一种电容式电压互感器暂态响应试验装置及试验方法与流程

本发明属于电容式电压互感器试验领域，特别涉及一种电容式电压互感器暂态响应试验装置及试验方法。

背景技术：

电容式电压互感器的国家标准《gb/t20840.5-2013电容式电压互感器的补充技术要求》中对暂态响应试验规定：在高压端子a与接地的低压端子n之间的电源短路后，电容式电压互感器的二次电压，应在规定时间ts内衰减到相对于短路前电压峰值的某一规定值。试验可在完整的电容式电压互感器上或在由实际电容器组成的等效电路上进行，试验应在实际一次电压up或等效电路上为up×c1/(c1+c2)及100％和25％或0％额定负荷时，将高压电源短接进行。试验应在一次电压峰值时进行两次和在一次电压过零值时进行两次，偏离一次电压峰值和过零值得相位角不得超过±20°，up选择100％、120％和150％或190％额定一次电压的三个电压值。一次和二次电压应记录波形并列入试验报告。

暂态响应试验是保护用电容式电压互感器进行型式试验时必须要进行的试验项目。目前的电容式电压互感器实验室进行暂态响应试验时，都是在试验前现场简单的把选相合闸断路器、测量电压互感器和示波器进行临时组合搭建完成试验，并无专用的成套试验装置。由于试验需在三个电压值、两个负载值、以及过零点和峰值点时进行总计24次短路，每次短路时均需要判定试验结果能否满足标准要求，示波器测得的波形并不能直观判断出试验结论，需进行详细计算，因此这种试验装置效率极低；并且由于控制选合闸断路器和示波器测量只能在试验区域进行，试验人员在长时间的试验期间一直处于高压试验区域，若电容式电压互感器出现高压击穿故障，试验人员安全无法得到保证。

技术实现要素：

本发明为了解决现有电容式电压互感器试验技术中，暂态响应试验无成套试验装置，导致试验效率低下和试验人员安全无法保证的问题，给出了一种电容式电压互感器暂态响应试验装置及试验方法，可以实现暂态响应试验时断路器分合闸控制和电压测量与高压试验区域的光电隔离，以及每次短路试验数据的高准确度全自动快速分析。

为了达到以上目的，本发明采取如下技术方案予以实现：

一种电容式电压互感器暂态响应试验装置，包括断路器、电压互感器、选相分合闸控制器、数据采集光电转换模块及上位机和测控模块；

所述的断路器、电压互感器及被测电容式电压互感器均并联设置在试验变压器两端；

所述的断路器，用于接收分合闸指令，用于对试验变压器高压端与地之间进行分合闸操作；电压互感器，用于将高压端电压转换为低电压，提供一次电压数据采集信号和选相参考电压信号；

所述的选相分合闸控制器，用于接收分合闸控制指令，根据选相参考电压给断路器发出分闸和含有相位信息的合闸指令；

所述的数据采集光电转换模块，用于将上位机和测控模块发出的数字量分合闸指令转换为模拟量分合闸控制指令发送到选相分合闸控制器，采集电压互感器的低电压数据和被测电容式电压互感器的二次电压数据，转换为数字信号后发送到上位机和测控模块；

所述的上位机和测控模块，用于发出相位参数和分合闸指令给选相分合闸控制器，接收数据采集光电转换模块发出的数字量高压端一次电压数据和被测电容式电压互感器的二次电压数据。

所述的上位机和测控模块包括参数设置模块、接触器控制模块和数据记录分析模块；

所述的参数设置模块，用于设置合闸相位要求，设置被测电容式电压互感器准确度等级；

所述的接触器控制模块，用于发送合闸相位信息和分合闸指令给选相分合闸控制器，使选相分合闸控制器在接到合闸指令后，按要求的相位控制断路器合闸；同时监测断路器的状态；

所述的数据记录分析模块，用于记录采集到的数据采集光电转换模块发出的一次电压数据和被测电容式电压互感器的二次电压数据，将数据绘制成曲线后，按照设定的准确度等级信息，分析本次测试数据是否满足标准要求，显示测试结论，自动记录保存测试数据和曲线。

所述的试验变压器高压端设置有保护电阻。

所述的选相分合闸控制器和数据采集光电转换模块固定封装于具有屏蔽功能的屏蔽机箱内。

所述的屏蔽机箱内部仪器由电源模块供电。

所述的屏蔽机箱上设置有多个同轴端口，数据采集光电转换模块分别通过一个同轴端口与电压互感器及被测电容式电压互感器连接。

所述的屏蔽机箱上设置有光纤端口，数据采集光电转换模块通过光纤端口与上位机和测控模块通讯。

所述的断路器、电压互感器和屏蔽机箱固定在可移动底座上。

所述的被测电容式电压互感器为高压交流滤波电容器、高压并联电容器、串联电容器或电力电子电容器。

一种电容式电压互感器暂态响应试验装置的试验方法，包括以下步骤：

上位机和测控模块发送合闸相位信息和分合闸指令给数据采集光电转换模块；电压互感器的输出电压并联输出，一路给选相分合闸控制器提供选相参考电压，另一路给数据采集光电转换模块提供一次电压数据；

选相分合闸控制器接收上位机和测控模块发出的合闸相位要求和分合闸指令，并按照电压互感器所提供的选相参考电压，在指定合闸相位时将合闸指令发送给断路器，断路器按照收到的分合闸指令进行分合闸操作；

数据采集光电转换模块采集由电压互感器提供的一次电压数据和被测电容式电压互感器提供的二次电压数据，并发送到上位机和测控模块；同时数据采集光电转换模块接收由上位机和测控模块发出的合闸相位信息和分合闸指令，并将指令发送到选相分合闸控制器；上位机和测控模块接收记录数据采集光电转换模块发出的一次电压和二次电压数据并分析数据，再发送合闸相位信息和分合闸指令给数据采集光电转换模块。

本发明具有以下有益效果：

本发明由断路器、电压互感器、选相分合闸控制器、数据采集光电转换模块及上位机和测控模块组成暂态响应试验装置，断路器接收分合闸指令，并对试验变压器高压端与地之间进行分合闸操作；电压互感器将高压端电压转换为低电压，提供一次电压数据采集信号和选相参考电压信号；选相分合闸控制器接收分合闸控制指令，根据选相参考电压给断路器发出分闸和含有相位信息的合闸指令；数据采集光电转换模块，用于将上位机和测控模块发出的数字量分合闸指令转换为模拟量分合闸控制指令发送到选相分合闸控制器，采集电压互感器的低电压数据和被测电容式电压互感器的二次电压数据，转换为数字信号后发送到上位机和测控模块；通过上位机和测控模块可以实现对每次短路试验数据的快速分析处理，判定测试结论，自动保存测试数据和曲线，实现全自动快速测量，大幅提高试验效率。

进一步，本发明的装置分为两部分，可移动底座上的装置放置在高压试验区域连接被测电容式电压互感器，上位机和测控模块放置在远离高压区域的控制室内，两部分通过光纤连接通信，实现光电隔离，确保试验人员的安全。

进一步，保护电阻用以限制试验变压器在短路时的工作电流，确保试验变压器正常工作。

进一步，选相分合闸控制器和数据采集光电转换模块固定封装于具有屏蔽功能的屏蔽机箱内，可以实现暂态响应试验时断路器分合闸控制和电压测量与高压试验区域的光电隔离，保证了试验人员安全。

进一步，断路器、电压互感器和屏蔽机箱完成内部电路连接后固定在可移动底座上，为暂态响应试验提高了专用的成套试验装置，提高了试验效率。

本发明的试验方法通过上位机和测控模块可以实现对每次短路试验数据的快速分析处理，判定测试结论，自动保存测试数据和曲线，实现全自动快速测量，大幅提高试验效率。可以实现暂态响应试验时断路器分合闸控制和电压测量与高压试验区域的光电隔离，以及每次短路试验数据的高准确度全自动快速分析。

附图说明

图1为本发明电容式电压互感器暂态响应试验装置的结构示意图；

图2为测控模块框图；

其中：1—断路器；2—电压互感器；3—选相分合闸控制器；4—数据采集光电转换模块；5—上位机和测控模块；6—同轴端口；7—光纤端口；8—电源模块；9—屏蔽机箱；10—保护电阻；11—可移动底座；12—试验变压器；13—被测电容式电压互感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明的电容式电压互感器暂态响应试验装置，包括35kv断路器1，35kv电压互感器2，选相分合闸控制器3，数据采集光电转换模块4，上位机和测控模块5，同轴端口6、光纤端口7、电源模块8、屏蔽机箱9、可移动底座11。

本发明的电路连接关系为：

试验变压器12的高压端连接保护电阻10，35kv断路器1一端连接保护电阻10，另一端连接试验变压器12的接地端；被测电容式电压互感器13一端连接保护电阻10，另一端连接试验变压器12的接地端；35kv电压互感器2并联设置在被测电容式电压互感器13两端。

上位机和测控模块5与数据采集光电转换模块4通讯连接，数据采集光电转换模块4与选相分合闸控制器3通讯连接，选相分合闸控制器3与35kv断路器1通讯连接；35kv电压互感器2分别与数据采集光电转换模块4及选相分合闸控制器3连接，数据采集光电转换模块4与被测电容式电压互感器13连接。

35kv断路器1接收分合闸指令，对试验变压器12高压端与地之间进行分合闸操作；选相分合闸控制器3接收分合闸控制指令，然后根据选相参考电压给35kv断路器1发出分闸和含有相位信息的合闸指令；35kv电压互感器2将高压端电压转换为低电压，提供一次电压数据采集信号和选相参考电压信号；保护电阻10用以限制试验变压器在短路时的工作电流，确保试验变压器正常工作；数据采集光电转换模块4将上位机和测控模块5发出的数字量分合闸指令转换为模拟量分合闸控制指令发送到选相分合闸控制器3，采集35kv电压互感器2的低电压数据和被测电容式电压互感器13的二次电压数据，转换为数字信号后通过光纤发送到上位机和测控模块5；上位机和测控模块5设置合闸相位参数、被测电容式电压互感器13的准确度等级，发出相位参数和分合闸指令给选相分合闸控制器3，监测真空接触器分合闸状态，接收数据采集光电转换模块4发出的数字量高压端一次电压数据和被测电容式电压互感器的二次电压数据，将数据绘制成曲线后，按照设定的准确度等级信息，分析本次测试数据是否满足标准要求，显示测试结论，自动记录保存测试数据和曲线。

本发明具体的工作原理为：在可移动底座11上固定有35kv断路器1、35kv电压互感器2和屏蔽机箱9；在屏蔽机箱9内固定有选相分合闸控制器3和数据采集光电转换模块4；选相分合闸控制器3接收上位机和测控模块5发出的合闸相位要求和分合闸指令，并按照35kv电压互感器2所提供的选相参考电压，在指定合闸相位时将合闸指令发送给35kv断路器1，35kv断路器1按照收到的分合闸指令进行分合闸操作；35kv电压互感器2的输出电压并联输出，一路给选相分合闸控制器3提供选相参考电压，一路通过同轴端口6给数据采集光电转换模块4提供一次电压数据；保护电阻10限制试验变压器12在短路时的工作电流，确保其正常工作；数据采集光电转换模块4通过屏蔽机箱9面板上的同轴端口6采集由35kv电压互感器2提供的一次电压数据和被测电容式电压互感器13提供的二次电压数据，并将这些电压数据转换为数字量，通过光纤端口7发送到上位机和测控模块5，同时该模块接收由上位机和测控模块5发出的合闸相位信息和分合闸指令，并将指令发送到选相分合闸控制器3；电源模块8给屏蔽机箱9内部仪器供电；上位机和测控模块5接收记录数据采集光电转换模块4发出的一次电压和二次电压数据并分析数据，发送合闸相位信息和分合闸指令给数据采集光电转换模块4。

其中，选相分合闸控制器3和数据采集光电转换模块4固定封装于具有屏蔽功能的屏蔽机箱9内。35kv断路器1、35kv电压互感器2和屏蔽机箱9完成内部电路连接后固定在可移动底座11上。

图2给出了测控模块的框图，通过该模块，可完成参数设置、接触器分合闸控制、记录测试数据，并按照需要进行数据处理，给出测试结论。

参数设置模块14的主要功能是设置合闸相位要求，设置被测电容式电压互感器准确度等级，给后续数据分析提供依据。

接触器控制模块15的主要功能是发送合闸相位信息和分合闸指令给选相分合闸控制器3，使选相分合闸控制器3在接到合闸指令后，按要求的相位控制35kv断路器1合闸；同时监测35kv断路器1的状态。

数据记录分析模块16记录采集到的光电转换模块发出的数字量高压端一次电压数据和被测电容式电压互感器的二次电压数据，将数据绘制成曲线后，按照设定的准确度等级信息，分析本次测试数据是否满足标准要求，显示测试结论，自动记录保存测试数据和曲线。

上位机和测控模块5的数据分析处理和测试结论判定逻辑按以下表1进行：

表1

本发明的电容式电压互感器暂态响应试验装置可以实现对每次短路试验数据的快速分析处理，判定测试结论，自动保存测试数据和曲线，实现全自动快速测量，大幅提高试验效率；同时通过光电隔离，使试验人员可以在远离高压区域的控制室内进行试验，保证试验人员的安全。

本发明不但适用于高压直流滤波电容器，同时也适用于高压交流滤波电容器、高压并联电容器、串联电容器或电力电子电容器；本发明使用电力电子器件组成的单相电压源(功率单元)为试品电容器同时施加基波及谐波电。

特别说明上述实施例是为更好对本发明进行说明而非对其进行限制。本发明所属技术领域的技术人员参照本发明进行的修改或变更均在本发明申请的权利要求保护范围之内。