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平波电抗器增量电感的测量说明

平波电抗器是在直流系统中用以减小谐波电流和瞬态过电流的电抗器主要应用于10kV以下的工业性直流系统和50kV及以上的直流输电系统。随着直流输电技术的发展和广泛应用,更高电压和跟大电流的平波电抗器相继运行于直流输电工程。在三峡至常州和三峡至广州的直流输电工程中,均使用了500kV,3000A的平波电抗器。额定直流电流、额定直流电压和额定增量电感是平波电抗器的3大主要参数,而增量电感是平波电抗器唯一重

平波电抗器是在直流系统中用以减小谐波电流和瞬态过电流的电抗器主要应用于10kV以下的工业性直流系统和50kV及以上的直流输电系统。随着直流输电技术的发展和广泛应用,更高电压和跟大电流的平波电抗器相继运行于直流输电工程。在三峡至常州和三峡至广州的直流输电工程中,均使用了500kV,3000A的平波电抗器。

额定直流电流、额定直流电压和额定增量电感是平波电抗器的3大主要参数,而增量电感是平波电抗器唯一重要的性能指标,测试增量电感式平波电抗器例行试验项目之一。

运行中的平波电抗器,总是串联于直流回路,其工作电流主要是直流系统的额定直流电流。葛洲坝至上海的直流输电系统,其工作电流是直流1200A,三峡至常州直流系统中,其工作电流是3000A。由于整流装置在整流或逆变过程中产生大量的谐波电流,尽管经过了多级滤波,仍有较大成分的谐波电流存在。为了抑制谐波电流对直流系统的影响,平波电抗器要有一定的电感量,这个工作在直流条件下的电感即为增量电感。

2线性平波电抗器增量电感测试

根据设计结构的不同,平波电抗器的磁化特性可分为线性和非线性的两种。一种是不带铁心和磁屏蔽的电抗器,由于不存在铁心饱和的问题,所以其磁化特性是线性的。如葛洲坝至上海直流输电系统的平波电抗器就是干式空心、不带任何磁屏蔽的。这类电抗器的增量电感可以在任何频率和任何电流下测试。首先用电阻测试仪测试线圈直流电阻Rd,然后按图1线路测试其中电流I,电压U和频率f。则其阻抗

,增量电感

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为了测试简便,一般在工频电压下测试,可不使用电压、电流互感器,从仪表盘直接读数。

3非线性平波电抗器增量电感测试

当平波电抗器设计为油浸式时,一般含有磁屏蔽,有的还有带间隙的铁芯柱和磁分路,某些低电压干式平波电抗器附有半铁芯,这类电抗器称之为第2种平波电抗器。由于使用了铁磁材料,使得平波电抗器的电感量在一定电流之上出现饱和,磁化特性呈现非线性。此时,额定增量电感需在额定直流电流工作条件下测试。此时,额定增量电感需在额定直流电流工作条件下测试。为了测定增量电感的非线性度,有时要求在10%~150%额定直流电流下测试。在该测试电流下,叠加一谐波电流,测试该谐波电流及电压,从而求出某一测试条件下的增量电感,如图2所示。在实际测试条件下,为了避免交流电源支路成为直流回路的1个分路,需在m点串联合适阻抗的隔直电容;为了避免交流电流窜入直流电源支路,需在n点串入合适阻抗的阻波电抗。但这种方法对较大电流的平波电抗器实施试验是根本无法做到的。

在三相桥式整流电路中,主要含有6次谐波,那么是否可以利用桥式整流电路中本身含有的谐波作为测试电源呢?即在规定的直流电流条件下,通过测试电源本身的谐波电流在平波电抗器上的谐波压降来计算增量电感。如图3所示,在使用该原理测试1台600A,400mH的平波电抗器时,遭到了失败。分析原因认为,由于平波电抗器直流电阻很小,在额定直流电流下,整流装置输出电压仅为直流140V,而平波电抗器抑制谐波的作用十分明显(电感量大),使谐波电流被拉平,变得非常小,在经过分流器测量,是精确测试该谐波电流几乎没有可能。

为了防止交直流回路的相互影响,IEC289-1988推荐使用桥式回路,测试参数完全相同的2台平波电抗器的增量电感。采用该回路,同时测试了直流电压50kV,电流600A,电感量400mH的平波电抗器的增量电感,如图4所示。

测试前,首先检测桥体平衡。于B,D端施加直流电流,调节R1,R2,使UFE=0,电桥FBED平衡;断开直流电源,在F,C端施加交流电源,调节C1,C2,使UBD=0,电桥FBCD平衡。

这样在FC和BD同时施加交、直流电压时,表A1只有直流电流流过,表A2只有交流电流流过,电压表两端仅有交流电压,并与FB和FD交流电压相等。测试时,使直流电流I1从20%逐渐增加到150%,同时施加交流电压,并测量电压电流(U, I2),在2台平波电抗器饱和特性完全相同的情况下,由于电阻R1,R2较平波电抗器电阻大得多,所以可以认为,I1就是流过L1 ,L2的直流电流,同时C1=C2,所以流过L1 ,L2的交流相同,等于I2/2。实测部分数据如表1。

采用这个线路测试时,原则上,2台平波电抗器参数必须相同,同时饱和特性也必须相同,否则会造成测试过程中电桥的不平衡,影响测量的准确性。那么是否可以使用该线路测试参数不同的2台平波电抗器呢?即L1为一被试平波电抗器,L2是另一额定电流不小于I1的电抗器。理论分析该原理是可行的。首先,在B,D端施加测试所需的直流电流,调整可变电阻R1,R2,使得UFE=0,再在FC端施加交流电流,调整C1,C2使BD两端交流电压为零,这可以通过示波器观察,以区分直流电源的谐波成分。在此基础上,测量U和I2,然后分别读出C1,C2的数值,则流经被试平波电抗器L1的交流电流为:

。由此可计算出平波电抗器L1在电流I1下的增量电感。

4大型平波电抗器增量电感测试

大型平波电抗器,如三峡至常州直流输电线龙泉站的平波电抗器,其额定电流达3000A,外型尺寸庞大,长13m,宽5.2m,而且在宽度方向几乎水平伸出了7m长的瓷套。如此大的2台产品的增量电感和高压绝缘试验很难在同一实验室完成,生产制造周期也不允许2台同样的产品等到一起进行试验。另外,制造1个大于3000A的桥臂L2也十分不经济,而且施加于2台平波电抗器的测试用整流装置、整流变压器及交流电源的有功功率也将是十分巨大的。因此,只能采用新的实验方法,图5给出了实验的原理图。

首先K1接通,电感L充电之后,K2接通,K1断开,电感L通过回路电阻R放电,在放电回路里,可以列出方程

。如果L为一非线性电感,则:

在已知回路电阻的条件下,采用快速采样的数字仪表读取电感放电衰减电流与时间的一组离散数据:t1i1, t2i2, …tjij,…则:

通过适当的数据处理,在一次放电测试中,可以得到L-i曲线。

根据此原理,采用图6所示线路,成功的测试了PKDFP-500-3000-290型平波电抗器的增量电感。

实验程序是:首先测试回路电阻,合上开关K2,从分流器一端断开主回路,从该处测量包括开关K2,平波电抗器、分流器及引线电阻的回路电阻。之后,按图6接好线路,断开K2,合上K1,K,调节可调输入电源,使电抗器充电到1.2倍测量电流,然后快速自动依次断开K,合上K2,断开K1,并开始采集数据。由于考虑到选取合适的分流器,可以在不同的电流范围内分数次测试,最终计算结果如表2。

5结论

采用电桥法和电感放电原理测试法,都可以准确测试平波电抗器的增量电感,但对于超大型平波电抗器或特别需要进行单台测试时,采用电感放电原理测试增量


平波电抗器 限流电抗器 输出电抗器