電壓互感器短路承受能力自動(dòng)試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)

沈曉東

(寧波市計(jì)量測(cè)試研究，寧波 315048)

0　引言

使用在電力系統(tǒng)變、配電站中的電磁式電壓互感器要求短路承受能力試驗(yàn)，以保證二次繞組發(fā)生短路故障時(shí)，一次繞組的額定電壓在1s鐘內(nèi)保持正常值，從而使電網(wǎng)的供電系統(tǒng)不受影響。本文所設(shè)計(jì)的電壓互感器短路承受能力自動(dòng)試驗(yàn)裝置就是模擬使用中的互感器，在其二次繞組發(fā)生短路故障時(shí)，1s鐘所產(chǎn)生的熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)而無(wú)損傷。

本裝置符合GB 1207—2006《電磁式電壓互感器》中關(guān)于電壓互感器短路承受試驗(yàn)的要求，系統(tǒng)由微機(jī)控制，試驗(yàn)過(guò)程自動(dòng)，試驗(yàn)結(jié)果在電腦里形成文件，包括一次短路、二次短路電流，一次電壓數(shù)據(jù)和波形。因此，本裝置對(duì)電網(wǎng)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有十分重要的意義。

1　工作原理

電壓互感器短路承受能力自動(dòng)試驗(yàn)裝置工作原理如圖1所示。主要由自動(dòng)調(diào)壓裝置、帶儀表輸出的升壓變壓器、高速采樣暫態(tài)測(cè)量系統(tǒng)和大電流可控硅短路開關(guān)控制電路四部分組成。

圖1　裝置工作原理

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，在二次繞組短路的1s時(shí)間里，一次繞組電壓應(yīng)盡量保持額定電壓，考慮到調(diào)壓裝置和升壓變壓器有一定的內(nèi)阻，在被試互感器二次繞組短路時(shí)，升壓變壓器輸出電壓會(huì)有較大下降，所以，應(yīng)該在開路時(shí)先自動(dòng)計(jì)算電壓下降的幅度，并對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，使二次繞組短路時(shí)，一次繞組保持額定電壓。具體方法是做一次預(yù)升壓，一般為額定電壓的30％～50％，在二次繞組短路時(shí)，測(cè)量一次電壓的下降值，按照比例計(jì)算額定電壓試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)補(bǔ)償?shù)碾妷褐?。以上所有過(guò)程均由微機(jī)控制，自動(dòng)進(jìn)行，并將結(jié)果數(shù)據(jù)、波形存儲(chǔ)于電腦。

2　測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電壓互感器短路承受能力自動(dòng)試驗(yàn)裝置主要對(duì)一個(gè)高壓電壓量和兩個(gè)電流量進(jìn)行瞬間高速測(cè)量，采用16位單片微機(jī)系統(tǒng)配合16位高速高精度AD轉(zhuǎn)換芯片對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速采集和發(fā)送，如圖2所示。

圖2　測(cè)量原理圖

測(cè)量原理圖中，選用ADI公司生產(chǎn)的型號(hào)為AD7606BSTZ的A/D轉(zhuǎn)換器，其具有8個(gè)輸入通道，分辨率為16位，模擬輸入阻抗為1MΩ，模擬量輸入范圍為±10V，其輸入范圍零代碼誤差典型值為±1LSB。在要求高速的環(huán)境下，可以取得高精度。將電壓互感器一次額定電壓的1.5倍作為滿量程， 在10％量程至滿量程的范圍內(nèi)，A/D精度可以達(dá)到0.01％。

采樣電路的程控放大器為PGA204，由BURR-BROWN生產(chǎn)，放大倍數(shù)有1、10、100、1000四種，分別對(duì)應(yīng)的增益誤差為±0.005％、±0.01％、±0.01％、±0.02％。由于本系統(tǒng)試驗(yàn)過(guò)程只有1s時(shí)間，電流及電壓信號(hào)都為暫態(tài)過(guò)程，無(wú)法按照普通的思路合理選擇放大倍數(shù)，只能在預(yù)升壓的過(guò)程中進(jìn)行判斷，以基本線性為依據(jù)，對(duì)實(shí)際的短路電壓或電流進(jìn)行推算，保證一定的余量后確定各通道的放大倍數(shù)。

一次電壓采用儀表輸出電壓，比例為1/1000，空載精度為0.05級(jí)，滿載(二次短路)時(shí)達(dá)到1級(jí)，一次電流在電路的低壓側(cè)串入5/5的0.2級(jí)電流互感器，二次電流采集為200/5的0.2級(jí)電流互感器。

3　試驗(yàn)方法及結(jié)果判定

電壓互感器的短路承受能力試驗(yàn)只進(jìn)行一次。當(dāng)二次繞組短路時(shí)將電壓施加于一次繞組，或者當(dāng)一次繞組短路時(shí)將電壓施加予二次繞組。考慮到短路用可控硅的耐壓，采用低壓側(cè)短路的方法。無(wú)論采用哪一種方法，施加的電壓有效值應(yīng)不低于其額定電壓值。圖1表示二次繞組短路，一次繞組施加電壓的接線。將電壓施加于試品的一次繞組AN上，二次繞組的短路開關(guān)是采用大電流可控硅開關(guān)元件，合閘1s鐘后斷開由微機(jī)軟件控制，小電流互感器測(cè)量一次電流，200A電流互感器測(cè)量二次繞組的短路電流，一次電壓由儀表輸出后進(jìn)行測(cè)量。

由于高壓電源容量限制，在可控硅合閘1s鐘期間施加于一次繞組的電壓將會(huì)降低，電壓降低多少應(yīng)視試驗(yàn)電源的容量和試品的短路阻抗的大小而定。因此短路前施加于一次的電壓應(yīng)比額定電壓高。為了做好這項(xiàng)試驗(yàn)，可在30％～50％額定電壓下將二次繞組短路(時(shí)間應(yīng)很短一般為0.1s)，可得一次、二次繞組內(nèi)的電流值以及所施加的電壓值，從而推算在額定電壓下二次繞組短路時(shí)電壓降落為多少。

短路承受能力試驗(yàn)后，試品冷卻到環(huán)境溫度，若能滿足下列要求，則認(rèn)為該試品通過(guò)本試驗(yàn)：

1)試品無(wú)可見損傷(如相對(duì)位移、永久變形和損傷等);

2)其誤差與本試驗(yàn)前的差異不超過(guò)其允許誤差限值的二分之一；

3)二次繞組組間以及二次繞組對(duì)底座或油箱承受90％額定耐受電壓試驗(yàn)；一次繞組對(duì)底座或油箱承受90％額定耐受電壓試驗(yàn)(外施工頻耐壓以及感應(yīng)耐壓試驗(yàn))；局部放電試驗(yàn)所測(cè)的放電水平與本試驗(yàn)前的數(shù)值無(wú)明顯差異，且符合允許的放電量值的要求,

4)與一次、二次繞組表面接觸的絕緣有無(wú)明顯的劣化現(xiàn)象(如碳化)。

4　結(jié)束語(yǔ)

電壓互感器短路承受能力自動(dòng)試驗(yàn)裝置采用全自動(dòng)過(guò)程設(shè)計(jì)，在國(guó)內(nèi)同類設(shè)備中別具一格，不需要非常大容量的試驗(yàn)變壓器，只要合理設(shè)計(jì)預(yù)升壓過(guò)程，就能準(zhǔn)確達(dá)到正常的試驗(yàn)電壓，各通道采用了高精度的測(cè)試電路和芯片，使整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)試水平在國(guó)內(nèi)處于領(lǐng)先水平。

[1]GB 1207—2006電磁式電壓互感器.中華人民共和國(guó)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)，2007

[2]吳壽錄.3～60千伏單相三線圈電壓互感器突發(fā)短路試驗(yàn)的幾個(gè)問(wèn)題.變壓器，1982(12)

[3]王梅義.儀用電壓互感器的二次回路接地.繼電器，1993(4)

[4]馬亦林，俞有瑛.電容式電壓互感器短路暫態(tài)過(guò)程研究中的兩個(gè)問(wèn)題.現(xiàn)代電力，1993(5)

[5]秦濤，張磊，王向東.電壓互感器二次單相接地短路故障分析.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010(4)