基于高壓電氣系統的高壓電機與電氣開關自動化測試系統設計

于娟 劉利琴

摘要：文章從高壓電氣系統、高壓電機試驗系統設計等角度出發，以高壓電機與電氣開關為研究對象，初步研究了高壓電機及電氣開關試驗的控制方式，據此提出了電氣開關試驗的控制策略。為高壓電氣系統的性能優化與改進提供了重要依據，從而為該系統的實際應用奠定了良好的基礎。

關鍵詞：高壓電機;電氣試驗;自動化測試系統

為有效確保高壓電機及開關能夠實現正常運行，盡可能降低高壓電機及開關的故障率，要對其及時進行電氣試驗以及相關檢測。而由于高壓電氣系統本身具有一定的特殊性，且電氣試驗大多帶有一定的危險性，因此有必要設計一款自動化的測試系統，在保障能夠全面、精確地搜集整理和深入分析相關參數的基礎之上，高效完成高壓電機及開關的電氣試驗，進而有效保障高壓電機正常運行，提升整個高壓系統運行性能。

一、系統設計

（一）系統結構

以往高壓電機及開關電氣試驗所需的設備眾多且體型比較龐大，要花費大量的試驗時間，精確度不能長時間地維持在較高的水準上，容易受到人為或其他因素的影響。因此本身設計的高壓電機及開關電氣試驗自動化測試系統通過運用當前的感應調壓器以及低壓變頻試驗機組，配合使用升壓變壓器提供試驗所需高壓電源[1]。此外在系統中還設計使用工控機以及主回路系統和負責測量分析參數的參數系統，進而有效完善高壓電機及開關電氣試驗自動化測試系統。

（二）系統功能

在高壓電機及開關電氣試驗自動化測試系統當中，等待試驗的高壓電機從主回路系統處獲取高壓電源和負載，而系統中安裝使用的工控機和相關控制裝置則負責自動完成整個電氣試驗。由系統當中的參數系統利用傳感器以及其他智能儀器儀表等完成各項試驗參數的精確獲取，并直接采用人機對話的方式完成數據輸入。在實驗過程中，系統配合使用可視化技術，使得試驗過程以及數據結果等能夠實時動態化地顯示在電子屏幕中，方便工作人員對整體試驗進行隨時控制。

（三）加載方案

等待試驗的高壓電機從系統當中獲取一個功率相對較大的負載，且負載平滑可調，雖然目前國內外研究學者已經提出了包括直接消耗法、測功機法等加載方法，但由于各項加載方案均具有自身的優勢與不足。因此本文通過從方便控制、安裝操作簡易、精確度較高以及成本相對低廉等角度出發，最終選擇高壓機組回饋法，直接選用2臺相同型號的高壓電機分別作為試驗樣機和陪試負載，通過同軸聯接的方式將二者聯接在一起，由2臺同步發電機分別直接為試驗樣機供電和經由直流機為陪試負載電機提供變頻電源，使之產生的能量可以回饋至電網當中。

（四）主回路結構

雖然高壓電機回饋的加載方法可以有效控制試驗運行成本，并保障電源品質良好，但由于機組的輸出試驗電壓等級范圍極為有限，兼顧高低壓電機的難度比較大，因此考慮到本文設計的系統為試驗電機提供具有可調性的負載與電壓，對現有低壓設備進行充分利用的情況下，使用雙路升壓電壓作為系統主回路[2]。在雙路升壓電壓當中，將分別為試驗電機和陪試電機供電。其中一路負責在空載以及堵轉試驗中進行供電，另一路則在負載和溫升試驗中負責供電，此時負載須由相同電機進行充當。在對低壓調節器進行適當調節之下，被試電源可以逐漸升壓成為試驗所需可調高壓電源。在變壓器以及低壓變頻機組的幫助下，負載能量在低壓電網中實現回饋。

（五）試驗擴容

為了保障原有的低壓機組容量可以與高壓電機及開關的電氣試驗要求相吻合，因此有必要對本文設計的自動化測試系統進行試驗擴容。鑒于本系統使用雙路升壓的方式作為主回路結構，因此在試驗擴容的過程中選擇使用降壓法和水電阻消耗法相結合的擴容方法，從而在有效保障低壓側高壓負載可以成功回饋的同時機組的試驗容量能夠得到有效擴大。

（六）參數測量系統

在進行高壓電機及開關的電氣試驗過程中勢必將產生大量的試驗參數、試驗結果，而高效精準地采集此類參數并對其進行深入分析則是有效獲取電氣試驗最終結果，并對高壓電機以及開關的運行狀態等進行準確判定的根本基礎。因此本文在設計高壓電機及開關電氣試驗自動化測試系統當中，專門設計一個參數測量子系統，并且在這一子系統當中通過安裝具有較高精確性和自動化水平的智能檢測儀器儀表以及電量互感器等測量儀，并直接使用智能語音技術，利用人機對話的方式完成采集數據的直接輸入，此后借助可視化技術，利用局域網將系統和電子顯示屏連接，操作人員通過顯示屏便可以隨時了解高壓電機及開關的電氣試驗情況。

二、高壓電機及電氣開關試驗的控制

（一）試驗結構

高壓電機關合試驗中選擇以并聯的結構形式將電流源與電壓源連接起來，其中電壓源通過小容量的變壓器使其與電流源的相位保持同步，并以震蕩回路的形式開展高壓電機以及電氣開關的試驗。在試驗之前，電流源的主控開關應為斷開位置，同時也需要調整好輔助斷路器和試品斷路器的狀態，分別使它們處于合閘、分閘狀態。在試驗進行過程中，首先調整輔助斷路器至合閘狀態，接著利用電壓源的作用實現預燃弧擊穿，最后判斷有沒有預擊穿的電流存在，其中判斷的方式是通過使用羅可夫斯基線圈檢測。如果存在該電流，應當立即將預擊穿電流的指令直接發送至系統控制器。

（二）控制策略

對電壓關合試驗施加外部電壓作用，使得試品開關出現了預燃弧擊穿。在同關合條件相匹配的基礎上，盡快利用電流源主控開關發出導通，以便試品開關能夠在電壓源作用下迅速轉為電流源作用，工作過程中的電流轉移過程非常關鍵。在對在相位控制的過程當中，系統會實時進行監控，從而發現外施電壓是否存在較大變化。

結語：

綜上所述，通過對高壓電機以及電氣開關試驗的控制進行研究分析，有效明確了開關在電氣試驗過程中使用的控制方法，從而確保了自動化控制開關關合的實現，提高了電力設備的運行穩定性，也有助于加快電力企業的發展，能夠降低其產品成本，并且提高產品質量。

參考文獻：

[1]陳文波.基于高壓電氣系統的高壓電機與電氣開關自動化測試系統設計[J].粘接，2020，v.44;No.320（10）：136-140.

[2]劉仕兵，宋陵燦，郭文璟，等.基于定子電流特征與SVM高壓隔離開關機構故障診斷[J].高壓電器，2020，v.56;No.375（06）： 296-302.