CN106771904B - 一种基于时序在特高压环境对可控避雷器进行冲击试验的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于时序在特高压环境对可控避雷器进行操作冲击试验的系统，系统包括：电压发生单元，电压发生单元包括：变压器、断路器，断路器控制电路连通，电路连通后变压器产生特高压；试验单元，包括试验线段，所述试验线段用于连接待测的可控避雷器；可控避雷器包括控制开关、受控元件以及固定元件，控制开关用于控制受控元件的接入或断开；变压器输出特高压电压至试验线段；可控避雷器用于降低试验线段的操作过电压；时序控制单元，包括时间继电器，用于控制时序，使得在断路器合闸前，控制开关控制受控元件短路；可控避雷器对试验线段操作过电压进行限制，以降低试验线段的操作过电压幅值。
Description
技术领域
本发明涉及特高压输电系统安全领域，更具体地，涉及一种基于时序用于特高压环境可控避雷器进行冲击试验的系统及方法。
背景技术
为保证高压交流输电系统的安全，特高压交流输电系统深度降低操作过电压是非常必要的。目前断路器加装合闸电阻在经济性和运行可靠性方面存在的不足，现有技术提供了一种可控避雷器，可控避雷器主要由避雷器本体固定元件MOA1、受控元件MOA2和控制单元CU构成。
如图1所示，可控避雷器100包括控制开关102、受控元件103以及固定元件101，控制开关102用于控制受控元件103的接入。当控制开关102断开时，受控元件103接入，受控元件103和固定元件101共同工作，降低试验线段特高压。当控制开关102合闸时，受控元件103被短路连接，固定元件101单独工作，用于降低试验线段操作过电压。
由于可控避雷器是新型运作原理的避雷器产品，目前没有成熟的操作冲击试验方法检测其对特高压输电系统降低过电压的作用。
发明内容
本发明提供了一种基于时序在特高压环境对可控避雷器进行冲击试验的系统及方法，以解决可控避雷器进行冲击试验的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于时序在特高压环境对可控避雷器进行冲击试验的系统，所述系统包括：电压发生单元，所述电压发生单元包括：变压器、断路器，所述断路器控制电路连通，电路连通后所述变压器产生操作冲击过电压波；
试验单元，包括试验线段，所述试验线段用于连接待测的可控避雷器；所述可控避雷器包括控制开关、受控元件以及固定元件，所述控制开关用于控制所述受控元件的接入或断开；所述电压发生单元输出操作冲击过电压波至所述试验线段；所述可控避雷器用于降低所述试验线段的操作冲击过电压幅值；
时序控制单元，包括时间继电器，用于控制时序，使得在断路器合闸前，所述控制开关控制所述受控元件短路，仅固定元件投入运行，以降低所述试验线段的操作过电压；所述控制开关断开时所述受控元件投入运行，和固定元件一起承受系统正常运行电压，以保障避雷器的设备安全性。
优选地，所述系统还包括主变避雷器，所述主变避雷器用于降低施加在主变压器上的过电压，保护所述变压器安全。
优选地，所述系统还包括：
时序序列单元，用于设置所述时间继电器第一时间序列、第二时间序列；
所述第一时间序列不低于所述控制开关合闸的时间；
所述第二时间序列时间不低于所述电压发生单元产生特高压到达所述可控避雷器的时间；
所述时序控制单元用于向所述控制开关发送合闸指令，经过第一时间序列延时后，判断所述控制开关是否合闸成功，若是，所述断路器进行合闸，所述可控避雷器对合空变操作过电压进行抑制；
所述断路器合闸成功后，经过第二时间序列延时后，所述时序控制单元向所述控制开关发送分闸指令，所述控制开关分闸，所述受控元件接入。
优选地，所述第一时间序列为110ms。
优选地，所述第二时间序列为40ms。
优选地，所述变压器用于将35kV低电压升高至1050kV特高压。
优选地，所述系统还包括测量单元，所述测量单元用于对所述可控避雷器的电压、电流以及温度进行测量。
基于本发明的一实施方式，本发明提供一种基于时序在特高压环境对可控避雷器进行冲击试验的方法，所述方法包括：
控制所述变压器产生操作冲击过电压波；
输出操作冲击过电压波至所述试验线段；
控制时序使得在断路器合闸前，所述控制开关控制所述受控元件短路；
所述可控避雷器对所述试验线段操作冲击过电压进行限制，以降低所述试验线段的过电压幅值。
优选地，当所述电压发生单元输出的特高压超过阈值时，降低超过阈值的特高压。
优选地，所述方法还包括：
设置所述时间继电器第一时间序列、第二时间序列；
所述第一时间序列不低于所述控制开关合闸的时间；
所述第二时间序列时间不低于所述电压发生单元产生特高压到达所述可控避雷器的时间；
向所述控制开关发送合闸指令，经过第一时间序列延时后，判断所述控制开关是否合闸成功，若是，所述断路器进行合闸；
所述断路器合闸成功后，经过第二时间序列延时后，所述控制单元向所述控制开关发送分闸指令，所述受控元件接入，降低所述冲击特高压。
优选地，所述方法还包括，设置所述第一时间序列为110ms。
优选地，所述方法还包括，设置所述第二时间序列为40ms。
优选地，所述方法还包括，通过测量的电压、电流信号，获得所述可控避雷器测量伏安特性曲线；
通过所述可控避雷器电阻推导伏安特性曲线；
通过比较所述测量伏安特性曲线与所述推导伏安特性曲线，判断所述测量伏安特性曲线与所述推导伏安特性曲线一致性。
优选地，所述方法还包括，通过建立所述可控避雷器三维模型，输入初始温度作为边界条件；并对吸收一定热量后的所述可控避雷器三维模型温度进行推导，获取推导温度；
将所述测量的温度与所述推导的温度进行比较，获取所述可控避雷器温升特性。
通过本发明提出的技术方案，将可控避雷器控制单元和主变低压侧断路器进行联动，用于降低断路器合闸过程中产生的操作过电压，并对可控避雷器限制操作过电压的效果进行测试。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为可控避雷器结构图；
图2为根据本发明实施方式的一种基于时序在特高压环境对可控避雷器进行冲击试验的方法流程图；
图3为根据本发明实施方式的一种基于时序在特高压环境对可控避雷器进行冲击试验的控制时序图；
图4为根据本发明实施方式的一种基于时序在特高压环境对可控避雷器进行冲击试验的系统结构图；
图5为根据本发明实施方式的一种基于时序在特高压环境对可控避雷器进行冲击试验的方法流程图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图2为根据本发明实施方式的一种基于时序在特高压环境对可控避雷器进行冲击试验的方法流程图。本发明实施方式提出的时序控制单元，包括时间继电器，用于控制时序，使得在断路器合闸前，控制开关控制受控元件短路。可控避雷器对试验线段操作冲击过电压进行限制，以降低试验线段的过电压幅值。时序序列单元，用于设置时间继电器第一时间序列为110ms。时序控制单元用于向控制开关发送合闸指令，经过时间序列110ms延时后，判断控制开关是否合闸成功，若是，断路器进行合闸。断路器合闸成功后，经过第二时间序列40ms后，时序控制单元向控制开关发送分闸指令，控制开关分闸，受控元件接入。
优选地，通过时间继电器设置第一时间序列为110ms，时序控制单元向控制开关发送合闸指令，可控避雷器控制开关即开始合闸，控制开关的正常合闸时间一般小于第一时间序列110ms。同时，在断路器回路，在时序控制单元向控制开关发送合闸指令后经过第一时间序列110ms的延时，对可控避雷器控制开关合闸状态进行判断，如果控制开关合闸成功，则断路器进行合闸。如果控制开关合闸没有成功，结束此次试验。断路器进行合闸需要经过85ms，如果断路器合闸失败，结束此次试验。确认断路器合闸成功后，变压器将35kV低电压升高至1050kV特高压，并可输入至可控避雷器，该过程设置为第二时间序列40ms。经过第二时间序列40ms后，时序控制单元向控制开关发送分闸指令，确认控制开关分闸成功后，测量可控避雷器电压、电流和温度数据后，断路器分闸。如果控制开关分闸不成功，手动强制分闸，测量可控避雷器电压、电流和温度数据后，断路器分闸。至此，试验结束。
图3为根据本发明实施方式的基于时序在特高压环境对可控避雷器进行冲击试验的控制时序图。如图3所示，结合本发明实施方式图2冲击试验方法进行说明，优选地，通过时间继电器设置第一时间序列为110ms，时序控制单元向控制开关发送合闸指令，可控避雷器控制开关即开始合闸，控制开关的正常合闸时间一般小于第一时间序列110ms。同时，在断路器回路，在时序控制单元向控制开关发送合闸指令后经过第一时间序列110ms的延时，对可控避雷器控制开关合闸状态进行判断，如果控制开关合闸成功，则断路器进行合闸。如果控制开关合闸没有成功，结束此次试验。断路器进行合闸需要经过85ms，如果断路器合闸失败，结束此次试验。确认断路器合闸成功后，变压器将35kV低电压升高至1050kV特高压，并可输入至可控避雷器，该过程设置为第二时间序列40ms。经过第二时间序列40ms后，时序控制单元向控制开关发送分闸指令，经过60ms后，控制开关完成分闸。确认控制开关分闸成功后，测量可控避雷器电压、电流和温度数据。如果控制开关分闸不成功，手动强制分闸，测量可控避雷器电压、电流和温度数据。数据记录完成后，向断路器分闸指令，断路器分闸。至此，试验结束。
图4为根据本发明实施方式的基于时序在特高压环境对可控避雷器进行冲击试验的系统400结构图。如图4所示，本发明实施方式包括试验单元，包括试验线段，所述试验线段用于连接待测的可控避雷器。可控避雷器407安装于试验线段，和断路器401联动，用于断路器401合闸时，限制变压器402产生的操作冲击过电压波，降低该操作过电压。优选地，本发明的实施方式采用回路设计方法，包括一次回路设计和二次回路设计。
优选地，基于时序在特高压环境对可控避雷器进行冲击试验的系统一次回路包括断路器401，变压器402，主变避雷器403，电容电压互感器404，隔离开关405，试验线段406，可控避雷器407。其中可控避雷器407包括固定元件4071，受控元件4072，控制开关4073。其中，变压器402为变压器变比为
将35kV低电压升高至1050kV特高压。断路器401位于35kV电压侧，用于控制变压器402的接入或断开。电容电压互感器404用于测量特高压侧的相电压。主变避雷器403用于降低主电侧的过电压。隔离开关405用于试验线段侧的设备检修。可控避雷器407为本次试验的试品。试验线段406模拟实际线路，一条单回特高压线路段，两条同塔双回特高压线路段。
优选地，基于时序在特高压环境对可控避雷器进行冲击试验的系统电压发生单元中断路器401包括时间继电器。因此，在本发明实施方式中，优选地由断路器401作为时序控制单元，时序控制单元包括时间继电器，用于控制时序，使得在断路器合闸前，所述控制开关控制所述受控元件短路；所述主变避雷器用于降低施加在主变压器上的过电压，保护所述变压器安全。优选地，通过时间继电器设置第一时间序列为110ms，时序控制单元向控制开关发送合闸指令，可控避雷器控制开关即开始合闸，控制开关的正常合闸时间一般小于第一时间序列110ms。同时，在断路器回路，在时序控制单元向控制开关发送合闸指令后经过第一时间序列110ms的延时，对可控避雷器控制开关合闸状态进行判断，如果控制开关合闸成功，则断路器进行合闸。如果控制开关合闸没有成功，结束此次试验。断路器进行合闸需要经过85ms，如果断路器合闸失败，结束此次试验。确认断路器合闸成功后，变压器将35kV低电压升高至1050kV特高压，并可输入至可控避雷器，该过程设置为第二时间序列40ms。经过第二时间序列40ms后，时序控制单元向控制开关发送分闸指令，经过60ms后，控制开关完成分闸。确认控制开关分闸成功后，测量可控避雷器电压、电流和温度数据。如果控制开关分闸不成功，手动强制分闸，测量可控避雷器电压、电流和温度数据。数据记录完成后，向断路器分闸指令，断路器分闸。至此，试验结束。
优选地，基于时序在特高压环境对可控避雷器进行冲击试验的系统还包括测量单元，测量单元用于对可控避雷器的电压、电流以及温度进行测量。电压信号通过主变末屏适配器和电容电压互感器404获取。电流信号通过在可控避雷器接地引下线上安装罗氏线圈和分流器获得。温度信号通过在避雷器芯体上安装温度传感器获得。
优选地，基于时序在特高压环境对可控避雷器进行冲击试验的系统还包括第一结果分析单元，第一结果分析单元对测量结果的处理，系统还包括通过测量的电压、电流信号，获得可控避雷器测量伏安特性曲线，通过可控避雷器电阻推导伏安特性曲线，通过比较测量伏安特性曲线与推导伏安特性曲线，判断测量伏安特性曲线与推导伏安特性曲线一致性。
优选地，基于时序在特高压环境对可控避雷器进行冲击试验的系统还包括第二结果分析单元，第二结果分析单元用于：
通过建立可控避雷器三维模型，输入初始温度作为边界条件；并对吸收一定热量后的可控避雷器三维模型温度进行推导，获取推导温度；
将测量的温度与推导的温度进行比较，获取可控避雷器温升特性。
图5为根据本发明实施方式的一种基于时序在特高压环境对可控避雷器进行冲击试验的方法流程图。如图5所示，方法500从步骤501起步：利用控制时序，使得在断路器合闸前，通过控制开关控制受控单元短路；
步骤502：控制所述断路器产生合空变操作冲击过电压波；
步骤503：输出操作冲击过电压波至试验线段；
步骤504：通过可控避雷器对试验线段操作冲击过电压波进行限制，以降低试验线段的操作过电压。
优选地，方法500还还用于降低施加在主变压器上的过电压，保护所述变压器安全。
优选地，方法500还包括：设置时间继电器第一时间序列为110ms。向控制开关发送合闸指令，经过时间序列110ms延时后，判断控制开关是否合闸成功，若是，断路器进行合闸。断路器合闸成功后，经过第二时间序列40ms后，控制单元向控制开关发送分闸指令，受控元件接入。
优选地，变压器用于将35kV低电压升高至1050kV特高压。
优选地，方法500还用于对可控避雷器的电压、电流以及温度进行测量。
优选地，方法500还包括通过测量的电压、电流信号，获得可控避雷器测量伏安特性曲线。通过可控避雷器电阻推导伏安特性曲线。通过比较测量伏安特性曲线与推导伏安特性曲线，判断测量伏安特性曲线与推导伏安特性曲线一致性。
优选地，方法500还包括：通过建立可控避雷器三维模型，输入量初始温度作为边界条件；并对吸收一定热量后的可控避雷器三维模型温度进行推导，获取推导温度。将测量的温度与推导的温度进行比较，获取可控避雷器温升特性。
根据本发明实施方式的一种基于时序在特高压环境对可控避雷器进行冲击试验的方法500与根据本发明实施方式的基于时序在特高压环境对可控避雷器进行冲击试验的系统400相对应，在此不再进行赘述。
通过本发明提出的技术方案，将可控避雷器的可控单元和线路断路器进行联动，用于降低断路器合闸过程中产生的操作过电压幅值，并对可控避雷器限制操作过电压的效果进行测试。通过本发明的技术方案，可以测试可控避雷器对合空变操作过电压的限制效果，以及可以获取可控避雷器的伏安特性在可控单元投入前后的测量值与推导值的一致性，并且也可以获得可控避雷器的温升特性。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
Claims (12)
1.一种基于时序在特高压环境对可控避雷器进行冲击试验的系统，其特征在于，所述系统包括：
电压发生单元，所述电压发生单元包括：变压器、断路器，所述断路器控制电路连通，电路连通后产生操作冲击过电压波；
试验单元，包括试验线段，所述试验线段用于连接待测的可控避雷器；所述可控避雷器包括控制开关、受控元件以及固定元件，所述控制开关用于控制所述受控元件的接入或断开；所述电压发生单元输出操作冲击过电压波至所述试验线段；所述可控避雷器用于降低所述试验线段的操作冲击过电压；
时序控制单元，包括时间继电器，用于控制时序，使得在断路器合闸前，所述控制开关控制所述受控元件短路，仅固定元件投入运行，以降低所述试验线段的操作过电压；所述控制开关断开时所述受控元件投入运行，和固定元件一起承受系统正常运行电压，以保障避雷器的设备安全性。
2.根据权利要求1所述的系统，所述可控避雷器安装在特高压试验线段上，用于深度降低线路侧设备上的操作过电压，以及特高压试验线段上的沿线操作过电压，保障线路侧设备和线路沿线设施的安全。
3.根据权利要求1所述的系统，
通过所述时间继电器设置第一时间序列、第二时间序列；
所述第一时间序列不小于所述控制开关合闸的时间，且不晚于所述断路器的合闸时刻；
所述第二时间序列时间不小于所述电压发生单元产生操作冲击过电压波的总持续时间；
所述时序控制单元用于向所述控制开关发送合闸指令，经过第一时间序列延时后，判断所述控制开关是否合闸成功，若是，所述断路器进行合闸，所述可控避雷器对合空变操作过电压进行抑制；
所述断路器合闸成功后，经过第二时间序列延时后，所述时序控制单元向所述控制开关发送分闸指令，所述控制开关分闸，所述受控元件投入运行，和固定元件一起承受系统正常运行电压，以保障避雷器的设备安全性。
4.根据权利要求3所述的系统，所述第一时间序列为110ms；和/或所述第二时间序列为40ms。
5.根据权利要求1所述的系统，所述变压器用于将35kV低电压升高至1100kV特高压。
6.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括测量单元，所述测量单元用于对所述可控避雷器的电压、电流以及温度进行测量。
7.一种根据权利要求1所述系统进行冲击试验的方法，其特征在于，所述方法包括：
利用控制时序，使得在断路器合闸前，通过控制开关控制受控单元短路；
控制所述断路器产生合空变操作冲击过电压波；
输出操作冲击过电压波至试验线段；
仅固定元件投入运行，以降低所述试验线段的合空变操作过电压。
8.根据权利要求7所述的方法，还用于降低施加在主变压器上的过电压，和主变回路的避雷器共同作用，保护所述变压器安全。
9.根据权利要求7所述的方法，所述方法还包括：
设置时间继电器第一时间序列、第二时间序列；
所述第一时间序列不低于所述控制开关合闸的时间；
所述第一时间序列不小于所述控制开关合闸的时间，且不晚于所述断路器的合闸时刻；
所述第二时间序列时间不小于所述电压发生单元产生操作冲击过电压波的总持续时间；
所述时序控制单元用于向所述控制开关发送合闸指令，经过第一时间序列延时后，判断所述控制开关是否合闸成功，若是，所述断路器进行合闸，所述可控避雷器对合空变操作过电压进行抑制；
所述断路器合闸成功后，经过第二时间序列延时后，所述时序控制单元向所述控制开关发送分闸指令，所述控制开关分闸，所述受控元件投入运行，和固定元件一起承受系统正常运行电压，以保障避雷器的设备安全性。
10.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括，设置所述第一时间序列为110ms；和/或设置所述第二时间序列为40ms。
11.根据权利要求7所述的方法，所述方法还包括，通过测量的电压、电流信号，获得所述可控避雷器测量伏安特性曲线；
通过所述可控避雷器本体中电阻片的伏安特性曲线，以及电阻片的串、并联结构，推导出可控避雷器的伏安特性曲线；
通过比较所述测量伏安特性曲线与所述推导伏安特性曲线，判断所述测量伏安特性曲线与所述推导伏安特性曲线的一致性，获得可控避雷器的可控比，以及测量可控比和预设可控比之间的偏差。
12.根据权利要求7所述的方法，所述方法还包括，通过建立所述可控避雷器三维模型，输入初始温度作为边界条件；并对吸收一定热量后的所述可控避雷器三维模型温度进行推导，获取推导温度；
将测量的温度与所述推导的温度进行比较，获取所述可控避雷器温升特性。
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