电力系统功率因数测量装置、方法及其系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力电子领域，具体涉及一种功率因数测量装置、测量方法及其试验系统。
【背景技术】
[0002]随着用电负荷的增加和用电质量的提高，对低压大电流开关设备的安全方面的要求越来越高，因此需要对断路器和开关柜等成套开关设备进行出厂检验和型式试验。在低压大电流短路试验系统中，除了要提供满足样品测试所需要的测试电压和测试电流外，还必须使得短路试验系统所提供的功率因数满足要求，因此需要准确地测量和计算短路试验系统的功率因数，即功率因数角。
[0003]目前在短路试验系统中计算功率因数的方法有冲击系数法、直流分量法和相角差法，其中冲击系数法和直流分量法需要在线路合闸角为0°的情况下才能准确计算功率因数，当对提供三相交流电的短路试验系统进行功率因数测量时，需要对三相电分别在合闸角为0°下进行测试和计算，这样增加了测试的时间和难度。
[0004]相角差法即是检测电压和电流信号同一位置时刻的相位差然后直接计算即可得到功率因数。中国专利公开号CN1621851A公开了一种功率因数测量装置及其测量方法，采用电压互感器测量电压信号，采用电流互感器测量电流信号，检测电压信号的上升沿和周期、电流信号的上升沿，最后计算得到信号的周期，电压和电流的相位差，以及功率因数。但是对低压大电流的测试样品进行测试的电流会很大，通常在65kA以上(甚至在120kA以上)，也就是说变压器的低压侧(二次侧)的电流值很大，变压器的二次侧的保护开关(低压断路器)在导通断开过程中不能承受如此大的电流产生的电弧，容易使得低压断路器损坏，因此相角差法并不能同时测量低压大电流的电压信号和电流信号，导致无法测量该短路试验系统在短路时的功率因数。
【发明内容】
[0005]针对上述现有技术，本发明的一个实施例提供了一种用于电力系统的功率因数测量装置，所述电力系统包括供电线、保护开关、电力变压器和短路开关，所述电力变压器的一次侧通过所述保护开关连接在所述供电线上，所述短路开关连接在所述电力变压器的二次侧上，所述功率因数测量装置包括:
[0006]电压互感器，所述电压互感器的一次侧连接在所述供电线上；
[0007]电压测量装置，当所述保护开关处于闭合状态且所述短路开关处于断开状态时，用于同时获取所述电压互感器的二次侧的第一电压波形和所述电力变压器的二次侧的第二电压波形；以及当所述保护开关处于闭合状态且所述短路开关处于闭合状态时，获取所述电压互感器的二次侧的第三电压波形；
[0008]电流测量装置，当所述保护开关处于闭合状态且所述短路开关处于闭合状态时，用于获取所述电力变压器的二次侧的电流波形；
[0009]数据处理装置，用于根据所述第一电压波形、所述第二电压波形、所述电流波形和所述第三电压波形计算功率因数。
[0010]本发明的功率因数测量装置能够同时获得电力变压器的二次侧的模拟电压波形和二次侧的电流波形，从而准确计算出功率因数。
[0011]优选的，所述数据处理装置用于根据所述第一电压波形和所述第二电压波形计算相位时间差，再根据所述相位时间差、所述电流波形和所述第三电压波形计算功率因数。数据处理装置通过计算第一电压波形和第二电压波形的相位偏移从而准确计算功率因数。
[0012]本发明的另一个方面还提供了测量电力系统的功率因数的方法，所述电力系统包括供电线、保护开关、电力变压器和短路开关，所述电力变压器的一次侧通过所述保护开关连接在所述供电线上，所述短路开关连接在所述电力变压器的二次侧上，包括下列步骤:
[0013]-在所述供电线上连接电压互感器；
[0014]-使得所述短路开关处于断开状态，使得所述保护开关处于闭合状态，同时获取所述电压互感器的二次侧的第一电压波形和所述电力变压器的二次侧的第二电压波形；
[0015]-使得所述保护开关处于断开状态，使得所述短路开关处于闭合状态，使得所述保护开关处于闭合状态，同时获取所述电力变压器的二次侧的电流波形和所述电压互感器的二次侧的第三电压波形；
[0016]-根据所述第一电压波形、所述第二电压波形、所述电流波形和所述第三电压波形计算功率因数。
[0017]本发明的测量方法同时获得电力变压器的二次侧的模拟电压波形和二次侧的电流波形，从而准确计算出功率因数。
[0018]优选的，根据所述第一电压波形和所述第二电压波形计算相位时间差，再根据所述相位时间差、所述电流波形和所述第三电压波形计算功率因数。通过计算第一电压波形和第二电压波形的相位偏移从而准确计算功率因数。
[0019]本发明的还一个方面提供了一种短路试验系统，包括:
[0020]如上所述的功率因数测试装置。
[0021]本发明的短路测试系统能够给测试样品提供一低电压和大电流，并且能够获取该低电压和大电流的波形。
【附图说明】
[0022]以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
[0023]图1是本发明第一个实施例的短路试验系统的电路结构示意图；
[0024]图2是根据本发明的一个实施例的电压互感器的二次侧的相电压和电力变压器的二次侧的相电压的波形图的示意图；
[0025]图3是根据本发明的一个实施例的电力变压器的二次侧的实际电压的模拟波形图和电力变压器的二次侧的电流回路中的电流的波形图的示意图。
[0026]图4是根据本发明的一个实施例的短路试验系统的电路结构示意图。
[0027]主要装置符号说明
[0028]I供电线
[0029]2电压互感器
[0030]3电力变压器
[0031]4保护开关
[0032]5合闸开关
[0033]6可调负载
[0034]7保护开关
[0035]8测试样品
[0036]9电压测量装置
[0037]10电流测量装置
[0038]11数据处理装置
[0039]12功率因数测量装置
[0040]13短路开关
【具体实施方式】
[0041]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【附图说明】本发明的【具体实施方式】。
[0042]图1是本发明第一个实施例的短路试验系统的电路结构示意图。如图1所示，电力系统包括供电线1、保护开关4、短路开关13和电力变压器3，供电线I是一个提供三相交流电的电源线，电力变压器3的一次侧通过保护开关4连接在供电线I上，在电力变压器3的二次侧还连接有短路开关13。本实施例的功率因数测量装置12包括电压互感器2、电压测量装置9、电流测量装置10和数据处理装置11。电压互感器2的一次侧连接在供电线I上，电压测量装置9测量电压互感器2的二次侧的相电压为U1W和IV。当短路开关13断开，并闭合保护开关4时，此时电压测量装置9用于测量电力变压器3的二次侧的相电压U0U2 和 U3C
[0043]下面结合图1，详细描述根据本发明的一个实施例的测量电力系统功率因数的方法。如图1，电力系统包括供电线1、保护开关4、电力变压器3和短路开关13以及测试样品8，电力变压器3的一次侧通过保护开关4连接在供电线I上，短路开关13连接在电力变压器3的二次侧上，在供电线I上连接电压互感器2 ;然后依次断开短路开关13，闭合保护开关4，同时获取电压互感器2的二次侧的第一电压波形和电力变压器3的二次侧的第二电压波形，分别标记为IV IV IV和U1U2U3 ;然后依次断开保护开关4，闭合短路开关13，闭合保护开关4，同时获取电力变压器3的二次侧的电流波形和电压互感器2的二次侧的第三电压波形，分别标记为I1I2I3和IV U/ U/ (图1中未示出);最后根据上述所获的第一电压波形、第二电压波形、电流波形和第三电压波形计算电力系统的功率因数。
[0044]更具体地，结合图2和图3说明根据本发明的一个实施例的测量装置及方法。图2是根据本发明的一个实施例的电压互感器2的二次侧的相电压和电力变压器3的二次侧的相电压的波形图的示意图。图2的上三个电压波形图分别是相电压U/、相电压IV和相电压U3’，下三个电压波形图分别是相电压U1、相电压1]2和相电压U3，数据处理装置11分别计算相电压U1,与相电压U1的相位差、相电压IV与相电压U2的相位差，以及相电压IV与相电压U3的相位差。为了计算的更加准确，例如，选取相电压V的下降沿过零点的时刻减去相电压U1的下降沿过零点的时刻即得到相位时间差T1,当然也可以通过选取相电压IV的上升沿过零点的时刻减去相电压U1的上升沿过零点的时刻即得到相位时间差！\。同理计算出相电压U2’与相电压U2的相位时间差T2,相电压U3’与相电压U3的相位时间差τ3。理论上相位时间差T1、T2和T3都相等。
[0045]之后依次断开保护开关4，闭合短路开关13，再次闭合保护开关4并持续一定的时间(例如持续150毫秒-500毫秒)，此时电流测量装置10测量电力变压器3的二次侧中的相电流^、、和13。同时在该时间段内，电压测量装置9测量电压互感器2的二次侧的相电压U/、U/和U/。在相电流Ip I2和I3，以及相电压U/、U/和U/测量结束后，切断保护开关4，由于电力变压器3的一次侧的电流比二次侧的电流小很多，因此切断保护开关4的过程中，不会因为产生较大的电弧而击穿空气或损坏保护开关4。
[0046]图3是根据本发明的一个实施例的电力变压器3的二次侧的实际电压的模拟波形图和电力变压器3的二次侧的电流回路中的电流的波形图的示意图。如图3所示，相电压U/，、U2’