CN109884439A - 一种电力系统的黑启动试验系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种电力系统的黑启动试验系统，包括黑启动机组、机端断路器、主变压器、联网断路器、主变压器高压侧三相电流互感器、黑启动线路、黑启动线路末端电压互感器、黑启动线路末端录波器和机端断路器合闸控制模块；通过符合实际的待试验黑启动机组、主变压器和线路为依据，结合各电气元件电气参数，开展线路末端操作和工频过电压试验，通过试验结论判断试验是否发生过电压倍数超过标准规定；并通过零起升压方式试验防止过电压倍数超过标准规定，防止损坏电气一次及二次设备，可应用于燃机和水电站。
Description
技术领域
本发明属于电力系统黑启动技术领域，具体涉及一种电力系统的黑启动试验系统及方法。
背景技术
电力系统黑启动是在人为、自然灾害或设备故障导致电网大面积停电的情况下，且无外界电源的帮助，通过本系统内具有自启动能力的机组启动，进一步带动无自启动能力的机组启动，逐步扩大系统恢复范围，尽量在最短的时间内恢复整个电网运行和为用户供电，最大程度降低停电损失的过程。燃机、水电厂黑启动是指在厂用电消失的情况下，利用燃机、水轮发电机组的自身特点，利用事故备用电源，如柴油发电机完成机组启动、建压、恢复厂用电并对外配合调度恢复电网送电的过程。
由于黑启动能够快速的对瓦解的电网进行恢复，能够最大程度的降低电网瓦解带来的损失，对于电网应对严重事故意义重大，电网对此非常重视。因此，目前电网、电厂对于黑启动试验均给与高度重视，很多具备条件的机组相继开展黑启动试验。
进行黑启动发变组带线路试验前首先需要对启动范围内电气参数进行零起升压试验，确保黑启动在安全可控情况下进行。黑启动发变组空冲线路产生的过电压主要分为工频过电压和操作过电压，工频过电压具有稳态性质，在《交直流装置过电压保护和绝缘配合》(DL/T 620-1997)中规定工频过电压不超过最高运行电压的1.4倍。黑启动过程中操作过电压是断路器合闸瞬间产生的，过渡时间大约为0.1s左右，操作过电压严重时能够击穿设备导致启动失败。操作过电压必须满足电力行业标准，通常小于2倍系统最高运行电压。结合国家及行业技术规范，为保证黑启动试验顺利进行，有必要开展黑启动零起升压试验。目前常见的黑启动试验大都停留在理论仿真计算阶段，尚未见到结合现场实际情况的黑启动试验及相关文献。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种电力系统的黑启动试验系统及方法，结构合理，设计巧妙，操作简单，测试高效，结果准确，能够指导实际操作方案的编写。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种电力系统的黑启动试验系统，包括黑启动机组、机端断路器、主变压器、联网断路器、主变压器高压侧三相电流互感器、黑启动线路、黑启动线路末端电压互感器、黑启动线路末端录波器和机端断路器合闸控制模块；
所述黑启动机组经机端断路器与主变压器低压侧相连，所述主变压器高压侧经联网断路器与主变压器高压侧三相电流互感器输入端相连，所述主变压器高压侧三相电流互感器输出端经黑启动线路与黑启动线路末端电压互感器输入端相连，所述黑启动线路末端电压互感器三相输出端分别经线路末端A相电压倍数转换互感器、线路末端B相电压倍数转换互感器和线路末端C相电压倍数转换互感器与所述黑启动线路末端录波器三相输入端相连，所述机端断路器合闸控制模块与机端断路器控制端相连；
所述黑启动机组为待试验黑启动发电机；所述机端断路器用于将所述黑启动机组投入主变压器和黑启动线路；所述主变压器、联网断路器和黑启动线路分别为待黑启动试验主变压器、联网断路器和线路；所述主变压器高压侧三相电流互感器用于测量主变压器高压侧三相电流；所述黑启动线路末端电压互感器、黑启动线路末端录波器分别用于测量黑启动线路末端电压和显示黑启动线路末端过电压波形；所述机端断路器合闸控制模块用于控制机端断路器合闸时间。
优选的，所述机端断路器合闸控制模块设置为0.15s，即0.15s闭合机端断路器，对所述黑启动线路进行充电；所述线路末端A相电压倍数转换互感器、线路末端B相电压倍数转换互感器和线路末端C相电压倍数转换互感器根据线路末端二额定相电压57.74V有效值的峰值电压计算，所述线路末端A相电压倍数转换互感器、线路末端B相电压倍数转换互感器和线路末端C相电压倍数转换互感器变比均为1/(57.74*1.414)，通过所述黑启动线路末端录波器显示黑启动线路末端A相、B相、C相末端操作及工频过电压倍数，并选取0.15s-0.2s之间A相、B相、C相最大值为所述黑启动线路末端操作过电压倍数，选取0.2s-0.5s之间A相、B相、C相稳态最大值为黑启动线路末端工频过电压倍数。
优选的，还包括黑启动机组机端测量模块，其中，所述黑启动机组机端测量模块包括机端电流互感器、机端电压互感器、机端电压录波器、机端电流录波器、机端电压交流转直流模块、机端电流交流转直流模块、机端电压滤波电容、机端电压测量表、机端电流测量表、机端阻抗测量模块和机端阻抗波形显示器；所述机端电流互感器串联连接在所述机端断路器的输出a相和主变压器的低压侧输入A相之间，所述机端电流互感器输出端分别与所述机端电流录波器和机端电流交流转直流模块输入端相连，所述机端电流交流转直流模块输出端分别与所述机端阻抗测量模块输入端和机端电流测量表输入端相连，所述机端电压互感器输入端与所述机端断路器的输出a相相连，所述机端电压互感器输出端分别与所述机端电压录波器输入端和机端电压交流转直流模块输入端相连，所述机端电压交流转直流模块输出端经机端电压滤波电容与所述机端电压测量表输入端相连，所述机端电压交流转直流模块输出端与所述机端阻抗测量模块输入端相连，所述机端阻抗测量模块输出端与所述机端阻抗显示器输入端相连，所述机端阻抗测量模块利用嵌入式智能处理器采集和分析计算机端阻抗，并由机端阻抗显示器显示所测量阻抗。
进一步，所述黑启动机组电压为10.5kV，有功功率为60MW，无功功率为37.2MVar，中性点接地电阻为4009Ω；所述机端电压交流转直流模块由单相整流桥构成，所述机端电流交流转直流模块包括依次相接的电流电压转换电阻、单相整流桥和滤波电容器。
优选的，还包括主变压器单相测量模块，其中，所述主变压器单相测量模块包括主变压器高压侧电压互感器、主变压器高压侧电压录波器、主变压器高压侧电压交流转直流模块、主变压器高压侧电压滤波电容、主变高压侧电压测量表、主变压器高压侧单相电流互感器、主变高压侧单相电流录波器、主变压器高压侧电流交流转直流模块、主变高压侧电流测量表和主变高压侧三相电流录波器；所述主变压器高压侧单相电流互感器串联连接在所述联网断路器的输出a相和主变压器高压侧三相电流互感器输入A相之间，所述主变压器高压侧三相电流互感器三相电流二次输出端与所述主变高压侧三相电流录波器输入端相连，所述主变压器高压侧单相电流互感器输出端分别与所述主变高压侧单相电流录波器输入端和所述主变压器高压侧电流交流转直流模块输入端相连，所述主变压器高压侧电流交流转直流模块输出端与所述主变高压侧电流测量表相连，所述主变压器高压侧电压互感器输入端与所述主变压器的高压侧输出a相相连，所述主变压器高压侧电压互感器输出端与分别与所述主变压器高压侧电压交流转直流模块输入端和主变压器高压侧电压录波器输入端相连，所述主变压器高压侧电压交流转直流模块输出端经主变压器高压侧电压滤波电容与所述主变高压侧电压测量表相连。
进一步，所述主变压器联结组别为YD11，容量为750MVA，低压侧绕组电压为10.5kV，高压侧绕组电压为220kV，所述主变压器高压侧电压交流转直流模块由单相整流桥构成，所述主变压器高压侧电流交流转直流模块包括依次相接的电流电压转换电阻、单相整流桥和滤波电容器。
优选的，还包括所述黑启动线路阻抗测量模块，其中，所述黑启动线路阻抗测量模块包括输电线路参数测试仪和标准电阻模块，所述输电线路参数测试仪和标准电阻模块并联连接后两端分别连接至所述联网断路器输入A相和所述黑启动线路末端输出a相。
进一步，所述黑启动线路长度为33km，单位长度电阻为0.08Ω/km，单位长度电抗为0.001274H/km，单位长度容抗为7.8*10-9F/km。
优选的，还包括线路末端电压交流转直流模块、线路末端电压滤波电容和线路末端电压测量表；其中，所述线路末端电压交流转直流模块输入端与所述黑启动线路末端电压互感器输出a相相连，所述线路末端电压交流转直流模块输出段经线路末端电压滤波电容与所述线路末端电压测量表输入端相连。
一种电力系统的黑启动试验方法，根据黑启动试验路径利用如上任意一项所述的系统，以实际的待试验黑启动机组、主变压器和线路的参数为依据，结合各电气元件电气参数，对线路末端操作和工频过电压通过零起升压方式进行试验，根据试验结论判断试验是否发生过电压倍数超过标准规定；如果未超过，直接进行黑启动试验，如果超过，黑启动试验时，改变系统运行参数，直至零起升压试验结果符合要求；试验时首先投入标准电阻模块校核输电线路参数测试仪，确定输电线路参数测试仪测量无误后，退出标准电阻模块，由输电线路参数测试仪单独测量黑启动线路阻抗。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明根据黑启动试验路径以符合实际的待试验黑启动机组、主变压器和线路为依据，结合实际各电气元件电气参数，开展线路末端操作和工频过电压试验，通过试验结论判断试验是否发生过电压倍数超过标准规定；并通过零起升压方式试验防止过电压倍数超过标准规定，防止损坏电气一次及二次设备，可应用于燃机和水电站。通过机端断路器将黑启动试验机组投入黑启动试验路径，利用机端断路器合闸控制模块灵活控制机端断路器合闸时间，在电压及电流波形图上，通过机端断路器合闸时间便于判断黑启动试验过程的暂态电压电流参数。可任意查看黑启动试验机组机端、主变压侧高压侧、黑启动线路末端单相、三相电压和电流，方便现场工作人员分析判断各模块波形及数据是否符合实际试验情况。方便现场工作、试验人员使用，实用性强。
本发明机端电压录波器、机端电压测量表、主变压器高压侧电压录波器、主变高压侧电压测量表、输电线路参数测试仪、线路末端电压测量表、机端电流录波器、主变高压侧单相电流录波器、主变高压侧电流测量表和主变高压侧三相电流录波器均采用成熟、稳定的测量仪表，保证的黑启动试验各部分电气参数测量的准确性，为试验人员提供与一次设备数据吻合的试验数据，指导现场试验人员安全进行黑启动试验。
本发明所述的方法，能够通过标准电阻模块输电线路参数测试仪测量黑启动线路阻抗，试验时首先投入标准电阻模块校核输电线路参数测试仪，确定输电线路参数测试仪测量无误后，退出标准电阻模块，由输电线路参数测试仪单独测量黑启动线路阻抗，判断线路谐振频率，防止黑启动试验产生谐振现象。
附图说明
图1为本发明系统模型图；
图2为机端电压交流转直流模块原理图；
图3为电压滤波电容原理图；
图4为机端电流交流转直流模块原理图；
图5为机端阻抗测量模块原理图；
图6为本发明黑启动线路末端电压试验波形图。
图中：黑启动机组1；机端断路器2；机端电流互感器3；主变压器4；联网断路器5；主变压器高压侧单相电流互感器6；主变压器高压侧三相电流互感器7；黑启动线路8；黑启动线路末端电压互感器9；线路末端A相电压倍数转换互感器10；线路末端B相电压倍数转换互感器11；线路末端C相电压倍数转换互感器12；黑启动线路末端录波器13；机端断路器合闸控制模块14；机端电压互感器15；机端电压录波器16；机端电压交流转直流模块17；机端电压滤波电容18；机端电压测量表19；主变压器高压侧电压互感器20；主变压器高压侧电压交流转直流模块21；主变压器高压侧电压录波器22；主变压器高压侧电压滤波电容23；主变高压侧电压测量表24；标准电阻模块25；输电线路参数测试仪26；线路末端电压交流转直流模块27；线路末端电压滤波电容28；线路末端电压测量表29；机端电流录波器30；机端电流交流转直流模块31；机端电流测量表32；机端阻抗测量模块33；机端阻抗波形显示器34；主变高压侧单相电流录波器35；主变压器高压侧电流交流转直流模块36；主变高压侧电流测量表37；主变高压侧三相电流录波器38。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种电力系统的黑启动试验系统，根据实际试验情况对黑启动进行零起升压试验，通过验结果判断试验线路末端电压是否超过规定过电压倍数，指导黑启动试验方案的编制，确保黑启动试验现场试验顺利进行，断结果是否符合安全规定，保证黑启动试验在安全的情况下按照试验方案进行。
如图1所示，一种电力系统的黑启动试验系统，包括黑启动机组1、机端断路器2、主变压器4、联网断路器5、主变压器高压侧三相电流互感器7、黑启动线路8、黑启动线路末端电压互感器9、黑启动线路末端录波器13和机端断路器合闸控制模块14；
所述黑启动机组1经机端断路器2与主变压器4低压侧相连，所述主变压器4高压侧经联网断路器5与主变压器高压侧三相电流互感器7输入端相连，所述主变压器高压侧三相电流互感器7输出端经黑启动线路8与黑启动线路末端电压互感器9输入端相连，所述黑启动线路末端电压互感器9三相输出端分别经线路末端A相电压倍数转换互感器10、线路末端B相电压倍数转换互感器11和线路末端C相电压倍数转换互感器12与所述黑启动线路末端录波器13三相输入端相连，所述机端断路器合闸控制模块14与机端断路器2控制端相连；
所述黑启动机组1为待试验黑启动发电机；所述机端断路器2用于将所述黑启动机组1投入主变压器4和黑启动线路；所述主变压器4、联网断路器5和黑启动线路8分别为待黑启动试验主变压器、联网断路器和线路；所述主变压器高压侧三相电流互感器7用于测量主变压器4高压侧三相电流；所述黑启动线路末端电压互感器9、黑启动线路末端录波器13分别用于测量黑启动线路8末端电压和显示黑启动线路8末端过电压波形；所述机端断路器合闸控制模块14用于控制机端断路器2合闸时间。
本实施例中，所述机端断路器合闸控制模块14设置为0.15s，即0.15s闭合机端断路器2，对所述黑启动线路8进行充电；所述线路末端A相电压倍数转换互感器10、线路末端B相电压倍数转换互感器11和线路末端C相电压倍数转换互感器12根据线路末端二额定相电压57.74V有效值的峰值电压计算，所述线路末端A相电压倍数转换互感器10、线路末端B相电压倍数转换互感器11和线路末端C相电压倍数转换互感器12变比均为1/(57.74*1.414)，通过所述黑启动线路末端录波器13显示黑启动线路8末端A相、B相、C相末端操作及工频过电压倍数，并选取0.15s-0.2s之间A相、B相、C相最大值为所述黑启动线路8末端操作过电压倍数，选取0.2s-0.5s之间A相、B相、C相稳态最大值为黑启动线路8末端工频过电压倍数。
本实施例中，还包括黑启动机组1机端测量模块，其中，所述黑启动机组1机端测量模块包括机端电流互感器3、机端电压互感器15、机端电压录波器16、机端电流录波器30、机端电压交流转直流模块17、机端电流交流转直流模块31、机端电压滤波电容18、机端电压测量表19、机端电流测量表32、机端阻抗测量模块33和机端阻抗波形显示器34；所述机端电流互感器3串联连接在所述机端断路器2的输出a相和主变压器4的低压侧输入A相之间，所述机端电流互感器3输出端分别与所述机端电流录波器30和机端电流交流转直流模块31输入端相连，所述机端电流交流转直流模块31输出端分别与所述机端阻抗测量模块33输入端和机端电流测量表32输入端相连，所述机端电压互感器15输入端与所述机端断路器2的输出a相相连，所述机端电压互感器15输出端分别与所述机端电压录波器16输入端和机端电压交流转直流模块17输入端相连，所述机端电压交流转直流模块17输出端经机端电压滤波电容18与所述机端电压测量表19输入端相连，所述机端电压交流转直流模块17输出端与所述机端阻抗测量模块33输入端相连，所述机端阻抗测量模块33输出端与所述机端阻抗显示器34输入端相连，所述机端阻抗测量模块33利用嵌入式智能处理器采集、分析计算机端阻抗，并由机端阻抗显示器34显示所测量阻抗。
本实施例中，其特征在于，所述黑启动机组1电压为10.5kV，有功功率为60MW，无功功率为37.2MVar，中性点接地电阻为4009Ω；所述机端电压交流转直流模块17由单相整流桥构成，所述机端电流交流转直流模块31包括依次相接的电流电压转换电阻、单相整流桥和滤波电容器。
本实施例中，还包括主变压器4单相测量模块，其中，所述主变压器4单相测量模块包括主变压器高压侧电压互感器20、主变压器高压侧电压录波器22、主变压器高压侧电压交流转直流模块21、主变压器高压侧电压滤波电容23、主变高压侧电压测量表24、主变压器高压侧单相电流互感器6、主变高压侧单相电流录波器35、主变压器高压侧电流交流转直流模块36、主变高压侧电流测量表37和主变高压侧三相电流录波器38；所述主变压器高压侧单相电流互感器6串联连接在所述联网断路器5的输出a相和主变压器高压侧三相电流互感器7输入A相之间，所述主变压器高压侧三相电流互感器7三相电流二次输出端与所述主变高压侧三相电流录波器38输入端相连，所述主变压器高压侧单相电流互感器6输出端分别与所述主变高压侧单相电流录波器35输入端和所述主变压器高压侧电流交流转直流模块36输入端相连，所述主变压器高压侧电流交流转直流模块36输出端与所述主变高压侧电流测量表37相连，所述主变压器高压侧电压互感器20输入端与所述主变压器4的高压侧输出a相相连，所述主变压器高压侧电压互感器20输出端与分别与所述主变压器高压侧电压交流转直流模块21输入端和主变压器高压侧电压录波器22输入端相连，所述主变压器高压侧电压交流转直流模块21输出端经主变压器高压侧电压滤波电容23与所述主变高压侧电压测量表24相连。
本实施例中，所述主变压器4联结组别为YD11，容量为750MVA，低压侧绕组电压为10.5kV，高压侧绕组电压为220kV，所述主变压器高压侧电压交流转直流模块21由单相整流桥构成，所述主变压器高压侧电流交流转直流模块36包括依次相接的电流电压转换电阻、单相整流桥和滤波电容器。其架构分别于机端电压交流转直流模块和机端电流交流转直流模块结构相同。
本实施例中，还包括所述黑启动线路8阻抗测量模块，其中，所述黑启动线路8阻抗测量模块包括输电线路参数测试仪26和标准电阻模块25，所述输电线路参数测试仪26和标准电阻模块25并联连接后两端分别连接至所述联网断路器5输入A相和所述黑启动线路8末端输出a相；通过标准电阻模块输电线路参数测试仪测量黑启动线路阻抗，试验时首先投入标准电阻模块校核输电线路参数测试仪，确定输电线路参数测试仪测量无误后，退出标准电阻模块，由输电线路参数测试仪单独测量黑启动线路阻抗，判断线路谐振频率，防止黑启动试验产生谐振现象。
本实施例中，所述黑启动线路8长度为33km，单位长度电阻为0.08Ω/km，单位长度电抗为0.001274H/km，单位长度容抗为7.8*10-9F/km。
本实施例中，还包括线路末端电压交流转直流模块27、线路末端电压滤波电容28和线路末端电压测量表29；其中，所述线路末端电压交流转直流模块27输入端与所述黑启动线路末端电压互感器9输出a相相连，所述线路末端电压交流转直流模块27输出段经线路末端电压滤波电容28与所述线路末端电压测量表29输入端相连。
本实施例中，所述机端电流互感器3变比为5000:5，所述机端电压互感器15变为为10kV：100V，所述主变压器高压侧单相电流互感器6和主变压器高压侧三相电流互感器7变比均为600:5，所述主变压器高压侧电压互感器20和黑启动线路末端电压互感器9变比均为220kV/100V。
如图2所示，所述机端电压交流转直流模块17、主变压器高压侧电压交流转直流模块21和线路末端电压交流转直流模块27用于将交流电压信号转换为直流电压信号，所述机端电压交流转直流模块17、主变压器高压侧电压交流转直流模块21和线路末端电压交流转直流模块27均包括输入端口I1、整流器D1、输出端口O1，所述整流桥D1的L端与所述输入端口I1第2引脚相连，所述整流桥D1的N端与所述输入端口I1第1引脚相连，所述整流桥D1的+端与所述输出端口O1的第1引脚相连，所述整流桥D1的-端与所述输出端口O1的第2引脚相连。
如图3所示，所述机端电压滤波电容18、主变压器高压侧电压滤波电容23、线路末端电压滤波电容28用于将整流后的直流电压转换为平滑的直流电压，所述机端电压滤波电容18、主变压器高压侧电压滤波电容23、线路末端电压滤波电容28均包括输入端口I2、输出端口O2、电容C5、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11；所述电容C5、电容C9串联后一端与所述输入端口I2第2引脚相连，另一端与所述入端口I2第1引脚相连；所述电容C7、电容C10串联后一端与所述输入端口I2第2引脚相连，另一端与所述入端口I2第1引脚相连；所述电容C8、电容C11串联后一端与所述输入端口I2第2引脚相连，另一端与所述入端口I2第1引脚相连；所述输出端口O2第1引脚与所述输入端口I2第2引脚相连，所述输出端口O2第2引脚与所述输入端口I2第1引脚相连，所述电容C5和电容C9、电容C7和电容C10、电容C8和电容C11的公共点均连接在一起。
如图4所示，所述机端电流交流转直流模块31、主变压器高压侧电流交流转直流模块36用于将交流信号转换为直流电压信号，所述机端电流交流转直流模块31、主变压器高压侧电流交流转直流模块36均包括输入端口I3、电阻R1、整流桥D2、电容C12、电容C13和输出端口O4；所述电阻R1的两端并联连接在所述输入端口I3的第2引脚和第1引脚，所述整流桥D2的L端与所述输入端口I3的第2引脚相连，所述整流桥D2的L端与所述输入端口I3的第1引脚相连，所述整流桥D2的+端和所述输出端口O4的第1引脚相连，所述整流桥D2的-端和所述输出端口O4的第2引脚相连，所述电容C12和电容C13并联后一端所述输出端口O4第1引脚相连，另一端与所述输出端口O4第2引脚相连。
如图5所示，所述机端阻抗测量模块33用于测量机端阻抗，包括输入端口J1、输入端口PT1、输入端口CT1、电容C1、电容C2、稳压芯片IC1、电容C3、电容C4、电容C6、智能嵌入式处理器U1和显示输出端口O3；所述输入端口J1第2引脚与所述稳压芯片IC1的第3引脚相连，所述输入端口J1第1引脚与所述稳压芯片IC1的第1引脚相连，所述电容C1和电容C2并联后一端与所述输入端口J1第2引脚相连，另一端与所述输入端口J1第1引脚相连，所述稳压芯片IC1第2引脚和第4引脚相连后与所述智能嵌入式处理器U1第6引脚相连，所述电容C3和电容C4并联后一端与所述稳压芯片IC1的第4引脚相连，另一端与所述输入端口J1第1引脚相连，所述J1第1引脚与地相连；所述输入端口PT1的第2引脚与所述智能嵌入式处理器U1的第1引脚相连，所述输入端口PT1的第2引脚与地相连，所述输入端口CT1的第2引脚与所述智能嵌入式处理器U1的第2引脚相连，所述输入端口CT1的第2引脚与地相连，所述智能嵌入式处理器U1第8引脚与地相连，所述电容C6一端与所述智能嵌入式处理器U1第6引脚，另一端与所述智能嵌入式处理器U1第8引脚，所述显示输出端口O3第1引脚与所述智能嵌入式处理器U1第10引脚相连，所述显示输出端口O3第2引脚与所述智能嵌入式处理器U1第9引脚相连。
本实施例中，所述机端阻抗波形显示器34采用集成显示器，通过串行通信方式与所述智能嵌入式处理器U1进行通信，所述智能嵌入式处理器U1采用STC15W404微型处理器，无需外围电路，即可进行机端电压和电流数据采集、分析、计算，所述稳压芯片IC1采用ASM1117-3.3V稳压芯片，将输入电源转换为3.3V直流电压信号为所述智能嵌入式处理器U1供电。
本实施例中，所述黑启动线路末端录波器13、机端电压录波器16、主变压器高压侧电压录波器22、机端电流录波器30、主变高压侧单相电流录波器35、主变高压侧三相电流录波器38均采用TK2018便携式电量、波形记录分析仪，采集、显示交流电流和电压信号，TK2018便携式电量、波形记录分析仪采集精度≤0.2％，相位角测量小于0.1°，能够满足黑启动系统功能需求，便于携带，方便现场使用。
本实施例中，所述机端电压测量表19、主变高压侧电压测量表24、线路末端电压测量表29、机端电流测量表32、主变高压侧电流测量表37均采用高性能、多功能、真有效值FLUKE289万用表，采集精度小于0.4％，能够为工作人员提供准确的测量数据。
如图6所示，0.15s闭合全电压冲击断路器2，全电压冲击黑启动试验路径，根据黑启动线路末端示波器13，黑启动线路末端C相操作过电压倍数最大接近1.87，低于电力行业标准规定220kV线路操作过电压3倍标准；黑启动线路末端工频过电压最大倍数接近1.32，满足线路末端工频过电压1.4倍要求。
一种电力系统的黑启动试验方法，以实际的待试验黑启动机组、主变压器和线路的参数为依据，结合各电气元件电气参数，对线路末端操作和工频过电压通过零起升压方式进行试验，根据试验结论判断试验是否发生过电压倍数超过标准规定；如果未超过，直接进行黑启动试验，如果超过，黑启动试验时，改变系统运行参数，直至零起升压试验结果符合要求。
本发明可根据零起升压试验结果指导黑启动试验方案的编制，确保黑启动试验顺利、安全进行。
以上所述，仅是本发明专利的较佳实施例，并非对本发明专利作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种电力系统的黑启动试验系统，其特征在于，包括黑启动机组(1)、机端断路器(2)、主变压器(4)、联网断路器(5)、主变压器高压侧三相电流互感器(7)、黑启动线路(8)、黑启动线路末端电压互感器(9)、黑启动线路末端录波器(13)和机端断路器合闸控制模块(14)；
所述黑启动机组(1)经机端断路器(2)与主变压器(4)低压侧相连，所述主变压器(4)高压侧经联网断路器(5)与主变压器高压侧三相电流互感器(7)输入端相连，所述主变压器高压侧三相电流互感器(7)输出端经黑启动线路(8)与黑启动线路末端电压互感器(9)输入端相连，所述黑启动线路末端电压互感器(9)三相输出端分别经线路末端A相电压倍数转换互感器(10)、线路末端B相电压倍数转换互感器(11)和线路末端C相电压倍数转换互感器(12)与所述黑启动线路末端录波器(13)三相输入端相连，所述机端断路器合闸控制模块(14)与机端断路器(2)控制端相连；
所述黑启动机组(1)为待试验黑启动发电机；所述机端断路器(2)用于将所述黑启动机组(1)投入主变压器(4)和黑启动线路；所述主变压器(4)、联网断路器(5)和黑启动线路(8)分别为待黑启动试验主变压器、联网断路器和线路；所述主变压器高压侧三相电流互感器(7)用于测量主变压器(4)高压侧三相电流；所述黑启动线路末端电压互感器(9)、黑启动线路末端录波器(13)分别用于测量黑启动线路(8)末端电压和显示黑启动线路(8)末端过电压波形；所述机端断路器合闸控制模块(14)用于控制机端断路器(2)合闸时间。
2.根据权利要求1所述的一种电力系统的黑启动试验系统，其特征在于，所述机端断路器合闸控制模块(14)设置为0.15s，即0.15s闭合机端断路器(2)，对所述黑启动线路(8)进行充电；所述线路末端A相电压倍数转换互感器(10)、线路末端B相电压倍数转换互感器(11)和线路末端C相电压倍数转换互感器(12)根据线路末端二额定相电压57.74V有效值的峰值电压计算，所述线路末端A相电压倍数转换互感器(10)、线路末端B相电压倍数转换互感器(11)和线路末端C相电压倍数转换互感器(12)变比均为1/(57.74*1.414)，通过所述黑启动线路末端录波器(13)显示黑启动线路(8)末端A相、B相、C相末端操作及工频过电压倍数，并选取0.15s-0.2s之间A相、B相、C相最大值为所述黑启动线路(8)末端操作过电压倍数，选取0.2s-0.5s之间A相、B相、C相稳态最大值为黑启动线路(8)末端工频过电压倍数。
3.根据权利要求1所述的一种电力系统的黑启动试验系统，其特征在于，还包括黑启动机组(1)机端测量模块，其中，所述黑启动机组(1)机端测量模块包括机端电流互感器(3)、机端电压互感器(15)、机端电压录波器(16)、机端电流录波器(30)、机端电压交流转直流模块(17)、机端电流交流转直流模块(31)、机端电压滤波电容(18)、机端电压测量表(19)、机端电流测量表(32)、机端阻抗测量模块(33)和机端阻抗波形显示器(34)；所述机端电流互感器(3)串联连接在所述机端断路器(2)的输出a相和主变压器(4)的低压侧输入A相之间，所述机端电流互感器(3)输出端分别与所述机端电流录波器(30)和机端电流交流转直流模块(31)输入端相连，所述机端电流交流转直流模块(31)输出端分别与所述机端阻抗测量模块(33)输入端和机端电流测量表(32)输入端相连，所述机端电压互感器(15)输入端与所述机端断路器(2)的输出a相相连，所述机端电压互感器(15)输出端分别与所述机端电压录波器(16)输入端和机端电压交流转直流模块(17)输入端相连，所述机端电压交流转直流模块(17)输出端经机端电压滤波电容(18)与所述机端电压测量表(19)输入端相连，所述机端电压交流转直流模块(17)输出端与所述机端阻抗测量模块(33)输入端相连，所述机端阻抗测量模块(33)输出端与所述机端阻抗显示器(34)输入端相连，所述机端阻抗测量模块(33)利用嵌入式智能处理器采集和分析计算机端阻抗，并由机端阻抗显示器(34)显示所测量阻抗。
4.根据权利要求3所述的一种电力系统的黑启动试验系统，其特征在于，所述黑启动机组(1)电压为10.5kV，有功功率为60MW，无功功率为37.2MVar，中性点接地电阻为4009Ω；所述机端电压交流转直流模块(17)由单相整流桥构成，所述机端电流交流转直流模块(31)包括依次相接的电流电压转换电阻、单相整流桥和滤波电容器。
5.根据权利要求1所述的一种电力系统的黑启动试验系统，其特征在于，还包括主变压器(4)单相测量模块，其中，所述主变压器(4)单相测量模块包括主变压器高压侧电压互感器(20)、主变压器高压侧电压录波器(22)、主变压器高压侧电压交流转直流模块(21)、主变压器高压侧电压滤波电容(23)、主变高压侧电压测量表(24)、主变压器高压侧单相电流互感器(6)、主变高压侧单相电流录波器(35)、主变压器高压侧电流交流转直流模块(36)、主变高压侧电流测量表(37)和主变高压侧三相电流录波器(38)；所述主变压器高压侧单相电流互感器(6)串联连接在所述联网断路器(5)的输出a相和主变压器高压侧三相电流互感器(7)输入A相之间，所述主变压器高压侧三相电流互感器(7)三相电流二次输出端与所述主变高压侧三相电流录波器(38)输入端相连，所述主变压器高压侧单相电流互感器(6)输出端分别与所述主变高压侧单相电流录波器(35)输入端和所述主变压器高压侧电流交流转直流模块(36)输入端相连，所述主变压器高压侧电流交流转直流模块(36)输出端与所述主变高压侧电流测量表(37)相连，所述主变压器高压侧电压互感器(20)输入端与所述主变压器(4)的高压侧输出a相相连，所述主变压器高压侧电压互感器(20)输出端与分别与所述主变压器高压侧电压交流转直流模块(21)输入端和主变压器高压侧电压录波器(22)输入端相连，所述主变压器高压侧电压交流转直流模块(21)输出端经主变压器高压侧电压滤波电容(23)与所述主变高压侧电压测量表(24)相连。
6.根据权利要求5所述的一种电力系统的黑启动试验系统，其特征在于，所述主变压器(4)联结组别为YD11，容量为750MVA，低压侧绕组电压为10.5kV，高压侧绕组电压为220kV，所述主变压器高压侧电压交流转直流模块(21)由单相整流桥构成，所述主变压器高压侧电流交流转直流模块(36)包括依次相接的电流电压转换电阻、单相整流桥和滤波电容器。
7.根据权利要求1所述的一种电力系统的黑启动试验系统，其特征在于，还包括所述黑启动线路(8)阻抗测量模块，其中，所述黑启动线路(8)阻抗测量模块包括输电线路参数测试仪(26)和标准电阻模块(25)，所述输电线路参数测试仪(26)和标准电阻模块(25)并联连接后两端分别连接至所述联网断路器(5)输入A相和所述黑启动线路(8)末端输出a相。
8.根据权利要求7所述的一种电力系统的黑启动试验系统，其特征在于，所述黑启动线路(8)长度为33km，单位长度电阻为0.08Ω/km，单位长度电抗为0.001274H/km，单位长度容抗为7.8*10-9F/km。
9.根据权利要求1所述的一种电力系统的黑启动试验系统，其特征在于，还包括线路末端电压交流转直流模块(27)、线路末端电压滤波电容(28)和线路末端电压测量表(29)；其中，所述线路末端电压交流转直流模块(27)输入端与所述黑启动线路末端电压互感器(9)输出a相相连，所述线路末端电压交流转直流模块(27)输出段经线路末端电压滤波电容(28)与所述线路末端电压测量表(29)输入端相连。
10.一种电力系统的黑启动试验方法，其特征在于，
根据黑启动试验路径利用如权利要求1-9任意一项所述的系统，以实际的待试验黑启动机组、主变压器和线路的参数为依据，结合各电气元件电气参数，对线路末端操作和工频过电压通过零起升压方式进行试验，根据试验结论判断试验是否发生过电压倍数超过标准规定；如果未超过，直接进行黑启动试验，如果超过，黑启动试验时，改变系统运行参数，直至零起升压试验结果符合要求；试验时首先投入标准电阻模块校核输电线路参数测试仪，确定输电线路参数测试仪测量无误后，退出标准电阻模块，由输电线路参数测试仪单独测量黑启动线路阻抗。
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