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并联电抗器损耗量测中的准确度影响因素

1 简介 

       长距离输电线路均需使用并联电抗器。输电线路可表示为串有电感的电阻(由于导体周围存在磁场)以及与地之间并联电容器(由于与地之间有静电场)。当输电线路通电但负荷很小时,线路对地电容将使得线路中产生一个容性的充电电流。流经线路电感的容性电流将会导致沿线的电压上升(即费伦蒂效应)。

        为了稳定电压,可以使用串联电容器来补偿线路电感,使用并联电抗器来补偿输线路对地电容。由于高压电缆的对地电容远大于架空线对地电容,因此,对于长距离电缆尤其是大于100kV的海底电缆,同样需要使用并联电抗器。在大型城市电网中,若网内某一大负荷突然因故障断开,系统电压将大幅升高,因此,需要使用并联电容器来防止此类电压的过度升高。

        对于一个高效的电网来说,所有这些并联电抗器都是必需的附件,且需满足特定而经济的参数。并联电抗器应具有较低的固有损耗,体现为每个绕组的tanδ值均应较低。因此,需使用精密度较高的仪器来测量这些低tanδ值。通常tanδ的范围在0.001至0.004之间,故仪器的精确度应达到或高于1%(10~40ppm)。

        对于250MVA的3相并联电抗器,若tanδ值为0.002,连续损耗为0.5MVA左右。因此,对制造商和买方来说,尽可能精确地测得并联电抗器绕组tanδ值极为重要。要达到如此高的精确度,需要使用“电容与tanδ”测量仪以及高精确的电流比较仪(补偿测量电流互感器),其中,并联电抗器需与标准电容器(tanδ值可忽略不计)进行比较。 

        测试电压的频率在测试中会因试验设备慢慢发生变化,导致读数发生波动。此波动是由比例电桥的参考Cn臂(电容)和并联电抗器臂(电感)的相反频率特性产生的。为了克服这一问题,过去常常使用各种带有积分功能的电路来实现测量电桥双臂保持相同频率。最新研发的“电容与tanδ”测量仪则使用最新算法取代外部校正电路,该算法通过硬件及软件得以实施。

        尽管使用该仪器可使并联电抗器的损耗测量大大简化,但为了获得最精确的测量结果,要特别重视最佳测试配置的选择。本论文解释了损耗测量方法,描述了可能出现的问题以及借助于最新“电容与tanδ”测量仪的解决方案,最新的科技成果将有助于提高测量的总体准确度。此外,文章也将对各种测试配置及其优缺点进行阐述。

2 测量原理 

        多年以来,人们采取了多种测量原理来测量并联电抗器的损耗。热测量法的精确度符合要求,但花费时间过长且实施成本较高。常规瓦特计和仪表互感器准确度不高,无法满足大型并联电抗器损耗测量的精度要求。尽管集成于完整互感器测量体系(TMS系统)的先进瓦特计精确度已有所提高,但人们更倾向于使用精度更高的tanδ测量仪。下面,将阐述使用tanδ测量仪的常规测量原理。

a. 西林电桥(带有R/C调节元件的手动平衡电桥)

        早些时候,西林电桥常常被用来测量并联电抗器损耗。在该测量试验中使用西林电桥、标准电容器、保护电压调节器和(分频)电流互感器(CT)来建立互感。在最终确定损耗时,须将校正报告中互感和电流互感器的残留误差及其不确定性考虑在内。

图1: 标准西林电桥装置

b. 带有差动变压器的自动平衡电桥

          之后,自动平衡电桥被用来测量并联电抗器的损耗。在建立试验平台时,使用了测量电桥,标准电容器以及有功电流比较仪(CC)。由于不需建立互感且有功电流比较仪(CC)误差较小,该方法不仅应用起来更方便,精确度也有所提高。但是,由于电容器和并联电抗器具有相反的频率特性,测量频率的不稳定常常会导致测量结果的不稳定(使用电动发电机组时常出现此情况)。因此,还需使用一个额外的积分单元来保证读数的稳定。

原文

译文

Test object

测试对象

Double Integrator

双积分器

Current comparator 

电流比较仪

Optionally

随意选择

图 2: 带有差动变压器和单独的积分装置的自动平衡电桥

c. 目前使用的仪器

         最新型的介损仪2840 [1]同样将并联电抗器和电流比较仪以及标准电容器Cn进行对比。然而,由于它不进行电桥平衡,其读数的稳定性不再受制于频率。损耗的确定基于对Cn和并联电抗器信号的采样及相应计算。使用这种方法,tanδ测量值的精确度可达到了1*10-5。除了可看到正弦波形,还可看到高次谐波,该仪器同时具有了功率计(可视高次谐波)和tanδ电桥(高精确度)的优点。

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