CN109932623A - 基于相位匹配组合和移相变压器的gis同频同相交流试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于相位匹配组合和移相变压器的GIS同频同相交流试验方法，包括S1：采集母线电压互感器上的三相电压信号作为备选电压信号，采集待试验侧母线电压作为参考电压信号；S2：将母线三相电压与另一跳母线试验电压经过阻抗匹配、滤波、信放；S3：将母线三相电压与试验电压输入相位选择和自动匹配装置，通过RC网络实现相位调整；S4：采集实际试验电压与母线三相电压进行校对；S5：利用鉴相环和控制器形成的闭环反馈控制器组成一个反馈回路，实现对母线三相电压相位及幅值进行不断比较和修正，实现输出电压与参考电压之间的同频同相锁定状态。

Description

基于相位匹配组合和移相变压器的GIS同频同相交流试验 方法

技术领域

本发明属于GIS同频同相交流耐压技术领域，涉及一种基于相位匹配组合和移相变压器的GIS同频同相交流试验方法。

背景技术

高压电器配电装置(GIS)由于具有占地省、节约资源、可靠性高等优点，在电力系统中的运用越来越广泛，已在众多城市电网建设中大量应用，而同频同相交流耐压试验可大面积减少停电范围，降低转供负荷，提高供电可靠性，近些年,在GIS改扩建工程中发挥了很大作用。

随着早期投运的GIS设备运行年限的增长，大量GIS设备进入维修周期。在大量GIS设备扩建、大修工作中，国内的变电站检修对GIS的耐压试验基本上都是在母线停电状态下进行工作。在这种情况下会因为停电而造成转供电难的困难，工作人员的工作量加大，工作成本的增加，所承受的电网风险较高，而且还会对试验设备造成不必要的冲击危害。同频同相交流耐压试验可大面积减少停电范围，降低转供电负荷，提高供电可靠性。因此，改变目前GIS耐压试验中全面停电的状态，有效探索GIS设备同频同相交流耐压试验技术具有非常重要的意义。

目前，GIS同频同相交流耐压技术主要是将锁相环技术(如图1)与目前大量应用的串联谐振技术有机结合起来，通过采集临近母线电压互感器上的电压信号作为参考信号，经过阻抗匹配、滤波、信号放大后，对比实际输出的电压信号的相位差，改变变频电源输出电压的频率与相位角，从而实现输出电压与输入电压之间的同频锁定状态，利用相位检测，可将真实相位反馈给系统作为补偿。带电侧电压互感器取样的系统信号，经固定相移电路后，实时同步产生频率及驱动信号，由该驱动信号直接驱动逆变电路从而实现输出电压与参考电压之间的同频同相锁定状态。

同频同相输出试验电压目前主要采用调感式串联谐振耐压试验装置，如图2所示，同频同相电源给出的电源电压U，经过调节电抗器电感量，实现串联谐振，从而可以去匹配不同的电压等级和不同容量的GIS设备。

这些方法共同的特点是结合了大量的相关电力电子技术以及一些硬件驱动或者相移控制技术，采用了大量的电力电子器件，例如PWM控制、SPWM控制、整流，控制系统繁琐复杂，而且，在试验过程中还需要提供额外的同频同相电源，与此要保证额外的同频同相电源与运行母线电压的参数要尽量接近，所以增加了许多许多反馈系统和保护模块，成本也大大增加。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于相位匹配组合和移相变压器的GIS同频同相交流试验方法，简化试验的流程、节省装置的数量、减小成本的投入、提高试验的准确性，采用“就地取材”，不必增加额外的试验电压源，直接取母线电压作为备选电压，即试验端口两端均采用同一母线的电压，保证与试验电压完全同频，基本保证与试验电压相位接近。

试验过程中采集母线端电压作为备选信号，选择试验电压作为参考电压，先通过相位匹配组合的方式，找出最接近参考电压的相位组合，再通过移相变化器进行移相处理即可得到与参考电压完全同频同相的试验电压，并加入了一个闭环反馈，对此试验电压进行移相后的电压进行对比，从而保证了与参考电压完全同频同相，缩短了处理流程，减小了成本的投入。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于相位匹配组合和移相变压器的GIS同频同相交流试验方法，包括以下步骤：

S1：采集母线电压互感器上的三相电压信号作为备选电压信号，采集待试验侧母线电压作为参考电压信号；

S2：将母线三相电压U₁与GIS装置另一跳母线试验电压U₂同时经过阻抗匹配、滤波和信号放大；

S3：将母线三相电压U₁与试验电压U₂输入相位选择和自动匹配装置，实现对母线三相电压U₁相位的选择和匹配，获取与试验电压U₂最为接近的相位，再通过一个简单的RC网络实现相位进一步的精细调整；

S4：将采集实际试验电压U₂与母线三相电压U₁进行校对；

S5：通过鉴相环、控制器组成一个反馈回路，对母线三相电压U₁进行不断比较和修正，实现输出电压与参考电压之间的同频同相锁定状态。

进一步，步骤S3中，通过所述相位选择和匹配装置获取母线三相电压U₁与试验电压U₂最接近的相位，包括以下步骤：

S31：选取母线上的A相电压、B相电压和C相电压作为输入电压；

S32：将输入电压与GIS装置另一跳母线试验电压U₂(参考电压)相位w作对比；

S33：获得与试验电压U₂最为接近的相位角组合方式，如A-B,B-A,A-C,C-A等，即最优组合方式；

S34：相位选择和比较装置将开关切换到最优组合方式；

S35：将最优组合方式组合出的电压输送到移相变压器进行相位的微调以及幅值的变换处理。

S36：通过一个简单的RC网络实现相位的进一步的精细调整。

S37：加入反馈回路，实现对相位及幅值差的不断比较和校正。

进一步，控制母线三相电压U₁与试验电压U₂的相位差在5⁰以内，断口两端电压差的相位差值在2.5⁰以内，幅值大小约为原来母线电压0.087倍，即能够保证试验的同频同相的安全性。

本发明的有益效果在于：整个方案提出了一种同频同相试验技术，可以解决试验电压与运行段系统电压要求严格同频同相的难题，试验时，在GIS母线断路器和隔离刀闸断口上，在保证基本同相时，最严格情况下只承受试验电压与系统运行电压之差的耐受电压，此电压非常低，断口不会击穿，因此可实现在不停运行母线的前提下采用与运行母线相位相同、频率相同的试验电压进行GIS设备交流耐压试验。

①这种新型的试验方案结构简单，在同频同相试验时，不需要借助昂贵的电源设备、谐振设备以及非常复杂的多控制、多反馈的系统；

②降低试验成本，可以实现大规模的应用。由于重在优化了试验方式方法，采用的装置和器件也相对廉价，所以可以实现大规模的应用；

③由于参考电压取自母线电压，提高了测量准确度，从源头保证了频率的相同，仅对相位进行优化控制和校对即可完成试验，而且完全不会依赖于试验对象设备的容量、电压等级等条件；

④方案核心是一种相位匹配和组合的方法和装置，先找出相位最接近的组合方式，再通过移相变压器进行移相处理，处理速度较快。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为锁相环基本结构；

图2为同频同相交流耐压试验设备原理框图；

图3(a)为同频不同相示意图；

图3(b)为不同频不同相示意图；

图3(c)为不同频压差示意图；

图3(d)为同频压差示意图；

图4为相位选择和匹配装置原理图；

图5为同频同相交流试验原理图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明提供一种基于相位匹配组合和移相变压器的GIS同频同相交流试验方法。

进行GIS设备的交流耐压时，被试间隔与母线相连的隔离开关端口两侧的电压在不考虑击穿的情况下，此时假设试验电压角频率为ω₁、初始相位母线电压的角频率为ω₂、初始相位幅值分别为U₁和U₂，则断口电压差为：

以下图3(a)和图3(b)分别是同频不同相和不同频不同相波形示意图。试验电压进行耐压时，最大电压差为U₁与U₂之和，如图3(c)中所示，该条件下对于开关断口处绝缘是一个极大的考验；若此时进入同频同相状态，即ω₁＝ω₂，初始相位相同此时压差最大值为U₁与U₂之差，如图3(d)所示，可以发现此时开关断口处压差有很大改善。

针对此问题，本方案提出的原理详细解释如下：

本方案提出的GIS同频同相交流试验方案是基于相位匹配组合和移相变压器实现。通过采集母线电压互感器上的三相电压信号作为参考信号，这保证了采集到的母线电压与试验电压处于完全同频状态，即ω₁＝ω₂，只需考虑幅值与相位问题。所以此时电压差ΔU为：

由式中可以看出，当相位差时，

ΔU＝(U₁-U₂)sin(ωt)

设备两端电压差仅为幅值差，当相位差时，

断口两端电压差与幅值和相位均有关系。

当U₁＝U₂＝U,

ΔU＝0.17U sin(ωt-5⁰)

当U₁＝U₂＝U,

ΔU＝0.087Usin(ωt-2.5⁰)

从公式可以看出，控制相位差在5⁰以内，断口两端电压差的相位差值在2.5⁰以内，幅值大小约为原来母线电压0.087倍，即可保证了试验的同频同相的安全性。

所以方案中将母线三相电压同时与试验电压U₂一起经过阻抗匹配、滤波、信号放大后，输入相位选择和自动匹配装置，实现对相位的选择和匹配，目的是获取到与试验电压最为接近的相位。相位选择和匹配装置原理示意图如图4所示。

通过选取A相电压(相位a)、B相电压(相位b)、C相电压(相位c)作为参考电压，并与GIS装置另一跳母线试验电压U₂相位w作对比，依靠相位比较和匹配算法可以迅速的获得与U₂电压最为接近的相位角组合方式，如a-b，a-c,c-a,a，b，c等相位组合方式，即可快速得到U₁相位最为接近的对应电压组合方式，A相，B相，C相，AB相，BC相等，装置进行选择并自动将开关切换到最优组合方式，从而将组合后的方式输送到移相变压器进行相位的初步调整以及幅值的变换处理，进一步再通过RC网络实现对相位的精细调整(误差范围5⁰以内)。

整个试验系统原理结构如图5所示，之后采集实际试验电压U₂与组合出来的电压进行校对，依靠鉴相器、控制器组成一个反馈回路、对电压进行不断比较和修正，从而实现输出电压与参考电压之间的同频同相锁定状态以及试验的安全性。

综上，整个方案提出了一种同频同相试验技术，可以解决试验电压与运行段系统电压要求严格同频同相的难题，试验时，在GIS母线断路器和隔离刀闸断口上，在保证基本同相时，最严格情况下只承受试验电压U₂与系统运行电压之差的耐受电压，此电压非常低，断口不会击穿，因此可实现在不停运行母线的前提下采用与运行母线相位相同、频率相同的试验电压U₂进行GIS设备交流耐压试验。鉴于目前国内进行高压试验的现况来说，GIS同频同相交流耐压试验技术的研制成功后，必将有很广阔的应用前景，由此带来的经济效益非常可观。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种基于相位匹配组合和移相变压器的GIS同频同相交流试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：采集母线电压互感器上的三相电压信号作为备选电压信号，采集待试验侧母线电压作为参考电压信号；

S2：将母线三相电压U₁与GIS装置另一跳母线试验电压U₂同时经过阻抗匹配、滤波和信号放大；

S3：将母线三相电压U₁与试验电压U₂输入相位选择和自动匹配装置，实现对母线三相电压U₁相位的选择和匹配，获取与试验电压U₂最为接近的相位，再通过一个简单的RC网络实现相位进一步的精细调整；

S4：采集实际试验电压U₂与母线三相电压U₁进行校对；

S5：利用鉴相环和控制器形成的闭环反馈控制器组成一个反馈回路，对母线三相电压U₁进行不断比较和修正，实现输出电压与参考电压之间的同频同相锁定状态。

2.根据权利要求1所述的基于相位匹配组合和移相变压器的GIS同频同相交流试验方法，其特征在于：步骤S3中，通过所述相位选择和匹配装置获取母线三相电压U₁与试验电压U₂最接近的相位，包括以下步骤：

S31：选取母线上的A相电压、B相电压和C相电压作为输入电压(备选电压)；

S32：将输入电压与GIS装置另一跳母线试验电压U₂(参考电压)相位w作对比；

S33：获得与试验电压U₂最为接近的相位角组合方式，如A-B,B-A,A-C,C-A等，即相位最优组合方式；

S34：相位选择和比较装置将开关切换到最优组合方式；

S35：将最优组合方式组合出的电压输送到移相变压器进行相位的微调以及幅值的变换处理。

S36：通过一个简单的RC网络实现相位的进一步的精细调整。

S37：加入反馈回路，实现对相位及幅值差的不断比较和校正。

3.根据权利要求1所述的基于相位匹配组合和移相变压器的GIS同频同相交流试验方法，其特征在于：控制母线三相电压U₁与试验电压U_2的相位差在5⁰以内，断口两端电压差的相位差值在2.5⁰以内，幅值大小约为原来母线电压0.087倍，即能够保证试验的同频同相的安全性。