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VFTO智能测量平台

供稿:中国工控网 2016/9/19 10:57:14

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  • 关键词: VFTO 智能测量 现场应用
  • 摘要:在电力互感器生产、检测和运行中,都会迂到特快速瞬态过电压(very fast transient over voltage,VFTO)的问题;本文首先介绍《VFTO智能测量平台》总体架构,然后描述《VFTO智能测量平台》的智能测量摸块,最后给出《VFTO智能测量平台》现场应用 。

  1 VFTO智能测量平台背景与设计原则

  随着电力系统电压等级不断升高,GIS的应用越来越广泛。GIS可以减小开关等设备的体积,使设备的电感减小,但当隔离开关操作时,因触头间击穿和多次重燃,会形成一种特快速瞬态过电压(very fast transient over voltage,VFTO),这种瞬态过电压具有上升时间极短(3~100ns)而幅值较高(最高可达3pu)和多次连续脉冲的特点。VFTO会对GIS及其联接的绕组设备的(如变压器,互感器)绝缘有重要影响;同时,它也会在GIS外壳与外部引线连接处产生瞬态壳体电位(transient enclosure voltage,TEV),引起二次设备绝缘和人身安全问题,并对测量控制设备产生电磁干扰,造成二次设备的误动作。

  电力互感器是一种用于传递信息给测量仪器、仪表、继电保护和控制装置的特殊变压器,是一次系统与二次系统的联络单元,其一次绕组接入电网,二次绕组分别与测量仪表、保护装置等相互连接。所以,当GIS中隔离开关操作产生VFTO时,互感器会通过绕组之间的传递将过电压从一次绕组传递到二次绕组,从而使二次绕组承受幅值较大的传递过电压,造成二次设备故障或者损坏,影响电气设备的安全运行。

  在电力互感器的生产、检测和运行中,都迂到VFTO的的产生、特性、危害和预防问题,为了解决变电站运行中的VFTO测量及预防,为了在电力互感器生产中检测VFTO以及对VFTO的的实时仿真;需要构建特快瞬态过电压(VFTO)智能测量平台。

  2003年,在实验室进行VFTO的产生、控制、测量和传递的实验工作;并完成电力互感器传递过电压测量检测项目。2013年,构建基于Lab VIEW8.6的毫微秒冲击高电压发生器的设计平台;2014年升级为基于lab VIEW8.6的特快瞬态过电压智能测量平台(以下简称《VFTO智能测量平台》)。

  《VFTO智能测量平台》的设计原则是满足下列要求:

  1) 电力互感器的传递过电压测量试验仪和检测;

  2) 特快速瞬态过电压(VFTO)传递特性的研究;

  3) 智能化变电站 VFTO实時监测。


  2 VFTO智能测量平台总体架构

  VFTO智能测量平台总体架构如图1所示。

  图1  VFTO智能测量平台总体架构

  智能测量平台基本配置:采集卡NI-PCL5114(A1) 和采集卡NI-PCL5152(A2) 装入工控机(A7)内,用来测量互感器(A6、A7)的VFTO传递特性;互感器(A6、A7)由工厂(A9) 生产,运行于变电站(A10) 。由直流电源(A2) 、数字I/O NI-PCL6501(A3) 和干簧继电器(A4) 组成VFTO的波形发生器。

  智能测量模块分为采集与控制、试验数据处理、智能分析处理和测量网络化四大功能。

  B1和B2— 采集卡NI-PCL5114(A1) 和采集卡NI-PCL5152(A2) 的采集前面板。

  B3 — VFTO的波形发生器的控制前面板。

  B4和B5—实验 数据处理和波形参数计祘前面板。

  B6、B7、 B8和B9— 进行智能分析处理的工具包、VFTO的波形库、VFTO的资源库和VFTO的仪器仪表库。

  B10和B11— 互感器厂和变电站互联智能终端。


  3 VFTO智能测量摸块

  VFTO智能测量模块分为采集与控制、试验数据处理、智能分析处理和工业互联的四大功能。

  3.1 VFTO采集与控制

  1) VFTO采集功能

  VFTO采集功能:双通道、自动获取波形并保存、显示测量结和波形处理如图2-5所示。

  图2 采集卡NI-PCL5152的数字采集系统的前面板

  图3 NI-PCL5152采集的波形

  图4  采集卡NI-PCL5114的数字采集系统的前面板

  图5 NI-PCL5114的采集的波形

  采集卡 NI-PCL5114的数字采集系统和采集卡NI-PCL5152的数字采集系统的不同仅在时基不同;前者100μs  ,用于非GIS互感器;而后者100ns,用于GIS互感器。

  2) 数字I/O  NI-PCL6501 的控制器的功能

  数字I/O  NI-PCL6501 的控制器的功能:测量次数、电压调节、自动触发和升压过过程如图6所示。

  图6   数字I/O  NI-PCL6501的控制器的前面板

  3.2 VFTO试验数据处理

  VFTO试验数据测量的结果和不确定度计祘程序如下:

  具有上述功能程序框图前面板如图7所示。

  图7 VFTO试验数据处理程序前面板

  3.3  VFTO波形处理

  VFTO波形处理以B类冲击冲击波形处理为例,采用最小二乘法拟合实现;其原理如图8所示

  图8 最小二乘法拟合原理图

  冲击电压波形处理波形拟合前面板如图9,图中红线为实侧波形,而蓝线为标准定义波形。

  图9 冲击波形处理波形拟合前面板

  3.4  VFTO智能分析处理

  VFTO智能分析对同一台互感器传递过电压特性统计分析,110kV GIS电压互感器的传递系数过电压波形见图10。

  图10 110kV GIS PT的传递系数过电压波形

  四.VFTO智能测量平台现场应用

  4.1 110kV GIS用电压互感器试验現场图片和试验波形

  110kV GIS用电压互感器试验试验現场(图11a)和结果如下:分别对二次绕组1an、2an和dan进行传递过电压测量;其值为0.8kV、1.1kV和1.4kV;其波形如图11b。

  

  a現场实拍图片   b试验波形  黑线—1an  红线—2an  緑线—dan

  图11 110kV GIS用电压互感器试验現场图片和试验波形

  4.2 110kV CVT电压互感器试验現场图片和试验波形

  110kV CVT电压互感器试验現场如图12。

  图12 110kV CVT用电压互感器试验現场图片

  利用移动式传递过电压测量装置对110kV电容式电压互感器进行传递过电压测量,分别进行了单次测量和十次测量,波形如图13和图14。从图13中可以看出单次测量的B冲击波,无论波形特征,波前时间,波尾时间均符合GB 20840.1-2010要求,测得二次传递过电压小于标准要求的限值1600V,因此可判断符合要求;而图14中是相同条件下十次测量得到的二次传递过电压值,可以看出十次产生的A类冲击波幅值在100-300V之间,波前时间在0.4到0.6 us(T1)之间,波尾时间大于50 us(T2)。十次重复测量的标准不确定度小于2%。

  图13 CVT传递过电压单次测量

  图14 CVT传递过电压十次测量

  4.3  110kV PT电压互感器试验現场图片和试验波形

  利用集木式传递过电压测量装置对110kVPT电压互感器进行传递过电压测量;其110kV PT电压互感器试验現场图片和试验波形如图15所示

  a現场图片        b试验波形

  图11 110kV PT电压互感器试验現场图片和试验波形

  4.4  750kV CVT用电压互感器试验現场图片和试验波形

  利用改装的雷电冲击试验装置对750Kv  CVT电压互感器进行传递过电压测量;其750kV CVT电压互感器试验現场图片和试验波形如图15所示

 

  a現场图片        b试验波形

  图11 750kV CVT用电压互感器试验現场图片和试验波形

  作者:王彦金

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