電壓無功綜合控制vqc裝置調(diào)試儀應用分析

電壓無功綜合控制vqc裝置調(diào)試儀應用分析
通過對電壓無功綜合控制裝置(vqc)應用現(xiàn)狀的分析，提出了研制vqc裝置調(diào)試儀的必要性，具體論述7調(diào)試儀的設計原理，介紹了其使用效果并提出了改進方案。

電壓是電能質(zhì)量的主要指標之一。電壓質(zhì)量對電網(wǎng)穩(wěn)定及電力設備安全運行具有重大的影響。無功是影響電壓質(zhì)量的一個重要因素，各級變電站擔負著電壓、無功調(diào)節(jié)的重要任務。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活對電能質(zhì)量要求的進步，原有靠人工操縱調(diào)節(jié)電壓、無功的方式已經(jīng)越來越不適應電網(wǎng)建設和用電量急增的發(fā)展需要，因此，北京供電公司近年來已將電壓無功綜合控制裝置(vqc)確定為變電站必配設備但是，由于引進該裝置的種類、型號繁多，給調(diào)試工作帶來了困難。鑒于這種情況，需要盡快研制一種能夠調(diào)試各種型號vqc裝置的調(diào)試儀。電容表| 電力分析儀| 諧波分析儀| 發(fā)生器| 多用表| 驗電筆| 示波表| 電流表| 鉤表| 測試器| 電力計| 電力測量儀| 光度計| 電壓計| 電流計| 

1研制vqc裝置調(diào)試儀的必要性

1.1vqc裝置運行工況分析

vqc裝置是通過調(diào)節(jié)主變壓器分接開關(guān)和投切無功設備來實現(xiàn)調(diào)整電壓和無功的。
現(xiàn)以220kv變電站(一次系統(tǒng)圖見圖1)

為例進行分析，該站有3臺變壓器，其220kv側(cè)為擴大內(nèi)橋接線，110kv和10kv側(cè)均為單母線分段接線，現(xiàn)場運行方式取決于各側(cè)開關(guān)狀態(tài)。站內(nèi)無功設備在不考慮調(diào)相機和靜補的情況下，無論站內(nèi)是否裝有并聯(lián)電抗器，每條低壓母線所安裝的無功設備開關(guān)總數(shù)不會超過6臺。鑒于目前北京供電公司有載調(diào)壓變壓器大多采用mr機構(gòu)，因此每臺變壓器分接開關(guān)應有19個位置。通常，vqc裝置輸進量包括：各側(cè)開關(guān)位置信息、各無功設備開關(guān)位置信息、各主變壓器分接開關(guān)位置信息；vqc裝置輸出量包括：各無功設備開關(guān)投切控制量、各變壓器有載調(diào)壓分接開關(guān)位置調(diào)整量。

NetDAQ® 網(wǎng)絡型數(shù)據(jù)采集器

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2680系列

FlukeVR101S電壓事件記錄儀

Fluke43B電能質(zhì)量分析儀

此外，vqc裝置還需接人能夠?qū)崟r反映出電壓和無功變化的數(shù)據(jù)量來作為其操縱判斯的依據(jù)。采用各主變壓器三側(cè)的電壓和電流來作為模擬量，主要作計算各側(cè)電壓和無功功率之用的；由于當前變壓器低壓側(cè)負荷在24h內(nèi)波動較大，同時為限制設備盡緣本錢，無功設備多安裝于低壓側(cè)，宜采用低壓側(cè)電壓作為vqc裝置的電壓判據(jù)，但是由于中壓側(cè)負荷和主變壓器也消耗一定的無功功率，故應采用高壓側(cè)無功作為vqc裝置中該主變壓器單元的無功判據(jù)。綜上所述，宜接人高壓側(cè)電流、高壓側(cè)電壓和低壓側(cè)電壓構(gòu)成vqc主機的判定依據(jù)。

交流電壓計SK-5000F

直流25A電流計SK-5000E

直流MA電流計SK-5000D

1.2vqc裝置工作原理圖

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)廣泛使用的各種型號vqc裝置的實現(xiàn)原理大致相同，都是根據(jù)電壓和無功上下限值將運行狀態(tài)劃分9個區(qū)域進行調(diào)節(jié)，電壓、無功限值區(qū)間劃分圖見圖2。廣州市駿凱電子科技有限公司下面分析電壓、無功限值在各區(qū)間時vqc裝置的動作情況[1]。 電流 電壓記錄儀 5010/5020

1區(qū)：先投電容器，當電容器全部投進后，電壓仍低于電壓下限時，發(fā)強行升壓指令；2a區(qū)：發(fā)投電容器指令，當電容器投完后，若仍在該區(qū)域，則不再進行任何操縱；2c區(qū)：如還有電容器未投，則先發(fā)降壓指令，再投電容器；3區(qū)與4區(qū)相同：發(fā)降壓指令，當有載調(diào)壓開關(guān)處于下極限時，發(fā)強切電容器指令；5區(qū)：發(fā)切電容器指令，當電容器全部切除后，電壓仍高于電壓上限值時，發(fā)強行降壓指令；6b區(qū)：發(fā)切電容器指令，若電容器全切完后仍在該區(qū)則不再進行任何操縱；6d區(qū)：若還有未切除的電容器，則先升壓再切電容器；7區(qū)與8區(qū)相同：發(fā)升壓指令，當有載調(diào)壓開關(guān)處于上極限位置時，發(fā)強投電容器指令。（圖2）

1.3對vqc裝置調(diào)試儀的功能設計要求

由于該調(diào)試儀承擔著對種類、型號繁多的vqc裝置的調(diào)試任務，故應滿足下列要求[2]：①尺寸小、質(zhì)量輕、便于裝卸，一套儀器應能滿足一個變壓器單元的調(diào)試；②能與各種型號的vqc裝置或帶有vqc功能模塊的監(jiān)控系統(tǒng)相匹配，即應具備最大運行方式下的開進量輸進和開出量輸出；③能夠充分、靈活地模擬現(xiàn)場可能出現(xiàn)的各種運行方式；④能夠模擬現(xiàn)場低壓側(cè)母線電壓和高壓側(cè)無功功率的變化，同時指示輸出；⑤能夠接收vqc主機的開出信號并能直觀顯示，以判定vqc裝置動作是否正確；⑥能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制以檢查vqc主機靈敏性和適應性，并且應具備開環(huán)的人工干預功能；⑦能夠模擬主變壓器分接開關(guān)位置、主變壓器各種故障閉鎖調(diào)壓操縱(輕瓦斯閉鎖調(diào)壓、過負荷閉鎖調(diào)壓、10kv低電壓閉鎖調(diào)壓、主變壓器分接開關(guān)連調(diào)閉鎖調(diào)壓操縱和發(fā)出調(diào)壓指令后調(diào)壓裝置拒動閉鎖調(diào)壓操縱)，并具備預置主變壓器風機開關(guān)位置的功能；⑧能夠模擬無功設備(單段母線不超過6臺)的投切、開關(guān)位置指示、各種故障閉鎖操縱(電容器/電抗器故障閉鎖、10kv低電壓閉鎖、開關(guān)拒動閉鎖等)，并具備無功設備開關(guān)位置預置功能；⑨具備一系列報警輸出顯示(vqc內(nèi)部故障、vqc外部故障)、復回報警故障的功能和模擬現(xiàn)場可能出現(xiàn)的各種異常(故障)情況，以便判定vqc閉鎖是否正常，用以考察vqc裝置的適應性。

0 - 600安培分裂核心AC變流器T-MAG-SCT-600

Ashcroft壓力傳感器T-ASH-G2-200

電壓輸入纜線A-WNB-LEADSET

2vqc裝置調(diào)試儀的設計原理

根據(jù)上述要求，vqc裝置調(diào)試儀既要能夠模擬變電站現(xiàn)場的相關(guān)電壓、電流，又要能夠模擬變電站的實際設備動作情況。因此我們將其分為模擬量部分和開關(guān)量部分2大部分[3,4]。

2.1模擬量部分

由前面分析可知，一臺vqc裝置調(diào)試儀只須模擬一臺變壓器高壓側(cè)套管ta二次電流(0～5a)、高壓側(cè)母線電壓和低壓側(cè)母線電壓即可得到vqc主機所需的電壓和無功功率判據(jù)。

2.1.1電流回路的構(gòu)成

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，各型vqc裝置主機的輸進阻抗都很大，其丈量回路能夠承受8～10a電流，因此，電流在0～5a范圍內(nèi)時可以保證丈量精度。調(diào)試選用常用的250v，25va調(diào)壓變壓器（0～5a）和25va，250v/5a變壓器等設備及220v試驗電源。調(diào)壓變壓器及變壓器通過一塊10a電流表后串聯(lián)接人vqc主機的高壓側(cè)電流回路。當調(diào)壓變壓器從o調(diào)整到3/4滿刻度時，電流表指示5a；繼續(xù)調(diào)整至滿刻度，電流表指示6.4a。試驗過程中電流數(shù)值呈線性增長，說明25va，250v調(diào)壓變壓器的輸出電流能夠滿足模擬現(xiàn)場變壓器高壓側(cè)套管ta二次電流的要求。為了能模擬±△q的情況，需要改變輸進vqc主機電流的方向，在現(xiàn)有條件下，考慮使用相位相差120的電源來代替模擬電流相差180~的情況，電流回路的電源可以使用同一組380v交流電源a、c兩相中任一相，利用手把qk在a、c兩相間進行切換即可。由于電容器組投進的多少會影響無功功率，而且調(diào)試裝置要有開環(huán)控制/閉環(huán)控制兩種工作方式，當調(diào)試儀在閉環(huán)方式下運行時，每投切一組電容器，模擬的高壓側(cè)輸出電流都應相應地發(fā)生變化，即7個遞增電流分量分別對應著0～6組電容器投進的情況。因此，設計選用了有7個抽頭的變壓器，分別對應模擬0～6組電容器投進時的高壓側(cè)輸出電流。模擬量部分電流回路原理框圖見圖3。

2.1.2電壓回路的構(gòu)成

vqc主機電壓回路的電流很小，調(diào)試可選用常用的交流400v，25va，400/150v變壓器和25va調(diào)壓變壓器等試驗設備及380v試驗電源。將上述變壓器串接，分別在2組變壓器出口處各接一塊1250v電壓表v1和v2。測得v1為120v，調(diào)整調(diào)壓變壓器從0到滿刻度，v2顯示線性變化的連續(xù)電壓。說明上述2組變壓器可以作為vqc裝置調(diào)試儀電壓回路選用元件。

另外可以將交流380v電壓變?yōu)?0v電壓，以模擬高壓側(cè)tv二次電壓輸出；調(diào)壓置和電容器投進容量的影響，因此，當調(diào)試儀工作在閉環(huán)方式下時，低壓側(cè)電壓的輸出應能與變壓器分接開關(guān)位置和電容器投進組數(shù)逐一對應起來。而mr機構(gòu)的分接開關(guān)共有19個位置，又當主變壓器分接頭為1且電容器組沒有投進時低壓側(cè)也有一定的電壓輸出，因此，設計時在模擬低壓側(cè)母線電壓的回路中，調(diào)壓變壓器b后增加了一臺由3組串聯(lián)繞組成的共計26個抽頭的變壓器c。變壓器b最大輸出電壓為120v，可以手動調(diào)節(jié)來模擬低壓側(cè)電壓的大小。變壓器c由3組繞組串接構(gòu)成，其中，繞組ⅰ有19個抽頭，儀器在閉環(huán)方式下工作時，分別對應變壓器分接開關(guān)01～19，當調(diào)試儀分頭指示器顯示為00時，表示此時分頭計數(shù)器復位，00所接抽頭位置與01相同，調(diào)試儀在開環(huán)狀態(tài)下工作時可以閉鎖以上抽頭并接于第20個抽頭處；繞組ⅱ無抽頭，用于在閉環(huán)方式工作時輸出基本電壓；繞組ⅲ有7個抽頭，當儀器工作在閉環(huán)工作狀態(tài)下時分別對應著電容器的不同投切組數(shù)，儀器工作在開環(huán)狀態(tài)下時可以閉鎖以上抽頭，接于6組電容器全部投進時的7號抽頭處。

我們將變壓器c最大輸出定為120v，其3組繞組及其抽頭的電壓關(guān)系式為
120＝19n＋n＋6nⅲ
式中，nⅰ為繞組l每增加一個抽頭時的壓降；nⅱ為繞組ⅱ的壓降；nⅲ為繞組ⅲ每增加一個抽頭時的壓降。綜合一定數(shù)目變電站的實測數(shù)據(jù)后，將變壓器每改變一個分接開關(guān)位置所引起的低壓側(cè)電壓變化設定為100v，由于10kv側(cè)tv的變比為10500/100，則每改變一個分接開關(guān)位置即繞組工每調(diào)節(jié)一個抽頭時所引起的二次電壓變化量為0.95v。同時，依據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗，可將每投/切一組電容器所引起的10kv側(cè)母線電壓變化設定為200v，參照tv的變比，則每投/切一組電容器即繞組ⅲ每調(diào)調(diào)節(jié)一個抽頭時所引起的二次電壓變化量為1.9v。由此可得：繞組工的壓降為19×0.95=18.05，繞組ⅱ的壓降nⅱ=120-19×0.95-6×1.9=90.55v，繞組ⅲ的壓降為6×1.9=11.4。所以繞組ⅰ、ⅱ、ⅲ的匝數(shù)比應滿足為18.05：90.55：11.4，大約為8：40：5。

還需考慮的是，為使調(diào)試儀能在開環(huán)和閉環(huán)兩種方式下轉(zhuǎn)換，在ctbl和ctb2上分別設計了開環(huán)/閉環(huán)工作方式轉(zhuǎn)換開關(guān)qk。而qk在開環(huán)工作方式下將斷開ctbl和ctb2的切換抽頭，并接通最大的袖頭，目的是防止在方式切換而tbl、tb2調(diào)節(jié)旋鈕不在零位時電流、電壓變化過大燒毀vqc主機。模擬量部分電壓回路原理框圖見圖4。

圖4中，變壓器a可以將交流380v電壓變?yōu)?0v電壓，以模擬高壓側(cè)tv二次電壓輸出；調(diào)壓變壓器b可以手調(diào)模擬低壓側(cè)tv二次電壓輸出；變壓器c是有3組繞組的變壓器，其中繞組i有19個抽頭，繞組ⅲ有7個抽頭。

2.2開關(guān)量部分

以規(guī)模較大變電站的現(xiàn)場情況為例(見圖1)，vqc主機有三側(cè)開關(guān)位置，為能夠模擬現(xiàn)場的運行方式，設計在調(diào)試儀上安裝了3個小開關(guān)，用小開關(guān)的開斷設定三側(cè)開關(guān)的狀態(tài)從而模擬出不同的現(xiàn)場運行方式。有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)位置的設計采用數(shù)字電路，廣州市駿凱電子科技有限公司利用2個led顯示00～19的數(shù)字來仿真變壓器分接開關(guān)位置(00表示已將計數(shù)器清零)，同時為模擬vqc主機發(fā)出的升降指令時變壓器分接開關(guān)的相應動作情況，可遞增或遞減led的顯示數(shù)字來顯示，且具備人工預置功能以便于調(diào)試。利用一個小搬把開關(guān)的關(guān)開來模擬變壓器故障閉鎖時發(fā)給vqc主機的信號。開關(guān)量部分原理框圖見圖5。

為了能夠仿真無功設備開關(guān)的投切，使用了12塊歐姆龍繼電器分別對應6臺開關(guān)的分合操縱，并利用6個小搬把開關(guān)的關(guān)開模擬給vqc主機送相應6組無功設備的自動閉鎖信號。同時，調(diào)試儀接收vqc主機發(fā)出的vqc內(nèi)部故障報警信號和vqc外部故障報警信號，通過歐姆龍繼電器驅(qū)動發(fā)光二極管顯示輸出，并且調(diào)試儀可以通過復回驅(qū)動繼電器復回故障信號。設計難點是如何解決閉環(huán)工作方式下投切電容器組對模擬量輸進影響的題目，經(jīng)分析，需要一種可以記錄電容器當前運行組數(shù)，并由投進運行電容器組數(shù)的多少選擇相應電壓、電流的回路。根據(jù)需求選擇了gall6v8可編程芯片，他是一種有10個輸進端、8個輸出真?zhèn)�芯片，該芯片的特點是可以利用10個輸進端中的任意幾真?zhèn)�不同組合狀態(tài)對每一個輸出端分別進行編程，可很好地解決電容器投切對模擬量輸進的影響。同理，在閉環(huán)工作方式下，通過使用2個palce22v10可編程芯片來實現(xiàn)將調(diào)試儀開關(guān)量部分分接開關(guān)位置分別對應10個不同的輸出信號，再由這20個輸出信號觸發(fā)由9個具備4對切換觸點的歐姆龍繼電器所組成的繼電器矩陣列，從而達到接通20條不同電壓回路的目的。

3調(diào)試儀使用效果及改進方案

近幾年來，廣州市駿凱電子科技有限公司利用這種調(diào)試儀對北京供電公司所轄變電站已投進運行的vqc裝置進行調(diào)試，實踐證實效果是明顯的。但是，由于該調(diào)試儀當初是本著經(jīng)濟、實用、見效快的原則研制的，因此在設計上的存在很大的局限性，如繼電器和各種小開關(guān)及按鍵輕易老化、損壞等�？梢允褂每删幊绦酒瑏泶�代替上述元件，使用單片機控制實現(xiàn)模擬量輸進和開關(guān)量控制來加以改進，vqc裝置調(diào)試儀改進方案原量框圖見圖6。