CN112433130B - 基于等效阻抗控制的电磁式电压互感器交流耐压试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了变压器类绕组设备耐压试验技术领域，基于等效阻抗控制的电磁式电压互感器交流耐压试验方法，包括以下步骤：步骤1：将控制***、补偿电源、PT和交流耐压实验电源按照要求连接好，补偿系数α设置为0，将试验侧电压加至PT额定电压值；步骤2：获取试验侧端口等效阻抗；步骤3：对PT试验端口进行升压；步骤4：记录试验侧电压电流值，计算试验侧端口等效阻抗；本发明提出的试验方法，可以提高交流耐压情况下PT设备试验侧端口处的等效阻抗，从而起到抑制由于磁通饱和引发的试验测电源输出电流过大等情况。

Description

基于等效阻抗控制的电磁式电压互感器交流耐压试验方法

技术领域

本发明涉及变压器类绕组设备耐压试验技术领域，具体为基于等效阻抗控制的电磁式电压互感器交流耐压试验方法。

背景技术

电磁式电压互感器(PT)是电力***与智能电网的重要设备，对于电力***的正常运行与故障预警具有重要的作用。随着电力***电压等级的不断提升，其对于PT的耐压等级要求也不断提高。为了保障PT设备的正常运行，必须定期对PT设备进行耐压试验。

磁通饱和是电磁式PT设备交流耐压试验中必须面对的一个问题：当向PT端口施加试验电压时，PT铁心将会进入磁饱和乃至深度磁饱和状态，这对试验人员与设备安全造成了威胁。由于耐压试验电压等级较高，PT铁心往往会过早进入磁通饱和状态，需要更大的绕组电流来维持试验电压；同时，当铁心处于饱和状态时，被试绕组两端电压的微小变化将引发较大的电流波动，为电源可靠供电增加了压力。

目前，PT设备的耐压试验主要有工频耐压试验与倍频感应耐压试验，分别对PT设备的主绝缘与匝间绝缘进行考核。由于耐压试验的试验电压一般为设备额定电压的2-3倍，将会使铁心严重饱和。当铁心饱和时，其磁通曲线趋于平缓，使其励磁阻抗大幅减小，进而使从试验电源侧的等效阻抗大幅降低。这将使试验电源侧电流急剧上升。为了降低铁心磁通，进而升高互感器等效阻抗，一种常用的方法使提高试验电压的频率。根据感应电动势公式E＝4.44·f·N·Φ可得，当电源频率上升时，铁心磁通将会随之降低，从而达到抑制磁通的目的。但倍频耐压试验也存在其问题，倍频电源造价较高、电源体积大且对并联电抗器要求高，这使得倍频耐压试验需要消耗更多的人力物力，增加了试验难度。因而有必要提出一种更加合理的电磁式PT耐压试验方案。

本专利提出基于等效阻抗控制的电磁式电压互感器交流耐压试验方法。该方法通过在试验电路中增加电流补偿电路，使得在交流耐压试验下，PT设备的等效电阻上升，从而抑制由于铁心磁通饱和引起的大电流。该方法可以增加PT交流耐压试验的安全性与可靠性，使得对大容量PT的交流耐压试验更加简便。

发明内容

本发明的目的在于提供基于等效阻抗控制的电磁式电压互感器交流耐压试验方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于等效阻抗控制的电磁式电压互感器交流耐压试验方法，包括以下步骤：

步骤1：将控制***、补偿电源、PT和交流耐压实验电源按照要求连接好，补偿系数α设置为0，将试验侧电压加至PT额定电压值；

步骤2：获取试验侧端口等效阻抗；

步骤3：对PT试验端口进行升压；

步骤4：记录试验侧电压电流值，计算试验侧端口等效阻抗；

步骤5：调节补偿系数α，令PT试验侧端口等效阻抗值接近额定电压时情况；

步骤6：判断PT试验侧端口电压是否达到试验电压，未达到试验电压时，重复进行步骤3、4、5、6，直到试验侧电压达到耐压试验要求，并记录数据。优选的，所述升压速率为5％/次。

优选的，所述步骤4中将PT设备的电路归算为T型等效电路，且T型等效电路的二次侧接耐压试验电源、一次侧接阻抗控制电源。

优选的，所述步骤4的试验侧端口等效阻抗计算如下：

公式中，Z_σ1，Z_σ2，Z_m与Z_σ2′分别表征PT的T型等效电路中的一次侧漏阻抗，二次侧漏阻抗，励磁阻抗与归算到一次侧的二次侧漏阻抗；I₁，I₂，I₂′，U₁，U₂与U₂′分别表示进行耐压实验时PT的一次侧电流，二次侧电流，归算到一次侧的二次侧电流，一次侧电压，二次侧电压以及归算到一次侧的二次侧电压，k为变压器的变比。

优选的，所述阻抗控制电源与试验电源的输出电流有以下关系：

I₁＝αI₂′ (8)

则由电路原理可得二次侧端口的等效阻抗为：

Z_2eq′为归算到PT一次侧的二次侧等效阻抗，Z_2eq为二次侧等效阻抗，k为变比，Z_σ2′为归算到一次侧的二次侧漏阻抗，Z_m1为PT励磁阻抗，α为补偿系数，

由可知，通过改变补偿系数α，即可对PT设备的等效阻抗进行控制；降低试验测端口输入电流；其中，当α＝0时，z_2eq′＝z_m1+z_σ2′，二次侧流过电流为零，相当于工频耐压试验；α＝-1时，Z_2eq′＝Z_σ1′，相当于短路实验；取α＝k，达到最优补偿状态，此时试验测端口的等效阻抗为：

Z_{2eq_原}为没有经过补偿的二次侧等效阻抗，

同理，可得无补偿状态下，试验测端口的等效阻抗为：

Z_{2eq_原}为没有经过补偿的二次侧等效阻抗，

由于Z_m1>>Z_σ，且k>>1；则可得有补偿状态与无补偿状态下，试验测端口阻抗与绕组电路有以下关系：

I_{2_补}为经过补偿后的二次侧端口电流，I_{2_原}为未经补偿的二次侧端口电流。

优选的，所述控制***由信号采集与数据处理***构成；信号采集***包含2个电流采集端口、2个电压采集端口，分别对PT设备的耐压试验端口与阻抗控制电源端口的电压与电流进行采样，并将其导入到数据处理***，实时计算耐压试验中PT设备试验侧端口的等效电阻，并调节阻抗控制电源的输出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出的试验方法，可以提高交流耐压情况下PT设备试验侧端口处的等效阻抗，从而起到抑制由于磁通饱和引发的试验测电源输出电流过大等情况。该方法可以使得PT交流耐压试验流程更加简便，并提高其经济性与安全性。

本发明中当磁通补偿电源输出电流为零，即断开时，PT与交流耐压试验电源组成传统的PT交流耐压试验电路，试验电源电压将会达到PT额定值数倍，将会导致严重的磁通饱和现象，将进一步导致试验电源侧等效阻抗迅速降低，使得试验侧电流迅速上升，造成危险，通过引入阻抗控制补偿电源以及相应的控制***可抵消等效阻抗下降带来的负面效果，补偿电源可等效为随着PT试验电源变化而变的受控电流源，故可以起到阻抗控制作用。

附图说明

图1为本发明的试验流程图；

图2为本发明的阻抗控制法原理图；

图3为本发明的阻抗控制法连接示意图；

图4为本发明的PT设备归算到高压侧的等效电路；

图5为本发明的控制***示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明提供一种基于等效阻抗控制的电磁式电压互感器交流耐压试验方法，包括以下步骤：

步骤1：将控制***、补偿电源、PT和交流耐压实验电源按照要求连接好，补偿系数α设置为0，(如图2所述)，将试验侧电压加至PT额定电压值；

控制***由信号采集与数据处理***构成；信号采集***包含2个电流采集端口、2个电压采集端口，分别对PT设备的耐压试验端口与阻抗控制电源端口的电压与电流进行采样，并将其导入到数据处理***，实时计算耐压试验中PT设备试验侧端口的等效电阻，并调节阻抗控制电源的输出(如图5所示)；

步骤2：获取试验侧端口等效阻抗；

步骤3：对PT试验端口进行升压，升压速率为5％/次；

步骤4：计算试验侧端口等效阻抗，将PT设备的电路归算为T型等效电路，且T型等效电路的二次侧接耐压试验电源、一次侧接阻抗控制电源(如图4所示)；

其中，当磁通补偿电源输出电流为零，即断开时，PT与交流耐压试验电源组成传统的PT交流耐压试验电路。此时试验电源电压将会达到PT额定值数倍，将会导致严重的磁通饱和现象。该现象将进一步导致试验电源侧等效阻抗迅速降低，使得试验侧电流迅速上升，造成危险。为了抵消等效阻抗下降带来的负面效果，引入阻抗控制补偿电源以及相应的控制***。补偿电源可等效为随着PT试验电源变化而变的受控电流源，故可以起到阻抗控制作用；

步骤5：调节补偿系数α，令PT试验侧端口等效阻抗值接近额定电压时情况；

步骤6：判断PT试验侧端口电压是否达到试验电压，未达到试验电压时，重复进行步骤3、4、5、6，直到试验侧电压达到耐压试验要求，并记录数据。

步骤4的试验侧端口等效阻抗计算如下：

公式中，Z_σ1，Z_σ2，Z_m与Z_σ2′分别表征PT的T型等效电路中的一次侧漏阻抗，二次侧漏阻抗，励磁阻抗与归算到一次侧的二次侧漏阻抗；I₁，I₂，I₂′，U₁，U₂与U₂′分别表示进行耐压实验时PT的一次侧电流，二次侧电流，归算到一次侧的二次侧电流，一次侧电压，二次侧电压以及归算到一次侧的二次侧电压，k为变压器的变比。

阻抗控制电源与试验电源的输出电流有以下关系：

I₁＝αI₂′ (14)

则由电路原理可得二次侧端口的等效阻抗为：

Z_2eq′为归算到PT一次侧的二次侧等效阻抗，Z_2eq为二次侧等效阻抗，k为变比，Z_σ2′为归算到一次侧的二次侧漏阻抗，Z_m1为PT励磁阻抗，α为补偿系数，

由可知，通过改变补偿系数α，即可对PT设备的等效阻抗进行控制；降低试验测端口输入电流；其中，当α＝0时，z_2eq′＝z_m1+z_σ2′，二次侧流过电流为零，相当于工频耐压试验；α＝-1时，Z_2eq′＝Z_σ1′，相当于短路实验；取α＝k，达到最优补偿状态，此时试验测端口的等效阻抗为：

Z_{2eq_补}为经过补偿后的二次侧等效阻抗，

同理，可得无补偿状态下，试验测端口的等效阻抗为：

Z_{2eq_原}为没有经过补偿的二次侧等效阻抗，

由于Z_m1>>Z_σ，且k>>1；则可得有补偿状态与无补偿状态下，试验测端口阻抗与绕组电路有以下关系：

I_{2_补}为经过补偿后的二次侧端口电流，I_{2_原}为未经补偿的二次侧端口电流。

可得通过该试验方法，可将耐压试验下，PT设备试验测电流降为无补偿情况下的1/k。

使用本方法进行交流耐压试验时，可以提高交流耐压情况下PT设备试验侧端口处的等效阻抗，从而起到抑制由于磁通饱和引发的试验测电源输出电流过大等情况。从而保证试验的安全性与有效性。

本发明中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种基于等效阻抗控制的电磁式电压互感器交流耐压试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：将控制***、补偿电源、电磁式电压互感器和交流耐压实验电源按照要求连接好，补偿系数α设置为0，将二次侧电压加至电磁式电压互感器额定电压值；

步骤2：获取二次侧端口等效阻抗；

步骤3：对二次侧端口进行升压；

步骤4：记录二次侧电压电流值，计算二次侧端口等效阻抗；

步骤5：调节补偿系数α，令电磁式电压互感器二次侧端口等效阻抗值接近额定电压时情况；

步骤6：判断电磁式电压互感器二次侧端口电压是否达到试验电压，未达到试验电压时，重复进行步骤3、4、5、6，直到二次侧端口电压达到试验电压，并记录数据；

所述步骤4中将电磁式电压互感器的电路归算为T型等效电路，且T型等效电路的二次侧接交流耐压实验电源、一次侧接补偿电源；

二次侧端口等效阻抗计算如下：

公式中，Z_σ2与Z_σ2′分别表征电磁式电压互感器的T型等效电路中的二次侧漏阻抗与归算到一次侧的二次侧漏阻抗；I₂，I₂′，U₂与U₂′分别表示进行耐压实验时电磁式电压互感器的二次侧电流，归算到一次侧的二次侧电流，二次侧电压以及归算到一次侧的二次侧电压，k为电磁式电压互感器的变比；

所述电磁式电压互感器的一次侧电流与归算到一次侧的二次侧电流的输出电流有以下关系：

I₁＝αI₂′ (2)

则由电路原理可得二次侧端口的等效阻抗为：

Z_2eq′为归算到电磁式电压互感器一次侧的二次侧等效阻抗，Z_2eq为二次侧等效阻抗，k为电磁式电压互感器的变比，Z_σ2′为归算到一次侧的二次侧漏阻抗，Z_m1为电磁式电压互感器励磁阻抗，α为补偿系数；

由可知，通过改变补偿系数α，即可对电磁式电压互感器的等效阻抗进行控制；降低二次侧端口输入电流；其中，当α＝0时，Z_2eq′＝Z_m1+Z_σ2′，二次侧流过电流为零，相当于工频耐压试验；α＝-1时，Z_2eq′＝Z_σ1′，相当于短路实验；取α＝k，达到最优补偿状态，此时二次侧端口的等效阻抗为：

Z_{2eq_补}为经过补偿后的二次侧等效阻抗，

同理，可得无补偿状态下，二次侧端口的等效阻抗为：

Z_{2eq_原}为没有经过补偿的二次侧等效阻抗，

由于Z_m1>>Z_σ，且k>>1；则可得有补偿状态与无补偿状态下，二次侧端口阻抗与绕组电路有以下关系：

I_{2_补}为经过补偿后的二次侧端口电流，I_{2_原}为未经补偿的二次侧端口电流。

2.根据权利要求1所述的基于等效阻抗控制的电磁式电压互感器交流耐压试验方法，其特征在于：所述升压速率为5％/次。

3.根据权利要求1所述的基于等效阻抗控制的电磁式电压互感器交流耐压试验方法，其特征在于：所述控制***由信号采集与数据处理***构成；信号采集***包含2个电流采集端口、2个电压采集端口，分别对电磁式电压互感器的二次侧端口与补偿电源端口的电压与电流进行采样，并将其导入到数据处理***，实时计算耐压试验中电磁式电压互感器二次侧端口的等效阻抗，并调节补偿电源的输出。

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