CN107017065A - 高压水电阻 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压水电阻，包括由绝缘材料制成的工作水箱，工作水箱内同心设置有相电位极板和零电位极板，所述相电位极板和零电位极板之间设置有阻值调节机构，阻值调节机构上设有连通相电位极板和零电位极板的通水窗口，阻值调节机构通过调节通水窗口的大小实现调节两极板之间被水连通的截面积，两极板间被水连通的截面积变化使得极板之间的电阻发生变化。阻值调节机构的惯性小、控制灵敏度高，有效解决了机组负载功率波动大的问题，试验精度高，安全性能好，可适用于高压环境，可应用于直流电试验、交流电试验以及三相交流电试验，方便快捷，试验成本低廉，结构合理，操作便捷，通用性好。

Description

高压水电阻

技术领域

本发明属于高压发电机组及高压电源性能测试领域，涉及一种用于发电机组负荷试验的高压水电阻。

背景技术

目前，针对发电机组负荷试验所采用的负载装置，通常有两种类型：干电阻和水电阻。干电阻主要由接触器和电阻丝制成，通过接触器的闭合来改变电阻丝的并联数量，从而获得指定的电阻值；水电阻主要由金属极板和水制成，通过调节金属极板与水之间的距离或接触面积，从而获得指定的电阻值。

干电阻的优点是功率波动小、控制精度高，缺点是：造价昂贵，是水电阻的三倍以上；通过接触器来调节功率，每个接触器串联的电阻丝的阻值是一定的，因此功率调节是阶梯式的，只能调节出设计好的若干个功率值，针对某个功率的发电机组设计的干电阻很难应用到其他功率的发电机组上，兼容性能差；散热风机数量较多，噪音污染严重；电阻丝数量庞大，综合故障率高，维护成本高；针对交流发电机组设计的干电阻无法应用到直流发电机组上。

水电阻的优点是：造价低廉；功率可以连续调节，适用于大多数发电机组；噪音污染极低；结构简单，维修方便。目前，水电阻的功率调节方式主要分五种，第一种是维持水位为定值，通过电机和传动机构驱动极板上下移动，调节极板插入水中的高度（如专利CN200920039077.4所公开的技术方案）；第二种是极板固定不动、维持水位为定值，调节极板之间的绝缘板插入水中的高度（如专利CN99224190.1所公开的技术方案）；第三种是极板固定不动、维持水位为定值，调节盐水的浓度（如专利CN201220554188.0所公开的技术方案）；第四种是极板固定不动，通过调节水位高低来调节水与极板的接触面积(如专利CN200720022665.8所公开的技术方案)。第一、第二种调节方式的缺点是升降绝缘板或极板所需的电机力矩较大，系统的惯性也很大，调节灵敏度很差；第三、第四种调节方式的缺点也是调节灵敏度很差。

此外，为了解决水的散热问题，现有水电阻均采用循环冷却的散热方式，通过冷却塔、大型换热器、大面积水池等配套设施对热水进行冷却。这种散热方式的缺点是：冷却水掺混的过程中，水温波动较大，导致运行过程中功率波动较大；冷却塔、大型换热器、大面积水池等配套设施占地面积大、建设成本高；最严重的是，循环冷却水回路与相极板直接连通，如果应用到6kV、10kV等级的高电压试验，循环水回路内的散热设备和管路都处于高电势，存在极大的安全隐患。

因此，在实施本专利之前，现有水电阻的功率调节方式存在调节灵敏度差、负载功率波动大，以及冷却系统设备占地大、成本高、安全性能低的技术问题。因此，亟需设计一种安全可靠的高压水电阻装置，以解决上述技术问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种结构简单、成本低廉、调节灵敏、安全性高的高压水电阻。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种高压水电阻，包括由绝缘材料制成的工作水箱，工作水箱内同心设置有相电位极板和零电位极板，所述相电位极板和零电位极板之间设置有阻值调节机构，阻值调节机构上设有连通相电位极板和零电位极板的通水窗口，阻值调节机构通过调节通水窗口的大小实现调节两极板之间被水连通的截面积，两极板间被水连通的截面积变化使得极板之间的电阻发生变化。

作为本案的优化方案，所述阻值调节机构由两个相互独立的绝缘隔板组成，绝缘隔板上均设有大小和位置相同的通水窗口，两绝缘隔板在传动机构的作用下发生相对位移；移动中，两绝缘隔板上相对应的通水窗口错动并发生遮挡，使得相电位极板和零电位极板之间被水连通的截面积发生变化。

作为本案的优化方案，所述绝缘隔板包括同心嵌套的固定绝缘隔板和可动绝缘隔板，固定绝缘隔板固定在工作水箱上，可动绝缘隔板与绝缘转动轴固定连接，工作水箱底部设有驱动绝缘转动轴的伺服电机和齿轮传动机构，由绝缘转动轴带动可动绝缘隔板相对固定绝缘隔板发生位移。

作为本案的优化方案，所述相电位极板和零电位极板完全浸没于水中。

作为本案的优化方案，所述相电位极板和零电位极板为上端敞口的空心柱形结构，同心设置且相电位极板布设于内环，零电位极板布设于相电位极板的外围。

作为本案的优化方案，所述高压水电阻采用沸腾蒸发的散热方式，工作水箱内的水温控制在98～100℃。

作为本案的优化方案，工作水箱内沸腾蒸发的水分通过补水箱补给；补水箱的水位高于工作水箱的水位，补水箱连通工作水箱的出水管上设有供水阀门，补水箱底部的补水管道上设有将水泵入补水箱的补水泵。

作为本案的优化方案，进行单相交流电试验时，所述相电位极板与交流电源的火线连接，零电位极板与交流电源的零线连接。

作为本案的优化方案，进行三相交流电试验时，工作水箱内分别设置有三组由相电位极板、零电位极板和阻值调节机构组成的水电阻，三个相电位极板分别与交流电源的三相连接，三个零电位极板短接。

作为本案的优化方案，进行直流电试验时，所述相电位极板与直流电源的正极连接，零电位极板与直流电源的负极连接。

本发明的有益效果是：

1、通过阻值调节机构实现阻值连续可调节，阻值调节机构的惯性很小、控制灵敏度更高，有效解决了现有水电阻功率调节方式惯性大、调节灵敏度差的技术问题；

2、采用沸腾蒸发的散热方式，由于水的电阻率基本恒定，有效解决了机组负载功率波动大的问题，功率波动更小、试验精度更高；安全性能更高，可适用于1kV电压等级以上的高压试验；无需冷却塔、大型散热器、大面积水池、循环冷却水回路等配套设施，1MWh发热量的试验成本仅为1.6吨自来水，大大提升了发电机组负荷试验的经济效益，降低了试验成本；

3、将极板完全浸没于水中，一方面有效消除了液面波动对功率造成的影响，进一步降低了功率波动；另一方面有效消除了极板间击穿或极板对地击穿的安全隐患，可适用于高压环境。

4、可应用于直流电试验、交流电试验以及三相交流电试验，方便快捷；结构合理，操作便捷，通用性好。

附图说明

图1为本发明高压水电阻的结构示意图；

图2为本发明高压水电阻的俯视图；

图3为本发明高压水电阻的局部剖视图；

图4为本发明高压水电阻中阻值调节机构的结构示意图；

图5为本发明高压水电阻中单相交流或直流电试验试验的接线示意图；

图6为本发明高压水电阻中三相交流电试验的接线示意图；

图7为本发明高压水电阻中水电阻值与水温的关系曲线图；

图中：1、工作水箱；2、零电位极板；3、阻值调节机构；4、可动绝缘隔板；5、固定绝缘隔板；6、相电位极板；7、工作水箱内壁；8、绝缘转动轴；9、通水窗口；10、短接装置；11、伺服电机；12、齿轮传动机构；13、补水箱；14、供水阀门；15、补水泵；16、补水管道；17、火线电缆；18、零线电缆；19、A相电缆；20、B相电缆；21、C相电缆；22-顶部固定板。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明及其效果作进一步阐述。

如图1-3所示，一种高压水电阻，包括工作水箱1、相电位极板（正极板）6、零电位极板（负极板）2和阻值调节机构3。相电位极板6和零电位极板2为上端敞口的空心柱形结构，两极板之间设置阻值调节机构3，相电位极板6、零电位极板2和阻值调节机构3同心设置在工作水箱1内；阻值调节机构3上设有连通相电位极板6和零电位极板2的通水窗口，阻值调节机构3可通过相对位移来调节通水窗口的大小，进而实现调节两极板之间被水连通的截面积，两极板间被水连通的截面积变化使得极板之间的电阻发生变化；由于通水窗口的大小可实现连续调节，从而实现了水电阻功率连续可调节。

如图4所示，阻值调节机构3可由两个相互独立的绝缘隔板组成，绝缘隔板上均设有大小和位置相同的通水窗口9，两绝缘隔板在传动机构的作用下发生相对位移；移动中，两绝缘隔板上相对应的通水窗口9错动并发生遮挡，即实际中用于通水的窗口大小发生了变化，使得相电位极板6和零电位极板2之间被水连通的截面积发生变化。具体地，绝缘隔板包括同心嵌套的固定绝缘隔板5和可动绝缘隔板4，工作水箱1的外形为五边形，中心向上开有空心圆柱形的工作水箱内壁7，可动绝缘隔板4顶部与顶部固定板22固定连接，绝缘转动轴8穿过工作水箱内壁7与顶部固定板22固定连接，即可动绝缘隔板4与绝缘转动轴8通过顶部固定板22实现固定连接。工作水箱1底部设有驱动绝缘转动轴8的伺服电机11和齿轮传动机构12，由绝缘转动轴8带动可动绝缘隔板4相对固定绝缘隔板5发生位移。

进一步地，本发明中高压水电阻采用沸腾蒸发的散热方式，工作水箱1内的水温控制在98～100℃，沸腾蒸发的水分则通过补水箱13补给；补水箱13的水位高于工作水箱1的水位，补水箱13连通工作水箱1的出水管上设有供水阀门14，补水箱13底部的补水管道16上设有将水泵入补水箱13的补水泵15。

进一步地，相电位极板6和零电位极板2完全浸没于水中，且相电位极板6布设于内环，零电位极板2布设于相电位极板6的外围。

现有水电阻产生功率波动的主要原因有两个：一是水温不恒定，二是极板与水的接触面积有变化。水电阻的主要工作介质是自来水或含盐水，其阻值随着水温的变化而变化，二者的关系曲线如图7所示。当水温在20~70℃时，水的电阻率变化较大；当水温接近100℃时，水的电阻率基本恒定不变。在采用循环水冷却的水电阻装置中，工作水温约为60~70℃，循环水量大，工作水温波动大，水的电阻率变化快，导致机组负载功率波动大。本发明采用的是沸腾蒸发的散热方式，水温始终保持在100℃左右，水的电阻率基本恒定，因此试验功率比较平稳。

现有水电阻多采用冷却塔、大型散热器、大面积水池等配套设施进行散热冷却，循环水回路与相极板直接连通，如果应用在6kV、10kV等级的高电压试验，循环水回路内的散热设备和管路都处于高电势，存在极大的安全隐患。本发明采用的是沸腾蒸发的散热方式，工作水箱与外界是隔离的；同时，因沸腾蒸发而减少的水分通过独立的补水箱进行补充，在补水过程中，工作水箱的水不与外界的补给水直接连通，因此完全消除了该安全隐患。除此之外，本发明的相电位极板6布置于内侧、零电位极板2布置于外侧，使得工作水箱1边缘的电势较低，进一步提高了水电阻的安全性。

当极板的一部分浸入水中、另一部分暴露于空气中时，必须采取循环冷却方式，不能让水发生沸腾，否则液面将剧烈变化，引起功率波动。即使采取了循环冷却方式，由于冷却水流入工作水箱的过程是一个掺混的过程，液面仍然难以保持恒定，所以功率波动仍然较大。本发明将相电位极板6和零电位极板2全部浸没在水中，消除了液面波动对功率造成的影响，从而进一步降低了功率波动。虽然沸腾形成的气泡也会对极板间的电阻造成影响，但当极板面积比较大时，该影响在统计上趋于稳定，极板面积越大，沸腾造成的功率波动越小。因此，当极板全部浸没于沸腾的水中时，试验功率比部分浸入水中的情况稳定得多。

此外，当现有水电阻的极板部分浸入水中、部分暴露于空气中时，工作过程中极板会被大量的水蒸气笼罩着，在高压环境（如10kV高压电源试验）时，很容易造成极板间击穿或极板对地击穿，存在极大的安全隐患。本发明将极板完全浸没在水中，完全消除了该安全隐患，可适用于高压环境。

利用本高压水电阻进行发电机组负荷试验，在进行单相交流电试验或直流电试验时，相电位极板6与交流电源或直流电源的火线电缆17连接，零电位极板2与交流电源或直流电源的零线电缆18连接。在进行三相交流电试验时，工作水箱1内分别设置有三组由相电位极板6、零电位极板2和阻值调节机构3组成的水电阻，三个相电位极板6分别与交流电源的A相电缆19、B相电缆20、C相电缆21连接，三个零电位极板2通过短接装置10短接在一起（如图6所示）。

工作水箱1、固定绝缘隔板5、可动绝缘隔板4和传动轴8均由绝缘材料制成，相电位极板6、零电位极板2和齿轮传动机构12均由金属材料制成，供水阀门14和 补水泵15的通流部分衬有塑料。相电位极板6、零电位极板2和阻值调节机构3都安装在绝缘材料制成的工作水箱1中，工作水箱1中的水位高于极板，极板完全浸没于水中并固定不动；在由伺服电机11和齿轮传动机构12驱动可动绝缘隔板4相对固定绝缘隔板5产生位移，两个绝缘隔板上的通水窗口9相互错动遮挡，使得极板之间被水连通的截面积发生变化，因而极板之间的电阻值也发生变化，实现阻值连续可调的目的。由于采用沸腾蒸发的散热方式，当工作水箱1中的水位蒸发下降到一定程度时，停止补水泵15、打开供水阀门14，由于补水箱13的水位高于工作水箱1的水位，补水箱13中的水在重力的作用下流入工作水箱1中；当补水箱13中的水位下降到一定程度时，关闭供水阀门14、运行补水泵15，通过补水泵15将水泵入补水箱13。

以上实施例仅是示例性的，并不会局限本发明，应当指出对于本领域的技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，所做出的其它等同变型和改进，均应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高压水电阻，包括由绝缘材料制成的工作水箱，工作水箱内同心设置有相电位极板和零电位极板，其特征在于：所述相电位极板（6）和零电位极板（2）之间设置有阻值调节机构（3），阻值调节机构（3）上设有连通相电位极板（6）和零电位极板（2）的通水窗口，阻值调节机构（3）通过调节通水窗口的大小实现调节两极板之间被水连通的截面积，两极板间被水连通的截面积变化使得极板之间的电阻发生变化。

2.根据权利要求1所述的高压水电阻，其特征在于：所述阻值调节机构（3）由两个相互独立的绝缘隔板组成，绝缘隔板上均设有大小和位置相同的通水窗口（9），两绝缘隔板在传动机构的作用下发生相对位移；移动中，两绝缘隔板上相对应的通水窗口（9）错动并发生遮挡，使得相电位极板（6）和零电位极板（2）之间被水连通的截面积发生变化。

3.根据权利要求2所述的高压水电阻，其特征在于：所述绝缘隔板包括同心嵌套的固定绝缘隔板（5）和可动绝缘隔板（4），固定绝缘隔板（5）固定在工作水箱上，可动绝缘隔板（4）与绝缘转动轴（8）固定连接，工作水箱（1）底部设有驱动绝缘转动轴（8）的伺服电机（11）和齿轮传动机构（12），由绝缘转动轴（8）带动可动绝缘隔板（4）相对固定绝缘隔板（5）发生位移。

4.根据权利要求1-3任一所述的高压水电阻，其特征在于：所述相电位极板（6）和零电位极板（2）完全浸没于水中。

5.根据权利要求1-3任一所述的高压水电阻，其特征在于：所述相电位极板（6）和零电位极板（2）为上端敞口的空心柱形结构，同心设置且相电位极板（6）布设于内环，零电位极板（2）布设于相电位极板（6）的外围。

6.根据权利要求1-3任一所述的高压水电阻，其特征在于：所述高压水电阻采用沸腾蒸发的散热方式，工作水箱（1）内的水温控制在98～100℃。

7.根据权利要求6所述的高压水电阻，其特征在于：工作水箱（1）内沸腾蒸发的水分通过补水箱（13）补给；补水箱（13）的水位高于工作水箱（1）的水位，补水箱（13）连通工作水箱（1）的出水管上设有供水阀门（14），补水箱（13）底部的补水管道16上设有将水泵入补水箱（13）的补水泵（15）。

8.根据权利要求1-3任一所述的高压水电阻，其特征在于：进行单相交流电试验时，所述相电位极板（6）与交流电源的火线连接，零电位极板（2）与交流电源的零线连接。

9.根据权利要求1-3任一所述的高压水电阻，其特征在于：进行三相交流电试验时，工作水箱（1）内分别设置有三组由相电位极板（6）、零电位极板（2）和阻值调节机构（3）组成的水电阻，三个相电位极板（6）分别与交流电源的三相连接，三个零电位极板（2）短接。

10.根据权利要求1-3任一所述的高压水电阻，其特征在于：进行直流电试验时，所述相电位极板（6）与直流电源的正极连接，零电位极板（2）与直流电源的负极连接。