专利名称：不平衡度矢量测试仪及其调整h桥电容器组平衡的方法
技术领域：
本发明与H桥电容器组的不平衡调整的仪器和方法有关。
背景技术：
为实现电网无功平衡并滤除直流换流站生成的特征谐波，500kV直流换流站需配置多组大容量无功补偿电容器和交流滤波器。大容量无功补偿电容器和交流滤波器由超过 100只的单体电容器串、并联组成。为避免电容器局部故障对其它电容器造成破坏，需设置 高灵敏度的保护装置，当电容器组发生局部故障时，快速将故障电容器组从电网断开。为实现灵敏、可靠的保护，一般将电力电容器组连接为“H”桥接线方式，“H”桥接 线电容器组的典型连接方式见
图1。图1中，144只电容器元件串、并联组成“H”桥，“H”桥 由4个桥“臂，，和连接4个臂的中性线组成。图中，流过电容器组的电流矢量记为Ic，流过 “H”桥中性线的电流称为“不平衡电流矢量”，“不平衡电流矢量”记为“Ibph”，规定两个电 流矢量的正方向如图1所示。当“H”桥4个臂参数完全相等时，可以使流过“H”桥中性线的不平衡电流矢量幅 值为零。当部分电容器发生故障时，电容器组的平衡被破坏，使“H”桥中性线流过因故障产 生的不平衡电流，动作于“‘H’桥不平衡电流”的保护装置可以根据不平衡电流幅值变化检 测出故障，并快速切除故障。根据不平衡电流保护原理，为使基于“ ‘H’桥不平衡电流”原理 的保护具有高灵敏度，需要尽量减小无故障条件下的不平衡电流幅值，为此，需使无故障条 件下“H”桥4个臂的电容量尽量相等。在实际应用中，每只电容器的电容量不可能完全相等，“H”桥4个臂的电容值也不 会完全相同。为使“不平衡电流保护”灵敏、可靠，需要将“电容器组固有不平衡电流”限制 在一定范围内，这个限制值称为“不平衡电流报警定值Ibj”。根据规定，当无故障“H”桥电 容器组的不平衡电流超过0. 5X Ibj时，必须对“H”桥平衡进行调整。受电容器制造工艺和组装技术限制，安装在500kV直流换流站的电容器组会出现 “电容器组固有不平衡电流”超出允许范围的情况。对不平衡电流超过标准的电容器组， 需对部分电容器元件的电气连接位置进行调整，以便使电容器组的不平衡电流满足使用要 求。由于组成“H”桥的电容器组由超过100只的单体电容器元件组成，而所需做的调 整工作又十分精细，所以“H”桥平衡调整工作是一项十分困难的工作，既使对有经验的工程 师，也是一个足够复杂的问题。有时，这项工作可能需要几天甚至更长的时间才能完成。对 输送容量达到300万千瓦的换流站而言，延长“H”桥平衡调整时间可能意味着巨大的经济 损失。目前，还没有可用于帮助技术人员确定“H”桥电容器组不平衡调整方案的仪器。在工程中，当需要调整“H”桥电容器组不平衡时，一般用下述试探的方法通过检查 不平衡电流大小完成电容器组不平衡调整1)外加400V-1000V工频电压，用微安表检查流过“H”桥中性线的不平衡电流数
权利要求
不平衡度矢量测试仪，其特征在于工控机与数字信号发生器相连，数字信号发生器分别与D/A转换器，第1和第2光电隔离器相连，D/A转换器经低通滤波器和功率放大器与H桥电容器组两端相连，H桥电容器组的低电位端和功率放大器负输出端与第1可变电阻R1连接，功率放大器负输出端和第1可变电阻的输出与第1信号放大器的输入连接，第1信号放大器的输出经第1A/D采样板与第1光电隔离器相连，H桥电容器组的中性线的断开两端与第2可变电阻R2连接，第2可变电阻R2的输出和中性线的低电位端与第2信号放大器的输入连接，第2信号放大器的输出经第2A/D采样板与第2光电隔离器相连。
2.根据权利求1所述的不平衡度矢量测试仪，其特征在于工控机与笔记本电脑和显示 器连接，数字信号发生器为DSP5402板，笔记本电脑利用笔记本电脑键盘输入试验用信号频率、幅值，笔记本电脑将试验信号 频率、幅值参数下装到工控机，试验信号是频率为1000Hz，有效值为60V的正弦电压信号，工控机将试验信号频率、幅值参数转换为控制DSP 5402板的控制命令，接收来自DSP 5402板的试验结果，在显示器上显示被试电容器组总电流矢量Ic、不平衡电流矢量Ibph、 不平衡度矢量显示器显示被试电容器组的总电流矢量Ic、不平衡电流矢量Ibph、不平衡度矢量 D/A转换器接收来自DSP 5402板的数字信号，并将其转换成小信号模拟量， 低通滤波器滤除A/D转换后小信号模拟量的高频分量， 功率放大器将小信号模拟量放大到有效值为60V的输出信号， 第1可变电阻R1、信号放大器、第1A/D采样板、第1光电隔离器利用R1将流过H桥 电容器组的总电流矢量Ic转换成与Ic成比例的小电压信号Vcl，并将Vcl放大为最大幅值 为5V的电压信号Veil，经第1A/D采样板将Veil转换为数字信号，并将数字信号经第1光 电隔离器送至DSP 5402板，由DSP 5402板根据采样值计算得到总电流矢量Ic，第2可变电阻R2、第2信号放大器、第2A/D采样板、第2光电隔离器将流过H桥中性 线的不平衡电流Ibph转换成与Ibph成比例的小电压信号Vbphl，并将Vbphl放大为最大幅 值为5V的电压信号Vbphl 1，经第2A/D采样板将电压信号Vbphl 1转换为数字信号，并将数 字信号经第2光电隔离器送至DSP 5402板，由DSP 5402板根据采样值计算得到不平衡电 流矢量Ibph，DSP5402板完成下述功能(1)计算试验电压信号ul(t)，并将其送到“D/A转换器”， (5.2.1) 式中Ut 试验电压信号幅值，Ut = 60V, f 试验电压信号频率，取1. 0kHz, t:时间函数ul(t)的时间变量，单位秒，(2)利用公式(5.2. 2)、(5. 2. 3)、(5. 2. 4)和(5. 2. 5)计算经第1光电隔离器采集的H桥电容器组总电流矢量Ic的幅值Iem和相角e Ic ； 式中N:每周波采样点数，N= 24; △t 采样时间间隔， 秒k 采样点号，取值0，1，...(N-1)， Vcl(k):与总电流矢量Ic对应的采样值序列， Ic s :Ic的实部， Ic c:Ic的虚部， ICm:Ic 的模， 0IcIc的相位角，(3)利用公式(5. 2. 6)、(5. 2. 7)、(5. 2. 8)和(5. 2. 9)计算通过第1光电隔离器采集的 H桥中性线不平衡电流矢量Ibph的幅值Ibphm和相角0 Ibph ；； 式中N:每周波采样点数，N= 24; At 采样时间间隔， 秒，k 采样点号，取值0，1，...(N-1)，Vbphl (k)与不平衡电流矢量Ibph对应的采样值序列，:Ibph的实部， :Ibph的虚部， Ibph的模，eibph:Ibph的相位角，(4)利用公式(5. 2. 10)、(5. 2. 11)计算H桥电容器组不平衡度矢量&的幅值klm和相 角0k1， (5.2.10) klm 的模， 0kl 的相位角，9kl的数值只能是0°或180°，当01;1是0°时，、=+、；当01;1是180°时，K=-k(5)将计算获得的矢量Ic、IbpKh送到液晶显示器显示。
3.根据权利要求1所述的不衡度矢量测试仪调整H桥电容器组平衡的方法，其特征在 于调整“H”桥电容器组不平衡的过程如下1)获取制造厂规定的“H”桥电容器组不平衡电流报警值Ibj，2)获取制造厂规定的“H”桥电容器组额定电流Icn数值，3)根据Ibj和Icn计算不平衡度报警值kbj 4)利用“H桥不平衡度矢量测试仪”在H桥电容器组两端施加试验电压Uout，5)计算电容器组不平衡度矢量&的幅值klm和相角0kl K =:7^ibphm是不平衡电流矢量ibph的模，iCffl是总电流矢量ic的模，1cmekl= e Ibph- e Ic e Ibph是不平衡电流矢量ibph的相位角，e Ic是总电流矢量ic的相位角， 6)检查&是否大于H桥接线电容器组不平衡度告警值kbj的0.5倍， 当满足klm < 0. 5Xkbj时，不需对H桥电容器组平衡进行调整； 当满足klm彡0. 5Xkbj时，按下述步骤调整H桥电容器组平衡(1)计算需要调整的不平衡电容量ACt数值ACtzdXmXkiXC^式中 m :H桥一个臂串联连接的电容器元件个数，Cpj 电容器元件电容量的平均值，由H桥电容器组不平衡度矢量测试仪测得的不平衡度矢量，(2)当ACt>0时，减小H桥电容器组臂1上电容器元件电容量、减小H桥电容器组臂 4上电容器元件电容量，增大H桥电容器组臂2上电容器元件电容量、增大H桥电容器组臂 3上电容器元件电容量，并使电容器元件电容值调整量的和等于ACt，即可将“H”桥电容器 组调整到平衡状态，(3)当ACt<0时，增大H桥电容器组臂1上电容器元件电容量、增大H桥电容器组臂 4上电容器元件电容量，减小H桥电容器组臂2上电容器元件电容量、减小H桥电容器组臂 3上电容器元件电容量，并使电容器元件电容值调整量的和等于ACt，即可将H桥电容器组 调整到平衡状态，7)重复“4)、6)”过程，直到H桥电容器组电容器组不平衡度满足规定要求。
全文摘要
本发明为不平衡度矢量测试仪，解决H桥电容器组调整平衡工作效率低的问题。工控机分别与计算机，显示器和数字信号发生器相连，数字信号发生器分别与D/A转换器，第1和第2光电隔离器相连，D/A转换器经低通滤波器和功率放大器与H桥电容器组两端相连，H桥电容器组的低电位端和功率放大器负输出端与第1可变电阻R1连接，功率放大器负输出端和第1可变电阻的输出与第1信号放大器的输入连接，第1信号放大器的输出经第1A/D采样板与第1光电隔离器相连，H桥电容器组的中性线的断开两端与第2可变电阻R2连接，第2可变电阻R2的输出和中性线的低电位端与第2信号放大器的输入连接，第2信号放大器的输出经第2A/D采样板与第2光电隔离器相连。
文档编号G01R19/00GK101846701SQ20101016547
公开日2010年9月29日 申请日期2010年5月7日 优先权日2010年5月7日
发明者刘明忠, 姜振超, 甄威, 翟敏 申请人:四川电力试验研究院