基于高壓電氣系統(tǒng)的高壓電機(jī)與電氣開(kāi)關(guān)自動(dòng)化測(cè)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(kāi)關(guān)為研究對(duì)象，初步研究了高壓電機(jī)及電氣開(kāi)關(guān)試驗(yàn)的控制方式，據(jù)此提出了電氣開(kāi)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(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)

為有效確保高壓電機(jī)及開(kāi)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(kāi)關(guān)的故障率，要對(duì)其及時(shí)進(jìn)行電氣試驗(yàn)以及相關(guān)檢測(cè)。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(xiǎn)性，因此有必要設(shè)計(jì)一款自動(dòng)化的測(cè)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(kāi)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(gè)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(kāi)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(shí)間，精確度不能長(zhǎng)時(shí)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(kāi)關(guān)電氣試驗(yàn)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)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(cè)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(kāi)關(guān)電氣試驗(yàn)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)。

（二）系統(tǒng)功能

在高壓電機(jī)及開(kāi)關(guān)電氣試驗(yàn)自動(dòng)化測(cè)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(dòng)完成整個(gè)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(duì)話(huà)的方式完成數(shù)據(jù)輸入。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，系統(tǒng)配合使用可視化技術(shù)，使得試驗(yàn)過(guò)程以及數(shù)據(jù)結(jié)果等能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)化地顯示在電子屏幕中，方便工作人員對(duì)整體試驗(yàn)進(jìn)行隨時(shí)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(gè)功率相對(duì)較大的負(fù)載，且負(fù)載平滑可調(diào)，雖然目前國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者已經(jīng)提出了包括直接消耗法、測(cè)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(shì)與不足。因此本文通過(guò)從方便控制、安裝操作簡(jiǎn)易、精確度較高以及成本相對(duì)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(tái)相同型號(hào)的高壓電機(jī)分別作為試驗(yàn)樣機(jī)和陪試負(fù)載，通過(guò)同軸聯(lián)接的方式將二者聯(lián)接在一起，由2臺(tái)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(jí)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(duì)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(shí)負(fù)載須由相同電機(jī)進(jìn)行充當(dāng)。在對(duì)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(kāi)關(guān)的電氣試驗(yàn)要求相吻合，因此有必要對(duì)本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)化測(cè)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(guò)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(shí)機(jī)組的試驗(yàn)容量能夠得到有效擴(kuò)大。

（六）參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)

在進(jìn)行高壓電機(jī)及開(kāi)關(guān)的電氣試驗(yàn)過(guò)程中勢(shì)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(lèi)參數(shù)并對(duì)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(duì)高壓電機(jī)以及開(kāi)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(kāi)關(guān)電氣試驗(yàn)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)當(dāng)中，專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)一個(gè)參數(shù)測(cè)量子系統(tǒng)，并且在這一子系統(tǒng)當(dāng)中通過(guò)安裝具有較高精確性和自動(dòng)化水平的智能檢測(cè)儀器儀表以及電量互感器等測(cè)量?jī)x，并直接使用智能語(yǔ)音技術(shù)，利用人機(jī)對(duì)話(huà)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(guò)顯示屏便可以隨時(shí)了解高壓電機(jī)及開(kāi)關(guān)的電氣試驗(yàn)情況。

二、高壓電機(jī)及電氣開(kāi)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(lái)，其中電壓源通過(guò)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(kāi)展高壓電機(jī)以及電氣開(kāi)關(guān)的試驗(yàn)。在試驗(yàn)之前，電流源的主控開(kāi)關(guān)應(yīng)為斷開(kāi)位置，同時(shí)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(guò)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(méi)有預(yù)擊穿的電流存在，其中判斷的方式是通過(guò)使用羅可夫斯基線圈檢測(cè)。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(duì)電壓關(guān)合試驗(yàn)施加外部電壓作用，使得試品開(kāi)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(kāi)關(guān)發(fā)出導(dǎo)通，以便試品開(kāi)關(guān)能夠在電壓源作用下迅速轉(zhuǎn)為電流源作用，工作過(guò)程中的電流轉(zhuǎn)移過(guò)程非常關(guān)鍵。在對(duì)在相位控制的過(guò)程當(dāng)中，系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)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(yǔ)：

綜上所述，通過(guò)對(duì)高壓電機(jī)以及電氣開(kāi)關(guān)試驗(yàn)的控制進(jìn)行研究分析，有效明確了開(kāi)關(guān)在電氣試驗(yàn)過(guò)程中使用的控制方法，從而確保了自動(dòng)化控制開(kāi)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)：

[1]陳文波.基于高壓電氣系統(tǒng)的高壓電機(jī)與電氣開(kāi)關(guān)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].粘接，2020，v.44;No.320（10）：136-140.

[2]劉仕兵，宋陵?duì)N，郭文璟，等.基于定子電流特征與SVM高壓隔離開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)故障診斷[J].高壓電器，2020，v.56;No.375（06）： 296-302.