電壓無(wú)功綜合控制vqc裝置調(diào)試儀應(yīng)用分析

電壓無(wú)功綜合控制vqc裝置調(diào)試儀應(yīng)用分析
通過(guò)對(duì)電壓無(wú)功綜合控制裝置(vqc)應(yīng)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(shè)計(jì)原理，介紹了其使用效果并提出了改進(jìn)方案。

電壓是電能質(zhì)量的主要指標(biāo)之一。電壓質(zhì)量對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定及電力設(shè)備安全運(yùn)行具有重大的影響。無(wú)功是影響電壓質(zhì)量的一個(gè)重要因素，各級(jí)變電站擔(dān)負(fù)著電壓、無(wú)功調(diào)節(jié)的重要任務(wù)。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活對(duì)電能質(zhì)量要求的進(jìn)步，原有靠人工操縱調(diào)節(jié)電壓、無(wú)功的方式已經(jīng)越來(lái)越不適應(yīng)電網(wǎng)建設(shè)和用電量急增的發(fā)展需要，因此，北京供電公司近年來(lái)已將電壓無(wú)功綜合控制裝置(vqc)確定為變電站必配設(shè)備但是，由于引進(jìn)該裝置的種類(lèi)、型號(hào)繁多，給調(diào)試工作帶來(lái)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(hào)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(yàn)電筆| 示波表| 電流表| 鉤表| 測(cè)試器| 電力計(jì)| 電力測(cè)量?jī)x| 光度計(jì)| 電壓計(jì)| 電流計(jì)| 

1研制vqc裝置調(diào)試儀的必要性

1.1vqc裝置運(yùn)行工況分析

vqc裝置是通過(guò)調(diào)節(jié)主變壓器分接開(kāi)關(guān)和投切無(wú)功設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)整電壓和無(wú)功的。
現(xiàn)以220kv變電站(一次系統(tǒng)圖見(jiàn)圖1)

為例進(jìn)行分析，該站有3臺(tái)變壓器，其220kv側(cè)為擴(kuò)大內(nèi)橋接線(xiàn)，110kv和10kv側(cè)均為單母線(xiàn)分段接線(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行方式取決于各側(cè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)。站內(nèi)無(wú)功設(shè)備在不考慮調(diào)相機(jī)和靜補(bǔ)的情況下，無(wú)論站內(nèi)是否裝有并聯(lián)電抗器，每條低壓母線(xiàn)所安裝的無(wú)功設(shè)備開(kāi)關(guān)總數(shù)不會(huì)超過(guò)6臺(tái)。鑒于目前北京供電公司有載調(diào)壓變壓器大多采用mr機(jī)構(gòu)，因此每臺(tái)變壓器分接開(kāi)關(guān)應(yīng)有19個(gè)位置。通常，vqc裝置輸進(jìn)量包括：各側(cè)開(kāi)關(guān)位置信息、各無(wú)功設(shè)備開(kāi)關(guān)位置信息、各主變壓器分接開(kāi)關(guān)位置信息；vqc裝置輸出量包括：各無(wú)功設(shè)備開(kāi)關(guān)投切控制量、各變壓器有載調(diào)壓分接開(kāi)關(guān)位置調(diào)整量。

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此外，vqc裝置還需接人能夠?qū)崟r(shí)反映出電壓和無(wú)功變化的數(shù)據(jù)量來(lái)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(lái)作為模擬量，主要作計(jì)算各側(cè)電壓和無(wú)功功率之用的；由于當(dāng)前變壓器低壓側(cè)負(fù)荷在24h內(nèi)波動(dòng)較大，同時(shí)為限制設(shè)備盡緣本錢(qián)，無(wú)功設(shè)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(fù)荷和主變壓器也消耗一定的無(wú)功功率，故應(yīng)采用高壓側(cè)無(wú)功作為vqc裝置中該主變壓器單元的無(wú)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(jī)的判定依據(jù)。

交流電壓計(jì)SK-5000F

直流25A電流計(jì)SK-5000E

直流MA電流計(jì)SK-5000D

1.2vqc裝置工作原理圖

經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)廣泛使用的各種型號(hào)vqc裝置的實(shí)現(xiàn)原理大致相同，都是根據(jù)電壓和無(wú)功上下限值將運(yùn)行狀態(tài)劃分9個(gè)區(qū)域進(jìn)行調(diào)節(jié)，電壓、無(wú)功限值區(qū)間劃分圖見(jiàn)圖2。廣州市駿凱電子科技有限公司下面分析電壓、無(wú)功限值在各區(qū)間時(shí)vqc裝置的動(dòng)作情況[1]。 電流 電壓記錄儀 5010/5020

1區(qū)：先投電容器，當(dāng)電容器全部投進(jìn)后，電壓仍低于電壓下限時(shí)，發(fā)強(qiáng)行升壓指令；2a區(qū)：發(fā)投電容器指令，當(dāng)電容器投完后，若仍在該區(qū)域，則不再進(jìn)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(dāng)有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)處于下極限時(shí)，發(fā)強(qiáng)切電容器指令；5區(qū)：發(fā)切電容器指令，當(dāng)電容器全部切除后，電壓仍高于電壓上限值時(shí)，發(fā)強(qiáng)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(jìn)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(dāng)有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)處于上極限位置時(shí)，發(fā)強(qiáng)投電容器指令。（圖2）

1.3對(duì)vqc裝置調(diào)試儀的功能設(shè)計(jì)要求

由于該調(diào)試儀承擔(dān)著對(duì)種類(lèi)、型號(hào)繁多的vqc裝置的調(diào)試任務(wù)，故應(yīng)滿(mǎn)足下列要求[2]：①尺寸小、質(zhì)量輕、便于裝卸，一套儀器應(yīng)能滿(mǎn)足一個(gè)變壓器單元的調(diào)試；②能與各種型號(hào)的vqc裝置或帶有vqc功能模塊的監(jiān)控系統(tǒng)相匹配，即應(yīng)具備最大運(yùn)行方式下的開(kāi)進(jìn)量輸進(jìn)和開(kāi)出量輸出；③能夠充分、靈活地模擬現(xiàn)場(chǎng)可能出現(xiàn)的各種運(yùn)行方式；④能夠模擬現(xiàn)場(chǎng)低壓側(cè)母線(xiàn)電壓和高壓側(cè)無(wú)功功率的變化，同時(shí)指示輸出；⑤能夠接收vqc主機(jī)的開(kāi)出信號(hào)并能直觀顯示，以判定vqc裝置動(dòng)作是否正確；⑥能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)控制以檢查vqc主機(jī)靈敏性和適應(yīng)性，并且應(yīng)具備開(kāi)環(huán)的人工干預(yù)功能；⑦能夠模擬主變壓器分接開(kāi)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(guò)負(fù)荷閉鎖調(diào)壓、10kv低電壓閉鎖調(diào)壓、主變壓器分接開(kāi)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(dòng)閉鎖調(diào)壓操縱)，并具備預(yù)置主變壓器風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)位置的功能；⑧能夠模擬無(wú)功設(shè)備(單段母線(xiàn)不超過(guò)6臺(tái))的投切、開(kāi)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(kāi)關(guān)拒動(dòng)閉鎖等)，并具備無(wú)功設(shè)備開(kāi)關(guān)位置預(yù)置功能；⑨具備一系列報(bào)警輸出顯示(vqc內(nèi)部故障、vqc外部故障)、復(fù)回報(bào)警故障的功能和模擬現(xiàn)場(chǎng)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(yīng)性。

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2vqc裝置調(diào)試儀的設(shè)計(jì)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(chǎng)的相關(guān)電壓、電流，又要能夠模擬變電站的實(shí)際設(shè)備動(dòng)作情況。因此我們將其分為模擬量部分和開(kāi)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(tái)vqc裝置調(diào)試儀只須模擬一臺(tái)變壓器高壓側(cè)套管ta二次電流(0～5a)、高壓側(cè)母線(xiàn)電壓和低壓側(cè)母線(xiàn)電壓即可得到vqc主機(jī)所需的電壓和無(wú)功功率判據(jù)。

2.1.1電流回路的構(gòu)成

經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，各型vqc裝置主機(jī)的輸進(jìn)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(shí)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(shè)備及220v試驗(yàn)電源。調(diào)壓變壓器及變壓器通過(guò)一塊10a電流表后串聯(lián)接人vqc主機(jī)的高壓側(cè)電流回路。當(dāng)調(diào)壓變壓器從o調(diào)整到3/4滿(mǎn)刻度時(shí)，電流表指示5a；繼續(xù)調(diào)整至滿(mǎn)刻度，電流表指示6.4a。試驗(yàn)過(guò)程中電流數(shù)值呈線(xiàn)性增長(zhǎng)，說(shuō)明25va，250v調(diào)壓變壓器的輸出電流能夠滿(mǎn)足模擬現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)vqc主機(jī)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(lái)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(jìn)行切換即可。由于電容器組投進(jìn)的多少會(huì)影響無(wú)功功率，而且調(diào)試裝置要有開(kāi)環(huán)控制/閉環(huán)控制兩種工作方式，當(dāng)調(diào)試儀在閉環(huán)方式下運(yùn)行時(shí)，每投切一組電容器，模擬的高壓側(cè)輸出電流都應(yīng)相應(yīng)地發(fā)生變化，即7個(gè)遞增電流分量分別對(duì)應(yīng)著0～6組電容器投進(jìn)的情況。因此，設(shè)計(jì)選用了有7個(gè)抽頭的變壓器，分別對(duì)應(yīng)模擬0～6組電容器投進(jìn)時(shí)的高壓側(cè)輸出電流。模擬量部分電流回路原理框圖見(jiàn)圖3。

2.1.2電壓回路的構(gòu)成

vqc主機(jī)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(yàn)設(shè)備及380v試驗(yàn)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(cè)得v1為120v，調(diào)整調(diào)壓變壓器從0到滿(mǎn)刻度，v2顯示線(xiàn)性變化的連續(xù)電壓。說(shuō)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(jìn)容量的影響，因此，當(dāng)調(diào)試儀工作在閉環(huán)方式下時(shí)，低壓側(cè)電壓的輸出應(yīng)能與變壓器分接開(kāi)關(guān)位置和電容器投進(jìn)組數(shù)逐一對(duì)應(yīng)起來(lái)。而mr機(jī)構(gòu)的分接開(kāi)關(guān)共有19個(gè)位置，又當(dāng)主變壓器分接頭為1且電容器組沒(méi)有投進(jìn)時(shí)低壓側(cè)也有一定的電壓輸出，因此，設(shè)計(jì)時(shí)在模擬低壓側(cè)母線(xiàn)電壓的回路中，調(diào)壓變壓器b后增加了一臺(tái)由3組串聯(lián)繞組成的共計(jì)26個(gè)抽頭的變壓器c。變壓器b最大輸出電壓為120v，可以手動(dòng)調(diào)節(jié)來(lái)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(gè)抽頭，儀器在閉環(huán)方式下工作時(shí)，分別對(duì)應(yīng)變壓器分接開(kāi)關(guān)01～19，當(dāng)調(diào)試儀分頭指示器顯示為00時(shí)，表示此時(shí)分頭計(jì)數(shù)器復(fù)位，00所接抽頭位置與01相同，調(diào)試儀在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下工作時(shí)可以閉鎖以上抽頭并接于第20個(gè)抽頭處；繞組ⅱ無(wú)抽頭，用于在閉環(huán)方式工作時(shí)輸出基本電壓；繞組ⅲ有7個(gè)抽頭，當(dāng)儀器工作在閉環(huán)工作狀態(tài)下時(shí)分別對(duì)應(yīng)著電容器的不同投切組數(shù)，儀器工作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下時(shí)可以閉鎖以上抽頭，接于6組電容器全部投進(jìn)時(shí)的7號(hào)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(gè)抽頭時(shí)的壓降；nⅱ為繞組ⅱ的壓降；nⅲ為繞組ⅲ每增加一個(gè)抽頭時(shí)的壓降。綜合一定數(shù)目變電站的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)后，將變壓器每改變一個(gè)分接開(kāi)關(guān)位置所引起的低壓側(cè)電壓變化設(shè)定為100v，由于10kv側(cè)tv的變比為10500/100，則每改變一個(gè)分接開(kāi)關(guān)位置即繞組工每調(diào)節(jié)一個(gè)抽頭時(shí)所引起的二次電壓變化量為0.95v。同時(shí)，依據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，可將每投/切一組電容器所引起的10kv側(cè)母線(xiàn)電壓變化設(shè)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(gè)抽頭時(shí)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(yīng)滿(mǎn)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(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種方式下轉(zhuǎn)換，在ctbl和ctb2上分別設(shè)計(jì)了開(kāi)環(huán)/閉環(huán)工作方式轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)qk。而qk在開(kāi)環(huán)工作方式下將斷開(kāi)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(shí)電流、電壓變化過(guò)大燒毀vqc主機(jī)。模擬量部分電壓回路原理框圖見(jiàn)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(gè)抽頭，繞組ⅲ有7個(gè)抽頭。

2.2開(kāi)關(guān)量部分

以規(guī)模較大變電站的現(xiàn)場(chǎng)情況為例(見(jiàn)圖1)，vqc主機(jī)有三側(cè)開(kāi)關(guān)位置，為能夠模擬現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行方式，設(shè)計(jì)在調(diào)試儀上安裝了3個(gè)小開(kāi)關(guān)，用小開(kāi)關(guān)的開(kāi)斷設(shè)定三側(cè)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)從而模擬出不同的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行方式。有載調(diào)壓變壓器分接開(kāi)關(guān)位置的設(shè)計(jì)采用數(shù)字電路，廣州市駿凱電子科技有限公司利用2個(gè)led顯示00～19的數(shù)字來(lái)仿真變壓器分接開(kāi)關(guān)位置(00表示已將計(jì)數(shù)器清零)，同時(shí)為模擬vqc主機(jī)發(fā)出的升降指令時(shí)變壓器分接開(kāi)關(guān)的相應(yīng)動(dòng)作情況，可遞增或遞減led的顯示數(shù)字來(lái)顯示，且具備人工預(yù)置功能以便于調(diào)試。利用一個(gè)小搬把開(kāi)關(guān)的關(guān)開(kāi)來(lái)模擬變壓器故障閉鎖時(shí)發(fā)給vqc主機(jī)的信號(hào)。開(kāi)關(guān)量部分原理框圖見(jiàn)圖5。

為了能夠仿真無(wú)功設(shè)備開(kāi)關(guān)的投切，使用了12塊歐姆龍繼電器分別對(duì)應(yīng)6臺(tái)開(kāi)關(guān)的分合操縱，并利用6個(gè)小搬把開(kāi)關(guān)的關(guān)開(kāi)模擬給vqc主機(jī)送相應(yīng)6組無(wú)功設(shè)備的自動(dòng)閉鎖信號(hào)。同時(shí)，調(diào)試儀接收vqc主機(jī)發(fā)出的vqc內(nèi)部故障報(bào)警信號(hào)和vqc外部故障報(bào)警信號(hào)，通過(guò)歐姆龍繼電器驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管顯示輸出，并且調(diào)試儀可以通過(guò)復(fù)回驅(qū)動(dòng)繼電器復(fù)回故障信號(hào)。設(shè)計(jì)難點(diǎn)是如何解決閉環(huán)工作方式下投切電容器組對(duì)模擬量輸進(jìn)影響的題目，經(jīng)分析，需要一種可以記錄電容器當(dāng)前運(yùn)行組數(shù)，并由投進(jìn)運(yùn)行電容器組數(shù)的多少選擇相應(yīng)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(gè)輸進(jìn)端、8個(gè)輸出真?zhèn)�芯片，該芯片的特點(diǎn)是可以利用10個(gè)輸進(jìn)端中的任意幾真?zhèn)�不同組合狀態(tài)對(duì)每一個(gè)輸出端分別進(jìn)行編程，可很好地解決電容器投切對(duì)模擬量輸進(jìn)的影響。同理，在閉環(huán)工作方式下，通過(guò)使用2個(gè)palce22v10可編程芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)將調(diào)試儀開(kāi)關(guān)量部分分接開(kāi)關(guān)位置分別對(duì)應(yīng)10個(gè)不同的輸出信號(hào)，再由這20個(gè)輸出信號(hào)觸發(fā)由9個(gè)具備4對(duì)切換觸點(diǎn)的歐姆龍繼電器所組成的繼電器矩陣列，從而達(dá)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(jìn)方案

近幾年來(lái)，廣州市駿凱電子科技有限公司利用這種調(diào)試儀對(duì)北京供電公司所轄變電站已投進(jìn)運(yùn)行的vqc裝置進(jìn)行調(diào)試，實(shí)踐證實(shí)效果是明顯的。但是，由于該調(diào)試儀當(dāng)初是本著經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、見(jiàn)效快的原則研制的，因此在設(shè)計(jì)上的存在很大的局限性，如繼電器和各種小開(kāi)關(guān)及按鍵輕易老化、損壞等�？梢允褂每删幊绦酒瑏�(lái)代代替上述元件，使用單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)模擬量輸進(jìn)和開(kāi)關(guān)量控制來(lái)加以改進(jìn)，vqc裝置調(diào)試儀改進(jìn)方案原量框圖見(jiàn)圖6。