一種系統級電子式互感器電磁兼容試驗系統及方法與流程
2023-08-04 01:56:56
本發明屬於電力系統電磁兼容試驗測量技術領域，特別涉及一種電子式互感器電磁兼容試驗系統及方法。
背景技術：
目前電子式互感器產品的電磁兼容性是按照國標《gb/t17626電磁兼容》進行相關試驗，產品在完成規定的各項電磁兼容試驗項目且試驗結果合格的條件下，在電力系統實際運行過程中仍多次出現電磁防護性能失敗故障。經試驗研究和理論分析主要原因有：國標規定是同一時間進行單一試驗項目；國標規定的個別試驗參數與實際現場的測量參數差別較大。另外電磁騷擾源的特性參數與電壓等級有密切關係，而且電壓等級越高其電磁幹擾越強烈。因此，實際使用中電子式互感器出現電磁兼容性不能滿足電力系統電磁環境要求，也缺少相關電子式互感器產品系統級的電磁兼容試驗項目。
通過隔離開關模擬騷擾源可以對電子式互感器整體進行系統級的電磁兼容試驗，其原理圖如圖1所示。
隔離開關模擬騷擾源一次設備包括試驗變壓器t、電容分壓器p1、可調接地電感l、電源側模擬電容c1、真空斷路器開關s、放電球隙d和負載側模擬電容c2。試驗變壓器用於模擬實際變電站現場中的工頻高壓電源；電容分壓器實時檢測試驗變壓器的電壓；電源側模擬電容用於模擬實際現場中隔離開關帶電刀口側電容總和；真空斷路器開關用於控制模擬騷擾源的通斷；放電球隙用於模擬實際隔離開關的通斷電弧過程；負載側模擬電容用於模擬實際現場中隔離開關負載刀口側電容總和；可調接地電感用於模擬隔離開關接地引線在高頻電流作用下所產生的高頻電感。
隔離開關模擬騷擾源二次設備包括變壓器操作控制臺、斷路器操作控制儀、斷路器控制保護裝置、球隙控制器、電壓電流採集系統及其記錄裝置、被試電子式互感器及其合併單元和錄波裝置。變壓器操作控制臺用於控制試驗變壓器的電壓升、電壓降，及試驗電壓的通斷等；斷路器操作控制儀用於控制斷路器的通斷時間，用於模擬實際隔離開關的拉弧通斷總時間；斷路器控制保護裝置用於控制斷路器的通斷，並對斷路器中的二次裝置進行保護；球隙控制器用於遠程控制球隙的間距；電壓電流採集系統及其記錄裝置用於對隔離開關模擬騷擾源系統拉弧過程中的高頻電磁脈衝電壓和電流信號進行採集；被試電子式互感器及其合併單元和錄波裝置，包括需要測試的試品，以及用於電子式互感器試品受到電磁騷擾的檢測裝置。
目前隔離開關模擬騷擾源對電子式互感器進行抗擾度試驗時，每次試驗都是固定球隙間距，設置放電總時間，對電子式互感器進行相對平均強度的電磁騷擾試驗，與現場開關觸頭運動過程的拉弧電磁騷擾不同；另外每次試驗的操作程序、操作次數，被試電子式互感器的故障判別依據沒有具體方法。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種系統級電子式互感器電磁兼容試驗系統及方法，以克服上述現有試驗方法的缺點。本發明採用隔離開關模擬騷擾源對電子式互感器進行系統級的電磁兼容性試驗，通過此試驗，提高電子式互感器的現場運行可靠性，降低因電磁防護性能不足出現的設備故障。這種方法可以解決原試驗系統球隙固定不動，和現場隔離開關分合過程的動態電弧過程不一致的問題，實現現場真實模擬的動態的球隙不斷燃弧、熄弧循環的過程。
為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案：
一種系統級電子式互感器電磁兼容試驗系統，包括一次設備；
一次包括試驗變壓器t、電容分壓器、可調接地電感l、電源側模擬電容c1、真空斷路器開關s、遠控可移動放電球隙d和負載側模擬電容c2；
電容分壓器包括高壓電源電容分壓器p1和高壓負載側電容分壓器p2；高壓電源電容分壓器p1一端、電源側模擬電容c1一端和試驗變壓器t的副邊一端均連接真空斷路器開關s一端；真空斷路器開關s另一端連接遠控可移動放電球隙d一端，遠控可移動放電球隙d另一端連接負載電流測量互感器ct1一端，負載電流測量互感器ct1另一端連接被試電子式電流互感器ct2一端，ct2另一端連接高壓負載側電容分壓器p2一端、負載側模擬電容c2一端和被試電子式電壓互感器pt一端，c2另一端和pt另一端連接可調接地電感l一端；p1另一端、c1另一端、試驗變壓器t的副邊另一端、p2另一端、l另一端均接地。
進一步的，還包括二次設備；二次設備包括變壓器操作控制臺、球隙控制器、記錄儀、合併單元、斷路器操作控制儀、斷路器控制和保護裝置；
變壓器操作控制臺連接高壓試驗變壓器t和高壓電源電容分壓器c1；
球隙控制器通過光纖連接可移動放電球隙d控制端；
記錄儀通過光纖連接負載電流測量互感器ct1；
合併單元通過光纖連接被試電子式電流互感器ct2和被試電子式電壓互感器pt，合併單元連接錄播裝置；
斷路器操作控制儀、斷路器控制和保護裝置連接真空斷路器s。
進一步的，遠控可移動放電球隙d的間隙介質為空氣間隙或者sf6氣體間隙。
進一步的，變壓器操作控制臺用於控制試驗變壓器的電壓升、電壓降，及試驗電壓的通斷；
斷路器操作控制儀用於控制斷路器開關的通斷時間，用於模擬實際隔離開關的拉弧通斷總時間；
斷路器控制保護裝置用於控制斷路器開關的的通斷，並對斷路器中的二次裝置進行保護；
球隙控制器用於遠程控制球隙的間距；
電壓電流採集系統及其記錄裝置用於對隔離開關模擬騷擾源系統拉弧過程中的高頻電磁脈衝電壓和電流信號進行採集；
被試電子式互感器及其合併單元和錄波裝置，包括測試的試品，以及用於電子式互感器試品受到電磁騷擾的檢測裝置。
一種系統級電子式互感器電磁兼容試驗系統方法，包括以下步驟：
1)通過斷路器操作控制儀，設定放電模式和放電延遲時間，控制真空斷路器單分、單合，或採用合-t-分模式；t為延遲時間；
2)在真空斷路器開關s分閘狀態，將試驗變壓器高壓輸出電壓升至電子式互感器額定工作電壓；
3)合真空斷路器開關s並使遠控可移動放電球隙d聯動，模擬隔離開關的合/分過程電磁騷擾，記錄一次電壓和電流波形數據和電子式互感器輸出二次數據；
4)重複步驟2)至3)9次，共10次合分操作；
5)高壓試驗變壓器降壓歸零，停電；
6)試驗結束。
進一步的，步驟3)中，模擬實現隔離開關合過程電磁騷擾時，合真空斷路器開關s時聯動控制遠控可移動放電球隙d由遠距離逐漸減小，直至為0，模擬隔離開關合過程電磁騷擾；模擬實現隔離開關分過程電磁騷擾時，合真空斷路器開關s時聯動控制遠控可移動放電球隙d由近距離逐漸增大，直至為電弧熄滅不再重燃，模擬隔離開關分過程電磁騷擾。
進一步的，對於電子式電流互感器ct2，試驗判據：
1)試品不損壞；
2)不出現合併單元通信中斷、丟包、品質改變情況；
3)合併單元輸出無異常；
輸出無異常指輸出異常單點輸出超過額定二次輸出的100％或連續兩點輸出超過額定二次輸出的40％。
進一步的，對於電子式電流互感器pt，試驗判據：
1)試品不損壞；
2)不出現合併單元通信中斷、丟包、品質改變。
與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：
採用遠控可移動放電球隙與斷路器開關聯動，更加真實的模擬了隔離開關合/分過程的電磁騷擾過程；採用球隙擊穿、熄滅產生的電磁騷擾源，真實模擬了電力系統隔離開關操作所產生的暫態工況。這種騷擾源具有暫態脈衝電壓、脈衝電流、脈衝磁場、脈衝電場、電磁波等多參數同時施加且參數可控和重複性好的特點。此外，通過調整分壓器抬升被試電子式互感器地電位，達到更好模擬實際工況的目的，實際試驗效果良好。採用此方法對電子式互感器進行系統級抗幹擾性能試驗，可顯著提高電子式互感器的抗幹擾性能，降低電子式互感器在使用過程的故障率。
附圖說明
圖1為現有電子式互感器電磁兼容試驗系統的結構示意圖；
圖2為本發明電子式互感器電磁兼容試驗系統的結構示意圖；
圖中：
t高壓試驗變壓器；
p1高壓電源電容分壓器(標準電壓傳感器)；
p2高壓負載側電容分壓器；
c1電源側電容器；
c2負載側電容器；
ct1負載電流測量互感器(標準電流傳感器)；
ct2被試電子式電流互感器；
pt被試電子式電壓互感器；
s真空斷路器；
l為可調接地電感；
d遠控可移動放電球隙，根據電子式互感器配套使用方式，選用空氣絕緣放電球隙或sf6氣體密封放電球隙兩種方式，用來模擬ais和gis兩種隔離開關騷擾源。在試驗過程中，根據現場ais或gis隔離開關的分合閘速度，設定球隙的運動速度，配合真空斷路器的分合過程，程序控制球隙的運動，即：斷路器合，如果是實現斷路器分過程電磁騷擾，則球隙由遠距離逐漸減小，直至為0，斷路器分；如果是實現斷路器合過程電磁騷擾，則球隙由遠距離逐漸增大，直至為電弧熄滅不再重燃，斷路器分。
具體實施方式
請參閱圖1所示，本發明一種系統級電子式互感器電磁兼容試驗系統，包括一次設備和二次設備。
一次設備包括試驗變壓器t、電容分壓器、可調接地電感l、電源側模擬電容c1、真空斷路器開關s、遠控可移動放電球隙d和負載側模擬電容c2。電容分壓器包括高壓電源電容分壓器p1和高壓負載側電容分壓器p2；高壓電源電容分壓器p1一端、電源側模擬電容c1一端和試驗變壓器t的副邊一端均連接真空斷路器開關s一端；真空斷路器開關s另一端連接遠控可移動放電球隙d一端，遠控可移動放電球隙d另一端連接負載電流測量互感器ct1一端，負載電流測量互感器ct1另一端連接被試電子式電流互感器ct2一端，ct2另一端連接高壓負載側電容分壓器p2一端、負載側模擬電容c2一端和被試電子式電壓互感器pt一端，c2另一端和pt另一端連接可調接地電感l一端；p1另一端、c1另一端、試驗變壓器t的副邊另一端、p2另一端、l另一端均接地。
試驗變壓器t用於模擬實際變電站現場中的工頻高壓電源；高壓電源電容分壓器p1實時檢測試驗變壓器t的電壓；電源側模擬電容c1用於模擬實際現場中隔離開關帶電刀口側電容總和；真空斷路器開關s用於控制模擬騷擾源的通斷；遠控可移動放電球隙d用於模擬實際隔離開關的通斷電弧過程；負載側模擬電容c2用於模擬實際現場中隔離開關負載刀口側電容總和；可調接地電感l用於模擬隔離開關接地引線在高頻電流作用下所產生的高頻電感。
試驗中由於高壓試驗變壓器內阻的原因，在合閘和分閘兩種狀態下，其穩態電壓有變化，按gb1985-2004《高壓交流隔離開關和接地開關》的要求其電源變化應≤±10％。
試驗中，高壓試驗變壓器輸出試驗電壓幅值與被試電子式互感器額定工作電壓相同；被試電子式互感器一次部分、二次連接及電子合併單元按實際使用條件進行完整裝配連接，在試驗過程電子式互感器帶電並按正常工況運行。
優選的，遠控可移動放電球隙d根據電子式互感器配套使用，其間隙介質為空氣間隙或者sf6氣體間隙。
一種系統級電子式互感器電磁兼容試驗系統方法，包括以下步驟：
1)按照圖1準備被試電子式互感器、配套合併單元及附件，一次和二次控制、測量記錄設備準備就緒；其中，變壓器操作控制臺連接高壓試驗變壓器t和高壓電源電容分壓器c1；球隙控制器通過光纖連接球隙控制端；記錄儀通過光纖連接負載電流測量互感器ct1；合併單元通過光纖連接被試電子式電流互感器ct2和被試電子式電壓互感器pt，合併單元連接錄播裝置；斷路器操作控制儀、斷路器控制和保護裝置連接真空斷路器s。
變壓器操作控制臺用於控制試驗變壓器的電壓升、電壓降，及試驗電壓的通斷；斷路器操作控制儀用於控制斷路器的通斷時間，用於模擬實際隔離開關的拉弧通斷總時間；斷路器控制保護裝置用於控制斷路器的通斷，並對斷路器中的二次裝置進行保護；球隙控制器用於遠程控制球隙的間距；電壓電流採集系統及其記錄裝置用於對隔離開關模擬騷擾源系統拉弧過程中的高頻電磁脈衝電壓和電流信號進行採集；被試電子式互感器及其合併單元和錄波裝置，包括需要測試的試品，以及用於電子式互感器試品受到電磁騷擾的檢測裝置。
2)通過斷路器操作控制儀，設定放電模式和放電延遲時間，控制真空斷路器「單分」或「單合」，也可將延時t設置為2分鐘，採用「合-t-分」模式；
3)在真空斷路器分閘狀態，將試驗變壓器高壓輸出電壓升至電子式互感器額定工作電壓；
4)合真空斷路器開關s並使遠控可移動放電球隙d聯動，記錄一次電壓和電流波形數據和電子式互感器輸出二次數據；如果是模擬實現隔離開關合過程電磁騷擾，則球隙由遠距離逐漸減小，直至為0，模擬隔離開關合；如果是模擬實現隔離開關分過程電磁騷擾，則球隙由近距離逐漸增大，直至為電弧熄滅不再重燃，模擬隔離開關分。
5)等待2分鐘後重複步驟3)至4)9次，共10次合分操作；
6)高壓試驗變壓器降壓歸零，停電；
7)試驗結束。
試驗判據：
電子式電流互感器試驗要求：
1)試品不損壞。
2)不出現合併單元通信中斷、丟包、品質改變。
3)不允許合併單元輸出異常(輸出異常單點輸出超過額定二次輸出的100％或連續兩點輸出超過額定二次輸出的40％)。
電子式電壓互感器試驗要求：
1)試品不損壞。
2)不出現合併單元通信中斷、丟包、品質改變。
優選的，調整電容分壓器抬升電子式互感器的地電位，然後重複步驟1)至8)進行試驗。
本發明為試驗過程中的聯動操作，首先通過斷路器操作控制儀設置電磁騷擾試驗的總作用時間，斷路器操作控制儀根據總作用時間、試驗電壓等級、球隙初始間距(漸近)或球隙介質擊穿間距(漸遠)，計算出球隙的運動速度，並將球隙運動速度傳送給球隙運動控制機構，然後斷路器操作控制儀控制斷路器進行合操作，同一時刻啟動球隙運動控制機構，使球隙進行漸近操作或漸遠操作，「漸近操作」用於模擬隔離開關的合操作，直至球隙間隙為0，電弧熄滅，總作用時間到，此時斷路器操作控制儀控制斷路器進行分操作；「漸遠操作」用於模擬隔離開關的分操作，總作用時間到，此時斷路器操作控制儀控制斷路器進行分操作。
上述實施方式僅為本發明的優選實施方式，不能以此來限定本發明保護的範圍，本領域的技術人員在本發明的基礎上所做的任何非實質性的變化及替換均屬於本發明所要求保護的範圍。