CN110716112B - 一种高压级联svg绝缘框架绝缘检测方法 - Google Patents

一种高压级联svg绝缘框架绝缘检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高压级联SVG绝缘框架绝缘检测方法，包括以下步骤：步骤一，在高压级联SVG的输出电压中注入三次谐波电压；步骤二，在高压级联SVG与三相电网的连接处设置电流检测装置；步骤三，通过所述电流检测装置检测高压级联SVG输入侧总的三次谐波泄漏电流值；步骤四，若所述三次谐波电流值大于预设值，则发出告警信号。本发明通过在高压级联SVG的输出电压中注入三次谐波电压，并在高压级联SVG的输入侧检测三次谐波泄漏电流，通过比较三次谐波泄漏电流与预设电流的大小，预估绝缘框架的绝缘性能，可在SVG装置绝缘下降出现故障前，提醒运维人员对SVG装置进行维护，从而防止SVG发生故障，提高SVG运行的可靠性。

Description

一种高压级联SVG绝缘框架绝缘检测方法
技术领域
本发明属于高压电力设备检测技术领域，具体是一种高压级联SVG绝缘框架绝缘检测方法。
背景技术
随着高压级联SVG在电力、冶金、轨道交通等关系重大场合的广泛应用，对高压级联SVG的稳定性提出了更高的要求。高压级联SVG的应用场合也较为复杂，如高温、高湿、高盐雾、多灰尘等应用场合。高压级联SVG由多个功率单元构成，功率单元安装在绝缘支架上。绝缘材料的绝缘电阻，一般随湿度增大而下降，吸湿后介电常数和电导率普遍增大，介质损耗增大，抗电强度降低，其电气性能在变潮后显著恶化。
为了节省土建费用，很多新能源场站的升压场站在设计时，高压级联SVG不再建设房间，采用户外集装箱式结构，当其处于高湿环境下，其绝缘框架的绝缘电阻大幅度下降，造成高压级联SVG故障发生，造成不良影响。为解决这些问题，现有的SVG装置采用全封闭空调制冷或全封闭水冷散热方式，以减小环境因素的影响，防止SVG故障或损坏。然而这种安装方式投入较大，且运维成本较高，并不能广泛投入使用；目前大多数SVG装置仍处于高湿、多灰尘的环境下，当绝缘下降时，尚无有效的机制来提醒运行人员进行提前处理。因此，亟需一种高压级联SVG绝缘框架绝缘检测方法，在SVG装置绝缘下降出现故障前，提醒运维人员对SVG装置进行维护。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种高压级联SVG绝缘框架绝缘检测方法，对处于高湿、多灰尘环境下的高压级联SVG的绝缘性能进行检测，并在SVG装置绝缘下降出现故障前，提醒运维人员对SVG装置进行维护，从而防止SVG发生故障，提高SVG运行的可靠性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种高压级联SVG绝缘框架绝缘检测方法，包括以下步骤：
S1，通过脉宽调制器在高压级联SVG的输出电压中注入三次谐波电压；
S2，在高压级联SVG与三相电网的连接处设置电流检测装置；
S3，通过所述电流检测装置检测高压级联SVG输入侧总的三次谐波泄漏电流值；
S4，若所述三次谐波电流值大于预设值，则发出告警信号。
具体地，步骤S1具体为：在高压级联SVG输出电压的正弦调制信号中注入15%的三次谐波电压信号，将正弦调制波变为马鞍波，可减少SVG串联的级数，提高母线电压的利用率。
进一步地，所述三次谐波电压的幅值相等、相位相同，且幅值大于1000V；
高压级联SVG绝缘框架起到隔绝电气系统中的带电部件（功率单元及功率单元壳体）与地隔绝，同时也为带电部件提供力学支撑。而绝缘材料的绝缘电阻包含体积电阻和表面电阻，两个电阻为并联关系。表面电阻受绝缘材料表面污秽、湿度变化影响较大，变化较快，然而体积电阻却对湿度变化影响较小，变化较慢。
当高压级联SVG环境湿度突然增大时，其表面电阻变化较快。若绝缘表面污秽较重时，其绝缘电阻会大幅降低，基波泄漏电流变大，有功功率消耗也随之变大。而高压级联SVG在运行时，其发出的无功功率是变化的，其自身消耗的有功功率也跟随着变化。在绝缘材料受潮后，其绝缘电阻亦在MΩ水平；而根据测算，高压级联SVG的损耗最大值可达到其容量的1%左右。因绝缘电阻变化引起的有功消耗远远小于高压SVG自身的有功消耗，采用工频泄漏电流无法检测绝缘框架绝缘下降。
具体地，步骤S2中，所述电流检测装置包括电流传感器和带通滤波器，所述电流传感器为mA级泄漏电流霍尔传感器；所述电流传感器安装在高压级联SVG与电网的连接处，即高压级联SVG的输入侧；所述电流传感器用于检测高压级联SVG输入侧总的泄漏电流，所述带通滤波器与电流传感器连接，用于提取所述泄漏电流中的三次谐波电流分量，通过所述三次谐波电流的大小判断SVG绝缘框架的绝缘性能，可有效避免工频量的影响。
在干燥情况下高压级联SVG的绝缘电阻在500MΩ以上，而在绝缘材料表面污秽较多且湿度较大下（高压级联SVG故障后）其绝缘电阻在2MΩ以下；在正常运行时，SVG检测的三次谐波泄漏电流为uA等级，而在绝缘下降后，其三次谐波泄漏电流等级为mA级，故所述电流传感器采用mA级泄漏电流霍尔传感器；三次谐波的通路为SVG各个功率单元对整个绝缘框架，故泄漏电流检测点应为三相总输入端，其安装位置位于高压级联SVG与电网的连接处，三相穿心而过。
具体地，所述三次谐波泄漏电流的检测主电路回路为：大地至SVG绝缘框架、SVG绝缘框架至SVG功率单元、SVG功率单元至三相电网、三相电网至接地变压器、接地变压器至大地；高压级联型SVG的内阻抗，变压器阻抗和接地电阻均远远小于绝缘支架的绝缘电阻，即三次谐波的回路阻抗主要体现在绝缘支架的绝缘电阻上，当绝缘电阻变化时，其三次谐波泄漏电流也将跟着变化；因此通过检测SVG装置的漏电流中的三次谐波电流分量，即可判断SVG绝缘框架的绝缘电阻是否能维持SVG正常运行。
与上述绝缘检测方法相对应的，本发明还提供了一种高压级联SVG绝缘框架绝缘检测装置，包括脉宽调制器、电流检测装置和告警装置，所述脉宽调制器安装在高压级联SVG的输出端，用于在高压级联SVG的输出电压中注入三次谐波电压；所述电流检测装置安装在高压级联SVG与三相电网的连接处，用于检测高压级联SVG输入侧总的三次谐波泄漏电流值；所述高压级联SVG安装在绝缘框架内部；所述告警装置和检测装置连接，用于在检测到所述三次谐波泄漏电流大于预设值时响应告警信号。
具体地，在高压级联SVG的输出电压中注入三次谐波电压的方法为：在高压级联SVG输出电压的正弦调制信号中注入15%的三次谐波电压信号，将正弦调制波变为马鞍波。
进一步地，所述三次谐波电压的幅值相等、相位相同，且幅值大于1000V。
具体地，所述电流检测装置包括电流传感器和带通滤波器，所述电流传感器为mA级泄漏电流霍尔传感器；所述电流传感器安装在高压级联SVG与电网的连接处，即高压级联SVG的输入侧；所述电流传感器用于检测高压级联SVG输入侧总的泄漏电流，所述带通滤波器与电流传感器连接，用于提取所述泄漏电流中的三次谐波电流分量。
具体地，所述三次谐波泄漏电流的检测主电路回路为：大地至SVG绝缘框架、SVG绝缘框架至SVG功率单元、SVG功率单元至三相电网、三相电网至接地变压器、接地变压器至大地。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过在高压级联SVG的输出电压中注入三次谐波电压，并在高压级联SVG的输入侧检测泄漏电流中的三次谐波电流分量，通过比较泄漏电流中的三次谐波分量与预设电流的大小，判断高压级联SVG绝缘框架的绝缘性能是否符合要求，可有效避免工频量的影响，在SVG装置绝缘下降出现故障前，提醒运维人员对SVG装置进行维护，从而防止SVG发生故障，提高SVG运行的可靠性。
附图说明
图1为本发明一种高压级联SVG绝缘框架绝缘检测方法的流程示意框图；
图2为本发明实施例中三次谐波电流检测主电路回路示意图；
图3为本发明中SVG装置拓扑图；
图4为本发明中SVG装置内部功率单元拓扑图；
图5为本发明实施例中新能源场站的系统架构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例提供了一种高压级联SVG绝缘框架绝缘检测方法，包括以下步骤：
S1，通过脉宽调制器在高压级联SVG的输出电压中注入三次谐波电压；
S2，在高压级联SVG与三相电网的连接处设置电流检测装置；
S3，通过所述电流检测装置检测高压级联SVG输入侧总的三次谐波泄漏电流值；
S4，若所述三次谐波电流值大于预设值，则发出告警信号。
具体地，步骤S1具体为：在高压级联SVG输出电压的正弦调制信号中注入15%的三次谐波电压信号，将正弦调制波变为马鞍波，可减少SVG串联的级数，提高母线电压的利用率。
进一步地，所述三次谐波电压的幅值相等、相位相同，且幅值大于1000V；
高压级联SVG绝缘框架起到隔绝电气系统中的带电部件（功率单元及功率单元壳体）与地隔绝，同时也为带电部件提供力学支撑。而绝缘材料的绝缘电阻包含体积电阻和表面电阻，两个电阻为并联关系。表面电阻受绝缘材料表面污秽、湿度变化影响较大，变化较快，然而体积电阻却对湿度变化影响较小，变化较慢。
当高压级联SVG环境湿度突然增大时，其表面电阻变化较快。若绝缘表面污秽较重时，其绝缘电阻会大幅降低，基波泄漏电流变大，有功功率消耗也随之变大。而高压级联SVG在运行时，其发出的无功功率是变化的，其自身消耗的有功功率也跟随着变化。在绝缘材料受潮后，其绝缘电阻亦在MΩ水平；而根据测算，高压级联SVG的损耗最大值可达到其容量的1%左右。因绝缘电阻变化引起的有功消耗远远小于高压SVG自身的有功消耗，采用工频泄漏电流无法检测绝缘框架绝缘下降。
具体地，步骤S2中，所述电流检测装置包括电流传感器和带通滤波器，所述电流传感器为mA级泄漏电流霍尔传感器；所述电流传感器安装在高压级联SVG与电网的连接处，即高压级联SVG的输入侧；所述电流传感器用于检测高压级联SVG输入侧总的泄漏电流，所述带通滤波器与电流传感器连接，用于提取所述泄漏电流中的三次谐波电流分量，通过所述三次谐波电流的大小判断SVG绝缘框架的绝缘性能，可有效避免工频量的影响。
在干燥情况下高压级联SVG的绝缘电阻在500MΩ以上，而在绝缘材料表面污秽较多且湿度较大下（高压级联SVG故障后）其绝缘电阻在2MΩ以下；在正常运行时，SVG检测的三次谐波泄漏电流为uA等级，而在绝缘下降后，其三次谐波泄漏电流等级为mA级，故所述电流传感器采用mA级泄漏电流霍尔传感器；三次谐波的通路为SVG各个功率单元对整个绝缘框架，故泄漏电流检测点应为三相总输入端，其安装位置位于高压级联SVG与电网的连接处，三相穿心而过。
具体地，所述三次谐波泄漏电流的检测主电路回路为：大地至SVG绝缘框架、SVG绝缘框架至SVG功率单元、SVG功率单元至三相电网、三相电网至接地变压器、接地变压器至大地；高压级联型SVG的内阻抗，变压器阻抗和接地电阻均远远小于绝缘支架的绝缘电阻，即三次谐波的回路阻抗主要体现在绝缘支架的绝缘电阻上，当绝缘电阻变化时，其三次谐波泄漏电流也将跟着变化；因此通过检测SVG装置的漏电流中的三次谐波电流分量，即可判断SVG绝缘框架的绝缘电阻是否能维持SVG正常运行。
与上述绝缘检测方法相对应的，本发明还提供了一种高压级联SVG绝缘框架绝缘检测装置，包括脉宽调制器、电流检测装置和告警装置，所述脉宽调制器安装在高压级联SVG的输出端，用于在高压级联SVG的输出电压中注入三次谐波电压；所述电流检测装置安装在高压级联SVG与三相电网的连接处，用于检测高压级联SVG输入侧总的三次谐波泄漏电流值；所述高压级联SVG安装在绝缘框架内部；所述告警装置和检测装置连接，用于在检测到所述三次谐波泄漏电流大于预设值时响应告警信号。
具体地，在高压级联SVG的输出电压中注入三次谐波电压的方法为：在高压级联SVG输出电压的正弦调制信号中注入15%的三次谐波电压信号，将正弦调制波变为马鞍波。
进一步地，所述三次谐波电压的幅值相等、相位相同，且幅值大于1000V。
具体地，所述电流检测装置包括电流传感器和带通滤波器，所述电流传感器为mA级泄漏电流霍尔传感器；所述电流传感器安装在高压级联SVG与电网的连接处，即高压级联SVG的输入侧；所述电流传感器用于检测高压级联SVG输入侧总的泄漏电流，所述带通滤波器与电流传感器连接，用于提取所述泄漏电流中的三次谐波电流分量。
具体地，所述三次谐波泄漏电流的检测主电路回路为：大地至SVG绝缘框架、SVG绝缘框架至SVG功率单元、SVG功率单元至三相电网、三相电网至接地变压器、接地变压器至大地。
本实施例以电压35kV、容量12MVar直挂式级联SVG为例，本实施例中新能源场站的系统架构图如图5所示，SVG拓扑图如图3所示，SVG装置内部功率单元拓扑图如图4所示，每相包含39个功率单元，功率单元输出端首尾相连，三相共计117个单元，功率单元的直流侧采用电阻串联，虚拟出母线电压中点，该中点连接至功率单元外壳，外壳安装在绝缘支架上。
本实施例中，如图2所示，高压级联型SVG的电抗器为39mH，三次阻抗约为36.7Ω；站内接地变压器零序阻抗约为25Ω，三次阻抗约为75Ω，接地变压器接地电阻
Figure 193463DEST_PATH_IMAGE008
约为50Ω，这些阻抗均远远小于绝缘支架的绝缘电阻（MΩ级），即三次谐波的回路阻抗主要体现在绝缘支架的绝缘电阻上，当绝缘电阻变化时，其三次谐波泄漏电流也将跟着变化。
本实施例中，所述三次谐波电压的幅值相等、相位相同，且幅值约为3000V。
在干燥情况下，SVG绝缘电阻在500MΩ以上，三次泄漏电流为6uA左右，而高压级联SVG绝缘电阻在10MΩ左右时，三次泄漏电流约为0.3mA，其仍可稳定工作；当SVG发生故障时，绝缘电阻下降至2MΩ，泄漏电流为1.5mA。因此，本实施例中三次谐波电流值设定值可取值0.3mA，当检测到SVG输入侧总的三次谐波电流值超过0.3mA时响应告警；该设定值既可以保证能有效检测到绝缘下降，还可以保证SVG正常运行，使运行人员有足够的时间进行处理。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种高压级联SVG绝缘框架绝缘检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，通过脉宽调制器在高压级联SVG的输出电压中注入三次谐波电压；
S2，在高压级联SVG与三相电网的连接处设置电流检测装置；
所述电流检测装置包括电流传感器和带通滤波器，所述电流传感器为mA级泄漏电流霍尔传感器；所述电流传感器安装在高压级联SVG与电网的连接处，即高压级联SVG的输入侧；所述电流传感器用于检测高压级联SVG输入侧总的泄漏电流，所述带通滤波器与电流传感器连接，用于提取所述泄漏电流中的三次谐波电流分量；
S3，通过所述电流检测装置检测高压级联SVG输入侧总的三次谐波泄漏电流值；
S4，若所述三次谐波泄漏电流值大于预设值，则发出告警信号。
2.根据权利要求1所述的一种高压级联SVG绝缘框架绝缘检测方法，其特征在于，步骤S1具体为：在高压级联SVG输出电压的正弦调制信号中注入15%的三次谐波电压信号，将正弦调制波变为马鞍波。
3.根据权利要求1或2所述的一种高压级联SVG绝缘框架绝缘检测方法，其特征在于，所述三次谐波电压的幅值相等、相位相同，且幅值大于1000V。
4.根据权利要求1所述的一种高压级联SVG绝缘框架绝缘检测方法，其特征在于，所述三次谐波泄漏电流的检测主电路回路为：大地至SVG绝缘框架、SVG绝缘框架至SVG功率单元、SVG功率单元至三相电网、三相电网至接地变压器、接地变压器至大地。
5.一种高压级联SVG绝缘框架绝缘检测装置，基于权利要求1至4任一项所述的绝缘检测方法，其特征在于，包括脉宽调制器、电流检测装置和告警装置，所述脉宽调制器安装在高压级联SVG的输出端，用于在高压级联SVG的输出电压中注入三次谐波电压；所述电流检测装置安装在高压级联SVG与三相电网的连接处，用于检测高压级联SVG输入侧总的三次谐波泄漏电流值；所述高压级联SVG安装在绝缘框架内部；所述告警装置和检测装置连接，用于在检测到所述三次谐波泄漏电流大于预设值时响应告警信号。
6.根据权利要求5所述的一种高压级联SVG绝缘框架绝缘检测装置，其特征在于，在高压级联SVG的输出电压中注入三次谐波电压的方法为：在高压级联SVG输出电压的正弦调制信号中注入15%的三次谐波电压信号，将正弦调制波变为马鞍波。
7.根据权利要求5或6所述的一种高压级联SVG绝缘框架绝缘检测装置，其特征在于，所述三次谐波电压的幅值相等、相位相同，且幅值大于1000V。
8.根据权利要求5所述的一种高压级联SVG绝缘框架绝缘检测装置，其特征在于，所述电流检测装置包括电流传感器和带通滤波器，所述电流传感器为mA级泄漏电流霍尔传感器；所述电流传感器安装在高压级联SVG与电网的连接处，即高压级联SVG的输入侧；所述电流传感器用于检测高压级联SVG输入侧总的泄漏电流，所述带通滤波器与电流传感器连接，用于提取所述泄漏电流中的三次谐波电流分量。
9.根据权利要求5所述的一种高压级联SVG绝缘框架绝缘检测装置，其特征在于，所述三次谐波泄漏电流的检测主电路回路为：大地至SVG绝缘框架、SVG绝缘框架至SVG功率单元、SVG功率单元至三相电网、三相电网至接地变压器、接地变压器至大地。
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