專利名稱：自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置試驗站的制作方法
技術領域：
本發明涉及電力試驗設施領域，尤其涉及一種自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置試驗站。
背景技術：
自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置(Thyristor Controlled neutralizer，簡稱 TCN)是一種集多個高壓電氣設備和電腦控制器于一體的電力產品。其主要功能是用來消除配電系統單相接地瞬時性接地故障，限制弧光接地過電壓，提升電網安全運行水平。它的每一單元在組成為整體之前，都要按《國家標準》、《行業標準》或合同約定進行檢驗。但這還不夠，在組成一個整體后，還必須在按模擬實際運行條件下，對其全部功能進行考核，以驗證其整體功能是否達到《國家標準》、《行業標準》或合同約定的水準。到目前為止，國內還沒有一個能承擔檢驗《自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置》的試驗站，故興建本站勢在必行，順應了建設智能電網的需要。
發明內容
本發明的目的就是克服現有產品存在的缺點和不足，提供一種自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置試驗站。本發明的目的是這樣實現的為了促進TCN在技術上不斷創新，在質量上不斷提升，需要其在運行中具有較好的有效性和穩定性。本發明簡化了在使用點安裝后的交接試驗程序，對通過全功能考核的 TCN，在交接調試中只需作不同運行方式下電網中性點不對稱電壓和電網電容電流測量，而此項試驗是依靠對TCN的控制器來完成，沒有任何風險。具體地說，本試驗站包括實驗對象——由Z型接地變壓器、輔助設備、TCN消弧線圈和控制器組成的自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置和電網電源；設置有10. 5KV母線、隔離電源、三相電壓互感器、固定電容器組、投切電容器組、 故障點接地狀態運作開關、儀表盤和接口端子板；其連接關系是電網電源、隔離電源和電源母線依次連接，自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置、三相電壓互感器、固定電容器組、投切電容器組和故障點接地狀態運作開關分別與電源母線連接，分別得到隔離的實驗電源；儀表盤和接口端子板的接線端子分別與其他功能塊對應的接線端子對接，實現有關參數的測量。本試驗站的工作原理是本試驗站是按實體仿真理念設計的，所謂實體仿真理念是令被考核的TCN處在與它實際運行相同的電磁環境下接受考核性試驗，即承受的電壓、通過的電流與電網的聯接， 控制器的接線，電壓互感器、電流互感器的一、二次接線均與TCN實際運行一樣。唯有電網三相對地電容是用高壓電容器模擬，各相電容器電容量的大小按試驗要求組合。開關運行程序是按照考核項目設定，開關運行過程導致電網電壓、電流、消弧線圈電壓、電流的暫態、 穩態過程的現象是逼真于實際狀態的，并被暫態記錄儀記錄下來，控制器不但獵取記錄了這些信息，而且根據獵取的信息量作出判斷施行控制策略，完成每項試驗任務。本發明具有下列優點和積極效果①本試驗站提供了一個用來考核TCN全功的平臺，使用方便，安全可靠；②簡化了 TCN在使用點安裝后的交接試驗程序，對通過全功能考核的TCN，在交接調試中只需作運行方式下電網的中性點不對稱電壓和電容電流測量，而測量又是由控制器執行完成，沒有任何風險；③本試驗站的啟用能促進TCN在技術上的不斷創新，在質量上的不斷提升，其有益效應將集中體現在電網運行安全水平的提高。
圖1是本發明的結構方框圖；圖2是本發明的工作原理圖；圖3. 1是圖2的放大圖(左半邊)；圖3. 2是圖2的放大圖(右半邊)。其中00-自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置(TCN)，Ol-Z型接地變壓器，02-輔助設備，03-TCN消弧線圈，04-控制器；10-電網電源；20-電源母線；30-隔離電源，31-降壓變壓器，32-升壓變壓器；40-三相電壓互感器；50-固定電容器組；60-投切電容器組；70-故障點接地狀態運作開關；80-儀表盤；90-接口端子板。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例詳細說明一、總體如圖1、圖2、圖3. 1、圖3. 2，本試驗站包括實驗對象——由Z型接地變壓器01、輔助設備02、TCN消弧線圈03和控制器04組成的自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置00和電網電源20 ；設置有10. 5KV母線10、隔離電源30、三相電壓互感器40、固定電容器組50、投切電容器組60、故障點接地狀態運作開關70、儀表盤80和接口端子板90 ；
其連接關系是電網電源20、隔離電源30和電源母線10依次連接，自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置00、三相電壓互感器40、固定電容器組50、投切電容器組60和故障點接地狀態運作開關 70分別與電源母線10連接，分別得到隔離的實驗電源；儀表盤80和接口端子板90的接線端子分別與其他功能塊對應的接線端子對接， 實現有關參數的測量。二、功能塊0、自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置(TCN)OOOUZ型接地變壓器01Z型接地變壓器01是TCN輸送感性電流至故障點的橋梁；它的中性點與TCN消弧線圈03相接，高壓端子A、B、C由^IFN3-10負荷開關接至10. 5KV母線10。02、輔助設備02輔助設備02包括相互并聯的3、5次雙調諧濾波器和電壓互感器；3、5次雙調諧濾波器用來濾除TCN輸出電流中的3、5次諧波分量的。JDZJ-10、10000/100、0. 5級電壓互感器是用來測量中性點電壓Un的，Un信息量傳遞給控制器04的暫態記儀相應接口。03、TCN 消弧線圈 03 TCN消弧線圈03是由高電抗變壓器和雙向可控硅并聯組成可控導納，通過調節可控硅的導通角調節輸出電流；LFS-10、0. 5級、100/5電流互感器是測量輸出電流的，輸出的電流信息傳送到控制器04的暫態記錄儀相應的接口和儀表盤80相應的電流表端子；可控硅的K1、G^K2A2與控制器04相應的接口對接；可控硅還并聯一個分頻諧振阻尼器。04、控制器 04控制器04是TCN的核心組件。1、10. 5KV 母線 1010. 5KV母線10是一種經過隔離的電源。2、電網電源20電網電源20是從電網10. 5KV系統引入的10. 5KV電源。3、隔離電源30隔離電源30由相互連接的降壓變壓器31和升壓變壓器32組成。降壓變壓器 31 是 1Χ3Φ、630KVA、10KV士2X2. 5 % /0. 4KV 變壓器，配用 D200、 D210-6003300開關，將電壓由10. 5KV降至400V。升壓變壓器32 是 1Χ3Φ、630KVA、10KV士2X2. 5 % /0. 4KV 變壓器，配用 D200、 D210-6003300 開關，將電壓由 400KV 升到 10. 5KV。10. 5KV 由 1#FN3-10 負荷開關連接 10. 5KV 母線 10，配有 3XLFS,200/5,0. 5 級電
流互感器，其二次的信息量接至儀表盤80相應的電流表端子。4、三相電壓互感器40三相電壓互感器40是3XJDZJ-10、10000/100,0. 5級電壓互感器，用來測量三個相電壓Ua、WKUC及零序電壓Utl ；這些電壓信息量輸入控制器04的暫態記錄儀相對應的接口及儀表盤80相對應的電壓表端子。5、固定電容器組50用Cal、Cbl, Ccl分別表示固定電容器組50的A、B、C三相的對地電容值；為適應試驗時中性點不對稱電壓值取值要求，使Cbl = Ccl, Cal彡0. 9Cbl。固定電容器組50用3#FN_10開關投切。6、投切電容器組60用Ca2、Cb2、Cc2分別表示投切電容器組60的A、B、C三相投切電容的對地電容值；為適應試驗時中性點不對稱電壓值取值要求，使Cb2 = Cc2, Ca2彡0. 9Cb2。投切電容器組60用4#FN-10、5#FN-10、6#FN-10開關投切。7、故障點接地狀態運作開關70故障點接地狀態運作開關70用7#FN_10開關投切。8、儀表盤 80儀表盤80包括第1多功能表81、第2多功能表82、第3多功能表83、第IMA電流表84、第2MA電流表854、第3MA電流表86、第IMV電壓表87和第2MV電壓表88 ；1)第1多功能表81第1多功能表81的電壓接線端子隊、隊、仏分別與三相電壓互感器40的電壓接線端子ua、ub、u。對接；第1多功能表81的電流接線端子Iabe分別與升壓變壓器32的三個電流互感器次級端子對接。第1多功能表81是測量10. 5KV母線10的線電壓Uab、Ube、Uea，相電壓Ua、Ub、U。，電源頻率，電源電流Ia、Ib、I。，功率因素，有功功率和視在功率的。2)第2多功能表82第2多功能表82的電壓接線端子Ua、Ub、U。分別與三相電壓互感器40的電壓接線端子隊、隊、仏端子對接；第2多功能表82的電流接線端子Iabe分別與固定電容器組50的三個電流互感器次級端子對接。第2多功能表82是測量10. 5KV母線10的線電壓Uab、Ube、Uea，相電壓Ua、Ub、U。，電源頻率，固定電容器組50的三相電流Ia、Ib、I。，有功功率，無功功率和功率因素的。3)第3多功能表83第3多功能表83的電壓接線端子Ua、Ub、U。分別與三相電壓互感器40的接線端子 ua、ub、u。對接；第3多功能表83的電流端子Iabe與投切電容器組60的三個電流互感器次級端子對接。第3多功能表83是測量10. 5KV母線10的線電壓Uab、Ub。、U。a，相電壓Ua、Ub、U。，電源頻率，投切電容器組60的三相電流Ia、Ib、I。，有功功率，視在功率和功率因素的。4)第 IMA 電流表 84第IMA電流表84的二次端子與故障點接地狀態運作開關70的電流互感器的二次端子、相接；
第IMA電流表84是測量故障點殘流的。5)第 2MA 電流表 85第2MA電流表85的端子與TCN消弧線圈03高電抗變壓器地端電流互感器二次端子Inl相接；第2MA電流表85是測量TCN消弧線圈03高電抗變壓器的電流的。6)第 3MA 電流表 86第3MA電流表86的接線端子與TCN消弧線圈03高電抗變壓器二次側電流互感器的端子相接；第3MA電流表86是測量TCN消弧線圈03高電抗變壓器二次側電流的。7)第 IMV 電壓表 87第IMV電壓表87的端子是與三相電壓互感器40的開口三角電壓U。對接；第IMV電壓表87是測量零序電壓的。8)第 2MV 電壓表 88第2MV電壓表88的端子是與輔助設備02中電壓互感器次端子Unl相接；第2MV電壓表88是測量電網中性點電壓的。9、接口端子板90接口端子板90是控制器04測量信號、可控硅控制信號、電源端子三者的接口端子板。接口隊、隊、隊與三相電壓互感器40中電壓互感器的隊、隊、隊對接；接口 Un與輔助設備02中電壓互感器Unl端子相接；接口 Inl與TCN消弧線圈03中高電抗變壓器所接電流互感器的Inl相接；接口 Lpn與電源的L、n相接;接口 G1、K1、G2、K2分別與TCN消弧線圈03中可控硅Gl、Kl、G2、K2相接。二、試驗方法按照圖2配置高壓電氣設備、電力電子設備及用于試驗的特殊儀器儀表來實現它對TCN的考核目標。為適應整組投切、單相斷線和兩相斷線投切試驗，采用3臺FN3-10負荷開關。其中4#FN3-10用作整組電容投切，5#FN3-10用作A相電容投切，6#FN3_10用作B、C相電容投切。整組電容投切前，必須先投5#FN3-10和6#FN3-10。7#FN3-10開關用作故障點接地狀態運作。該開關的A、B相動觸頭分別接有一個 IOKV 刀閘 s”&。當作“A相斷線并隨接地”試驗時，S1合上、S2斷開，當作“B、C相斷線并隨B相接地”試驗時，S1斷開，S2合上。LFS_10、25/5電流互感器是用來測量殘流的，它是裝在一個IOkV的瓷絕子上，當作金屬性接地試驗時，它的一次側直接與地線聯接，當作電阻型接地試驗時，它一次的地端經電阻與地線聯接；當作斷弧試驗時，它一次的地端應與纏繞在絕緣子表面的金屬絲的首端相接。(一)本試驗站對TCNOO考核項目的實施程序1、電容安置
(1)電網總電容取值
IO6= (1.1 ，CA、CB、Cc為三相對地電容的微法數，Xeql為高電
抗變下的等效短路電抗值(Ω )，CA、Cb、Cc取值:CB = Cc、Ca = 0. 9CB(2)固定組電容取值
IO6,、 IO6-= (0.85 0.9)-Cal、Cbl、Ccl 取值Cbl = Ccl Cal = 0. 9Ccl(3)投切組電容取值
IO6,、 IO6-= (0.15 0.1)-
HCa2 +Cb2 +Cc2)m(CA+CB+Cc)Ca2、Cb2、Cc2 取值Cb2 = Cc2 Ca2 = 0. 9Cb22、正常情況下，電網電容的跟蹤監測及調諧試驗投1#FN3_10—投^ ^3_10—投3#FN3_10，控制器在1〃內測出容抗值并按預定脫諧度調定可控硅導通角S。一投5# 吧-10，6# 吧-10—投4# ^3開關，控制器在1〃內測出電網容抗值并按預定的預定脫諧度調定可控硅導通角S。一斷開4#剛5-10開關，控制器在1"內測出電網容抗值并按預定脫諧度調定可控硅導通角S。。3、單相金屬性接地及調諧試驗將7#FN3_10接地運作開關置于金屬性接地狀態(但此時開關處于斷開狀態)— 合 5#FN3-10、6#FN3-10 —合 4#FN3-10 —合 3#FN3-10 —合 7#FN3，TCN 應在 0.02〃 內向故障點輸送補償電流，故障點殘流不大于10A，殘流穩定時間小時IOOms —斷開7#FN3-10，接地故障消逝，電網恢復正常。控制器在2秒內重新測定出電網容抗值，并按預定脫諧度調定可控硅導通角δ °。控制器能識別這是單相接地故障。4、單相電阻型接地及調諧試驗。只需將7#FN3_10接地運作開關改置于電阻接地狀態(但此時7#FN3_10處于斷開狀態)，其他運作程序同金屬性接地試驗。5、斷弧試驗將7#FN3_10開關置于經細金屬絲接地狀態(但此時開關仍處于斷開狀態)—合 5#FN3-10、6#FN3-10 —合 4#FN3_10 —合 3#FN3_10 —合 7#FN3_10，此時金屬絲熔斷，電網恢復正常，但電網處在中性點徑6000Ω電阻接地狀態。控制器在2"內重新測出電網容抗值并按預定脫諧度調定可控硅導通角S °。6、單相斷線并接地及調諧試驗將7#FN3_10接地運作開關置于A相經電阻接地狀態(但此時開關仍處在斷開狀態)—合 3#FN3-10 —合 5#FN3-10、6#FN3-10 —合 4#FN3_10 —斷開 5#FN3_10，此時 A 相斷線(相當于導線折斷未著地時段)，此時控制器在2"以內測出斷線后的電網容抗值并按預定脫諧度調定可控硅的導通角S。一合上7#FN3-10，此時系A相斷線接地，TCN在一周波內向故障點輸送補償電流，故障點殘流小于10A，殘流穩定時間小于IOOms —斷開7#FN3-10， 此時電網回到A相斷線的運行狀態，控制器在2"以內重測電網容抗值并按預定脫諧度調定可控硅導通角δ°。控制器能識別這是A相斷線接地故障。
7、兩相斷線并一相接地及調諧試驗將7#FN3_10斷接地狀態置于B相經電阻接地(但此開關仍處在斷開狀態)—合 3#FN3-10 —合 5#FN3-10，6#FN3-10、4#FN3-10 —斷開 6#FN3_10，此時電網呈 B、C 兩線折斷懸空狀態，控制器在2"內測出電網容抗值并預定的脫諧度調定可控硅導通角δ° —合上 7#FN3-10，此時相當于B相導線已著地，TCN在一周波內向故障輸送補償電流，殘流在IOA以內，殘流穩定時間小于IOOms —斷開#7FN3-10，此時相當于故障點斷弧或人工排除接地故障，電網恢復到B、C兩相斷線狀態。控制器在2"以內重新測出電網電容電流并按預定調諧度調定可控硅的導通角S。控制器能識別這是B、C兩相斷線一相接地故障。8、成套裝置帶接地運行2小時試驗。將TCN的可控硅導通角調到180°，7#FN3_10置于金屬性接地狀態，使成套裝置處在額定電流下持續運行2小時，考核高電抗變壓器，接地變壓器，可控硅、濾波器的電感和電容元件、分頻諧振阻尼器等組件的溫升、噪音水平或有無其它異常情況。9、濾波器濾波效果考核手動調節可控硅導通角(0-180° )，測量濾波器的入口、出口及濾波器本身的基波、諧波電流。10、濾波器電感、電容元件上的電壓、電流測量手動調節可控硅的導通角，測量不同導通角下各電感、電容元件的電壓和電流。( 二 )本試驗站的啟動和應用情況本試驗站于2010年8月底建成，緊接著在9月 11月對一臺電壓為10KV，容量為
315
315KVA的TCN自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置進行試驗。
6.062/0.61、電網模擬電容的配置電網電容分成固定組和投切組。固定組是模擬不被投切線路的總電容量。投切組是模擬可投切線路的電容量。投切組電容是用三個開關來控制的，即6#FN3-10的A相動觸頭接A相電容，其靜能頭與4#FN3-10的A相動觸頭相接；7#FN3_10開關的B、C相動觸頭接 B、C相電容，其B、C相靜觸頭與4#FN3-10B、C相的動觸頭相接。這樣連接的目的是既能以 4#FN3-10作線路三相電容的操切操作，又能作單相斷線和兩相斷線操作。
權利要求
1.一種自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置試驗站，包括實驗對象——由Z型接地變壓器 (01)、輔助設備(02)、TCN消弧線圈(03)和控制器(04)組成的自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置(00)和電網電源(20)；其特征在于設置有10. 5KV母線(10)、隔離電源(30)、三相電壓互感器(40)、固定電容器組(50)、 投切電容器組(60)、故障點接地狀態運作開關(70)、儀表盤(80)和接口端子板(90)；其連接關系是電網電源(20)、隔離電源(30)和電源母線(10)依次連接，自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置(00)、三相電壓互感器(40)、固定電容器組(50)、投切電容器組(60)和故障點接地狀態運作開關(70)分別與電源母線(10)連接，分別得到隔離的實驗電源；儀表盤(80)和接口端子板(90)的接線端子分別與其他功能塊對應的接線端子對接， 實現有關參數的測量。
2.按權利要求1所述的試驗站，其特征在于所述的隔離電源(30)由相互連接的降壓變壓器(31)和升壓變壓器(32)組成。
3.按權利要求1所述的試驗站，其特征在于所述的儀表盤(80)包括第1多功能表(81)、第2多功能表(82)、第3多功能表(83)、第 IMA電流表(84)、第2MA電流表(85)、第3MA電流表(86)、第IMV電壓表(87)和第2MV電壓表(88)；第1多功能表(81)的電壓接線端子i/a、i/b、i/。分別與三相電壓互感器(40)的電壓接線端子i/a、i/b、i/。對接；第1多功能表(81)的電流接線端子Jab。分別與升壓變壓器(32)的三個電流互感器次級端子對接；第2多功能表(82 )的電壓接線端子Ua、Ub、U c分別與三相電壓互感器(40 )的電壓接線端子i/a、i/b、i/。端子對接；第2多功能表(82)的電流接線端子/ab。分別與固定電容器組(50)的三個電流互感器次級端子對接；第3多功能表(83)的電壓接線端子i/a、i/b、i/。分別與三相電壓互感器(40)的接線端子 H K對接;第3多功能表(83)的電流端子/ab。與投切電容器組(60)的三個電流互感器次級端子對接；第IMA電流表(84)的二次端子與故障點接地狀態運作開關(70)的電流互感器的二次端子A相接；第2MA電流表(85)的端子與TCN消弧線圈(03)高電抗變壓器地端電流互感器二次端子/nl相接；第3MA電流表(86)的接線端子與TCN消弧線圈(03)高電抗變壓器二次側電流互感器的端子相接；第IMV電壓表(87)的端子是與三相電壓互感器(40)的開口三角電壓Utl對接；第2MV電壓表(88)的端子是與輔助設備(02)中電壓互感器次端子t相接。
4.按權利要求1所述的試驗站，其特征在于所述的接口端子板(90 )是控制器(04 )測量信號、可控硅控制信號、電源端子三者的接 □端子板；接口 H 與三相電壓互感器(40)中電壓互感器的H K對接； 接口 Vn與輔助設備(02)中電壓互感器&端子相接； 接口 Jnl與TCN消弧線圈(03)中高電抗變壓器所接電流互感器的Jnl相接； 接口 Lpn與電源的L、n相接；接口 G1、K1、G2、K2分別與TCN消弧線圈(03)中可控硅Gl、Kl、G2、K2相接。
全文摘要
本發明公開了一種自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置試驗站，涉及電力試驗設施領域。本試驗站包括實驗對象TCN和電網電源；設置有10.5KV母線、隔離電源、三相電壓互感器、固定電容器組、投切電容器組、故障點接地狀態運作開關、儀表盤和接口端子板；電網電源、隔離電源和電源母線依次連接，自動跟蹤補償消弧線圈成套裝置、三相電壓互感器、固定電容器組、投切電容器組和故障點接地狀態運作開關分別與電源母線連接，分別得到隔離的實驗電源；儀表盤和接口端子板的接線端子分別與其他功能塊對應的接線端子對接，實現有關參數的測量。本發明使用方便，安全可靠；簡化了TCN在使用點安裝后的交接試驗程序；促進TCN在技術上不斷創新，在質量上不斷提升。
文檔編號G01R31/00GK102253291SQ201110105990
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月26日 優先權日2011年4月26日
發明者唐松平, 李建生, 馬利軍 申請人:湖北中興電力試驗研究有限公司