串补装置MOV防爆性能测试系统及方法与流程

串补装置mov防爆性能测试系统及方法
技术领域
1.本发明涉及，尤指一种串补装置mov防爆性能测试系统及方法。


背景技术：

2.串补装置具有提高输电线路输送容量、增强系统稳定性等优点，近些年来，已在我国多条高电压、远距离输电线路中得到应用。串联电容器组是串补装置的核心部件，通常采用金属氧化物限压器(mov)作为电容器组的保护装置。当带串补线路发生故障时，mov在限制线路故障下电容器组过电压的同时，还需要吸收短路电流产生的能量，因此mov的设计能量都很大，一般在几十mj。由于吸收能量较大，mov单元一般采用多柱并联的结构，整组mov又由多个mov单元并联组成。当某个mov单元内电阻片柱发生受潮或电阻片劣化时，在短路故障时整组mov的分流就会不均匀，有缺陷的mov单元会流过较多的短路电流，造成mov击穿,进而引发限压器压力释放，串补装置被迫停运。
3.当前除个别在运串补采用复合外套mov外，其余串补装置mov均采用瓷外套。mov瓷外套的防爆设计性能考核采用的是gb/t 11032-2020《交流无间隙金属氧化物避雷器》第8.10节短路试验的要求。其规定mov在进行短路试验(也称压力释放试验)时，内部应能承受工频63ka/0.2s，峰值约110ka左右的放电电流，不发生瓷外套粉粹性爆炸。但该试验的考核工况仅考虑了短路电流的影响，没有考虑电容器组放电电流的影响。即使通过了国标要求型式试验的mov，其瓷外套在mov击穿故障情况下也可能发生粉碎性爆炸。因此需要采取新的试验方法对mov防爆性能进行可靠考核。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本发明实施例的主要目的在于提供一种串补装置mov防爆性能测试系统及方法，实现有效考核mov防爆性能。
5.为了实现上述目的，本发明实施例提供一种串补装置mov防爆性能测试系统，所述系统包括：工控机，与所述工控机通信连接的测试装置；
6.所述测试装置包括短路电流支路、放电电流支路、试品支路及直流充电电源支路，所述短路电流支路、放电电流支路、试品支路及直流充电电源支路并联连接，所述试品支路包括mov短路试品；
7.所述短路电流支路包括交流发电机及限流电感，所述短路电流支路用于利用所述交流发电机及所述限流电感，得到预设的短路电流，并将短路电流输入至所述试品支路；其中，所述交流发电机与限流电感串联连接；
8.所述放电电流支路包括放电电容器及调波电感，所述放电电流支路用于利用所述放电电容器及所述调波电感，得到预设的放电电流，并将放电电流输入至所述试品支路；其中，所述放电电容器与调波电感串联连接；
9.所述直流充电电源支路包括直流充电电源，所述直流充电电源支路用于对所述放电电容器进行充电；
10.所述工控机用于控制所述直流充电电源的运行，以及获取所述mov短路试品的电流，根据所述电流生成电流波形图；其中，所述电流波形图用于mov防爆性能分析。
11.可选的，在本发明一实施例中，所述短路电流支路还包括第一开关，所述第一开关与所述交流发电机、限流电感串联连接。
12.可选的，在本发明一实施例中，所述放电电流支路还包括第二开关，所述第二开关与所述放电电容器、调波电感串联连接。
13.可选的，在本发明一实施例中，所述工控机还用于在所述短路电流达到峰值时，控制所述第二开关闭合。
14.可选的，在本发明一实施例中，所述直流充电电源支路还包括第三开关及第四开关，所述第三开关与所述直流充电电源串联连接，所述第四开关与所述直流充电电源并联连接。
15.可选的，在本发明一实施例中，所述放电电流支路还包括电压测量设备，所述电压测量设备与所述放电电容器并联，用于采集所述放电电容器的电压值。
16.可选的，在本发明一实施例中，所述工控机还用于接收所述电压测量设备采集的电压值，当所述电压值达到预设满电阈值时，控制所述第三开关断开。
17.可选的，在本发明一实施例中，所述工控机还用于在所述电压值达到预设放电阈值时，控制所述第一开关与第二开关断开，并控制所述第四开关闭合。
18.可选的，在本发明一实施例中，所述试品支路还包括电流表，所述电流表与所述mov短路试品串联连接，所述电流表用于采集所述mov短路试品的电流。
19.本发明实施例还提供一种串补装置mov防爆性能测试方法，所述方法包括：
20.控制测试装置的直流充电电源支路中直流充电电源向放电电流支路中放电电容器进行充电，直至所述放电电容器的电压值达到预设满电阈值；
21.控制第一开关闭合，以使测试装置短路电流支路中的短路电流输入至测试装置试品支路；
22.当所述短路电流达到峰值时，控制第二开关闭合，以使所述放电电流支路中的放电电流输入至所述试品支路，并实时通过电流表采集所述试品支路中mov短路试品的电流；
23.当所述放电电容器的电压值达到预设放电阈值时，控制所述第一开关及第二开关断开，并根据获取的mov短路试品的电流，生成电流波形图；其中，所述电流波形图用于mov防爆性能分析。
24.可选的，在本发明一实施例中，所述方法还包括：当所述放电电容器的电压值达到预设放电阈值时，控制与所述直流充电电源并联的第四开关闭合。
25.可选的，在本发明一实施例中，所述方法还包括：控制与所述直流充电电源串联的第三开关闭合，以使所述直流充电电源向放电电容器进行充电，并在所述放电电容器的电压值达到预设满电阈值后，控制所述第三开关断开。
26.可选的，在本发明一实施例中，所述方法还包括：通过与所述放电电容器并联的电压测量设备，获取所述放电电容器的电压值。
27.本发明通过交流发电机产生工频电流，结合限流电感模拟线路短路电流，通过放电电容器及调波电感构成高频放电回路，实现模拟串补电容器放电电流，并通过并联短路电流支路与放电电流支路，同时对设置为短路的mov试品进行放电，达到最严苛的考核效
果，实现有效考核mov防爆性能。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本发明实施例一种串补装置mov防爆性能测试系统的结构示意图；
30.图2为本发明实施例中故障时流过mov电流的示意图；
31.图3为本发明实施例一种串补装置mov防爆性能测试方法的流程图。
具体实施方式
32.本发明实施例提供一种串补装置mov防爆性能测试系统及方法。
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.根据发生故障时，串补装置在系统中的电气示意图，如图2所示，串补电容器与mov之间为并联关系。当mov发生短路故障时，其内部流过的电流将为线路电流i
l
与电容器放电电流ic的叠加，其中电容器c1放电电流ic为高幅值(几百ka)、高频率(几khz)、衰减快(几毫秒)的高频电流，此电流下mov内部产生的压力远大于线路电流i
l
所产生的压力。因此，为有效考核mov防爆性能，需要对mov施加电容放电电流，这也是现行短路试验所欠缺的。
35.如图1所示为本发明实施例一种串补装置mov防爆性能测试系统的结构示意图，图中所示系统包括：工控机，与所述工控机通信连接的测试装置。
36.测试装置包括短路电流支路1、放电电流支路3、试品支路2及直流充电电源支路4，短路电流支路1、放电电流支路3、试品支路2及直流充电电源支路4并联连接，试品支路2包括mov短路试品，即图1中的试品。
37.短路电流支路1包括交流发电机及限流电感l1，所述短路电流支路1用于利用交流发电机及限流电感，得到预设的短路电流，并将短路电流输入至所述试品支路2；其中，所述交流发电机与限流电感l1串联连接。
38.放电电流支路3包括放电电容器c及调波电感l2，所述放电电流支路用于利用所述放电电容器及所述调波电感，得到预设的放电电流，并将放电电流输入至所述试品支路2；其中，所述放电电容器与调波电感来串联连接。
39.直流充电电源支路包括直流充电电源，所述直流充电电源支路用于对所述放电电容器进行充电。
40.工控机用于控制所述直流充电电源的运行，以及获取所述mov短路试品的电流，根据所述电流生成电流波形图；其中，所述电流波形图用于mov防爆性能分析。
41.在本实施例中，测试装置包括试品mov、交流发电机、第一开关s1、限流电感l1、电流表a、可控合闸时间的第二开关s2、电感值可调的调波电感l2、电容值可调的放电电容器
c、电压测量设备v(例如电压表)、第三开关s3、第四开关s4、直流充电电源。图1中实线表示电气连接，虚线表示信号传输，箭头表示信号传输方向。系统具体工作过程包括：通过交流发电机及限流电感构成交流电流发生回路，向mov试品中注入工频交流电流来模拟线路发生接地故障时流过mov的短路电流i
l
；通过可调电容c来模拟串补电容器，通过调波电感l改变电容器放电电流的振荡频率，以此模拟故障时串补电容器对mov的放电电流ic；以上两个回路为并联关系，使得mov中同时流过工频电流及电容器组放电电流，来考核mov的防爆性能。
42.作为本发明的一个实施例，短路电流支路还包括第一开关，所述第一开关与所述交流发电机、限流电感串联连接。
43.在本实施例中，放电电流支路还包括第二开关，所述第二开关与所述放电电容器、调波电感串联连接。
44.在本实施例中，工控机还用于在所述短路电流达到峰值时，控制所述第二开关闭合。
45.在本实施例中，直流充电电源支路还包括第三开关及第四开关，所述第三开关与所述直流充电电源串联连接，所述第四开关与所述直流充电电源并联连接。
46.在本实施例中，放电电流支路还包括电压测量设备，所述电压测量设备与所述放电电容器并联，用于采集所述放电电容器的电压值。
47.在本实施例中，工控机还用于接收所述电压测量设备采集的电压值，当所述电压值达到预设满电阈值时，控制所述第三开关断开。
48.在本实施例中，工控机还用于在所述电压值达到预设放电阈值时，控制所述第一开关与第二开关断开，并控制所述第四开关闭合。
49.作为本发明的一个实施例，试品支路还包括电流表，所述电流表与所述mov短路试品串联连接，所述电流表用于采集所述mov短路试品的电流。
50.利用上述本发明系统的结构，系统具体测试过程包括：
51.1)按照gb/t 11032-2020国标要求，在mov内部布置熔丝，形成试品。此时试品在电气回路中可以认为是短路状态。
52.2)根据待试验的mov所在线路的短路电流i
l
,调节限流电感l1，l1＝u
ac
/i
l
。
53.其中，u
ac
为交流发电机的端电压，短路电流i
l
的值由串补装置所安装的线路处的实际电力系统短路阻抗决定，其值最大为80ka，也可以根据实际需要进行设定。
54.3)根据mov所在串补的电容器容量调节放电电容c的电容值，根据所需振荡频率f调节调波电感l2，l2＝1/f2c。
55.其中，串补电容器的容量值为串补装置的额定参数之一，可以通过设计串补装置时确定，容量范围约几百μf，也可以根据实际需要进行设定。所需振荡频率f根据以往实际故障发生时的经验值确定，约为3000hz。
56.4)根据串补装置的额定电压及其保护水平，通过工控机设定直流充电电源的充电电压u
dc
；合入s3开关给电容器c充电，根据电压测量设备v测得的电压，充电完毕后拉开s3开关。
57.其中，工控机收到电压测量设备测得的电容器两端电压与设定的充电电压u
dc
相差在1％以内，且达到稳定，则认为充电完毕。
58.5)工控机控制合入开关s1，向试品中注入工频交流电流。
59.6)通过工控机控制合闸时间，具体的，可以在工频电流达到峰值前后控制合入开关s2，向试品中注入电容器高频放电电流。
60.7)试验后拉开开关s1、s2；合入开关s4、再合入开关s3对电容器c进行放电。
61.其中，当电容器c两端电压接近0且稳定不变时，认为本次测试结束。
62.8)关闭交流发电机，检查试品状态，留存本次测试流过mov的电流波形，电流通过电流表a测得，传输至工控机中保存。
63.其中，试品状态指mov外套的完整性，试品状态可以确定该试品的防爆性能是否满足用途需求。如完好或垮塌则认为合格，迸溅或起火则认为不合格。
64.进一步的，电流波形可后续用于外套内部气体压力仿真计算，确定压力分布，改善外套结构等用途。
65.本发明通过交流发电机产生工频电流模拟线路短路电流，通过可调电容器及可调电感构成高频放电回路模拟串补电容器放电电流，以上两个回路为并联关系，通过合闸时间可控的开关保证在工频电流峰值叠加电容器放电电流，达到最严苛的考核效果。
66.本发明通过交流发电机产生工频电流，结合限流电感模拟线路短路电流，通过放电电容器及调波电感构成高频放电回路，实现模拟串补电容器放电电流，并通过并联短路电流支路与放电电流支路，通过合闸时间可控的开关保证在工频电流峰值叠加电容器放电电流，达到最严苛的考核效果，实现有效考核mov防爆性能。
67.如图3所示为本发明实施例一种串补装置mov防爆性能测试方法的流程图，本发明实施例提供的串补装置mov防爆性能测试方法的执行主体包括但不限于工控机，图中所示方法包括：
68.步骤s1，控制测试装置的直流充电电源支路中直流充电电源向放电电流支路中放电电容器进行充电，直至所述放电电容器的电压值达到预设满电阈值；
69.步骤s2，控制第一开关闭合，以使测试装置短路电流支路中的短路电流输入至测试装置试品支路；
70.步骤s3，当所述短路电流达到峰值时，控制第二开关闭合，以使所述放电电流支路中的放电电流输入至所述试品支路，并实时通过电流表采集所述试品支路中mov短路试品的电流；
71.步骤s4，当所述放电电容器的电压值达到预设放电阈值时，控制所述第一开关及第二开关断开，并根据获取的mov短路试品的电流，生成电流波形图；其中，所述电流波形图用于mov防爆性能分析。
72.作为本发明的一个实施例，所述方法还包括：当所述放电电容器的电压值达到预设放电阈值时，控制与所述直流充电电源并联的第四开关闭合。
73.作为本发明的一个实施例，所述方法还包括：控制与所述直流充电电源串联的第三开关闭合，以使所述直流充电电源向放电电容器进行充电，并在所述放电电容器的电压值达到预设满电阈值后，控制所述第三开关断开。
74.作为本发明的一个实施例，所述方法还包括：通过与所述放电电容器并联的电压测量设备，获取所述放电电容器的电压值。
75.基于与上述一种串补装置mov防爆性能测试系统相同的申请构思，本发明还提供
了上述一种串补装置mov防爆性能测试方法。由于该一种串补装置mov防爆性能测试方法解决问题的原理与一种串补装置mov防爆性能测试系统相似，因此该一种串补装置mov防爆性能测试方法的实施可以参见一种串补装置mov防爆性能测试系统的实施，重复之处不再赘述。
76.本发明通过交流发电机产生工频电流，结合限流电感模拟线路短路电流，通过放电电容器及调波电感构成高频放电回路，实现模拟串补电容器放电电流，并通过并联短路电流支路与放电电流支路，通过合闸时间可控的开关保证在工频电流峰值叠加电容器放电电流，达到最严苛的考核效果，实现有效考核mov防爆性能。
77.本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。