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引言 電力行業(yè)近些年發(fā)展迅速，電能傳輸與配送的安全與可靠也越來(lái)越受到很高的關(guān)注，高壓電器是否穩定運行也成為行業(yè)內關(guān)注的焦點(diǎn)，高壓電器在正式入網(wǎng)使用前必須通過(guò)國家規定的型式試驗，容量開(kāi)斷試驗是型式試驗的最重要部分，對試驗數據的精確與可靠性提出了很高的要求，所以試驗室的試驗測量系統對于容量試驗具有重要的意義。 近些年International Electrotechnical Commission(簡(jiǎn)稱(chēng)IEC)標準和Short-Circuit Testing Liaison(簡(jiǎn)稱(chēng)STL)技術(shù)導則的不斷修訂和完善，對容量試驗的技術(shù)要求也越來(lái)越高。 試驗需要測量的信號不僅數量多，而且幅值范圍大，頻率范圍寬，記錄的時(shí)間也長(cháng)短不一。電壓從幾伏到一千多千伏，電流從幾安到幾百安，電流測量頻率從直流到幾十千赫茲，并且試驗信號都不是單頻而是混頻信號，持續時(shí)間從幾微秒到幾十秒等等。高壓試驗同時(shí)測量的參量也很多，包括試驗電壓，試驗電流，負載電壓，分合閘線(xiàn)圈的電壓，試品的機械行程曲線(xiàn)，電弧電壓等等。為了滿(mǎn)足發(fā)展的要求，機械工業(yè)高壓電器產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心研制出完全符合其要求的容量試驗測量系統。并很好的滿(mǎn)足試驗標準的要求，運行良好。 1.測量系統的組成方案 1.1 測量系統的硬件組成部分 測量得到示波圖的核心硬件是波形記錄儀，本系統記錄儀采用了當前世界上先進(jìn)的LDS Genesis波形記錄儀，并有匹配的測試軟件(軟件部分我們下部分介紹)。記錄儀我們采用了16個(gè)通道1MS/s的采集模塊，16bit,±1~±50V可調，模擬帶寬500kHZ(-3dB)。4個(gè)通道10MS/s的采集模塊，14bit,±0.02~±100V可調，模擬帶寬1MHZ(-3dB)。 在電流傳感器配置方面，因為測量電流頻帶寬，短路電流周期分量、非周期分量、頻率、相角、時(shí)間常數、主回路干擾等都是影響波形的因素，在電纜充電電流和線(xiàn)路充電電流中的合閘涌流、合成試驗時(shí)延弧干擾等等也都對電流測量的準確度產(chǎn)生很大影響。高壓試驗電流測量現在主要有分流器，帶氣隙的電流互感器和羅斯線(xiàn)圈幾種，我們主要采用了帶氣隙的電流互感器，并參加了國際短路試驗聯(lián)盟組織的，國內有西高院牽頭的短路電流測量比對,測量值偏差為0.4%.其測量電流的周期分量和非周期分量都很好。選用的電流互感器要滿(mǎn)足測量的要求，根據不同的電流值，選取了幾檔電流互感器，變比分別為100/5、2500/5、3000/5、20000/5、100000/5(單位A)的電流互感器，直接網(wǎng)路試驗可以測量50KA,時(shí)間常數120ms,線(xiàn)性度小于5%,暫態(tài)誤差100ms內小于1%,精度達到1級。 在電壓傳感器的配置方面，高壓電器試驗在電壓工頻階段頻率比較穩定，但是在開(kāi)斷后的恢復階段頻率不是單一的，而是混頻信號，持續的時(shí)間比較短，一般只有幾微秒，需要運用2參數或者4參數法測量恢復電壓的TRV等參量。在恢復電壓之后有幾多達幾秒的工頻穩態(tài)電壓或者直流恢復電壓。本系統選用了最新的RC-70阻容分壓器來(lái)測量電壓信號，阻容分壓器具有頻帶很寬的特點(diǎn)，可以測量信號的頻率范圍從直流到500KHz信號。分壓器可測量70kV電壓，完全滿(mǎn)足三相直接試驗的使用，測量精度達到1級。選用的分壓器可以單獨測量各點(diǎn)得對地電壓，也可以?xún)蓚�(gè)一對測量點(diǎn)與點(diǎn)之間的線(xiàn)電壓，對測量的準確性有很多的幫助。 在信號傳輸方面，由于高壓電器容量試驗時(shí)一個(gè)干擾多，強電磁的環(huán)境，信號傳輸要抵抗這些干擾問(wèn)題，本測量系統采用光纖傳輸信號并且與之匹配的是數字光纖隔離模塊，數字光纖模塊的誤差達到0.5%滿(mǎn)量程，模擬寬帶20MHz(-3dB)，在傳輸前端EMC屏蔽，單獨的電池供電，電池是可更換的，簡(jiǎn)單方便，使用壽命長(cháng)。數字隔離模塊抗干擾能力強，可以放在復雜的環(huán)境中，包括試驗小室內，采集的數據再用光纖傳到試驗室，進(jìn)入記錄儀進(jìn)行顯示和處理。 1.2 測量系統的軟件組成部分 與采集數據記錄儀匹配的是專(zhuān)門(mén)為高精密測量而開(kāi)發(fā)的Perception軟件，在整個(gè)測量的系統中，軟件處理是在計算機中進(jìn)行的，處于測量系統的后端，如圖1所示。 測系統具有很高的應用功能，具有專(zhuān)門(mén)為高壓電器試驗而打造的數據處理平臺，具備控制采集、存儲數據、顯示數據、調閱數據、函數編輯、報告生成等很多功能，尤其是其函數編輯功能具有高的靈活性，可根據自身的需要進(jìn)行編輯。還具有擴展功能如CSI功能，可根據用戶(hù)的需求進(jìn)行更具有人性化的界面編輯如圖2所示。在數據處理模塊中具有按照標準和STL導則要求而研制的函數分析庫，使用者根據不同是試驗項目來(lái)編譯合適的函數計算程序。STL提供了試驗數據發(fā)生器(TDG)來(lái)檢查測試軟件的算法精度，從公布的國外試驗室短路電流數據處理的平均結果來(lái)看：短路電流有效值測量不確定度≤0.4%,非對稱(chēng)短路電流直流分量的測量不確定度≤2%,非對稱(chēng)短路電流峰值測量不確定度≤0.2%.本系統采用編譯的函數后采用TDG提供的波形進(jìn)行驗證，測試的結果是：短路電流有效值測量不確定度≤0.42%,非對稱(chēng)短路電流直流分量的測量不確定度≤1.86%,非對稱(chēng)短路電流峰值測量不確定度≤0.186%,測試結果證明，短路電流數據滿(mǎn)足STL技術(shù)文件關(guān)于軟件的技術(shù)指標。 處理后的試驗波形和數據自動(dòng)進(jìn)入報告編輯器中，顯示在報告頁(yè)面上，在報告頁(yè)面可以根據使用者的目的和標準要求，隨意的進(jìn)行添加和舍棄試驗的信息，報告還可以和計算的數據源進(jìn)行關(guān)聯(lián)，也可以和外接的CSI進(jìn)行關(guān)聯(lián)。 報告中所包含的基本的試驗數據包括電壓與電流參量、行程曲線(xiàn)的位置參量、合分信號參量、機構操作電壓參量和試品的本身試驗編號等等。在機械工業(yè)高壓電器產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心所出具最新的試驗報告中，我們添加了中英文對照的信息，如圖3所示。最終生成的報告通過(guò)打印機打印成紙質(zhì)報告，也可生成電子版記錄進(jìn)行存檔。 2.測量系統的校準 容量試驗測量系統是一個(gè)測量鏈的組成，本系統主要有傳感器、傳輸系統、數據采集儀、數據處理系統組成，系統校準兩種基本方法，第一種是對每一部分分別進(jìn)行校準，整體分別校準法。第二種是對整個(gè)測量系統進(jìn)行校準，整體校準法。我們這套測量系統采用的方法是對系統的整體進(jìn)行校準。測量信號的輸出采用了先進(jìn)的信號發(fā)生標準源，本源通過(guò)了國家計量中心的校準認證。通過(guò)源發(fā)出一系列的信號，試驗電壓與負載電壓的測量精度<1%.試驗電流的測量精度<1%.相應時(shí)間<0.01ms.0~20KHz的頻響誤差<4%.最后測得的結果完全的滿(mǎn)足IEC及GB1984-2003《交流高壓斷路器》對測量系統的要求，而且可以說(shuō)精度達到了很高的結果。 3.測量系統的運行情況 本測量系統建立后完成了大量的斷路器，負荷開(kāi)關(guān)等高壓電器產(chǎn)品的試驗任務(wù)，精確的測量結果和穩定運行得到了試驗人員和試驗廠(chǎng)家的高度肯定，該系統是國內高壓電器試驗領(lǐng)域建立起來(lái)的第一套高標準的測量系統，具有很重要的示范意義，克服了以前測量系統抗干擾能力差和高頻測量不精確的弊病。數據采集界面清晰，方便即刻測量試驗數據，如圖4所示。數據采集與處理系統完全滿(mǎn)足標準所注明的偏差要求，軟件系統通過(guò)TDG的對測試軟件的測量結果證明了其很高的技術(shù)指標�？梢缘贸鼋Y論測量系統的設計完全符合STL于國家標準的要求，最終的良好的報告效果和優(yōu)異的數據交互效果提高了試驗的效率并更好的服務(wù)試驗廠(chǎng)家。 4.結語(yǔ) 本文所介紹的一套高壓電器試驗測量系統，該系統通過(guò)配置性能先進(jìn)的波形記錄儀，高性能的傳感器與性能符合STL標準的測量軟件來(lái)達到對試驗的精確測量。系統設計符合STL的技術(shù)指標，并且完成了系統對試驗參量測量偏差的評定。證實(shí)了該測量系統運行穩定效果很好。 |
