优补偿电容，保证设备的安全运行。下面结合附图对此方法进行具体说明。

1、参见图1所示的电缆升流试验系统。该系统与现有系统相同。将电源、稳压器、调压器、升流器、电缆按顺序依次连接起来，在升流器端并入任意一个补偿电容，确定接线准确无误。其中电源为380V三相电源，调压器由PLC控制柜进行自动调节，电缆选用110kV高压单芯电缆。

2、在计算机控制台设置电缆电流为1200A，合闸运行系统。

3、用万用表测量电缆端电压、升流器输入电压。由于本试验系统中，升流器变比已经提供，无需利用公式进行计算。

如果升流器变比没有提供，则通过下面公式计算得到：

$k=\frac{U_1}{U_2};$

式中，k为升流器变比值；U₁为升流器输入电压值；U₂为电缆端电压值。

4、对升流器输入端口做等效电路，将升流器部分等效为一个感性阻抗。该阻抗与补偿电容并联，从调压器输出端开始，得到补偿电容、升流器、电缆部分的简化等效电路图，如图3所示。

5、根据等效电路得到调压器输入电流I_t、补偿电容电流I_c、感性阻抗电流I_s的矢量关系，如图4所示相量图(图中U为调压器输出电压，θ为等效阻抗的阻抗角)。其矢量关系如下：

${\stackrel{\·}{I}}_t={\stackrel{\·}{I}}_s+{\stackrel{\·}{I}}_c.$

6、根据调压器输入电流、补偿电容电流、感性阻抗电流的相量关系知，当调压器输出电流与调压器输出电压相位差为零时，即满足电路并联谐振条件时，补偿最好。利用下式计算感性阻抗电流I_s：

$I_s=\frac{1}{k}{I}_b;$

利用下式计算电容器电压U：

U＝kU_b；

利用下式计算补偿电容电流I_c：

I_c＝I_s sinθ；

由电容电压电流的关系式：

$\frac{1}{\mathrm{\ωC}}=\frac{U}{I_c};$

最后通过下式计算最优补偿电容C：

$C=\frac{I_b\sin \mathrm{\θ}}{2\mathrm{\πf}\·k^2\·U_b}.$

7、通过公式计算最优补偿电容约为1700uF。对电缆施加1200A电流，改变补偿电容值，用钳形表测量调压器输入电流，得到调压器输入电流与补偿电容的关系曲线如图5所示。由图可知，当补偿电容在1700uF附近时，调压器的输入电流最小，因此可认为提出的最优补偿电容估算方法有较高精度。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电缆升流试验系统最优补偿电容的估算方法，其特征在于，包括步骤：将电源、稳压器、调压器、升流器、电缆按顺序依次连接起来，在升流器端并入任意一个补偿电容；获得电缆电流有效值I_b、电缆端电压有效值U_b、升流器变比值k；对升流器输入端口做等效电路，将升流器部分等效为一个感性阻抗，计算最优补偿电容C，公式如下：

$C=\frac{I_b\sin \mathrm{\θ}}{2\mathrm{\πf}\·k^2\·U_b};$

其中：f为电源频率，θ为感性阻抗的阻抗角。

2.根据权利要求1所述的电缆升流试验系统最优补偿电容的估算方法，其特征在于，所述阻抗角θ的值在70-85度之间。

3.根据权利要求1所述的电缆升流试验系统最优补偿电容的估算方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将电源、稳压器、调压器、升流器、电缆按顺序依次连接起来，在升流器端并入任意一个补偿电容，确定接线准确无误；

(2)在计算机控制台设置一个电缆电流值，合闸运行系统；

(3)用万用表测量得到电缆端电压值、升流器输入电压值；

(4)获得升流器变比值；

(5)根据电缆电流值、电缆端电压值、升流器变比值，通过最优补偿电容C的计算公式，得到电缆升流系统的最优补偿电容。

4.根据权利要求3所述的电缆升流试验系统最优补偿电容的估算方法，其特征在于，所述步骤(2)中，设置的电缆电流值的大小需满足以下要求：保证调压器输入电流不超过调压器额定值，流过补偿电容的电流不超过补偿电容额定值。

5.根据权利要求4所述的电缆升流试验系统最优补偿电容的估算方法，其特征在于，所述调压器输入电流和流过补偿电容的电流用钳形表实时测量。

6.根据权利要求3所述的电缆升流试验系统最优补偿电容的估算方法，其特征在于，所述步骤(3)中，电缆端电压值通过将万用表的表笔分别贴到电缆两个端子测量得到。

7.根据权利要求1所述的电缆升流试验系统最优补偿电容的估算方法，其特征在于，所述步骤(4)中，若升流器变比值不是定值，则通过下面公式计算得到：

$k=\frac{U_1}{U_2};$

式中，k为升流器变比值；U₁为升流器输入电压值；U₂为电缆端电压值。