CN111487485B - 三相不平衡负载模拟试验装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了三相不平衡负载模拟试验装置及其方法，包括电源柜，电源柜具有三相电源输出端，三条测试母线分别与电源柜的三相电源输出端口对应电连接，测试母线上均连接有调压器、中间变压器、电容器装置、测量测试母线电压电流信号的电信号检测装置、可调电抗装置及待测试装置，调压器的电源输入端通过开关器与电源柜的一个电源输出端电连接，调压器的电源输出端与中间变压器的电源输入端电连接，中间变压器的电源输出端分别与电容器装置、可调电抗装置以及电容器装置电连接。该技术方案可以人为地制造三相不平衡可控电流，能够验证三相可控电抗器在三相不平衡情况下的调节能力和验证YMSVC型分相补偿装置响应时间是否能满足用户要求。

Description

三相不平衡负载模拟试验装置及其方法

技术领域

本发明涉及电力产品测试技术领域，具体的，涉及一种三相不平衡负载模拟试验装置及其方法。

背景技术

一些工况企业，比如钢厂或铁路，负载设备采用单相系统用电，由于电网为三相系统，这样会导致三相线路负载不平衡，为了解决这个问题，需要根据实际情况对不平衡回路进行补偿，减少三相系统的不平衡度，采用三相可控电抗器装置便可解决此问题，由于三相可控电抗器在实际运行时，会出现三相负载不一致情况，即负载三相电压一定，三相电流出现不平衡情况，此时对电抗器的输出会有较大影响，这个影响是否会危及到设备的正常运行，就需要对这个过程进行定量的分析。YMSVC型分相补偿装置负载试验，需要验证在三相系统负载大小不一，即出现三相不平衡电流时，为了达到最佳补偿效果，YMSVC型分相补偿装置必须根据不平衡电流大小针对性的输出相应的电流，验证产品性能是否达到预期效果；但在做厂内试验时，厂内系统电源几乎是三相平衡的，不会出现三相不平衡电流，因此需要模拟三相不平衡的情况对产品进行可靠性试验测试。

发明内容

本发明的目的是解决正常采用三相平衡电流不能满足三相可控电抗器的调节性能测试要求的情况，提出了一种三相不平衡负载模拟试验装置及其方法，通过在测试系统中并入固定电容器组和投切电容器组以及可调电抗装置，可以人为地制造三相不平衡电流，并且这个不平衡电流是可控的，能够验证三相可控电抗器在三相不平衡情况下的调节能力和验证YMSVC型分相补偿装置响应时间是否能满足用户要求。

为实现上述技术目的，本发明提供的一种技术方案是，三相不平衡负载模拟试验装置，包括电源柜，所述电源柜具有三相电源输出端，三条测试母线分别与电源柜的三相电源输出端口对应电连接，每一条测试母线上均连接有调压器、中间变压器、电容器装置、测量测试母线电压电流信号的电信号检测装置、可调电抗装置及待测试装置，所述调压器的电源输入端通过开关器与电源柜的一个电源输出端电连接，所述调压器的电源输出端与中间变压器的电源输入端电连接，所述中间变压器的电源输出端与电容器装置的电源输入端电连接，所述可调电抗装置为一台三相可控电抗器组成，所述可调电抗器的一个电源输入端与电容器装置的电源输入端电连接，所述待测试装置的电源输入端与电容器装置的电源输入端电连接。

作为优选，所述电容器装置包括有固定电容器组以及投切电容器组，所述固定电容器的电源输入端与中间变压器的电源输出端电连接，所述投切电容器通过开关装置与中间变压器的电源输出端电连接。

作为优选，所述的固定电容器和投切电容器组的电容阵列结构相同，所述固定电容器由多电容串并联组合组成。

作为优选，所述的电信号检测装置包括有电压互感器以及电流互感器，所述电压互感器与测试母线电连接用于测量每相测试母线的电压，所述电流互感器与待测试装置的电源输入端电连接用于测量待测试装置的输入电流。

作为优选，所述待测试装置为YMSVC型分相补偿装置。

一种试验方法，适用于所述的三相不平衡负载模拟试验装置，包括如下步骤：

S1、调控测试装置满负载运行；

S2、对待测试装置进行电流不平衡特性测试。

步骤S1中，考虑到试验电源容量有限，必须采用投切电容器组才能使大容量产品做到额定状态，所以需要对电容器装置的投切电容器组的容量进行计算，电容器装置的容量计算包括固定电容器组容量计算和投切电容器容量计算。

固定电容器组容量计算的方式如下：

考虑到试验电源容量一定，当系统电压达到2KV时，可调电抗器开始起励，即开始有感性负载输出，这时就要求固定电容器此时输出的容性电流不能超过电源柜额定电流；

I2*K≤I1

其中，I1为电源柜额定输出电流；I2为中间变压器高压侧电流；K为中间变压器低压与高压变比；Q1为固定电容器在额定电压下容量；Q2为固定电容器在实际电压下容量；U1为电容器额定电压；U2为电容器实际电压；

由于是确定2KV时电容输出电流，即上式中的U2为2KV。

投切电容器容量计算的方式如下：

可调电抗器有输出后，随着电压升高，持续加大，当输出的感性电流超过容性电流后，系统成感性，即I2由容性电流变成感性电流，由于电源柜额定电流限制，此时I2不能超过I1，

Q11为每一组投切电容器在额定电压下容量，Q12为每一组投切电容器在实际电压下容量。

步骤S2中，对待测试装置进行电流不平衡特性测试的步骤如下：

S21、将电信号检测装置实时采集的电压电流值以及试验装置的各参数值存储在控制器中，S22、一定范围内，改变可调电抗器的电流输出，控制器经过容性和感性负载计算再发出指令控制开关装置进行投切；使得三相测试母线的电流不平衡，进而测试待测试装置的产品性能。

本发明的有益效果：通过在测试系统中并入固定电容器组和投切电容器组以及可调电抗装置，可以人为地制造三相不平衡电流，并且这个不平衡电流是可控的，能够验证三相可控电抗器在三相不平衡情况下的调节能力和验证YMSVC型分相补偿装置响应时间是否能满足用户要求；该三相不平衡负载试验装置，可以有效的验证待测试装置在三相不平衡时的运行状态，分相补偿待测试装置的运行效果以及响应时间测试，使产品在现场系统出现三相不平衡超标时能可靠运行，让现场系统安全运行。

附图说明

图1为本发明的一种三相不平衡负载模拟试验装置的结构示意图。

图2为本发明的一种三相不平衡负载模拟试验装置的单相电容器装置结构示意图一。

图3为本发明的一种三相不平衡负载模拟试验装置的单相电容器装置结构示意图二。

图4为本三相负载调节电路示意图。

图中标记说明：1-电源柜、2-调压器、3-中间变压器、41-电压互感器、42-电流互感器、51-投切电容器组、52-固定电容器组、6-可控电抗器、7-待测试装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅是本发明的一种最佳实施例，仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：如图1所示，三相不平衡负载模拟试验装置的结构示意图，由电源柜1、调压器2、中间变压器3、电容器装置、测量测试母线电压电流信号的电信号检测装置、可调电抗器及待测试装置7组成，电源柜1具有三相电源输出端，三条测试母线分别与电源柜1的三相电源输出端口对应电连接，每一条测试母线上均连接有调压器2、中间变压器3、电容器装置、测量测试母线电压电流信号的电信号检测装置、可调电抗器及待测试装置7，调压器2的电源输入端通过开关器与电源柜1的一个电源输出端电连接，调压器2的电源输出端与中间变压器3的电源输入端电连接，中间变压器3的电源输出端与电容器装置的电源输入端电连接，可调电抗器的电源输入端与电容器装置的电源输入端电连接，待测试装置7的电源输入端与电容器装置的电源输入端电连接；待测试装置7为YMSVC型分相补偿装置；电信号检测装置由电压互感器41以及电流互感器42，电压互感器41与测试母线电连接用于测量每相测试母线的电压，电流互感器42与待测试装置7的电源输入端电连接用于测量待测试装置7的输入电流；

本实施例中，在测试系统中并入固定电容装置和可调电抗装置，固定电容装置由多电容串并联组合，可实现6-35KV不同容量的容性无功输出，并采用单极开关控制，实现分相投切，模拟现场容性负载不平衡状况；可调电抗装置由一台三相可控电抗器6组成，实现感应负载不平衡模拟功能。通过电容器装置和可控电抗器6的配合使用，可实现容性负载平滑输出。

如图2和图3所示，电容器装置由固定电容器组52以及投切电容器组51组成，固定电容器的电源输入端与中间变压器3的电源输出端电连接，所述投切电容器通过开关装置与中间变压器3的电源输出端电连接；固定电容器和投切电容器组51的电容阵列结构相同，固定电容器由多电容串并联组合组成。如图2所示，是电压为35KV测试系统的电容器容量为200kvar规格下的电容器装置的结构示意图，其中，固定电容器和投切电容器组51均为两个电容串联后再并联组成；如图3所示，是电压为10KV测试系统的电容器容量为300kvar规格下的电容器装置的结构示意图，其中，固定电容器和投切电容器组51均为单个电容并联组成。

一种试验方法，适用于所述的三相不平衡负载模拟试验装置，包括如下步骤：

S1、调控测试装置满负载运行；

考虑到试验电源容量有限，必须采用投切电容器组51才能使大容量产品做到额定状态，所以需要对电容器装置的投切电容器组51的容量进行计算，电容器装置的容量计算包括固定电容器组52容量计算和投切电容器容量计算。

固定电容器组52容量计算的方式如下：

考虑到试验电源容量一定，当系统电压达到2KV时，可调电抗器开始起励，即开始有感性负载输出，这时就要求固定电容器此时输出的容性电流不能超过电源柜1额定电流；

I2*K≤I1(根据经验I2*K的值可按I1的90％算取)

其中，I1为电源柜1额定输出电流；I2为中间变压器3高压侧电流；K为中间变压器3低压与高压变比；Q1为固定电容器在额定电压下容量；Q2为固定电容器在实际电压下容量；U1为电容器额定电压；U2为电容器实际电压；

由于是确定2KV时电容输出电流，即上式中的U2为2KV。

投切电容器容量计算的方式如下：

可调电抗器有输出后，随着电压升高，持续加大，当输出的感性电流超过容性电流后，系统成感性，即I2由容性电流变成感性电流，由于电源柜1额定电流限制，此时I2不能超过I1，

Q11为每一组投切电容器在额定电压下容量，Q12为每一组投切电容器在实际电压下容量。

本实施例中，试验过程如下：当需要检测一台可控电抗器6产品在满载情况下的不平衡电流特性时，首先需要把待测试装置7做到满载，由于当待测试装置7容量较大时，试验用电源容量有限，为了节约成本，需要在不增加电源容量的情况下，完成待测试装置7的满载，这里就要引入一种可调电抗器负载试验装置，包括试验用电源柜1、调压器2、中间变压器3及电信号检测装置，试验用电源柜1、配电变压器、调压器2以及中间变压器3依次连接，中间变压器3与可调电抗器并联，中间变压器3与可调电抗器之间并联有固定电容器组52和动态电容补偿装置；试验中根据可调电容器的容量大小，通过控制器监测检测过程中待测可调电容器两端电压变化及输出电流的情况，动态调整投入电容器组的容量，使得可控电抗器6达到额定输出电流，使得待检测装置处于满载状态，值得注意的是：投切用的开关，10KV系统可采用真空接触器式，35KV及以上电压等级可采用六氟化硫断路器。

可控电抗器6容量计算方法如下：

Q3为可控电抗器6在额定电压下容量(单位Kvar)；

Q4为试品额定电压下容量(单位Kvar)

根据试验经验值取Q3＝50％Q4。

S2、对待测试装置7进行电流不平衡特性测试；

S21、将电信号检测装置实时采集的电压电流值以及试验装置的各参数值存储在控制器中，S22、一定范围内，改变可调电抗器的电流输出，控制器经过容性和感性负载计算再发出指令控制开关装置进行投切；使得三相测试母线的电流不平衡，进而测试待测试装置7的产品性能。

本实施例中，在一定范围内，改变可调电抗器试验装置的电流输出，

一种具体方案为：减小A相电流输出，则B相和C相电流不变，这时系统A相电流变为容性，为了达到系统电流平衡，可控电抗器6的A相测试母线必须增大输出，输出相对应的感性电流去平衡系统中A相中的容性电流；这时待测试装置7就呈现出A相电流大于B和C相电流的状态，这时就可以测试A相电流超出额定状态不平衡的特性，相反如果改变可调电抗器试验的电流，使其增大A相电流输出，待测试装置7电抗器就会呈现出A相电流小于B和C相电流的状态，这时就可以测试A相电流小于额定状态不平衡的特性；同理B相和C相都可以做出相对于的状态，于是达成试验初衷，完成了待测试装置7电抗器三相电流不平衡状态特性的测试。

控制器的控制策略如下：

如图4所示，图中的不平衡负荷由平衡三相正序电压供电；

供电的平衡三相正序电压各相对中性点电压的有效值为

和

其中

线电压为

三角形接法中每支路的负载电流为

而线电流为

线电流竹对称分量由式(7)-(9)给定

将式(4)～(6)代入式(7)～(9)中，可得

一个三角形接法的无功补偿器线电流的对称分量也有类似的表达式，即

对于补偿后的负荷，如果其负序电流为零，则负荷是平衡的；如果其负荷电流的虚部等于零，则补偿后的功率因数将等于1，这就需要满足一下条件：

将式(10)-(12)代入式(13)、(14)中，解得理想补偿电纳为：

式中：

为负载基波正序电流的虚部，也就是

式中：

为负载基波正序电流的虚部，也就是负载基波正序电流的无功分量；

为负载基波负序电流的虚部，也就是负载基波负序电流的无功分量；

为负载基波负序电流的实部，也就是负载基波负序电流的有功分量；采用上述计算方式作为控制器控制策略。

以上所述之具体实施方式为本发明一种三相不平衡负载模拟试验装置及其方法的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种三相不平衡负载模拟试验方法，其特征在于实现方法的系统包括电源柜，所述电源柜具有三相电源输出端，三条测试母线分别与电源柜的三相电源输出端口对应电连接，每一条测试母线上均连接有调压器、中间变压器、电容器装置、测量测试母线电压电流信号的电信号检测装置、可调电抗装置及待测试装置，所述调压器的电源输入端通过开关器与电源柜的一个电源输出端电连接，所述调压器的电源输出端与中间变压器的电源输入端电连接，所述中间变压器的电源输出端与电容器装置的电源输入端电连接，所述可调电抗装置由一台三相可控电抗器组成，所述三相可控电抗器的一个电源输入端与电容器装置的电源输入端电连接，所述待测试装置的电源输入端与电容器装置的电源输入端电连接所述电容器装置包括有固定电容器组以及投切电容器组，所述固定电容器组的电源输入端与中间变压器的电源输出端电连接，所述投切电容器组通过开关装置与中间变压器的电源输出端电连接；

所述方法包括如下步骤：

S1、调控待测试装置满负载运行；

S2、对待测试装置进行电流不平衡特性测试

所述步骤S2中，对待测试装置进行电流不平衡特性测试的步骤如下：

S21、将电信号检测装置实时采集的电压电流值以及试验装置的各参数值存储在控制器中，

S22、一定范围内，改变可控电抗器的电流输出，控制器经过容性和感性负载计算再发出指令控制开关装置进行投切；使得三相测试母线的电流不平衡，进而测试待测试装置的产品性能。

2.根据权利要求1所述的一种三相不平衡负载模拟试验方法，其特征在于所述的固定电容器组和投切电容器组的电容阵列结构相同，所述固定电容器组由多电容串并联组合组成。

3.根据权利要求1所述的一种三相不平衡负载模拟试验方法，其特征在于所述的电信号检测装置包括有电压互感器以及电流互感器，所述电压互感器与测试母线电连接用于测量每相测试母线的电压，所述电流互感器与待测试装置的电源输入端电连接用于测量待测试装置的输入电流。

4.根据权利要求1所述的一种三相不平衡负载模拟试验方法，其特征在于：所述待测试装置为YMSVC型分相补偿装置。

5.根据权利要求1所述的一种三相不平衡负载模拟试验方法，其特征在于：

步骤S1中，考虑到试验电源容量有限，必须采用投切电容器组才能使大容量产品做到额定状态，所以需要对电容器装置的投切电容器组的容量进行计算，电容器装置的容量计算包括固定电容器组容量计算和投切电容器组容量计算。

6.根据权利要求2所述的一种三相不平衡负载模拟试验方法，其特征在于：

固定电容器组容量计算的方式如下：

考虑到试验电源容量一定，当系统电压达到2KV时，可控电抗器开始起励，即开始有感性负载输出，这时就要求固定电容器组此时输出的容性电流不能超过电源柜额定电流；

I2*K≤I1

其中，I1为电源柜额定输出电流；I2为中间变压器高压侧电流；K为中间变压器低压与高压变比；Q1为固定电容器组在额定电压下容量；Q2为固定电容器组在实际电压下容量；U1为电容器组额定电压；U2为电容器组实际电压；

由于是确定2KV时电容输出电流，即上式中的U2为2KV。

7.根据权利要求6所述的一种三相不平衡负载模拟试验方法，其特征在于：

投切电容器组容量计算的方式如下：

可控电抗器有输出后，随着电压升高，持续加大，当输出的感性电流超过容性电流后，系统成感性，即I2由容性电流变成感性电流，由于电源柜额定电流限制，此时I2不能超过I1，

Q11为每一组投切电容器组在额定电压下容量，Q12为每一组投切电容器组在实际电压下容量。

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