【正文】 .... 58 上位機(jī)組態(tài)界面調(diào)試 .................................. 59 本章小結(jié) ................................................. 60 第五章 結(jié)論 ................................................... 61 在學(xué)研究 成果 .................................................. 62 參考文獻(xiàn) ...................................................... 63 致謝 .......................................................... 66 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第一章 緒論 關(guān)于工頻耐壓試驗(yàn) 電力設(shè)備在運(yùn)行中 ,絕緣強(qiáng)度長期受電場、溫度和機(jī)械振動(dòng)的作用會(huì)逐漸發(fā)生劣化 ,包括整體劣化 和部分劣化 ,形成絕緣缺陷?？梢哉f ,在電力系統(tǒng)工作中常常由于某一部分或某一個(gè)設(shè)備的絕緣遭到破壞引起事故 ,破壞電力系統(tǒng)工作的可靠運(yùn)行 ,由于電氣設(shè)備絕緣工作不可靠引而引起事故所帶來的經(jīng)濟(jì)損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)備本身的價(jià)值。工頻耐壓試驗(yàn)?zāi)苡行У匕l(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備存在的絕緣缺陷 ,是考驗(yàn)電力設(shè)備絕緣承受各種過電壓能力最嚴(yán)格、最有效的方法 ,是保證設(shè)備安全運(yùn)行的重 要手段。因此 ,工頻耐壓試驗(yàn)可在上述試驗(yàn)均合格后進(jìn)行。工頻耐壓試驗(yàn)會(huì)使原來可能存在的絕緣弱點(diǎn)進(jìn)一步發(fā)展 (但又不至于在耐壓時(shí)擊穿 ),使絕緣強(qiáng)度逐漸衰 減 ,形成絕緣內(nèi)部劣化的積累效應(yīng)。反之 ,試驗(yàn)電壓低 ,又增加了設(shè)備在運(yùn)行中擊穿的可能性。因此 ,必須正確選擇試驗(yàn)電壓和耐壓時(shí)間。現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定耐壓時(shí)間為 l min, 一方面是為了便于觀察被試品的情況 ,使有弱點(diǎn)的絕緣能夠暴露 ,特別 是固體絕緣發(fā)生熱擊穿需要一定的時(shí)間 。 工頻耐壓試驗(yàn)控制系統(tǒng)研究的目的及意義石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 為了檢驗(yàn)電氣設(shè)備的絕緣強(qiáng)度 ,使其不僅能在正常的工作電壓下安全可靠的運(yùn)行 ,而且還必須具備耐受各種過電壓的能力。進(jìn)行高壓電氣設(shè)備或輸電線路絕緣的工頻耐壓實(shí)驗(yàn) ,開展絕緣理論和應(yīng)用技術(shù)的研究性試驗(yàn) ,確定絕緣材料的絕緣性能試驗(yàn) ,都需要高性能的試驗(yàn)電壓產(chǎn)生設(shè)備和完善可靠的控制、測量、保護(hù)及分析環(huán)節(jié)組成的工頻絕 緣耐壓試驗(yàn)控制系統(tǒng)。 試驗(yàn)方面的技術(shù)革新驚人的速度和試驗(yàn)設(shè)備的日新月異 ,使傳統(tǒng)的手動(dòng)控制系統(tǒng)相比之下十分的落后 ,工作效率低 ,勞動(dòng)量大。以往的工頻耐壓試驗(yàn)控制線路一般均為繼電器、接觸器所組成的手動(dòng)繼電控制線路 ,操作順序和升降壓速度、升降壓過程均由人工控制 ,容易出錯(cuò) ,且精度不高 ,若試驗(yàn)過程中出現(xiàn)故障還需技術(shù)人員進(jìn)行分析查找 ,很是費(fèi)時(shí) ,另外 ,試驗(yàn)過程中的各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)、數(shù)據(jù)、結(jié)論均得人為記錄、整理、輸出 ,對試驗(yàn)人員來說 ,工作量很大 ,而且手動(dòng)操作的過程 ,對試驗(yàn)的準(zhǔn)確性 ,也有影響 [5]。 本課題的研究目的和意義就在于利用可編程控制器 (PLC)控制技術(shù)設(shè)計(jì)出一套硬件和軟件兼容度較好的控制系統(tǒng) ,這套控制系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用若能成功實(shí)現(xiàn) ,那對于高壓電器型式試驗(yàn)來說 ,可以提高試驗(yàn)的自動(dòng)化程度 ,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度 ,提高試驗(yàn)的數(shù)據(jù)收集 ,處理系統(tǒng)的性能 ,所以這方面的研究潛力是相當(dāng)大的 ,也有 很高的實(shí)際價(jià)值。 (l)控制方法。近 10 余年來 ,由于電氣設(shè)備故障診斷的需要以及傳感技術(shù)、光纖技術(shù)、信號處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等的發(fā)展 ,使電氣試驗(yàn)中采用的新設(shè)備不斷增多 ,新方法不斷涌現(xiàn) ,新技術(shù)不斷應(yīng)用 ,診斷石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 技術(shù)不斷提高 ,從而出現(xiàn)喜人的新局面。在項(xiàng)目實(shí)施過中 ,90%以上的設(shè)備由國內(nèi)自主研制。三期工程提高了 高壓斷路器直接試驗(yàn)?zāi)芰退?,滿足了相關(guān)國家 標(biāo)準(zhǔn)和國際 IEC 標(biāo)準(zhǔn)及電力部門的特殊要求 ,擴(kuò)大了試驗(yàn)領(lǐng)域 ,填補(bǔ)了國內(nèi)空白 ,以新建短路發(fā)電機(jī)、短路變壓器系統(tǒng)為電流源 ,與新建成的 SO0kV 斷路器試驗(yàn)系統(tǒng)聯(lián)合作合成試驗(yàn)。是國內(nèi)自主技術(shù)創(chuàng)新的一次集中展現(xiàn) ,為中國高壓輸變電設(shè)備的自主發(fā)展提供了必備條件。但是它在高壓試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域 ,特別是在超高壓試驗(yàn)技術(shù)中的應(yīng)用 比較滯后。通過查閱相關(guān)資料獲悉國外已經(jīng)對高壓電氣設(shè)備絕緣的直流和交流試驗(yàn)方法進(jìn)行了分析和比較的研究 ,并對兩種試驗(yàn)方法進(jìn)行了客觀評述 l0]。對高電壓的測量一直是工頻耐壓試驗(yàn)的難題 ,國外有采用光或光磁技術(shù)對超高壓、特超高壓進(jìn)行測量的研究 [LBJ?？刂葡到y(tǒng)的輸出電壓為 look。對于試品擊穿或沈陽〔業(yè)大學(xué)碩十學(xué)位論文可靠性高 ,抗干擾能力是電氣控制設(shè)備的關(guān)鍵性能。 1)所有的 1/0接口電 路均采用光電隔離 ,使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與 PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離 ,如圖 所示。 3)各模塊均采用屏蔽措施 ,以防止輻射干擾。 5)對采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。 7)大型 PLC還可以采用由雙 CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三個(gè) CPU構(gòu)成表決系統(tǒng)，使可靠性更進(jìn)一步提高。至 1985年 ,世界各國建立的高壓電器試驗(yàn)室己有 40多個(gè) ,分布在美國、蘇聯(lián)、加拿大、荷蘭、法國、日本、意大利、德國、瑞典、瑞士、英國等十幾個(gè)國家。近 10余年來 ,由于電氣設(shè)備故障診斷的需要以及傳感技術(shù)、光纖技術(shù)、信號處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等的發(fā)展 ,使電氣試驗(yàn)中采用的新設(shè)備不斷增多 ,新方法不斷涌現(xiàn) ,新技術(shù)不斷應(yīng)用 ,診斷技術(shù)不斷提高 ,從而出現(xiàn)喜人的新局面。在項(xiàng)目實(shí)施過中 ,90%以上的設(shè)備由國內(nèi)自主研制。三期工程提高了 ,滿足了相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和國際 IEC標(biāo)準(zhǔn)及電力部門的特殊要求 ,擴(kuò)大了試驗(yàn)領(lǐng)域 ,填補(bǔ)了國內(nèi)空白 ,以新建短路發(fā)電機(jī)、短路變壓器系統(tǒng)為電流源 ,與新建成的 SO0kV 斷路器試驗(yàn)系統(tǒng)聯(lián)合作合成試驗(yàn)。是國內(nèi)自主技術(shù)創(chuàng)新的一次集中展現(xiàn) ,為中國高壓輸變電設(shè)備的自主發(fā)展提供了必備條件。但是它在高壓試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域 ,特別是在超高壓試驗(yàn)技術(shù)中的應(yīng)用比較滯后。通過查閱相關(guān)資料獲悉國外已經(jīng)對高壓電氣設(shè)備絕緣的直流和交流試驗(yàn)方法進(jìn)行了分析和比較的研究 ,并對兩種試驗(yàn)方法進(jìn)行了客觀評述 l0]。對高電壓的測量一直是工頻耐壓試驗(yàn)的難題 ,國外有采用光或光磁技術(shù)對超高壓、特超高壓進(jìn)行測量的研究 [LBJ?？刂葡到y(tǒng)的輸出電壓為 look。對于試品擊穿或沿試品表面閃絡(luò)產(chǎn)生暫態(tài)恢復(fù)過電壓、出現(xiàn)強(qiáng)烈的電磁干擾和放電電流引起的地電位抬高時(shí) ,應(yīng)用計(jì)算機(jī)對試驗(yàn)電壓和試驗(yàn)電流進(jìn)行測量 ,相關(guān)文獻(xiàn)做了一些研究工作 ,但對試品擊穿或閃絡(luò)產(chǎn)生暫態(tài)恢復(fù)過電壓時(shí)的瞬態(tài)保護(hù)研究較少。 課題研 究的主要工作內(nèi)容 針對傳統(tǒng)手動(dòng)控制系統(tǒng)以及工控機(jī)控制系統(tǒng)自身的不足 ,本文設(shè)計(jì)了一套以 PLC 為核心的新型工頻耐壓試驗(yàn)控制系統(tǒng)。采用全波傅里葉算法對模擬試驗(yàn)電壓諧波分量進(jìn)行分析。 (3)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) :使用西門子公司 S7300進(jìn)行包括數(shù)字信號、模擬信號的處理以及整個(gè)控制系統(tǒng)的編程 及調(diào)試。 (4)最后 ,對工頻耐壓試驗(yàn)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試 ,驗(yàn)證其綜合性能。電源部分經(jīng)過調(diào)壓器來改變電壓幅值 ,并加到試驗(yàn)變壓器原邊 ,同時(shí)在試驗(yàn)變壓器副邊產(chǎn)生一個(gè)高于試品正常工作的電壓 ,并加在被測試品的絕緣體上 ,持續(xù)一段規(guī)定的時(shí)間 ,如果其間的絕緣性足夠好 ,加在上面的電壓就只會(huì)產(chǎn)生很小的漏電流并且被測試品絕緣體在耐壓過程時(shí)間內(nèi)沒有發(fā)生擊穿 ,就可以確定這個(gè)被測試品可以在正常的運(yùn)行條件下安全運(yùn)行。在高壓測量中要達(dá)到達(dá)個(gè)要求并不是輕而易舉的。用的低壓指示儀表的準(zhǔn)確度至少為 級。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 試驗(yàn)電壓測量方法選擇 工頻耐壓試驗(yàn)電壓值的確定考慮了電氣設(shè)備運(yùn)行過程中可能遭受的雷電過電壓和操作過電壓的作用 ,因此它 比電氣設(shè)備的額定電壓要高得多。因此 ,選擇合適的試驗(yàn)電壓值是一個(gè)重要的問題。工頻耐壓試驗(yàn)的難點(diǎn)之一就是如何準(zhǔn)確的測量試驗(yàn)電壓 ,并把誤差控制在士 3%以內(nèi)。把電壓互感器的高壓邊接到被測電壓 ,低壓邊跨接一塊電壓表 ,把電壓表讀數(shù)乘上電壓互感器的變比。但這種方法在高電壓實(shí)驗(yàn)室中用得不多 ,因?yàn)楦唠妷簩?shí)驗(yàn)室中所要測的電壓常常比現(xiàn)有電壓互感器的額定電壓高許多 ,特制一個(gè)超高壓的電壓互感器比較昂貴 ,而且很高電壓的互感器也比較笨重 ,所以來用別的方法來測量交流高電壓。 (2)利用高壓靜電電壓表測量電壓的有效值。 (4)利用整流電容電流測量交流高電壓的峰值。 本文分別對以上 5 種高電壓測量方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較分析 ,選擇一種適合工頻耐壓試驗(yàn)的測量方法?？諝庠谝欢妶鰪?qiáng)度下 ,才能發(fā)生碰撞游離?？梢岳瞄g隙放電來測量電壓 ,但絕對的均勻電場是不易做到的 ,只能做到接近于均勻電場。加壓時(shí) ,球隙間形成稍不均勻石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 電場。對一定球徑 ,間隙中的電場隨距離的增長而越來越不均勻。要求球徑也越大 .這樣才能保持稍不均勻電場。球隙法測量接線如圖 所示 RI 是保護(hù)變壓器用的防振電阻 。保護(hù)電阻凡的作用是限制球隙放電時(shí)的電流 ,以免燒傷球的表面及阻尼放電時(shí)可能引起的振蕩 ,因此這個(gè)電阻應(yīng)盡量大一些 ,但也應(yīng)考慮在球隙擊穿之前流過球隙電容的電流應(yīng)在電阻 R:上引起太大的壓降 ,從而影響測量的準(zhǔn)確度 ,在測量交流電壓時(shí) ,這個(gè)壓降不應(yīng)超過 1%,一般按此要求確定保護(hù)電阻值如下 : R=K(50/f)Umax() 式中 :Umax 為被測電壓幅值 。k 為常數(shù)可由表 查得。國際電工委員會(huì) (IEC)制定有用球隙測量電 壓的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值表 ,表中給出了不同球徑的球隙在不同距離下的各種形式的放電電壓值。其優(yōu)點(diǎn)是 : 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 (l)可以測量穩(wěn)態(tài)高電壓和沖擊電壓的幅值 ,是直接測量超高壓的重要設(shè)備。 (3)有一定的準(zhǔn)確度 ,測量交流及沖擊電壓時(shí)準(zhǔn)確度在士 3%以內(nèi)。 (2)氣體放電有統(tǒng)計(jì)性 ,數(shù)據(jù)分散 ,必須取多次放電數(shù)據(jù)的平均值 ,為防止游離氣體的影響 ,每次放電間隔不得 過小。 (3)實(shí)際使用中 ,測量穩(wěn)態(tài)電壓要作校訂曲線 ,測量沖擊電壓要用 50%放電電壓 法 ,手續(xù)都較麻煩。 (5)被測電壓越高 ,球徑越大 ,目前已有用到直徑為 3m的銅球 ,不僅本身越來 越笨重 ,而且影響建筑尺寸。 靜 電壓表 法測量 靜電壓表法測量原理是加電壓于兩電極 ,由 于兩電極上分別充上異性電荷 ,電極就會(huì)受到靜電機(jī)械力的作用 ,測量此靜電力的大小或是由靜電力產(chǎn)生的某一極板的偏移 (或是偏轉(zhuǎn) )就能夠反映所加電荷的大小。在工程上應(yīng)用較多的還是構(gòu)造相對簡單的非絕對靜電電壓表 ,其測量不確定度為 1%一 3%。此種測量表測量時(shí)可動(dòng)電極有位移。與可動(dòng)電極相連接在一起的指針或反射光線的小鏡子就指出了 被測電壓的數(shù)值。通常還可以把它接到分壓器上來擴(kuò)大其電壓量程 ,目前國內(nèi)已生產(chǎn)有 250500kV 的靜電電壓表。但是靜電電壓表的測量也存在著明顯的缺點(diǎn) : (l)容易 受到外界電場的干擾 ,同時(shí)靜電電壓表不能在有風(fēng)的環(huán)境中使用 ,否則活動(dòng)電極會(huì)被風(fēng)吹動(dòng) ,造成較大的測量誤差。若其安放位置或高壓引線的路徑處置不當(dāng) ,往往會(huì)造成顯著的誤差 ,另外它攜帶不方便。所以一般被用于實(shí)驗(yàn)室里測量 。目前應(yīng)用較多的有兩種方法 :一種是利用電容電流整流來測量電壓峰值 。 利用電容電 流整流測量峰值的原理圖如圖 所示。 dtdt。在相位上超前于電壓 90。 D,及 D:為兩個(gè)二個(gè)整流管 ,G 為檢流計(jì)。為正半波時(shí) ,電流經(jīng) D,及檢流計(jì)入地 ,當(dāng) i。故一周期內(nèi)通過檢流計(jì)的平均電流幾為 : 此時(shí)檢流計(jì)的讀數(shù)與電壓峰值成正比。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 利用電容器上的整流充電電壓來測量電壓峰值的原理如圖 所示。放電過程中電容兩端電壓為 : 式中 :以 為波動(dòng)電壓最大值 。輸入電壓加在整個(gè)裝置上 ,而輸出電壓則取自低壓臂。分壓器可以分為電阻分壓器如圖 所示 ,電容分壓器 ,阻容分壓器 ,由于工頻耐壓試驗(yàn)很多時(shí)候電壓會(huì)很高 ,在使用電阻分壓器 和阻容分壓器時(shí)會(huì)產(chǎn)生雜散電容 ,影響測量的精度 ,同時(shí)電阻分壓器在工頻耐壓試驗(yàn)中會(huì)消耗很多功率 ,所以在工頻耐壓試驗(yàn)中 ,往往用到的分壓器是電容分壓器。還可以用示波器觀察波形和測量電壓的峰值。假定被測電壓為 U,Q兩端電壓為 根據(jù)電流連續(xù)性原理 : 本文采用電容分壓器法測量試驗(yàn)電壓 ,其中高壓臂電容量 CI=Zo0PF,低壓臂電容量 Q=1 林 F,額定電壓 550kv,額定頻率 50Hz,分壓比 5000:1。 對于測量工頻的分壓器 ,一般有以下的基本要求 : (l)分壓器接入被測電路基本不影響 被測電壓的幅值和波形。在一定的冷卻條件下 ,分壓器消耗的電 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 能所形成的溫升不應(yīng)引起分壓比的變化。 (4)分壓比與大氣條件基本無關(guān)。 (6)分壓器應(yīng)采取適當(dāng)?shù)钠帘未胧?,使它的測量結(jié)果基本上或完全不受周圍環(huán)境的影響。高電壓試驗(yàn)變壓器的作用在于產(chǎn)生工頻高電壓 ,使之作用于被測試電氣設(shè)備的絕緣上 ,以考查被測試電氣設(shè)備在長時(shí)間的工作電壓及瞬時(shí)的內(nèi)過電壓下是否能可靠工作。 試驗(yàn)變壓器在原理上與電力變壓器并沒有區(qū)別 ,只是前者電壓較高 ,變比較大。 2)試驗(yàn)變壓器所需試驗(yàn)功率不大 ,所以變壓器的容量不是很大 。 3)試驗(yàn)變壓器在工作時(shí) ,經(jīng)常要放電 ,電力變壓器在正常運(yùn)行時(shí) ,發(fā)生短路事