10kV并联电容器投切操作试验系统

摘要

本发明属于并联电容器投切操作试验的现场试验技术领域，具体涉及一种10kV并联电容器投切操作试验系统；包括信号采集模块，用于采集并联电容器投切操作过程中的电压和电流信号，信号触发控制模块，对信号采集模块采集的信号进行电位同步，并触发信号处理模块进行数据采集；信号处理模块，采集电压和电流数据并进行处理，获得并联电容器投切操作过程中的暂态特征数据。本发明的10kV并联电容器投切操作试验系统，可采集集断路器侧和并联电容器侧的暂态数据，能更全面、准确地反映10kV并联电容器投切操作中的暂态变化特征，为10kV并联电容器操作暂态过程的研究提供了更有利的数据支持。

说明书

技术领域

本发明属于并联电容器投切操作试验的现场试验技术领域，具体涉及一种 10kV并联电容器投切操作试验系统。

背景技术

近年来，我国对电网的稳定性和电能质量的要求日趋严格。为了提高电力 系统的功率因数，减少电能损耗，增强电网的供电能力，变电站的变压器低压 侧常安装有低压并联电容器组，用来调整系统电压。目前，现有变电站的10kV 并联电容器普遍地采用真空断路器，而在真空断路器进行投切操作时常发生并 联电容器、断路器爆炸等故障事故，故障危害及后果都极为严重。因此，设计 一种10kV并联电容器操作暂态试验系统，准确获取操作暂态过程的特征，有助 于探究故障原因并提出相应的防范措施，具有重要的意义。

现有的并联电容操作试验系统或装置，如申请号为201210392809.4的中国 发明专利申请“一种并联电力电容器投切过程监测系统及监测方法”，该专利 公开的是一种并联电力电容器投切过程监测系统及监测方法，该系统由电能质 量监测终端、数据存储单元和电容器投切过程监测模块组成，并描述了电能质 量监测终端、数据存储单元等三个主要模块的基本功能和技术内容。又如申请 号为201310251583.0的的中国发明专利申请“高压并联电容器在线监测装 置”，该专利公开了一种高压并联电容器在线监测装置，包括采集高压并联电 容器装置的双通道采集模块、数据处理模块、报警管理模块，介绍了模块的功 能和技术方案，基本实现了判断高压并联电容器装置运行状态的功能。

以上专利的主要缺点是：①只局限于对并联电容器的在线监测系统或装置， 仅能测量母线电压，不能获得断路器的电源、负载两侧电压、电容电流、中性 点电压等暂态数据，以致不能准确地把握10kV并联电容器操作暂态过渡过程的 特征；②由于仿真软件的限制，计算机的模拟仿真已不能反映实际运行情况。 目前，未有相应的专利来对10kV并联电容器操作暂态试验的研究进行指导。因 此，该发明有助于10kV并联电容器操作暂态试验的开展，对于并联电容器操作 暂态试验的研究和解决实际问题具有极为重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种10kV并联电容器投切操作试验系统，可获得更 详细的暂态数据，更能准确反映10kV并联电容器操作暂态过程特征。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

10kV并联电容器投切操作试验系统，包括

信号采集模块，用于采集并联电容器投切操作过程中的电压和电流信号，

信号触发控制模块，对信号采集模块采集的信号进行电位同步，并触发信号 处理模块进行数据采集；

信号处理模块，采集电压和电流数据并进行处理，获得并联电容器投切操作 过程中的暂态特征数据。

进一步，所述信号采集模块具体包括

电容式分压器，用于采集并联电容器投切操作过程中的电压信号；

电流传感器，用于采集并联电容器投切操作过程中的电流信号；

信号调理单元，用于对电流信号进行调理。

进一步，所述电容式分压器采集断路器侧的断路器母线电压、断路器电源侧 电压和断路器负载侧电压，以及并联电容器侧的并联电容器电抗器电压、电容器 电压、中性点电压信号；

所述电流传感器采集断路器侧的触头电流，以及并联电容器侧的电容器电流 和避雷器电流。

进一步，所述信号触发控制模块具体包括：

地电位同步单元，用于对采集模块采集的电压和电流信号进行信号同步，消 除各信号采集通道间的地电位差异；

触发单元，根据断路器操作继电器的触发信号，触发信号处理模块进行数据 采集。

进一步，所述信号处理模块包括：

两个数据采集单元，分别用于根据触发单元信号，采集电流和电压数据；

数据处理单元，对数据采集单元采集的数据进行处理；

数据存储单元，对数据处理单元处理后的数据进行存储。

进一步，所述数据处理单元对数据进行如下计算：

$A=I/(10\times {10}^3\times \sqrt{2}/\sqrt{3})\times 100\pi \times C;$

$B=U/(10\times {10}^3\times \sqrt{2}/\sqrt{3});$

式中，I为电流，U为电压,C为10kV并联电容器试验回路的电容器的等效 电容值大小，单位为法拉；当计算结果满足A≥5时，认定为合闸涌流超过警戒 值，B≥4时，认定该操作过电压超过警戒值，发出报警信号。

本发明的有益效果：本发明的10kV并联电容器投切操作试验系统，可采集 断路器两侧、并联电容器及中性点的暂态数据，能更全面、准确地反映10kV 并联电容器投切操作暂态过程的变化特征。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1示出了10kV并联电容器投切操作试验系统的结构示意图；

图2示出了10kV并联电容器投切操作试验系统中信号测量点的布置示意 图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行详细说明。

参见图1，本实施例的10kV并联电容器投切操作试验系统，包括信号采集 模块、信号触发控制模块和信号处理模块。

所述信号采集模块，用于采集并联电容器投切操作过程中的电压和电流信 号，具体包括：

电容式分压器，用于采集并联电容器投切操作过程中的电压信号；

电流传感器，用于采集并联电容器投切操作过程中的电流信号；

参见图2，所述电容式分压器采集断路器侧的断路器母线电压、断路器 电源侧电压和断路器负载侧电压，以及并联电容器侧的并联电容器电抗器电 压、电容器电压、中性点电压信号；所述电流传感器采集断路器侧的触头电 流，以及并联电容器侧的电容器电流和避雷器电流。

信号调理单元，用于对电流信号进行调理。

所述信号触发控制模块，对信号采集模块采集的信号进行电位同步，并触发 信号处理模块进行数据采集，具体包括：

地电位同步单元，用于对采集模块采集的电压和电流信号进行信号同 步，消除各信号采集通道间的地电位差异；

触发单元，根据断路器操作继电器的触发信号，触发信号处理模块进行 数据采集。

所述信号处理模块，采集电压和电流数据并进行处理，获得并联电容器投切 操作过程中的暂态特征数据，并可输出特征数据和波形，具体包括：

两个数据采集单元，分别用于根据触发单元信号，采集电流和电压数据；

数据处理单元，对数据采集单元采集的数据进行处理；

数据存储单元，对数据处理单元处理后的数据进行存储。

操作暂态：参见图2，实验操作为试验断路器的合闸、分闸操作。可以根据 U₄、U₅、U₆、I₂参量对电容器状态进行分析，电抗器分闸相地过电压可由U₄参量 直接得出，U₅参量和I₂参量可以直接得出电容器投入的时刻，合闸相地过电压、 合闸涌流等投入暂态特征，其中：电容器的合闸极间过电压计算式为U_CJ=U₅-U₆， 合闸相间过电压计算式为U_5ab=U_5a-U_5b，U_5bc=U_5b-U_5c，U_5ca=U_5c-U_5a；可以根据I₁，U₂， U₃参量对断路器状态进行分析，试验系统可根据参量计算式得出相地过电压、 相间过电压、过电流等特征，其中：相地过电压可直接由U₃参量读取，断路器 高压套管间的相间过电压计算式为U_3ab=U_3a-U_3b，U_3bc=U_3b-U_3c，U_3ca=U_3c-U_3a。I₁获得 断路器电流产生或消失的时间，判断触头动作特性。对于分闸操作而言，断路 器分闸后恢复电压计算式为U_Ahf=U_2a-U_3a，U_Bhf=U_2b-U_3b，U_Chf=U_2c-U_3c可得出特征，从 而分析出电弧重燃时刻、次数及持续时间等特征，可与I₁参量获得触头动作特 性对比验证，母线电压波动影响特征可由U₁参量直接得出，避雷器动作及动作 时刻等特征可由I₃参量直接得出；过电流倍数计算式为 （C为10kV并联电容器试验回路的电容器的等效电 容值大小，单位为f（法拉）,I为电流，U为电压），过电压操作倍数计算式 为当计算结果满足A≥5，B≥4条件后，系统自动认定该合 闸涌流或操作过电压为危险量，极易引发断路器或电容器的损坏或爆炸,发出 报警信号。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参 照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以 对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和 范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。