高压大容量合成回路试验系统研究及控制与数据采集系统的改进.doc

高压大容量合成回路试验系统研究 及控制与数据采集系统的改进 魏智勇 孙冬慧 姚峻 摘要：对高压大容量合成回路试验系统的研究，有助于提高目前大容量试验室的设计水平，满足特高压电网建设的要求。本文通过某高压大容量合成回路试验室搬迁项目，对高压合成回路进行系统分析与研究，并就控制及数采系统提出部分改进意见。 关键词：高压 合成回路 自动控制 数据采集 1.引言 高压合成回路是一种用于高压断路器分断能力试验的经济有效的试验装置。关于合成回路试验的等价性，在IEC标准中已经得到确认。目前，随着特高压电网建设的重要性日益突出，特高压电器设备的研制和试验技术研究也成为日益关注的对象。因此，对大容量合成回路试验系统进行研究，以提高目前大容量试验室的设计技术水平，满足技术与市场不断发展的要求，使我们在此领域保持技术领先的地位，对今后发展的经济性、社会影响力等都有重要的意义。 在本项目中，我们在现有的大容量合成回路试验室基础上，对高压大容量合成回路试验系统进行了充分的研究，并利用现代电子设备迅猛发展的优势，如计算机、PLC、时序控制器控，计算机数据采集系统的测量，以及电气联锁等安全保障系统，对大容量试验室的设计进行了部分改进，使今后的大容量试验室控制可靠、方便，测量准确，同时，保证试验的安全性和试验结果的精确性，提高大容量试验室的整体水平。 2.高压合成回路试验研究状况 高压断路器的合成试验方法，在国外已经有较多的研究。在传统的合成回路的基础上，W.A.van der Linden等人提出一种利用人工形成线提供TRV(暂态恢复电压)的试验方法；1989年，S.Yamashita等人提出一种三相共箱结构断路器的试验回路；1992年，L.van der Sluis和G.Aldrovandi在CIGRE报告中对合成试验进行了专题回顾和总结；1997年，ABB公司的L.van der Sluis和B.L. Sheng等对合成回路进行了较多的研究，并提出了一种适用于特高压断路器的新合成回路试验回路——EPIC回路；2000年，D. Dufournet等人提出了适用于三相短路开断能力试验的合成回路。 目前国内的西高所大容量试验室、北京电科院开关所、沈阳虎石台试验站等沿用的仍是传统的Weil-Dobke合成试验回路。20世纪80年代，王仁甫对四参数恢复电压的研究在当时是国内较有代表性的工作。江文泉等提出了一种电流畸变相对较小的合成试验回路，其他的工作则主要集中于合成试验控制、测量方面。例如，2000年西安交通大学电气教研室就与陕西宝光集团合作，共建工程中心，并对高压合成回路试验装置进行了扩容改进。利用PLC为核心的控制系统取代原继电控制回路。 3. 高压合成回路试验原理及主电路 一般电力开关电气由于断流能力很大，不能直接在电网上进行试验。高压合成回路则是一种经济有效的试验装置。由于断路器在分断过程中具有电流和高电压不同时出现在弧隙上的特点，故可将大电流和高电压先后加在断路器上进行试验以模拟实际情况。高压合成回路试验，已经成为试验各种断路器分断能力的一种重要方法。 高压合成回路试验主电路图如下，系统采用2个独立电源（A：低电压大电流的电流源，Q，高电压小电流的电压源）以代替真实试验中的高电压大电流源。电路中设备有:A—大电流源充电变压器；B—大电流电容器组接地泄流开关；C—大电流电容器组；D—大电流充电隔离开关；E—大电流调谐电抗；G—放电管短接开关；H—辅助断路器；I—试品；J—TRV波形调节网络；K—TRV网络接地开关；L—高电压调谐电抗；M—触发间隙；N—高电压电容器组；O—高电压电容器组接地泄流开关；Ｐ—高电压充电隔离开关；Ｑ—高电压源充电变压器；Ｒ—主接地点。 图1 合成回路试验原理图 在进行合成回路试验时，先断开接地刀B、K、O，然后接通D、P分别给电容器组C、N充电，充电完成后断开D、P，合H，在电流即将到达电流零点时，通过触发间隙点火。相应的试验电流趋势如下： 图2 电流波形 i1——电流源提供的试验电流；i2——电压源提供的试验电流； is=i1+i2——试品中的电流；t1——M点火时刻；t2——i1过零时刻；t3——is过零时刻 4.高压合成回路试验控制系统研究与改进 传统的合成回路试验控制系统采用继电控制线路，所用元器件多、结构复杂、可靠性差、占用空间大、成本高、且不便于维护与调整。由于继电器元件本身的特点，试验中也很难对电路开关元件和试品元件间的时序配合进行准确、灵活的控制。试验结果的分散性很大，在很大程度上，需要依赖试验人员的经验与感觉进行调整。这样落后的控制系统对设备、资源和时间造成极大的浪费，与日新月异的控制技术发展背道而驰。在本项目中，我们对控制系统进行了改造，将原有控制系统改为基于PLC的控制系统