一种变电设备缺陷真型模拟平台的额定运行工况实现方法与流程

文档序号:33561510发布日期:2023-03-22 14:40阅读:106来源:国知局
一种变电设备缺陷真型模拟平台的额定运行工况实现方法与流程

1.本发明涉及电力相关技术领域,特别是一种变电设备缺陷真型模拟平台的额定运行工况实现方法。


背景技术:

2.随着设备运行可靠性的要求越来越高,传统的带电检测技术不满足设备状态检测的需求,各种新型带电检测技术和基于机器人、无人机的智能运检技术越来越多的受到关注和应用。但是一方面新型带电检测技术在正常变电站开展应用时,往往难以采集到故障或缺陷数据,难以开展特征量的分析和技术有效性的验证;另一方面机器人和无人机在实验室环境和真实变电站环境存在差异,机器人在实际使用中存在远程控制交互不友好,设备运行异常情况多,往往对机器人的维护工作和时长反而比机器人代替人工运维节省的人工成本,限制了机器人在变电站代替人工运维的推广。无人机在长期飞行过程中,桨叶、电机、电路板等部件受阳光、温湿度、盐雾附着等作用,短期内不影响飞行,外部环境长期影响未知,且相关新技术应用在实际变电站及线路上测试存在安全风险,因此迫切需要输变电真型试验场的建设。


技术实现要素:

3.有鉴于此,本发明的目的在于提供一种变电设备缺陷真型模拟平台的额定运行工况实现方法,可以高效、准确、全面地得到搭建额定工况典型故障模拟平台,从而有利于现场输变电真型试验场的建设。
4.为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:一种变电设备缺陷真型模拟平台的额定运行工况实现方法,模拟平台由第一电源(g1)、第二电源(g2)、试品变压器(t1)、负载辅助变压器(t2)、升压辅助变压器(t3)、辅助变压器(t4)、高压补偿电容器(c)、开关设备(g)、电压互感器(pt)、电流互感器(ct)、避雷器moa组成,模拟平台的额定运行工况实现方法包括以下步骤:
5.步骤1:采用升压辅助变压器(t3)给试品变压器(t1)和负载辅助变压器(t2)提供额定电压、两台变压器的空载损耗及空载电流,采用辅助变压器(t4)给试品变压器(t1)和负载辅助变压器(t2)提供额定电流,当试品变压器(t1)的一次侧是额定电压un,二次侧是额定电流in时,达到额定运行工况;
6.步骤2:根据试品变压器(t1)和负载辅助变压器(t2)的空载电流i0%和额定容量s
t
,初步计算升压辅助变压器t3的容量;
7.步骤3:根据试品变压器(t1)和负载辅助变压器(t2)的额定电流in和短路阻抗百分比ek%,初步计算辅助变压器(t4)的容量;
8.步骤4:计算试验过程中的总有功功率损耗和总无功功率,计算系统的功率因数,确定辅助变压器(t4)高压侧需要补偿的无功容量;
9.步骤5:搭建具有额定运行工况模拟能力的变电设备缺陷真型试验仿真系统,验证
设计参数的正确性。
10.在一较佳的实施例中,所述第一电源(g1)和第二电源(g2)具体为发电机或调压器,所述开关设备(g)、电压互感器(pt)、电流互感器(ct)、避雷器(moa)均设置相应的模拟缺陷。
11.在一较佳的实施例中,所述步骤1中,采用升压辅助变压器(t3)给试品变压器(t1)和负载辅助变压器(t2)提供额定电压、两台变压器的空载损耗及空载电流,试品变压器(t1)和负载辅助变压器(t2)并联。
12.在一较佳的实施例中,所述步骤1中,采用辅助变压器(t4)给试品变压器(t1)和负载辅助变压器(t2)提供额定电流,辅助变压器(t4)的一次侧电压u
1t4
等于第二电源(g2)的输出电压u
g2
,三相二次侧绕组的六个出头均引出;当辅助变压器(t4)的二次侧电压u
2t4
=0时,未带负载,试品变压器(t1)和负载辅助变压器(t2)均处于空载状态,当u
2t4
由0逐步升高时,试品变压器(t1)和负载辅助变压器(t2)中将有电流流过,电流大小
13.在一较佳的实施例中,所述步骤2中,升压辅助变压器(t3)的容量计算方法如下:
14.步骤5.1:试品变压器(t1)和负载辅助变压器(t2)的空载试验容量为:试品变压器(t1):q

t1
=i
ot1

×st1
,负载辅助变压器(t2):q

t2
=i
ot2

×st2
,总空载试验容量为:
15.步骤5.2:升压辅助变压器(t3)供给试品变压器(t1)和负载辅助变压器(t2)额定电压、空载损耗和空载电流,考虑空载励磁波形畸变因素,因此升压辅助变压器(t3)容量:
16.在一较佳的实施例中,所述步骤3中,辅助变压器(t4)的容量计算方法如下:试品变压器(t1)、负载辅助变压器(t2)二次侧都通过额定电流in,但因两台变压器短路阻抗百分比不同,所以试品变压器(t1)、负载辅助变压器(t2)的一次侧通过的电流也不同,这一电流需要由辅助变压器(t4)供给,因此辅助变压器(t4)容量:s4=(e
k1
%+e
k2
%)
×
s1。
17.在一较佳的实施例中,所述步骤4中,选择辅助变压器(t4)高压侧采用无功并联补偿,辅助变压器(t4)变压器容量可适当减小,选择时考虑系统有功、无功及预留,所以辅助变压器(t4)考虑的最小容量考虑低碳节能,使模拟平台试验系统输入电源为最小容量;则输入电源提供的最少容量应大于整个平台回路的有功损耗,而无功功率由电容器补偿完成;辅助变压器(t4)的容量大于整个平台回路的有功损耗:s4≥p

,整个平台回路的有功损耗:
18.p

=(p
10
+p
1k
)+(p
20
+p
2k
)+(p
30
+p
3k
)+(p
40
+p
4k
)+pc+pr19.其中:p
10
+p
1k
为试品变压器(t1)的空载和负载损耗;p
20
+p
2k
为负载辅助变压器(t2)的空载和负载损耗;p
30
+p
3k
为升压辅助变压器(t3)的空载和负载损耗;p
40
+p
4k-为辅助变压器(t4)的空载和负载损耗;pc为无功补偿电容器总损耗;pr为试验回路一次侧线路和gis设备、电流互感器设备等的电损耗。
20.在一较佳的实施例中,所述步骤4中,辅助变压器(t4)的所需无功容量如下:
21.步骤8.1:在辅助变压器(t4)二次侧电压为零时,两台变压器是并联运行的,除了一次侧空载电流之外,变压器二次侧没有电流;当辅助变压器(t4)变压器二次侧电压加大
时,试品变压器(t1)、负载辅助变压器(t2)二次侧绕组之间的电压差

u逐渐加大,通过试品变压器(t1)和负载辅助变压器(t2)中的电流也逐渐加大;补偿电容器选在辅助变压器(t4)高压侧并联进行补偿;系统中有功损耗:
22.p

=(p
10
+p
1k
)+(p
20
+p
2k
)+(p
30
+p
3k
)+(p
40
+p
4k
)+pc+pr;
23.步骤8.2:试品变压器(t1)、负载辅助变压器(t2)的总有功损耗:p
t1t2
=(p
10
+p
1k
)+(p
20
+p
2k
),系统中试品变压器(t1)、负载辅助变压器(t2)试验时视在容量:s

t1t2
=s
t1
+s
t2
=(i
0t1
%+i
0t2
%+e
k1
%+e
k2
%)*s1,试品变压器(t1)、负载辅助变压器(t2)的无功功率之和:
[0024][0025]
步骤8.3:系统总无功功率:q

=q
t1t2
+q
l

[0026]
计算系统功率因数:辅助变压器(t4)高压侧需要补偿的无功容量为:
[0027]
在一较佳的实施例中,所述步骤5中,具有额定运行工况模拟能力的变电设备缺陷真型试验仿真系统在pscad或simulink软件中搭建完成。
[0028]
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
[0029]
1、采用了相互负载法搭建了变压器额定工况典型故障模拟平台,实现变压器并联,提高变压器运行的经济性和供电的可靠性。
[0030]
2、选择变压器高压侧采用无功并联补偿,变压器容量可适当减小,考虑了低碳节能,使模拟平台试验系统输入电源为最小容量。
[0031]
3、综合考虑了实验线路中电气设备有功、无功功率,为搭建额定工况典型故障模拟平台提供了参考。
附图说明
[0032]
图1是本发明优选实施例的连接图。
[0033]
图2是本发明优选实施例的方法实现流程图。
[0034]
图3是本发明优选实施例中搭建的额定工况典型故障模拟平台的仿真图。
具体实施方式
[0035]
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
[0036]
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0037]
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本技术的示例性实施方式;如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0038]
参见图1-3,本发明提供一种变电设备缺陷真型模拟平台的额定运行工况实现方
法,模拟平台由第一电源g1、第二电源g2、试品变压器t1、负载辅助变压器t2、升压辅助变压器t3、辅助变压器t4、高压补偿电容器c、开关设备g、电压互感器pt、电流互感器ct、避雷器moa组成。参见图3,变电设备缺陷真型模拟平台平台的额定工况实现方法包括以下步骤:
[0039]
步骤1:采用升压辅助变压器t3给试品变压器t1和负载辅助变压器t2提供额定电压、两台变压器的空载损耗及空载电流,采用辅助变压器t4给试品变压器t1和负载辅助变压器t2提供额定电流,当试品变压器t1的一次侧是额定电压un,二次侧是额定电流in时,达到额定运行工况;
[0040]
其中,所述电源g1和g2可以是发电机或调压器,所述开关设备g、电压互感器pt、电流互感器ct、避雷器moa均可设置相应的模拟缺陷。采用升压辅助变压器t3给试品变压器t1和负载辅助变压器t2提供额定电压、两台变压器的空载损耗及空载电流,试品变压器t1和负载辅助变压器t2并联。采用辅助变压器t4给试品变压器t1和负载辅助变压器t2提供额定电流,t4的一次侧电压u
1t4
等于电源g2的输出电压u
g2
(发电机电压或调压器输出电压),三相二次侧绕组的六个出头均引出,每相二次侧电压是可调节的。当辅助变压器t4的二次侧电压u
2t4
=0时,未带负载,试品变压器t1和负载辅助变压器t2均处于空载状态,当u
2t4
由0逐步升高时,试品变压器t1和负载辅助变压器t2中将有电流流过,电流大小
[0041]
步骤2:根据试品变压器t1和负载辅助变压器t2的空载电流i0%和额定容量s
t
,初步计算升压辅助变压器t3的容量;
[0042]
其中,升压辅助变压器t3的容量计算方法如下:试品变压器t1和负载辅助变压器t2的空载试验容量为:试品变压器t1:q
t1
=i
ot1

×st1
,负载辅助变压器t2:q

t2
=i
ot2

×st2
,总空载试验容量为:升压辅助变压器t3供给试品变压器t1和负载辅助变压器t2额定电压、空载损耗和空载电流,考虑空载励磁波形畸变因素,因此变压器t3容量:
[0043]
步骤3:根据试品变压器t1和负载辅助变压器t2的额定电流in和短路阻抗百分比ek%,初步计算辅助变压器t4的容量;
[0044]
其中,辅助变压器t4的容量计算方法如下:变压器t1和t2二次侧都通过额定电流in,但因两台变压器短路阻抗百分比不同,所以变压器t1和t2的一次侧通过的电流也不同,这一电流需要由变压器t4供给,因此变压器t4容量:s4=(e
k1
%+e
k2
%)
×
s1。选择辅助变压器t4高压侧采用无功并联补偿,t4变压器容量可适当减小,选择时考虑系统有功、无功及预留,所以变压器t4考虑的最小容量考虑低碳节能,使模拟平台试验系统输入电源为最小容量。则输入电源提供的最少容量应大于整个平台回路的有功损耗,而无功功率由电容器补偿完成。辅助变压器t4的容量计算方法如下:辅助变压器t4的容量大于整个平台回路的有功损耗:s4≥p

整个平台回路的有功损耗:p

=(p
10
+p
1k
)+(p
20
+p
2k
)+(p
30
+p
3k
)+(p
40
+p
4k
)+pc+pr其中:p
10
+p
1k-变压器t1的空载和负载损耗;p
20
+p
2k-负载辅助变压器t2的空载和负载损耗;p
30
+p
3k-升压辅助变压器t3的空载和负载损耗;p
40
+p
4k-辅助变压器t4的空载和负载损耗;p
c-无功补偿电容器总损耗;p
r-试验回路一次侧线路和gis设备、电流互感器设备等的电损耗(有功损耗)。
[0045]
步骤4:计算试验过程中的总有功功率损耗和总无功功率,计算系统的功率因数,确定辅助变压器t4高压侧需要补偿的无功容量;
[0046]
其中,辅助变压器t4的所需无功容量如下:在t4二次侧电压为零时,两台变压器是并联运行的,除了一次侧空载电流之外,变压器二次侧没有电流。当t4变压器二次侧电压加大时,两台变压器t1/t2二次侧绕组之间的电压差

u逐渐加大,通过变压器t1和变压器t2中的电流也逐渐加大。补偿电容器可选在t4高压侧并联进行补偿。
[0047]
系统中有功损耗:p

=(p
10
+p
1k
)+(p
20
+p
2k
)+(p
30
+p
3k
)+(p
40
+p
4k
)+pc+pr,t1、t2两台变压器总有功损耗:p
t1t2
=(p
10
+p
1k
)+(p
20
+p
2k
),系统中t1、t2变压器试验时视在容量:s

t1t2
=s
t1
+s
t2
=(i
0t1
%+i
0t2
%+e
k1
%+e
k2
%)*s1,t1、t2变压器的无功功率之和:系统总无功功率(不考虑电流互感器和gi s的容性负荷补偿作用):q

=q
t1t2
+q
l
,计算系统功率因数:变压器t4高压侧需要补偿的无功容量为:
[0048]
步骤5:搭建具有额定运行工况模拟能力的变电设备缺陷真型试验仿真系统,验证设计参数的正确性。
[0049]
其中,具有额定运行工况模拟能力的变电设备缺陷真型试验仿真系统可在pscad或simulink软件中搭建完成。
[0050]
下面以xx省输变电真型试验场建设为例,进一步说明本发明的有益效果。
[0051]
1)采用xx省110kv退役变电站已有的2台变压器分别作为试品变压器t1和负载辅助变压器t2,其具体参数分别见表1和表2。
[0052]
表1
[0053][0054]
表2
[0055][0056]
2)根据试品变压器t1和负载辅助变压器t2的空载电流i0%和额定容量s
t
,初步计算升压辅助变压器t3的容量,变压器t1和t2的空载试验容量为:
[0057]
试品变压器t1:q

t1
=i
ot1

×st1
=0.48%
×
40000=192kvar,
[0058]
负载辅助变压器t2:q
t2
=i
ot2

×st2
=0.08%
×
40000=32kvar,总空载试验容量为:变压器t3供给变压器t1和变压器t2额定电压、空载损耗和空载电流,考虑空载励磁波形畸变因素,因此变压器t3容量:
[0059]
2)根据试品变压器t1和负载辅助变压器t2的额定电流in和短路阻抗百分比ek%,初步计算辅助变压器t4的容量;s4=(e
k1
%+e
k2
%)
×
s1=(10.4%+10.26%)
×
40000=8264kva;
[0060]
3)选择t4高压侧采用无功并联补偿,t4变压器容量可适当减小,则:
[0061]
s4≥p

=(p
10
+p
1k
)+(p
20
+p
2k
)+(p
30
+p
3k
)+(p
40
+p
4k
)+pc+pr[0062]
p

=(p
10
+p
1k
)+(p
20
+p
2k
)+(p
30
+p
3k
)+(p
40
+p
4k
)+pc+pr[0063]
=(36.265+155.402)+(22.35+179.128)+(1.2+7.1)+(13.2+53)+1.36+1.8=470.81kw
[0064]
其中:p
1o
+p
1k-变压器t1的空载和负载损耗;p
20
+p
2k-负载辅助变压器t2的空载和负载损耗(因业主未提供变压器负载损耗,故参考标准gb/t 6451-2015相应参数);p
30
+p
3k-升压辅助变压器t3的空载和负载损耗(参考标准gb/t 6451-2015相应参数);p
40
+p
4k-辅助变压器t4的空载和负载损耗(参考标准gb/t 6451-2015相应参数);p
c-无功补偿电容器总损
耗(pc=sc*tgδ=6800*0.02%=1.36kw);p
r-试验回路一次侧线路和gis设备、电流互感器设备等的电损耗(有功损耗),110kv电流互感器一次侧直流电阻在6~8mω,110kv gis一次侧直流电阻在150~300μω,故可以忽略gis设备有功损耗)
[0065]
pr计算值:试验回路采用lgj-95/20型钢芯铝绞线,其直流电阻不大于0.3019ω/km,考虑试验回路钢芯铝绞线总长度约200m左右,取200计算得:rr=0.0605ω/相,变压器40000kva,110kv试验回路额定电流为209.9a,则:
[0066][0067]
根据以上分析计算,考虑适当的裕度及变压器的标准类型,升压辅助变压器t3的容量取500kva,计算辅助变压器t4的容量取2000kva。
[0068]
4)计算试验过程中的总有功功率损耗和总无功功率,计算系统的功率因数,确定辅助变压器t4高压侧需要补偿的无功容量。t1、t2两台变压器
[0069]
总有功损耗:
[0070]
p
t1t2
=(p
10
+p
1k
)+(p
20
+p
2k
)=(36.265+155.402)+(22.35+179.128)=393.14kw
[0071]
系统中t1、t2变压器试验时视在容量:
[0072]
s’t1t2
=s’t1
+s’t2
=(i
0t1
%+i
0t2
%+e
k1
%+e
k2
%)*s1=(0.48%+0.08%+10.26%+10.4%)*40000
[0073]
=8488kva
[0074]
上式中:s’t1
=(0.48%+10.26%)*s1=4296kva,s’t2
=(0.08%+10.4%)*s2=4192kva。
[0075]
t1、t2变压器的无功功率之和:
[0076][0077]
5)试验回路一次侧线路和gis设备、电流互感器设备等的无功功率
[0078]
110kv电容型油纸绝缘电流互感器一次侧对地电容约800~900pf,110kvgis间隔电容约为600~800pf,均对线路感性负荷有补偿作用,两者在额定电压110kv和额定频率50hz时的容性无功容量为:
[0079][0080]
试验回路采用lgj-95/20型钢芯铝绞线的感抗为0.363ω/km(线路几何均距按1.75m,电抗值来自钢铁企业电力设计手册1046页),假设200m长,试验线路产生的感性无功功率为:
[0081][0082]
6)系统功率因数
[0083]
通过前述计算,不考虑电流互感器和gis的容性负荷对系统的补偿作用时,系统所需的感性负荷最大。故只考虑感性负荷时,所需的系统补偿容量按下面方法计算:系统总有功功率(未减去互感器有功损耗):p

=470.81kw,系统总无功功率(不考虑电流互感器和gis的容性负荷补偿作用):q

=q
t1t2
+q
l
=8478.88+3.44=8482.32kvar,计算系统功率因
数:
[0084]
变压器t4高压侧需要补偿的无功容量为:
[0085][0086]
综上述,考虑留有适当裕度,电容器塔补偿容量取9000kvar。
[0087]
7)在simulink软件中搭建具有额定运行工况模拟能力的变电设备缺陷真型试验仿真系统,如图3所示。
[0088]
仿真参数设置如下:
[0089]

模型系统电压10kv;
[0090]

变压器t1/t2电抗计算是u
k12
%按10.4%,计算电感值0.1h。
[0091]

变压器t1/t2短路损耗按照p
k12
=155.402kw取值,计算电阻值为1.17ω。
[0092]

系统在变压器t4高压侧并联补偿容量为9000kvar,电容器δ接,单台电压10kv。
[0093]
仿真结果为:
[0094]

变压器t1输出电流有效值:202.6a;电压有效值:100kv
[0095]

变压器t2输出电流有效值:202.6a;电压有效值:120kv
[0096]

系统测输出电流有效值:24a;电压有效值:10kv。
[0097]
仿真结果表明,所设计的变电设备缺陷模拟平台实现了额定工况运行环境。
[0098]
以上是本发明的较佳实施例,凡依本发明技术方案所作的改变,所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时,均属于本发明的保护范围。
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