大容量群集電容器組不平衡電流測試技術研究

曾星宏 姜杏輝

摘 ? 要：傳統大容量群集電容器組的不平衡電流檢測方案具有針對性差、工作量大、精度不足等缺點。為了解決這些問題，本文采用一次主回路測試方案，通過選擇合適的諧振電抗器研制了一套大容量電容器組不平衡電流精確測量的試驗儀器和方案，實現大容量群集電容器組停電檢修下不平衡電流的檢測，實現設備投運前或檢修時電容器組容值配平的檢測，能夠有效提升檢修的質量和效率。

關鍵詞：電容器組 ?不平衡電流 ?一次主回路 ?諧振電抗器

中圖分類號：TM53 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）02（b）-0092-03

大容量群集電容器普遍應用于串補裝置、SVC、換流站內的交、直流濾波器等裝置。環境的變化及電容器內部單元存在老化失效、損壞等問題都將導致大容量群集電容器的不平衡度增大。傳統檢修方法具有盲目性，工作量大且效果不理想。低電壓小電流試驗法精度不夠，其結果無法反應電容器的實際運行工況，僅能作為參考依據[1]。檢修人員更換、調平電容困難，檢修時間長。對此研究了一次主回路的并聯諧振式[2]、變頻式[3]，或二者結合這三種方案，本文綜合考慮選取的電抗類型和電抗值，實現大容量群集電容器組停電檢修下不平衡電流的檢測并研制了一套大容量電容器組不平衡電流精確測量的試驗儀器。該儀器提供了一種準確高效的群集電容器組不平衡電流檢測方案，可以在設備裝運、例行檢修時準確檢測不平衡電流。

1 ?大容量群集電容器組不平衡電流測試技術原理

電容器不平衡電流檢測試方案一次主回路研究。從現有電容器不平衡測試方案的一次主回路來看，采用并聯諧振式、變頻方式、或二者結合方式。結合選定的一次主回路實現方式，綜合考慮工程適用性、現場操作方便程度、現場試驗電源等因素，選擇合適的電抗器類型和電抗器值[4]。勵磁變壓器、變頻電壓控制器的容量及頻率范圍滿足測試要求。測試不平衡電流所用的高精度電流互感器的選型及高精度、便攜式不平衡電流測試方法及裝置的研制。

研制大容量電容器組不平衡電流精確測方法及試驗儀器滿足以下技術要求：

（1）大容量電容器組工作大電流產生方法：電容器不平衡電流檢測試方案一次主回路研究。根據目前電容器不平衡測試方案，一次主回路采用并聯諧振式、變頻方式，或二者結合方式。

（2）大容量群集電容器組不平衡電流測試成套裝置（含軟件）（含補償電抗器、變頻調壓器、勵磁變壓器及相關附件）。

（3）多支路的電流檢測裝置。

利用并聯諧振的原理[5]，測量電容器組不平衡電流時，在電容器組回路中并入電抗器，對電容器容抗進行補償，使電容器組的電流水平達到100A以上的水平，原理圖如圖1所示。

不同電容器組參數下匹配的電抗器參數不同，需要根據并聯諧振計算原理計算電抗器參數使電路滿足串聯諧振條件需要。

在交流電源（AC：500V，40A），僅利用并聯諧振，在正常500V試驗電壓下，流過電容組的電流可達100A左右，符合要求，但對電源容量要求不大于40A。

電路的關鍵是配置輕便的補償電抗器、變頻調壓器、勵磁變壓器，使之能適應不同容量的電容器檢測要求。

結合選定的一次主回路實現方式，綜合考慮工程適用性、現場操作方便程度、現場試驗電源等因素，選擇合適的電抗器類型和電抗器值。至少滿足電容器A：192.3?F（等效容抗16Ω），電容器B：109?F（等效容抗29Ω）范圍的補償。

勵磁變壓器的應采用單相、干式設計。容量不宜大于20kVA。帶儀表測量線圈。應有較大的工作頻率范圍（200～380Hz）。

變頻電壓控制器應采用三相輸入（減小電源電纜要求）單相輸出的方式[6]，輸出電壓：0～500V，單相，電壓分辨率、頻率調節分辨率符合至少滿足電容器A：192.3?F（等效容抗16Ω），電容器B：109?F（等效容抗29Ω）范圍的測試要求。

2 ?大容量群集電容器組不平衡電流測試技術實現路線

串補裝置所在變電站內常用試驗電源為AC220/380V檢修電源，根據表1的數據，常用試驗電源下，電容器組的電流約在10～20A左右。根據電容器的過電壓水平要求，不平衡電流應控制在μA以內，該值對測量設備精度要求非常高，串聯電容器組實際安裝電流互感器無法滿足這一要求。同時，高壓電容器組在通過電流較小時，無法真實反映電容器的工作特性[7]。因此，在測量電容器不平衡電流時，需要在電容器組上施加一定幅值的電流。

為滿足串補裝置現場試驗條件，精確測量電容器組的不平衡電流，本研究從試驗回路和測量精度兩方面進行研究。利用變頻和并聯諧振方式增大電容器通過的電流，所采用的原理如圖1所示。

仿真計算表時，僅利用并聯諧振，在正常220V試驗電壓下，流過電容組的電流只有14A左右，遠低于電容器組的正常運行電流。無法利用這一電流進行電容器組的不平衡測試。

但是，我們看到現場試驗電源所提供的工作電流非常小，遠小于串諧式試驗電流。利用試驗變壓器變升壓至500V，流過電容組的電流達300A左右，基本可滿足試驗要求。但隨電試驗電壓的升高，試驗變壓器的成本及現場的作業強度也將成倍增高，需要進行考慮。為進一步減小電容器不平衡試驗裝置的體積，考慮采用高頻器作為試驗電源，提高流過電容器組的電流，同時減小諧振電抗器的體積和成本。采用高頻電源時，流過電容器組的電流能夠達到200A以上。當電流保持不變時，提高電源頻率，可以減小電抗器的體積。

3 ?大容量群集電容器組不平衡電流測試技術及儀器工具

為了確保變頻電源的操作安全可靠，其開關、急停按鈕、高壓通按鈕、高壓斷按鈕采用硬件按鈕。在正常操作時可以確?？煽块_通與停止，遇到緊急情況時可以確?？煽考蓖?。電壓和頻率的調節在操作屏上進行，同時操作屏上會有相關測量參數的實時顯示。

如圖2所示，觸控屏操作界面可以實現對電壓的粗調、細調、微調。粗調的分辨率為5V，細調的分辨率為1V，微調的分辨率為0.2V。也可以實現對頻率的粗調、細調、微調。粗調的分辨率為5Hz，細調的分辨率為1Hz，微調的分辨率為0.1Hz。另外觸控屏可以對系統狀態和各個系統數據實現實時監控。

勵磁變壓器的主要作用是對變頻電源輸出的PWM波進行升壓并起到隔離保護和進一步濾波的作用[8]?？梢詫⒆冾l源輸出的0～380V電壓升壓到0～500V。

勵磁變壓器主要參數如下額定容量：20kVA;輸入電壓：0～380V單相;輸出電壓：500V;工作頻率：200～400Hz;結構：干式。

遠程筆記本電腦控制設計已經基本完成，主要實現如下功能。

（1）實現筆記本遠程全控制。在打開變頻源時只需要在開機時選擇遠程控制，設備控制權就被筆記本取得。取得控制權后筆記本可以實現遠程合閘（高壓通）、分閘（高壓斷）、調壓、調頻、數據匯總顯示、電容值計算等多種功能。

（2）遠程無線急停。為了確保在遠程控制時的安全，防止因通訊故障、電腦死機等突發性事件引起的系統失控，本系統配備遠程免充電無線急停按鈕，當發生上述故障時只需按下無線急停按鈕即可停止系統，阻止事故發生或擴大。其最大有效范圍為100m。

4 ?結語

本文采用一次主回路法實現了不平衡電流檢測方法，研究了大容量群集電容器組不平衡電流測試技術，解決傳統方式耗時長，準確度差等缺點，并且成功開發出整套裝置，經過實際驗證能夠高效地檢測出大容量電容器組不平衡電流。在后續工作中將會繼續完善遠程操作模塊，增強檢測的實時性。

參考文獻

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