CN112083303A - 一种用于测量电容器元件击穿时放电电流的设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于测量电容器元件击穿时放电电流的设备及方法，属于电力检测技术领域。本发明设备，包括：工频调压器，所述工频调压器接入工频交流电压，对工频交流电压进行调压，输出工频低压交流电；充电单元，所述放电单元接入工频低压交流电，将所述工频低压交流电转化为高压直流电，并对电容器进行充电；电容器，所述电容器用于存储高压直流电；放电单元，所述放电单元对电容器进行放电，获取放电过程中的放电电流波形图，根据放电电流波形图确定电容器元件击穿时的放电电流。本发明实现了在试验条件下对高压并联电容器元件击穿时的内熔丝通过放电电流的测量，并对设计值进行校核，以改进和优化设计参数，提高产品的运行可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电力检测技术领域，并且更具体地，涉及一种用于测量电容器元件击穿时放电电流的设备及方法。
背景技术
内熔丝是高压电容器故障保护的重要措施之一，内熔丝的作用是在电容器元件极间短路时，利用短路放电能量熔断熔丝本体，开断短路电容器元件所在支路，将短路电容器元件与电源隔离，使得完好电容器元件可以继续运行。
为了保证内熔丝能够在电容器故障时可靠熔断，必须选择合适的熔丝尺寸。内熔丝通常采用金属铜作为主要原材料，其熔断性能主要受熔丝横截面积和熔体长度的影响。设计内熔丝尺寸时，首先应计算电容器元件击穿时，流过击穿电容器元件的放电电流，再根据放电回路参数计算注入与其串联内熔丝的能量，依此选择合适的内熔丝尺寸。
内熔丝的尺寸不宜选得过大，也不宜选得过小，选得过大会造成元件击穿时内熔丝不能熔断或者不能可靠熔断，甚至产生间歇性电弧，导致故障扩大。选得太小会导致内熔丝在正常运行或例行试验时发生熔断或损伤熔体，导致电容器不能正常工作。目前，国内不少输变电工程中，电容器单元内熔丝尺寸都是根据经验进行设计，缺少精确的理论计算作为支撑，因此也出现过多次因内熔丝配置不合理导致保护误动或故障扩大的情况。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种用于测量电容器元件击穿时放电电流的设备，包括：
工频调压器，所述工频调压器接入工频交流电压，对工频交流电压进行调压，输出工频低压交流电；
充电单元，所述放电单元接入工频低压交流电，将所述工频低压交流电转化为高压直流电，并对电容器进行充电；
电容器，所述电容器用于存储高压直流电；
放电单元，所述放电单元对电容器进行放电，获取放电过程中的放电电流波形图，根据放电电流波形图确定电容器元件击穿时的放电电流。
可选的，充电单元，包括：
工频变压器，所述工频变压器将接入的工频低压交流电转化为工频高压交流电；
断路器K1，所述断路器K1用于所述充电单元的关断；
充电电阻，所述充电电阻对充电电流进行调整，输出受限的充电电流；
整流硅堆，所述整流硅堆对受限的充电电流进行整流，输出对电容器充电的高压直流电；
标准电容式电压互感器，所述标准电容式电压互感器测量电容器两端的电压，当测量的电容器两端电压达到高压电容器的额定电压后，控制断路器K1断开。
可选的，放电单元，包括：
高压开关K2，所述高压开关K2控制放电单元的关断；
内熔丝，所述内熔丝，与高压开关K2及电容器模拟电容器元件击穿；
罗氏线圈交流探头，所述罗氏线圈交流探头测量内熔丝通过的放电电流；
示波器，所述示波器记录罗氏线圈交流探头测量的内熔丝通过的放电电流，根据内熔丝通过的放电电流生成放电电流波形。
可选的，整流硅堆，为多个二极管集成的整流电路，且整流电路封装在树脂中。
可选的，标准电容式电压互感器，包括串联电容器和电磁式互感器；
串联电容器用于分压，所述电磁式互感器用于降压和隔离。
可选的，罗氏线圈交流探头，为交流电流传感器，结构为柔性或刚性的空心环形线圈。
可选的，工频调压器，输入的电压为220V或380V，输出电压为0至430V。
可选的，电容器元件击穿时的放电电流为内熔丝的熔断电流。
可选的，波形图还用于确定内熔丝的阻值变化，根据阻值变化获取内熔丝的温度变化波形。
本发明还提出了一种用于测量电容器元件击穿时放电电流的方法，包括：
检查所述设备是否正确连接，且K1和K2是否断开；
核查完毕后，控制工频调压器接入工频交流电压，对工频交流电压进行调压，输出工频低压交流电；
关闭K1，并调节工频电压器输出电压升高，待标准电容式电压互感器输出值达到电容器额定电压值后，K1，关闭K2；
通过罗氏线圈交流探头和示波器记录放电电流波形图，根据波形图确定电容器元件击穿时的放电电流。
本发明实现了在试验条件下对高压并联电容器元件击穿时的内熔丝通过放电电流的测量，并对设计值进行校核，以改进和优化设计参数，提高产品的运行可靠性。
附图说明
图1为本发明一种用于测量电容器元件击穿时放电电流的设备电容器元件与内熔丝接线等值电路图；
图2为本发明一种用于测量电容器元件击穿时放电电流的设备单元电容器套管端部短路等值电路图；
图3为本发明一种用于测量电容器元件击穿时放电电流的设备电容器元件击穿时的等值电路图；
图4为本发明一种用于测量电容器元件击穿时放电电流的设备结构图；
图5为本发明一种用于测量电容器元件击穿时放电电流的方法流程图。
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。
本发明采用电容器内熔丝模拟试验，利用试验电容器储存能量，然后经过试验回路向被试内熔丝放电，通过测量放电能量以及试验回路消耗的能量，即可得出高压并联电容器内熔丝熔断能量。
电容器元件与内熔丝接线的等值电路，如图1所示，L是每个元件支路总的杂散电感，r是单个电容器元件支路的损耗电阻，RD和LD分别是元件包引线的损耗电阻和杂散电感，C是单个电容器元件电容，根据内熔丝电容器单元内部的结构特点，对其等值电路进行如下分析与假设：
(1)并联的元件彼此紧挨着，元件间的连线主要是内熔丝，电容器元件自身的杂散电感很小，计算时认为内熔丝的电感就是电容器元件支路的总电感。
(2)电容器单元引出线的杂散电感LD很小，对于工频过程的影响甚微，可不予考虑，但是在进行短路放电电流分析时则必须考虑。
(3)r和RD在电路中起阻尼作用，内熔丝的横截面积很小，与r相比，RD要小得多。
根据上述的电容器单元的内部电路，可以对不同的故障情况进行分析。这里着重分析故障时的放电电流最大值，以及熔丝所承受的放电电流最大值。
首先讨论单元套管端部短路情况，这类情况还包含了在电容器组中一台电容器极间短路时，与故障电容器相并联的邻近电容器对故障点放电时的内部过程。
单元套管端部短路放电的电路可由图1简化成图2，图1中单元内部元件组合为m个并联，n个串联，计算式为：
由于(Rf+RD)很小，放电电流通常呈衰减振荡电流，公式如下：
式中，角频率
回路固有角频率
其中
衰减常数
其中
分析可知：当
时，有放电电流最大值，公式如下：
式中
——元件上的电压UC。
即有：
显然，每一元件(熔丝)的放电电流最大值为：
用同样方法分析单元内部在一个元件被击穿时的故障电流和各元件的放电电流。
首先分析一个电容器元件击穿时的放电电流以及内熔丝所承受的放电电流情况。
如图3所示，一个元件击穿时，仅有击穿元件所在串联段的各并联元件对击穿点放电，放电路径较短。同时，击穿元件的位置不同，注入击穿点的放电电流也会有所区别，但注入能量差别不大。本发明分析故障元件居于串联段中央，各完好元件均以相同路径对故障元件放电的情况。由此可得一个电容器元件短路时的等值电路如图3所示，图中rf是击穿元件支路的损耗电阻，ig(t)是流过击穿元件支路的放电电流，UC为元件击穿时的电压峰值。
根据电路理论计算可得一个元件击穿时放电电流ig(t)为衰减振荡电流，表达式为：
式中：
当
时，即
时，ig有最大值Igm。
本发明提出了一种用于测量电容器元件击穿时放电电流的设备，如图4所示，包括：
工频调压器，所述工频调压器接入工频交流电压，对工频交流电压进行调压，输出工频低压交流电；
充电单元，所述放电单元接入工频低压交流电，将所述工频低压交流电转化为高压直流电，并对电容器进行充电；
电容器，所述电容器用于存储高压直流电；
放电单元，所述放电单元对电容器进行放电，获取放电过程中的放电电流波形图，根据放电电流波形图确定电容器元件击穿时的放电电流。
充电单元，包括：
工频变压器，所述工频变压器将接入的工频低压交流电转化为工频高压交流电；
断路器K1，所述断路器K1用于所述充电单元的关断；
充电电阻，所述充电电阻对充电电流进行调整，输出受限的充电电流；
整流硅堆，所述整流硅堆对受限的充电电流进行整流，输出对电容器充电的高压直流电；
标准电容式电压互感器，所述标准电容式电压互感器测量电容器两端的电压，当测量的电容器两端电压达到高压电容器的额定电压后，控制断路器K1断开。
放电单元，包括：
高压开关K2，所述高压开关K2控制放电单元的关断；
内熔丝，所述内熔丝，与高压开关K2及电容器模拟电容器元件击穿；
罗氏线圈交流探头，所述罗氏线圈交流探头测量内熔丝通过的放电电流；
示波器，所述示波器记录罗氏线圈交流探头测量的内熔丝通过的放电电流，根据内熔丝通过的放电电流生成放电电流波形。
整流硅堆，为多个二极管集成的整流电路，且整流电路封装在树脂中。
标准电容式电压互感器，包括串联电容器和电磁式互感器；
串联电容器用于分压，所述电磁式互感器用于降压和隔离。
罗氏线圈交流探头，为交流电流传感器，结构为柔性或刚性的空心环形线圈。
工频调压器，输入的电压为220V或380V，输出电压为0至430V。
电容器元件击穿时的放电电流为内熔丝的熔断电流。
波形图还用于确定内熔丝的阻值变化，根据阻值变化获取内熔丝的温度变化波形。
本发明还提出了一种用于测量电容器元件击穿时放电电流的方法，如图5所示，包括：
检查所述设备是否正确连接，且K1和K2是否断开；
核查完毕后，控制工频调压器接入工频交流电压，对工频交流电压进行调压，输出工频低压交流电；
关闭K1，并调节工频电压器输出电压升高，待标准电容式电压互感器输出值达到电容器额定电压值后，K1，关闭K2；
通过罗氏线圈交流探头和示波器记录放电电流波形图，根据波形图确定电容器元件击穿时的放电电流。
本发明实现了在试验条件下对高压并联电容器元件击穿时的内熔丝通过放电电流的测量，并对设计值进行校核，以改进和优化设计参数，提高产品的运行可靠性。
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。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
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。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种用于测量电容器元件击穿时放电电流的设备，所述设备包括：
工频调压器，所述工频调压器接入工频交流电压，对工频交流电压进行调压，输出工频低压交流电；
充电单元，所述放电单元接入工频低压交流电，将所述工频低压交流电转化为高压直流电，并对电容器进行充电；
电容器，所述电容器用于存储高压直流电；
放电单元，所述放电单元对电容器进行放电，获取放电过程中的放电电流波形图，根据放电电流波形图确定电容器元件击穿时的放电电流。
2.根据权利要求1所述的设备，所述充电单元，包括：
工频变压器，所述工频变压器将接入的工频低压交流电转化为工频高压交流电；
断路器K1，所述断路器K1用于所述充电单元的关断；
充电电阻，所述充电电阻对充电电流进行调整，输出受限的充电电流；
整流硅堆，所述整流硅堆对受限的充电电流进行整流，输出对电容器充电的高压直流电；
标准电容式电压互感器，所述标准电容式电压互感器测量电容器两端的电压，当测量的电容器两端电压达到高压电容器的额定电压后，控制断路器K1断开。
3.根据权利要求1所述的设备，所述放电单元，包括：
高压开关K2，所述高压开关K2控制放电单元的关断；
内熔丝，所述内熔丝，与高压开关K2及电容器模拟电容器元件击穿；
罗氏线圈交流探头，所述罗氏线圈交流探头测量内熔丝通过的放电电流；
示波器，所述示波器记录罗氏线圈交流探头测量的内熔丝通过的放电电流，根据内熔丝通过的放电电流生成放电电流波形。
4.根据权利要求2所述的设备，所述整流硅堆，为多个二极管集成的整流电路，且整流电路封装在树脂中。
5.根据权利要求2所述的设备，所述标准电容式电压互感器，包括串联电容器和电磁式互感器；
所述串联电容器用于分压，所述电磁式互感器用于降压和隔离。
6.根据权利要求3所述的设备，所述罗氏线圈交流探头，为交流电流传感器，结构为柔性或刚性的空心环形线圈。
7.根据权利要求1所述的设备，所述工频调压器，输入的电压为220V或380V，输出电压为0至430V。
8.根据权利要求1所述的设备，所述电容器元件击穿时的放电电流为内熔丝的熔断电流。
9.根据权利要求1所述的设备，所述波形图还用于确定内熔丝的阻值变化，根据阻值变化获取内熔丝的温度变化波形。
10.一种使用如权利要求1-9任意一种设备测量电容器元件击穿时放电电流的方法，所述方法包括：
检查所述设备是否正确连接，且K1和K2是否断开；
核查完毕后，控制工频调压器接入工频交流电压，对工频交流电压进行调压，输出工频低压交流电；
关闭K1，并调节工频电压器输出电压升高，待标准电容式电压互感器输出值达到电容器额定电压值后，K1，关闭K2；
通过罗氏线圈交流探头和示波器记录放电电流波形图，根据波形图确定电容器元件击穿时的放电电流。
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2020
- 2020-07-30 CN CN202010752008.9A patent/CN112083303A/zh active Pending
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