CN103743977B - 等电位测温装置的高电压大电流联合温升验证平台 - Google Patents

Abstract

一种等电位测温装置的高电压大电流联合温升验证平台，升压调压器和升压变压器放置在地面上且外壳分别接地，升压变压器的高压绕组设置有抽头；绝缘平台的绝缘支柱支承金属台面；升流调压器和升流器放置在金属台面上且外壳分别连接到金属台面；电源连接到升压调压器的输入端，升压调压器的输出端连接到升压变压器的输入端；升压变压器的高压输出端连接到升流调压器的输入端，抽头连接到金属台面；升流调压器的输出端连接到升流器的输入端，升流器的输出端连接到高压电器设备。本发明使得对等电位测温装置的评测与验证采用高电压大电流的强电场环境下进行，更接近于实际运行工况；升流部分采用绝缘平台支撑法使成本和体积重量大大降低。

Description

等电位测温装置的高电压大电流联合温升验证平台

技术领域

本发明涉及电力系统设备测试平台，具体来讲是一种等电位测温装置的高电压大电流联合温升验证平台。

背景技术

电力系统用高压电器设备，特别是高压开关柜在变电站站用电系统和配电网系统中，起着保障变电站安全运行和人民群众正常生活的作用。随着社会、经济发展，用电负荷日益增长，电力系统规模不断扩大，越来越多的高压开关柜投运并且长期工作在高温高负荷环境中。由于和供电直接相关，高压开关柜故障造成停电事故带来的经济损失和社会损失十分巨大，因此，提高高压开关柜安全运行水平，是保障电网安全的一个重要方面。近年来，金属铠装高压开关柜内部过热故障屡有发生。虽然迄今为止，各领域已发展了多种基于不同原理的测温方法，其测温效果、测温范围、应用环境和应用条件各不相同。由于金属铠装造成柜体内部温度监测困难，因此孕育而生了许多无线数据传输方式的等电位测温装置，可以对电力系统中高压电器设备的载流回路进行过热监测。相对于其他高压电器及输变电设备，开关柜电压等级较低，但其内部空间狭小、零件繁多、结构复杂、绝缘距离有限，因此比其它高压电器设备更容易出现绝缘故障。而开关柜内部较高的温度和复杂的电场分布，对等电位测温装置自身运行的影响也是难以估计的。为此，对安装在开关柜柜体内部的在线测温装置，十分有必要对其安装后的性能进行评测，切实保障高压开关柜在线测温的有效性乃至开关柜的安全运行水平。但是，目前还缺乏等电位测温装置产品的标准或规范。为了保障等电位测温装置装配后不影响高压开关柜的正常运行，有必要对此类产品在高压大电流的电场状况下进行温度监测性能的考核或验证，这也是现有条件下唯一可行的手段。而一般大电流发生器采用低压升流方式，受绝缘材料和制造工艺的限制，目前尚无能同时升压、升流的试验平台，也没有相对应的验证测试方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种等电位测温装置的高电压大电流联合温升验证平台，用于对等电位测温装置进行性能考核或验证。

实现本发明目的的技术方案如下：一种等电位测温装置的高电压大电流联合温升验证平台，升压调压器和升压变压器放置在地面上且外壳分别接地，升压变压器的高压绕组设置有抽头；绝缘平台包括金属台面和绝缘支柱，绝缘支柱支承金属台面；升流调压器和升流器放置在金属台面上且外壳分别连接到金属台面；电源连接到升压调压器的输入端，升压调压器的输出端连接到升压变压器的输入端；升压变压器的高压输出端连接到升流调压器的输入端，抽头连接到金属台面；升流调压器的输出端连接到升流器的输入端，升流器的输出端连接到等电位测温装置所监测的高压电器设备；升压调压器包括升压电机和升压电机控制电路，升压电机连接到升压电机控制电路，升压电机控制电路连接到控制台；升流调压器包括升流电机和升流电机控制电路，升流电机连接到升流电机控制电路，升流电机控制电路通过隔离器连接到控制台。

其中，所述绝缘平台的金属台面的四周设置有均压环；所述升压变压器的型号为LTSB-25/375-（C）0.25；升流器型号为TYL-15。

进一步地，所述隔离器包括无线发射器和无线接收器；控制台连接到无线发射器，无线发射器通过无线信道连接到无线接收器，无线接收器连接到升流电机控制电路。

进一步地，所述隔离器包括光发射器和光接收器；控制台连接到光发射器，光发射器通过光纤连接到光接收器，光接收器连接到升流电机控制电路。

更进一步地，所述升流电机控制电路由升流电路与降流电路并联后串联稳流电路构成；所述升流电路由升流电磁开关SL的常开触点和第一继电器KM1的第二常开触点KM1-2并联后，再与降流电磁开关JL的常闭触点、第二继电器KM2的常闭触点、高限位开关XW1和第一继电器KM1的线圈串联构成；降流电路由降流电磁开关JL的常开触点和第二继电器KM2的第二常开触点KM2-2并联后，再与升流电磁开关SL的常闭触点、第一继电器KM1的常闭触点、低限位开关XW2和第二继电器KM2的线圈串联构成；稳流电路由熔断器R3、稳流电磁开关WL的常闭触点和第一热继电器FR1的常闭触点串联构成；所述升流电磁开关SL、降流电磁开关JL和稳流电磁开关WL的控制端分别连接到无线接收器；第一继电器KM1的第一常开触点KM1-1串联在升流电机的正转回路中，第二继电器KM2的第一常开触点KM2-1串联在升流电机的反转回路中。

优选地，电源与升压调压器的输入端之间还设置有电源输入开关K1，升压调压器的输出端与升压变压器的输入端之间还设置有高压输出开关K2，电源输入开关K1和高压输出开关K2的控制端分别连接到控制台；升压变压器的高压输出端与升流调压器的输入端之间还设置有升流输入开关K3，升流输入开关K3由第三继电器J3的第一常开触点J3-1构成；升流输入开关控制电路由合闸电磁开关QD的常开触点并联第三继电器J3的第二常开触点J3-2后，再与分闸电磁开关ST的常闭触点、第三继电器J3的线圈和熔断器R1串联后构成；合闸电磁开关QD和分闸电磁开关ST的控制端分别连接到无线接收器。

本发明的有益效果是：对等电位测温装置的评测与验证采用高电压大电流的强电场环境下进行，更接近于实际运行工况，避免了仅用高电压或大电流评测的局限性和脱离实际工况的缺点。升流部分未进行加强绝缘材料和工艺处理，而采用绝缘平台支撑法使成本和体积重量大大降低。

附图说明

图1是平台的安装结构图。

图2是电气原理图。

图3是升流电机控制电路及升流输入开关控制电路原理图。

图4是金属台面的俯视图。

图5是金属台面的A-A剖视图。

其中，1-绝缘平台，2-绝缘支柱，3-等电位测温装置所监测的高压电器设备，4-控制台，5-无线发射器，6-无线接收器，7-升流电机控制电路及升流输入开关控制电路，8-金属台面，9-均压环。

具体实施方式

本发明的设计思路是：

1）在升压变压器的高压绕组高端抽取一定数量的匝数，使这部分在全部绕组输出电压达到安装了温度监测装置设备的额定运行相电压时，提供出250V电压经调压器送至升流器，通过电压调整使升流器输出电流到需要的电流值，实现高电压大电流的试验验证条件。

2）由于升流器是低电压升流方式，其整体绝缘水平无法承受高电压作用，所以采用绝缘平台支撑大电流发生器部分，升流调压部分采用无线或光纤传输控制信号，安全隔离高电压，使控制及操作人员得到安全保障。

3）在电压、电流达到验证要求时，测试等电位测温装置的器件工作状况，通过紫外光子仪或电场强度测试探头对测温装置引起的电场畸变程度进行测试，在电场畸变未达到空气间隙放电、击穿程度时，对比测温装置数据与温升试验设备温度测量值，得到相对误差用于测评。

4）对安装有需测评验证的电器设备--如高压开关柜，采用本平台调整电压和电流使其达到验证条件的预期要求，通过人工模拟开关柜正常运行工况和载流回路“触头松动”、“隔离开关合闸不到位”等各类过热故障状况，再对各厂家的在线测温系统的监测性能和后台的分析管理软件进行评测与验证，最后得到该在线测温系统的综合评价结果。

具体的实施方式如下：

如图1、图2所示，升压调压器T1和升压变压器B1放置在地面上且外壳分别接地，升压变压器B1的高压绕组设置有抽头；绝缘平台1包括金属台面8和绝缘支柱2，绝缘支柱2支承金属台面8；升流调压器T2和升流器B2放置在金属台面8上且外壳分别连接到金属台面8；电源连接到升压调压器T1的输入端，升压调压器T1的输出端连接到升压变压器B1的输入端；升压变压器B2的高压输出端连接到升流调压器T2的输入端，抽头连接到金属台面8；升流调压器T2的输出端连接到升流器B2的输入端，升流器B2的输出端连接到等电位测温装置所监测的高压电器设备3；升压调压器T1包括升压电机M1和升压电机控制电路，升压电机M2连接到升压电机控制电路，升压电机控制电路连接到控制台4；升流调压器T2包括升流电机M2和升流电机控制电路，升流电机M2连接到升流电机控制电路，升流电机控制电路通过隔离器连接到控制台4。

上述技术方案中，由于升流部分整体处于高电位，人员无法就地操作，必须通过隔离器来传输操作、控制命令，以完成验证试验电流的调整。隔离器可以采用无线传输方式，也可以采用光纤连接。采用无线连接的隔离器包括无线发射器5和无线接收器6；控制台4连接到无线发射器5，无线发射器5通过无线信道连接到无线接收器6，无线接收器6连接到升流电机控制电路。采用光纤连接的隔离器包括光发射器和光接收器；控制台连接到光发射器，光发射器通过光纤连接到光接收器，光接收器连接到升流电机控制电路。无线发射器和无线接收器，以及光发射器和光接收器，都有非常成熟的产品，只要能够传输操作、控制命令的产品均可选择。控制台，用于进行验证操作时提供操作、控制、测量、保护功能，也有成熟的产品可供选择。

图3示出了一种升流电机控制电路的原理。升流电机控制电路由升流电路与降流电路并联后串联稳流电路构成；升流电路由升流电磁开关SL的常开触点和第一继电器KM1的第二常开触点KM1-2并联后，再与降流电磁开关JL的常闭触点、第二继电器KM2的常闭触点、高限位开关XW1和第一继电器KM1的线圈串联构成；降流电路由降流电磁开关JL的常开触点和第二继电器KM2的第二常开触点KM2-2并联后，再与升流电磁开关SL的常闭触点、第一继电器KM1的常闭触点、低限位开关XW2和第二继电器KM2的线圈串联构成；稳流电路由熔断器R3、稳流电磁开关WL的常闭触点和第一热继电器FR1的常闭触点串联构成；所述升流电磁开关SL、降流电磁开关JL和稳流电磁开关WL的控制端分别连接到无线接收器；第一继电器KM1的第一常开触点KM1-1串联在升流电机的正转回路中，第二继电器KM2的第一常开触点KM2-1串联在升流电机的反转回路中。

升压电机控制电路采用与升流电机控制电路完全一样的设置。升压电机控制电路不需要通过隔离器而直接连接到控制台，因此可以进行一些简化以降低成本。例如，将上述升流电机控制电路中的各种电磁开关替换成非电磁开关。

由于验证平台需要在操作中逐步完成升压和升流，因此还设置了开关来控制高电压大电流的输出以及进行保护。如图3，电源与升压调压器的输入端之间还设置有电源输入开关K1，升压调压器的输出端与升压变压器的输入端之间还设置有高压输出开关K2，电源输入开关K1和高压输出开关K2的控制端分别连接到控制台；升压变压器的高压输出端与升流调压器的输入端之间还设置有升流输入开关K3，升流输入开关K3由第三继电器J3的第一常开触点J3-1构成；升流输入开关控制电路由合闸电磁开关QD的常开触点并联第三继电器J3的第二常开触点J3-2后，再与分闸电磁开关ST的常闭触点、第三继电器J3的线圈和熔断器R1串联构成；合闸电磁开关QD和分闸电磁开关ST的控制端分别连接到无线接收器。

绝缘平台由金属台面和绝缘支柱构成，如图1。绝缘支柱根据升流器和升流调压器体积与重量（有的是一体化）决定，本发明采用的设备重量在160kg至200kg间，金属平台面积约2000mm×1200mm，由8根绝缘支柱支承。绝缘支柱与空气距离使金属台面与大地达到试验电压绝缘要求，使其能承受验证试验电压。在保证绝缘平台金属台面与地面、高压电器设备等之间的空气距离（用于12kV等级高压电器设备不小于150mm，40.5kV等级被试设备不小于350mm）要求后，使安置在绝缘平台上的升流部分整体对地绝缘电阻R_P达到安装被测评产品的高压电器设备绝缘水平，但升流部分仍按低电压绝缘水平考虑，仅将控制操作部分通过无线方式或光纤连接，以达到高、低电位隔离，保障了操作人员和相关设备的安全。另外，如图4、图5所示，还设置了均压环，均压环由金属半圆管构成，围绕焊接在金属台面四周，以改善这些强电场部位的局部畸变，增强平台绝缘和减少功率损失，降低功耗使整个平台的体积和重量便于移动与安装。

本发明的各部分原理如下：升压部分的升压绕组提供对应将安装等电位测温装置的被测温电器设备运行相电压V3，电压施加在绝缘平台金属台面上。抽压绕组为绝缘平台上的大电流升流器和其控制、保护、等提供电源V4。同时配置的控制台能提供平台的操作、控制、测量、保护功能，并通过调整升压调压器T1达到验证试验电压要求。

升流调压器和升流器放置在绝缘平台上，由于金属台面处于电器设备运行相电压V3，使其被测温电器设备的大电流回路达到运行电压，然后通过大电流发生器的输出电流使被测温电器设备的电流回路达到其额定电流及验证试验电流要求。由于高电压由升压部分提供，所以在大电流发生器输出大电流时的出口电压仅几伏特（3000A时的出口电压为5V左右），但施加在安装被测评产品的高压电器设备电流回路的对地电压已达到设备实际运行时的高电压状态。由于升流部分整体处于高电位，人员无法就地操作，其操作、控制通过无线（或采用其他隔离控制措施）方式完成验证试验电流的调整。具体方法是将升流部分的升流输入开关K3由继电器J3的常开触点构成，远方合闸指令通过无线接收器R/L-CS将无线脉冲转换成电脉冲使电磁开关QD动作闭合，J3合闸线圈带电完成总电源合闸，并由J3辅助接点实现合闸自保持。当完成大电流试验或需要紧急分闸升流部分总电源时，同理，远方分闸指令通过无线接收器R/L-CS将无线脉冲转换成电脉冲使电磁开关ST动作分离，J3合闸线圈失电完成总电源分闸。电流的升、降是通过控制调压器T2对升流器输入电压的升、降实现，调压器T2输出电压的升、降由电机的正、反转带动涡轮齿杆进退进行电压调整。当升流电磁开关SL接收到合闸脉冲动作闭合时，电机正转使调压器T2输出电压不断提高，升流器输出电流不断增加，达到所需电流时，发送稳流合闸脉冲使电磁开关WL动作分离，即电机不转动，调压器T2保持输出电压不变，使升流器保持恒定大电流输出进行验证试验。当要降低升流器输出电流时，只需使电磁开关JL接收到合闸脉冲动作闭合，电机反转使调压器T2输出电压不断降低，升流器输出电流也不断降低。若中止电流下降，只需发送稳流合闸脉冲使电磁开关WL动作分离，即可保持当前电流不变。当调压涡轮齿杆触动限位开关XW2时，电机停止转动，升流器停止电流输出。升流部分具备电机过负荷保护FR，调压涡轮齿杆高限位开关WX1和低限位开关XW2保护调压器T2避免机械损坏，互锁辅助接点KM1和KM2避免同时进行正、反转的误操作。

使用时，升压部分将250V电源输入电压通过升压调压器T1施加到升压变压器B1一次绕组，二次绕组采用抽头方式由升压绕组和抽压绕组组成，升压绕组将低压升至安装被测评产品的高压电器设备额定运行电压V3的同时，抽压绕组输出电压V4至升流部分。

升流部分将抽压绕组输出电压V4（250V）当作电源输入电压通过升流调压器T2施加到升流器B2一次绕组，二次绕组输出大电流至安装被测评产品的高压电器设备额定电流或1.1倍的额定电流，实现在运行高电压工况下的温升试验。

总之，本发明由升压部分提供验证试验的（小电流）高电压参数，在高电压电位上通过升流部分提供验证试验的（低电压）大电流参数，其共同施加于安装有被测评产品（等电位测温装置）的高压电器设备，实现高电压大电流联合温升验证试验和测试。

以安装有等电位测温装置的12kV高压开关柜内为例：

在装有等电位测温装置的开关柜（KYN-12）内合闸的断路器DL、隔离开关GN与铜母排等连接构成的一次电流回路处于闭合状态时，柜内一次电流回路进、出线端与升流器B2二次绕组连接形成闭合回路。柜内一次电流回路由绝缘件和空气距离形成对地（包括开关柜金属内壁）的绝缘电阻R_X，该绝缘电阻R_X将承受由升压变压器B1提供的运行电压V3，使测温装置处于高电压电场中而得到安全性和监测可靠性验证。

在装有等电位测温装置开关柜的内部人为设置过热故障，高电压电场下通过升流器B2调节输出电流，观察、测量、对比各类人工载流回路过热故障状况，对在线测温系统的监测性能和后台的分析管理软件进行评测与验证，最后得到该在线测温系统的综合评价结果。

操作步骤为：在检查完成需进行联合验证试验的高压电器设备（如开关柜内）其回路及器件等所有状态均符合带电测试验证条件后，依次合上电源输入开关K1、高压输出开关K2，然后电源电压V1通过升压调压器T1的调压电机M1调整电压V2使升压变压器B1输出电压到高压电器设备（如开关柜）运行电压V3，待其稳定后，准备升流。通过采取了电位隔离措施的控制系统，合上升流输入开关K3，使抽压绕组电压V4通过升流调压器T2的调压电机M2调整电压V5使升流器B2输出电流到高压电器设备（如开关柜内）的载流回路，在达到预期的试验电流时，观察有无异常现象，然后待其温度按规定基本稳定后，进行温度测量、功能验证及相关参数和分析管理系统的测评。如需验证对过热缺陷监测的能力，先将本发明平台退出并做好相应的安全措施后，进行缺陷设置，然后按照上述升压、升流步骤和要求完成相关验证试验。

等电位测温装置的高电压大电流联合温升验证平台的技术指标：

主要设备型号：

升压变型号：LTSB-25/375-（C）0.25；

升流器型号：TYL-15；

支柱绝缘子型号：ZS-40.5/6；

主要技术指标：

电源电压：250V；

升压变最高电压：25kV；

升压变变比：100；

抽头绕组额定电压：250V；

抽头绕组最大电流：150A；

升流器最大输出电流：3000A（5V）；

支柱绝缘子短时耐受电压：100kV。

Claims (4)

1.一种等电位测温装置的高电压大电流联合温升验证平台，其特征在于，升压调压器和升压变压器放置在地面上且外壳分别接地，升压变压器的高压绕组设置有抽头；绝缘平台包括金属台面和绝缘支柱，绝缘支柱支承金属台面；升流调压器和升流器放置在金属台面上且外壳分别连接到金属台面；电源连接到升压调压器的输入端，升压调压器的输出端连接到升压变压器的输入端；升压变压器的高压输出端连接到升流调压器的输入端，抽头连接到金属台面；升流调压器的输出端连接到升流器的输入端，升流器的输出端连接到等电位测温装置所监测的高压电器设备；升压调压器包括升压电机和升压电机控制电路，升压电机连接到升压电机控制电路，升压电机控制电路连接到控制台；升流调压器包括升流电机和升流电机控制电路，升流电机连接到升流电机控制电路，升流电机控制电路通过隔离器连接到控制台；所述隔离器包括无线发射器和无线接收器；控制台连接到无线发射器，无线发射器通过无线信道连接到无线接收器，无线接收器连接到升流电机控制电路；所述升流电机控制电路由升流电路与降流电路并联后串联稳流电路构成；所述升流电路由升流电磁开关SL的常开触点和第一继电器KM1的第二常开触点KM1-2并联后，再与降流电磁开关JL的常闭触点、第二继电器KM2的常闭触点、高限位开关XW1和第一继电器KM1的线圈串联构成；降流电路由降流电磁开关JL的常开触点和第二继电器KM2的第二常开触点KM2-2并联后，再与升流电磁开关SL的常闭触点、第一继电器KM1的常闭触点、低限位开关XW2和第二继电器KM2的线圈串联构成；稳流电路由熔断器R3、稳流电磁开关WL的常闭触点和第一热继电器FR1的常闭触点串联构成；所述升流电磁开关SL、降流电磁开关JL和稳流电磁开关WL的控制端分别连接到无线接收器；第一继电器KM1的第一常开触点KM1-1串联在升流电机的正转回路中，第二继电器KM2的第一常开触点KM2-1串联在升流电机的反转回路中。

2.如权利要求1所述的等电位测温装置的高电压大电流联合温升验证平台，其特征在于，所述电源与升压调压器的输入端之间还设置有电源输入开关K1，升压调压器的输出端与升压变压器的输入端之间还设置有高压输出开关K2，电源输入开关K1和高压输出开关K2的控制端分别连接到控制台；所述升压变压器的高压输出端与升流调压器的输入端之间还设置有升流输入开关K3，升流输入开关K3由第三继电器J3的第一常开触点J3-1构成；升流输入开关控制电路由合闸电磁开关QD的常开触点并联第三继电器J3的第二常开触点J3-2后，再与分闸电磁开关ST的常闭触点、第三继电器J3的线圈和熔断器R1串联构成；合闸电磁开关QD和分闸电磁开关ST的控制端分别连接到无线接收器。

3.如权利要求1所述的等电位测温装置的高电压大电流联合温升验证平台，其特征在于，所述绝缘平台的金属台面的四周设置有均压环。

4.如权利要求1所述的等电位测温装置的高电压大电流联合温升验证平台，其特征在于，所述升压变压器的型号为LTSB-25/375-(C)0.25，升流器型号为TYL-15。