CN111025219A

CN111025219A - 一种用于测试直流电压互感器暂态响应的装置及方法

Info

Publication number: CN111025219A
Application number: CN201911200687.2A
Authority: CN
Inventors: 童悦; 邓小聘; 刘翔; 刘彬; 黄华
Original assignee: China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Current assignee: China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2020-04-17

Abstract

本发明公开了一种用于测试直流电压互感器暂态响应的装置及方法，属于直流高压试验技术领域。本发明装置包括：直流高压发生器、积储直流电压并为高压触发器提供直流电压；高压触发器、将高压发生器提供的直流电压进行通断控制，获取直流电压的直流方波并向冲击电压分压器输出直流方波；冲击电压分压器、接收的直流方波并根据直流方波标准测量值；互感器暂态校验器，确定直流电压互感器的暂态响应。本发明实现了直流电压互感器的暂态试验过程控制和结果检测，解决当前暂态试验无法有效开展的难题。

Description

一种用于测试直流电压互感器暂态响应的装置及方法

技术领域

本发明涉及直流高压试验技术领域，并且更具体地，涉及一种用于测试直流电压互感器暂态响应的装置及方法。

背景技术

由于高压直流输电系统中直流侧故障时的回路阻抗非常小，故障时容易在瞬时产生很大的故障电流，需要控制保护信号具有更快的采样速度和更宽的频带宽度，这对直流输电系统中互感器的暂态响应提出了更高的要求。在投运前对互感器进行现场校验和试验验证十分必要。

直流电压测量装置的“暂态响应”是二次电压对一次电压暂态变化的响应，通常要求在直流电压测量装置的高压端施加一个额定电压10％范围内的阶跃电压，测量输出端暂态响应，此时的响应时间应不大于250微秒，而且作为测试装置需要提供一个响应时间远小于该响应时间的电压波形，达到微秒级。

由于缺乏相关理论研究、缺少相应检测设备，导致针对电压互感器的暂态试验无法正常开展。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种用于测试直流电压互感器暂态响应的装置，包括：

直流高压发生器、积储直流电压并为高压触发器提供直流电压；

高压触发器、将高压发生器提供的直流电压进行通断控制，获取直流电压的直流方波并向冲击电压分压器输出直流方波；

所述直流方波输入待测试直流电压互感器，所述直流电压互感器根据直流方波输出测量值；

冲击电压分压器、接收的直流方波并根据直流方波标准测量值；

互感器暂态校验器，确定当测量值和标准测量值达到触发录波预设值时，读取测量值和标准测量值，所述互感器暂态校验器根据测量值和标准测量值确定冲击电压分压器和直流电压互感器的暂态变比和时延误差，根据暂态变比和时延误差确定直流电压互感器的暂态响应。

可选的，互感器暂态校验器，还用于存储测量值、对比测量值和暂态响应，展示暂态响应。

可选的，直流高压发生器通过高压导线与高压触发器的输入端串联；

所述高压触发器的输出端分别与待测试直流电压互感器和冲击电压分压器相连；

所述互感器暂态校验器接入待测试直流电压互感器与冲击电压分压器之间。

可选的，高压触发器为IGBT串联开关结构，以油浸方式进行组装。

可选的，装置测试时对光电进行隔离。

本发明还提供了一种用于测试直流电压互感器暂态响应的方法，所述方法包括：

启动直流高压发生器，通过直流高压发生器的倍压电路输出直流电压，并将直流电压输入至高压触发器；

控制高压触发器通断，获取直流电压的直流方波并向冲击电压分压器输出直流方波；

控制冲击电压发生器和直流电压互感器接收直流方波，根据直流方波，确定冲击电压发生器输出的标准测量值和直流电压互感器输出的测量值；

当标准测量值和测量值达到触发录波预设值时，互感器暂态校验器，读取测量值和标准测量值，根据测量值和标准测量值确定冲击电压分压器和直流电压互感器的暂态变比和时延误差，根据暂态变比和时延误差确定直流电压互感器的暂态响应。

可选的，方法还包括：对测量值、标准测量值和暂态响应进行存储。

本发明实现了直流电压互感器的暂态试验过程控制和结果检测，解决当前暂态试验无法有效开展的难题；

本发明中直流高压发生器利用倍压整流方式产生直流高压，在满足电压输出幅值的同时，能够最大限度提升电源的容量，克服高压设备普遍带载能力弱的缺陷；

本发明设计的高压触发器利用分立的IGBT串联开关结构，以油浸方式进行组装，提高了开关导通和关断的一致和可靠性，能够通过不同串联级数的组合，将耐压等级提升至百千伏量级；

本发明中电压的控制、互感器校验装置的测量均采用了光电隔离，提升了试验的安全性。

附图说明

图1为本发明一种用于测试直流电压互感器暂态响应的装置结构图；

图2为本发明一种用于测试直流电压互感器暂态响应的装置倍压状态电路示意图；

图3为本发明一种用于测试直流电压互感器暂态响应的装置输出直流方波状态电路示意图；

图4为本发明一种用于测试直流电压互感器暂态响应的方法流程图。

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。

本发明提供了一种用于测试直流电压互感器暂态响应的装置，如图1所示，包括：

互感器暂态校验器，还用于存储测量值、对比测量值和暂态响应，展示暂态响应。

直流高压发生器通过高压导线与高压触发器的输入端串联；

高压触发器为IGBT串联开关结构，以油浸方式进行组装。

本发明装置测试时对光电进行隔离。

以下结合附图和具体实施例对本发明装置作进一步的详细说明：

本发明装置包括：直流高压发生器、高压触发器、冲击电压分压器、被试电压互感器和互感器暂态校验装置。

其中，所述直流高压发生器、高压触发器采用高压导线串联，冲击电压分压器、被试电压互感器和容性负载通过高压线并联，组成一次试验回路；

所述互感器暂态校验装置包含隔离采样与通讯单元；所述隔离采样单元的通道1通过BNC接口与高压标准器的二次侧模拟信号口相连，通道2通过BNC接口与被试电压互感器的二次侧模拟信号口相连；

如图2所示，直流高压发生器采用市电交流220V输入，直流高压发生器的原理为：当电源电压为正半波时，变压器经硅堆V1导通，对C1充电到Umax；负半波时，变压器与电容C1的电压叠加，经硅堆V2对电容C2充电，如果C1远大于C2经过一个周波充到2Umax；一般C1＝C2，所以C2经过若干周波后充到2Umax，即为变压器输出峰值的2倍。

图2中C2、C4、C6……的对地电压值可分别达到2Umax、4Umax、8Umax……。

高压发生串采用脉冲宽度调制(PWM)方式调节直流高压，它有下列优点：节能、电压调节线性度好，调节方便、稳定、输出直流电压纹波非常小。

经过交流－直流－交流－直流4个环节得到直流负高压。交流220V经过EMI(电磁干扰)滤波环节，EMI滤波网络可防止高频电路产生的大量高次谐波进入电网，也可以阻止电网的各种谐波进入整流电路；

工频整流模块采用全桥整流方式，将交流220V整流得到直流流电压，此电压将随电网电压的波动而变化；

全桥逆变部分将直流电压逆变成中频的交流方波电压；

脉冲升压变压器负责将方波电压进行初步升压；最后经过多级倍压电路升压得到稳定直流高压。

在变压器的次级有交流输入时，交流的前半周期C1、C3、C5……放电，电容C2、C4……充电；进入另一个半周期时，C2、C4……放电而C1、C3、C5……充电，这样最后一级电容对电压达到最高值,将此电压引出就是高压发生器产生的幅值电压。

如图3所示，直流高压发生器产生稳定的直流电压后，经过高压触发器斩波，得到试验所需的上升和下降时间都极快的方形电压波形，这样的电压波形同时流过冲击电压分压器和被试电压互感器，此二者在它们的二次侧均产生模拟的小电压信号，再将这样的小信号送入互感器暂态校验装置，就可以通过来自冲击电压分压器的小信号作为标准信号来评估被试验电压互感器的测量信号准确性了。

高压触发器由IGBT串联开关组和触发控制器两部分构成，其中IGBT串联开关组是根据试验电压等级要求确认个数以后，再将其侵入绝缘油中，做到了开关的整体绝缘，并提高了开关导通及关断时间的一致性和抗干扰能力；

触发控制器是与开关个数相同的控制模块组成，它的主要作用是驱动IGBT的通断，为了提升驱动信号的一致的性，保证多个IGBT串联后能够以一个整体的开关输出，并且开断性能与单个IGBT一致，采用了并联光信号触发，光信号来自同一个光源；

冲击电压分压器作为测量器具，需要事前进行计量校准，且具备波形上升响应时间达到纳秒级；冲击电压分压器和被试电压互感器在试验回路中并联，且极性相同；

互感器暂态校验装置的采样端口包含一个冲击电压分压器的模拟输入口，一个被试电压互感器的模拟输入口；在试验中，让被试电压互感器的二次模拟信号和冲击电压分压器的二次模拟信号进行直接采样和比对就可以了。

本发明还提供了一种用于测试直流电压互感器暂态响应的方法，如图4所示，包括：

对测量值、标准测量值和暂态响应进行存储。

下面结合实施例对本发明方法进行进一步说明：

步骤1：按照图3方式连接试验主回路和控制回路，调节直流高压发生器的输入电压，通过倍压电路，使输入电压倍压到试验所需的试验电压幅值(这里倍压后的最终值由电路级数确定，例如，输入10千伏，12级倍压，就能得到120千伏高压)，保持直流高压发生器工作，维持高压输出；

步骤2：通过互感器暂态校验装置给高压触发器发出“预备”信号，“高压触发器”收到该信号后，回复一个“确认”信号，并定时启动“斩波”功能，“斩波”的流程分为开通-保持-关断三个阶段，在开通阶段，高压触发器内部的触发控制器驱动所有的IGBT串联开关导通，试验主回路导通，电压通过了被试电压互感器、冲击电压分压器和负载，此时通过被试电压互感器、冲击电压分压器和负载的电压从0瞬间上升至试验电压，所用时间仅为几个微秒；在持续阶段，直流高压发生器继续工作，高压触发器维持导通至到定时时间为止，该过程维持5～10毫秒；在关断阶段，直流高压发生器继续工作，高压触发器内部的触发控制器驱动所有的IGBT串联开关关断

被试直流电压互感器、冲击电压分压器和负载的输入电压瞬间由工作电压降为0；

经过以上三个阶段，被试电压互感器和冲击电压分压器就承受了一个电压方波，该波形就是试验所需的电压波形；

步骤3：互感器暂态校验装置收到高压触发器回复一个“确认”信号后，就进行冲击电压发生器和被试电压互感器两个二次转化信号的AD采样和数据存储，就地进行两组数据时间标定，进行峰值误差、上升时间误差、瞬时误差等计算；

试验录波结束后，测量误差的主要内容包含上升时间、峰值、瞬时误差，其中瞬时误差是两组采样数据在整个试验过程中所有采样点之间的误差，两点之间的最大误差值就是最大瞬时误差；国家标准对电压互感器的多项测量误差均有明确定义，对比冲击电压分压器和试品电压互感器通道的数据，就可以对结果进行定量分析。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种用于测试直流电压互感器暂态响应的装置，所述装置包括：

2.根据权利要求1所述的装置，所述互感器暂态校验器，还用于存储测量值、对比测量值和暂态响应，展示暂态响应。

3.根据权利要求1所述的装置，所述直流高压发生器通过高压导线与高压触发器的输入端串联；

4.根据权利要求1所述的装置，所述高压触发器为IGBT串联开关结构，以油浸方式进行组装。

5.根据权利要求1所述的装置，所述装置测试时对光电进行隔离。

6.一种使用如权利要求1-5所述任一装置测试直流电压互感器暂态响应的方法，所述方法包括：

7.根据权利要求6所述的方法，所述方法还包括：对测量值、标准测量值和暂态响应进行存储。