中国电力科学研究院有限公司完成直流互感器暂态试验系列设备试验,标志着该系列设备研制成功,填补了直流互感器暂态试验检测设备的空白。  相对于交流输电系统,直流输电系统对控制保护信号的响应速度、频带宽度要求更高,意味着对直流互感器的暂态特性要求更高。对于直流互感器暂态特性及试验,国际电工委员会(IEC)和我国电力行业均制定了相应规定。但由于缺少相应试验检测设备,直流互感器暂态特性试验无法正常开展,为直流输电系统安全稳定运行埋下了隐患。  直流互感器主要用于测量直流大电流,也在整流系统中用作电流反馈、控制和保护元件。与分流器(见电流表)比较,它的电能损耗低并具有隔离作用。常用的直流电流互感器的线路如图。图中A与B是两个相同但各自独立的铁心。直流大电流I1流过两个初级绕组(即图中的穿通导线,相当于初级N1=1匝),两铁心上的次级绕组均为N2匝,以相反极性串接,由正弦波交流电源供电。  中国电科院研制的直流互感器暂态试验系列设备包括直流电流、电压互感器阶跃响应测试系统,直流电流、电压互感器宽频特性试验系统。其中,直流电流互感器阶跃响应测试系统的阶跃试验电流幅值达3000安、脉宽大于10毫秒、上升时间小于10微秒,有效解决直流电流互感器阶跃响应试验难题。  另外,直流电压互感器阶跃响应测试系统的阶跃试验电压幅值达200千伏、脉宽大于10毫秒、上升时间小于10微秒,可用于直流电压互感器阶跃响应试验;直流电流互感器宽频特性试验系统的宽频试验电流幅值达600安、频率范围为50~3000赫兹,为直流电流互感器宽频特性试验提供设备;直流电压互感器宽频特性试验系统的宽频试验电压幅值达10千伏、频率范围为50~3000赫兹,可应用于直流电压互感器宽频特性试验。 标签: 互感器

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10KV等级试验项目及测试设备如何配置?

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摘要:目前,国内外投运的行波保护普遍存在着可靠性差的问题。针对该问题,本文简要分析了实际工程中行波保护存在的缺陷。同时,在使用EMTDC暂态仿真软件对各种直流线路故障进行仿真计算的基础上,本文对目前国际上具有代表性的两种行波保护判剧进行了对比性分析与研究;并提出了基于小波变换的行波方向保护新原理,提高了行波保护的可靠性。关键词:高压直流 行波保护 EMTDC 小波变换

序号 试验项目 测试设备 技术指标 备注 1 绝缘电阻测量 模拟式兆欧表 500-2500V 短路电流不小于1mA 数字式兆欧表 10000MΩ 2 直流耐压直流泄漏测量 直流电压发生器 60KV 2mA 避雷器试验纹波系数不大于1% 纹波系数不大于3% 3 交流耐压试验装置 控制台、调压器试验变压器 100KV 10/50KVA 波形畸变小于5% 4 试验电压测量 高压分压器测量系统 不确定度不超过2% 万用表 准确度:0.5级 电压互感器 准确度:0.2级 5 直流电阻测量 直流电阻测试仪 、10Ω-200Ω 0.2级 7 变压器变比测量 变压器变比测试仪 测量范围:1-100

1发电机一般检查

1 引言 目前有许多测试公司设计、制造并销售引脚数众多的自动测试设备(ATE)。这些测试设备具有非常复杂的集成电路,用于驱动设备的每个引脚。一台测试设备的引脚数可能多达4 096个。从图1可以看出:每个引脚通常都有一个相应的驱动器、比较器、负载,有时甚至需要参数测试单元。这些电路通过电缆连接到测试引脚。为了降低成本,供应商可能会选用质量比较差的电缆。而任何电缆,尤其是质量较差的电缆,都会产生损耗,从而降低测试设备的最终性能。

1 引言 随着我国电力事业的蓬勃发展,将越来越多地采用高压直流输电作为长距离输送电能方式。目前,我国已有多项直流输电工程投运,举世瞩目的三峡工程也已经开始投运。因此,如何保证直流线路的安全稳定运行,提供一种高速可靠的线路保护方案,就成为一个急待解决的直流输电技术问题。 由于行波保护具有超高速动作性能,同时能够克服传统工频量保护易受电流互感器饱和、系统振荡和长线分布电容等影响的缺点,目前,世界上广泛采用了行波保护作为高压直流线路保护的主保护。然而,目前国内外所投运的行波保护普遍存在着可靠性不高的问题。因此,有必要对现有行波保护开展进一步的研究,使行波保护在实际工程中能够具有更高的可靠性和抗干扰性能。 2 工程中行波保护存在的问题 国内外相关资料显示,目前所投运的行波保护普遍存在着受扰动容易误动的问题。分析其原因,主要有以下几点: 1)行波保护判据中多采用电流、电压值的瞬时值,在计算时,具体所选择的计算点的值将直接影响判别式输出的值,因此,由噪声等干扰引起的数据采样值的波动很容易影响计算点的值,从而引起判别式误动作。 2)由于线路使用的耦合电容分压式电压互感器,传变暂态信号的能力较差,使得二次侧获取的行波电压信号误差较大。 3)换相故障、交流侧故障等都可能引起直流线 路上出现交流分量的暂态分量,以及电力线路上由雷击、开关分合、空线合闸等所造成的干扰,都和暂态行波有相似之处,从而影响行波的识别。 4)当接地电阻较大时(100Ω以上),行波保护不易区分逆变侧平波电抗器正反向故障。这是由于在接地电阻较小时,平波电抗器线路侧(正向)故障时的行波波头幅值和陡度都较大,而在逆变器侧(反向)故障时,由于受到平波电抗器的平滑作用,行波波头的幅值和陡度都较大地减小了,从而得以正确区分;然而,当正向经高阻接地时,正向行波波头的幅值和陡度都减小,以至与反向故障时(金属性接地)所传播到整流侧的行波波头相混淆,从而无法区分。 3 行波保护判据的研究 作者首先建立了基于交直流电磁暂态仿真软件EMTDC的高压直流输电系统仿真模型,并在仿真模型上构造各种类型的直流线路区内外故障,以获取HVDC系统的运行特性以及故障数据;在此基础上对实际工程中广泛采用的行波保护判据(ABB公司和SIEMENS公司)进行了对比性分析研究,并提出了基于小波变换的行波方向保护新原理。 本文以天广(天生桥—广州)直流输电工程为仿真模型,其主要运行参数为:1800 MW,1.8 kA,500kV,12脉波,双极双桥。如图1所示。

互感器变比测量时按互感器测量有关要求选型 选择CT伏安特性测试仪可以测量变比,伏安特性 5%、10%误差曲线 准确度:0.2级

确认发电机本体完好与设计一致,清洁,无异物,按安装标准完成全部安装。工作范围没有与试验无关的人员,温度最好在5-40度,湿度不大于80%。

2 电缆损耗定义 图2所示典型同轴电缆主要有两种损耗:趋肤效应损耗和介电损耗。

3.1 ABB行波保护判据 (1)基本原理 其基本原理是:当直流线路上发生对地短路故障时,会从故障点产生向线路两端传播的故障行波,两端换流站通过检测所谓极波b(t)=ID·γ-UD(式中:γ为直流线路的极波阻抗,ID和UD分别为整流侧直流电流和直流电压)的变化,即可检知直流线路故障,构成直流线路快速保护;另一方面,故障时两个接地极母线上的过电压吸收电容器上会分别产生一个冲击电流ICN1和ICN2,利用该冲击电流以及两极直流电压的变化即可构成所谓地模波Gwave,根据地模波的极性就能正确判断出故障极。 这里:ID1和ID2分别为极1和极2上整流侧线路直流电流;UD1和UD2分别为极1和极2上整流侧线路直流电压;IEL为整流侧架空地极线上的电流。电流电压的极性和方向如图2所示。

8 变压器空载、短路阻抗试验 变压器空负载测试仪 准确度:0.5级 9 电压互感器耐压试验 三倍频电压发生器 电压范围:0-300V 输出容量:5KVA 10 高压开关机械动作特性测量 高压开关特性测试仪 时间测量:0.1ms 速度测量不确定度:1% 11 真空开关断口耐压试验 断口耐压试验装置 准确度:3.0级 12 导电回路接触电阻测量 回路电阻测试仪 准确度:0.5级 输出电流不小于 1Ω-2MΩ 13 变压器有载分接开关测试 有载分接开关测试仪 14 真空开关真空度测量 真空度测试仪 1*10-1--------1*10-5 Pa 15 微电流测量 自动或遥控换档直流微安表 0-200-2000A 准确度:0.5级 16 接地电阻测量 接地电阻测试装置或测试仪 17 介损及电容量测量 高压电桥 准确度:2%D+0.0005D为读数 2%D-0.001 18 避雷器持续电流测量 氧化锌避雷器测试仪 直流参考电压试验倍直流参考电压下漏电流试验 19 绝缘油介电强度试验 绝缘油介电强度测试仪 准确度3.0级 20 红外测温 红外热像仪 分辨率: 推荐配置※ 点温计 准确度:2% 推荐配置※ 21 电缆故障探测 电缆故障测试仪 最大误差: 电缆路径仪 22 电流测量 钳形电流表

2定子直流电阻测试

2.1 趋肤效应损耗 高频信号沿着导体内侧的表面传输(图2所示),这种现象即为所谓的趋肤效应损耗。趋肤深度()定义为:

(2)仿真实例 下面举例说明该行波保护判据的具体判别过程:以极1上距整流侧480km发生100欧姆接地故障为例。 图3和图4分别显示了故障时的直流电流、电压波形以及极波、地模波的波形。其中:pwave1为极1上的极波;pwave2为极2上的极波;cwave为地模波;故障发生时刻为1.600 s。由图可见,在1.6016 s时检测到极波pwave1的变化率大于整定值,于是起动极1故障判别式;再对地模波cwave自波前时刻后的10个采样点进行积分求和得Swave大于整定值,因此可确定极1上直流线路发生接地故障。

23 SF6开关水分测试 SF6露点仪/SF6微水仪 -60---

使用直流电阻测试仪,测量发电机定子的各相直流电阻,。

式中:为频率,单位为rad/s;为导体的导磁率,单位为H/m;为导体的电阻系数,单位为Ωm。趋肤效应使导线每单位长度的电阻Rl和电感Ll随频率的平方根成比例增长。 单位长度电阻的计算公式为:

24 SF6泄漏测试 SF6红外线测试仪IAC510 1ppm 1mg/M3

试验步骤:将测试线接与绕组UV测量,依次测量UW、VW测量结果符合试验技术要求,对于中性点引出的电机可分相测试。

式中:为导线宽度。对于半径为r的圆形电缆,其宽度为2r。返回路径电阻也需考虑,由于该阻抗通常远小于正向路径电阻,可忽略。2.2 介电损耗 图2中,电介质绝缘体同样会产生与频率相关的电缆损耗。介电常数()定义为:

试验要求:试验时电桥接线必须标准、牢靠,绕组两端的夹子必须接触良好,减少不必要的误差,保证测量精度。

式中:'为介电常数的实数部分;tan为虚数,或损耗正切值。它是电介质损耗因数。因为电介质绝缘体会影响电缆的电容,单位长度电缆的等效电容将从Cl变为Cl(1+jtan)。3 电缆总损耗 考虑到趋肤效应损耗和介电损耗,单位电缆的理想模型可简化为图3所示,包含上述损耗。

试验技术要求:各相绕组阻值相互差别不应超过其最小值,与产品出厂时测得的数据换算至同温度下的数据比较,其相对变化也不应大于2%,有厂家要求时应与出厂数据比较,换算到同一温度其相互差别不应大于2%。

图3中,定义传输系数为jk=XXXXX,Z为分布串联电阻,Y为分布并联导纳。因此:

3接地连续性测量

使用泰勒级数展开,得到近似简化方程式:

用接地引下线电阻测试仪测量发电机本体、盘柜和设计接地点之间阻值,试验时接线的夹子必须与设备接触良好,测量值应满足设计或符合规程要求不大于0.05Ω。

式中:Z0为传输线特征阻抗,r是相对介电常数,c为光速。 由于最终需要的是电缆增益,H(f)=exp(-jkl),l为电缆长度。因此:

4定子绝缘电阻和吸收比测量或极化指数

通过上述计算,可得到以下简单结论:趋肤效应损耗(1)对于低频损耗起主导作用;介电损耗(2)对于高频损耗起主导作用。 实际电缆的H(f)与式(6)稍有区别。对于自动测试设备,式(6)能够提供足够的精度,这些应用中的电缆衰减最大增加到6 dB。 图4给出了典型同轴电缆中各种损耗的基本特性曲线。该同轴电缆内部是特征阻抗为50 Ω铜线,外层是辫状金属导体。每类电缆损耗的特性不同,但变化趋势与图4一致。

测量绝缘电阻时,将兆欧表的“E”端接外壳部分;“L”端接被试绕组读取15s、60s、600s绝缘电阻值,一相测试时其余绕组必须短接并可靠接地。兆欧表的接线也必须严格按照说明书,测量线和接地线不能接反,试验数据符合厂家要求

4 电缆损耗总结 这里仅提供一套严格的数学方法计算电缆损耗,其相关内容可从教科书中得到。所推到的方程用于证明图4所示的特性曲线。从上述分析得到以下结论: (1)所有电缆都产生损耗,这些损耗最终会限制系统性能。损耗大小取决于电缆质量和规格。 (2)电缆损耗主要包括:对低频信号起主要作用的趋肤效应损耗:对高频信号起主要作用的介电损耗;返回路径损耗较小,多数情况下可以忽略;连接器、继电器以及其他输出节点或DUT连线的损耗。

5 转子绕组的直流电阻

5 电缆损耗与电缆成本 图5给出了各种典型电缆的损耗特性曲线,表1对一些电缆的成本和损耗进行对比。

在冷状态下进行,将转子绕组引出线短接,测量绕组和大轴的绝缘电阻。表面温度与周围空气温度只差应在±3°的范围内,测量数值与产品出厂数值换算至同一温度下的数值比较,其差值不应超过2%。

由表1可得:与劣质电缆相比,高质量电缆的价格成倍增长,可能高达20倍;ATE制造商更愿意使用低成本电缆,但是这样的电缆会使系统性能变差;如果引脚电子没有电缆补偿,则无法修正电缆损耗。使用大损耗电缆时,需要用高成本、宽带、大功率的引脚驱动器替代低成本、窄带、低功耗的驱动器,以改善系统的设计裕量;在一台测试设备中可以使用4 096条电缆,每米电缆的成本将介于$5 325和$9 2979之间;在测试设备中为引脚电子增加电缆补偿,以4 096引脚设备为例,每台设备可节省$92 979~$5 325,或$87 654;不同厂商的电缆价格可能会有较大差别。但电缆价格昂贵。因此,对于设备制造商,选择低成本电缆非常重要。表1列举电缆都是柔性电缆。半刚性和全钢性电缆的性能最好,这类电缆的价格大约在每英尺$30,是最好的柔性电缆的3倍甚至更多。由于这些电缆成本过高,厂商不会选用。随着测试设备工作频率的增加,必须使用电缆补偿。目前,高端测试设备的工作涑率超过1 Gb/s。

6转子绕组的绝缘电阻

6 电缆损耗对性能的影响 对于运行在200 Mb/s范围的测试设备,电缆损耗的影响不大。而当速率超过500 Mb/s时,需要仔细分析整个信号路径、电路、电缆以及引脚性能,保证每个引脚得到正确的测量指标。其测试设备的重要指标包括为:波形的直流电平精度、上升和下降时间、最大的触发率、最小脉宽、边沿的传输延时精度和匹配、传输偏差,例如,传输偏差与最小脉宽、幅度、共模电压的关系。 电缆的选择会直接影响测试设备的指标。提高触发率,不考虑电缆驱动器的带宽,电缆损耗将成为制约测试设备性能的主要因素。从图6~图7可以明显看出这一问题。