基于高壓電氣系統(tǒng)的高壓電機(jī)與電氣開關(guān)自動化測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

于娟 劉利琴

摘要：文章從高壓電氣系統(tǒng)、高壓電機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等角度出發(fā)，以高壓電機(jī)與電氣開關(guān)為研究對象，初步研究了高壓電機(jī)及電氣開關(guān)試驗(yàn)的控制方式，據(jù)此提出了電氣開關(guān)試驗(yàn)的控制策略。為高壓電氣系統(tǒng)的性能優(yōu)化與改進(jìn)提供了重要依據(jù)，從而為該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：高壓電機(jī);電氣試驗(yàn);自動化測試系統(tǒng)

為有效確保高壓電機(jī)及開關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)正常運(yùn)行，盡可能降低高壓電機(jī)及開關(guān)的故障率，要對其及時進(jìn)行電氣試驗(yàn)以及相關(guān)檢測。而由于高壓電氣系統(tǒng)本身具有一定的特殊性，且電氣試驗(yàn)大多帶有一定的危險性，因此有必要設(shè)計(jì)一款自動化的測試系統(tǒng)，在保障能夠全面、精確地搜集整理和深入分析相關(guān)參數(shù)的基礎(chǔ)之上，高效完成高壓電機(jī)及開關(guān)的電氣試驗(yàn)，進(jìn)而有效保障高壓電機(jī)正常運(yùn)行，提升整個高壓系統(tǒng)運(yùn)行性能。

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

以往高壓電機(jī)及開關(guān)電氣試驗(yàn)所需的設(shè)備眾多且體型比較龐大，要花費(fèi)大量的試驗(yàn)時間，精確度不能長時間地維持在較高的水準(zhǔn)上，容易受到人為或其他因素的影響。因此本身設(shè)計(jì)的高壓電機(jī)及開關(guān)電氣試驗(yàn)自動化測試系統(tǒng)通過運(yùn)用當(dāng)前的感應(yīng)調(diào)壓器以及低壓變頻試驗(yàn)機(jī)組，配合使用升壓變壓器提供試驗(yàn)所需高壓電源[1]。此外在系統(tǒng)中還設(shè)計(jì)使用工控機(jī)以及主回路系統(tǒng)和負(fù)責(zé)測量分析參數(shù)的參數(shù)系統(tǒng)，進(jìn)而有效完善高壓電機(jī)及開關(guān)電氣試驗(yàn)自動化測試系統(tǒng)。

（二）系統(tǒng)功能

在高壓電機(jī)及開關(guān)電氣試驗(yàn)自動化測試系統(tǒng)當(dāng)中，等待試驗(yàn)的高壓電機(jī)從主回路系統(tǒng)處獲取高壓電源和負(fù)載，而系統(tǒng)中安裝使用的工控機(jī)和相關(guān)控制裝置則負(fù)責(zé)自動完成整個電氣試驗(yàn)。由系統(tǒng)當(dāng)中的參數(shù)系統(tǒng)利用傳感器以及其他智能儀器儀表等完成各項(xiàng)試驗(yàn)參數(shù)的精確獲取，并直接采用人機(jī)對話的方式完成數(shù)據(jù)輸入。在實(shí)驗(yàn)過程中，系統(tǒng)配合使用可視化技術(shù)，使得試驗(yàn)過程以及數(shù)據(jù)結(jié)果等能夠?qū)崟r動態(tài)化地顯示在電子屏幕中，方便工作人員對整體試驗(yàn)進(jìn)行隨時控制。

（三）加載方案

等待試驗(yàn)的高壓電機(jī)從系統(tǒng)當(dāng)中獲取一個功率相對較大的負(fù)載，且負(fù)載平滑可調(diào)，雖然目前國內(nèi)外研究學(xué)者已經(jīng)提出了包括直接消耗法、測功機(jī)法等加載方法，但由于各項(xiàng)加載方案均具有自身的優(yōu)勢與不足。因此本文通過從方便控制、安裝操作簡易、精確度較高以及成本相對低廉等角度出發(fā)，最終選擇高壓機(jī)組回饋法，直接選用2臺相同型號的高壓電機(jī)分別作為試驗(yàn)樣機(jī)和陪試負(fù)載，通過同軸聯(lián)接的方式將二者聯(lián)接在一起，由2臺同步發(fā)電機(jī)分別直接為試驗(yàn)樣機(jī)供電和經(jīng)由直流機(jī)為陪試負(fù)載電機(jī)提供變頻電源，使之產(chǎn)生的能量可以回饋至電網(wǎng)當(dāng)中。

（四）主回路結(jié)構(gòu)

雖然高壓電機(jī)回饋的加載方法可以有效控制試驗(yàn)運(yùn)行成本，并保障電源品質(zhì)良好，但由于機(jī)組的輸出試驗(yàn)電壓等級范圍極為有限，兼顧高低壓電機(jī)的難度比較大，因此考慮到本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)為試驗(yàn)電機(jī)提供具有可調(diào)性的負(fù)載與電壓，對現(xiàn)有低壓設(shè)備進(jìn)行充分利用的情況下，使用雙路升壓電壓作為系統(tǒng)主回路[2]。在雙路升壓電壓當(dāng)中，將分別為試驗(yàn)電機(jī)和陪試電機(jī)供電。其中一路負(fù)責(zé)在空載以及堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)中進(jìn)行供電，另一路則在負(fù)載和溫升試驗(yàn)中負(fù)責(zé)供電，此時負(fù)載須由相同電機(jī)進(jìn)行充當(dāng)。在對低壓調(diào)節(jié)器進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)之下，被試電源可以逐漸升壓成為試驗(yàn)所需可調(diào)高壓電源。在變壓器以及低壓變頻機(jī)組的幫助下，負(fù)載能量在低壓電網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)回饋。

（五）試驗(yàn)擴(kuò)容

為了保障原有的低壓機(jī)組容量可以與高壓電機(jī)及開關(guān)的電氣試驗(yàn)要求相吻合，因此有必要對本文設(shè)計(jì)的自動化測試系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)擴(kuò)容。鑒于本系統(tǒng)使用雙路升壓的方式作為主回路結(jié)構(gòu)，因此在試驗(yàn)擴(kuò)容的過程中選擇使用降壓法和水電阻消耗法相結(jié)合的擴(kuò)容方法，從而在有效保障低壓側(cè)高壓負(fù)載可以成功回饋的同時機(jī)組的試驗(yàn)容量能夠得到有效擴(kuò)大。

（六）參數(shù)測量系統(tǒng)

在進(jìn)行高壓電機(jī)及開關(guān)的電氣試驗(yàn)過程中勢必將產(chǎn)生大量的試驗(yàn)參數(shù)、試驗(yàn)結(jié)果，而高效精準(zhǔn)地采集此類參數(shù)并對其進(jìn)行深入分析則是有效獲取電氣試驗(yàn)最終結(jié)果，并對高壓電機(jī)以及開關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)等進(jìn)行準(zhǔn)確判定的根本基礎(chǔ)。因此本文在設(shè)計(jì)高壓電機(jī)及開關(guān)電氣試驗(yàn)自動化測試系統(tǒng)當(dāng)中，專門設(shè)計(jì)一個參數(shù)測量子系統(tǒng)，并且在這一子系統(tǒng)當(dāng)中通過安裝具有較高精確性和自動化水平的智能檢測儀器儀表以及電量互感器等測量儀，并直接使用智能語音技術(shù)，利用人機(jī)對話的方式完成采集數(shù)據(jù)的直接輸入，此后借助可視化技術(shù)，利用局域網(wǎng)將系統(tǒng)和電子顯示屏連接，操作人員通過顯示屏便可以隨時了解高壓電機(jī)及開關(guān)的電氣試驗(yàn)情況。

二、高壓電機(jī)及電氣開關(guān)試驗(yàn)的控制

（一）試驗(yàn)結(jié)構(gòu)

高壓電機(jī)關(guān)合試驗(yàn)中選擇以并聯(lián)的結(jié)構(gòu)形式將電流源與電壓源連接起來，其中電壓源通過小容量的變壓器使其與電流源的相位保持同步，并以震蕩回路的形式開展高壓電機(jī)以及電氣開關(guān)的試驗(yàn)。在試驗(yàn)之前，電流源的主控開關(guān)應(yīng)為斷開位置，同時也需要調(diào)整好輔助斷路器和試品斷路器的狀態(tài)，分別使它們處于合閘、分閘狀態(tài)。在試驗(yàn)進(jìn)行過程中，首先調(diào)整輔助斷路器至合閘狀態(tài)，接著利用電壓源的作用實(shí)現(xiàn)預(yù)燃弧擊穿，最后判斷有沒有預(yù)擊穿的電流存在，其中判斷的方式是通過使用羅可夫斯基線圈檢測。如果存在該電流，應(yīng)當(dāng)立即將預(yù)擊穿電流的指令直接發(fā)送至系統(tǒng)控制器。

（二）控制策略

對電壓關(guān)合試驗(yàn)施加外部電壓作用，使得試品開關(guān)出現(xiàn)了預(yù)燃弧擊穿。在同關(guān)合條件相匹配的基礎(chǔ)上，盡快利用電流源主控開關(guān)發(fā)出導(dǎo)通，以便試品開關(guān)能夠在電壓源作用下迅速轉(zhuǎn)為電流源作用，工作過程中的電流轉(zhuǎn)移過程非常關(guān)鍵。在對在相位控制的過程當(dāng)中，系統(tǒng)會實(shí)時進(jìn)行監(jiān)控，從而發(fā)現(xiàn)外施電壓是否存在較大變化。

結(jié)語：

綜上所述，通過對高壓電機(jī)以及電氣開關(guān)試驗(yàn)的控制進(jìn)行研究分析，有效明確了開關(guān)在電氣試驗(yàn)過程中使用的控制方法，從而確保了自動化控制開關(guān)關(guān)合的實(shí)現(xiàn)，提高了電力設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性，也有助于加快電力企業(yè)的發(fā)展，能夠降低其產(chǎn)品成本，并且提高產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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