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

電壓是電能質(zhì)量的主要指標之一。電壓質(zhì)量對電網(wǎng)穩定及電力設備安全運行具有重大的影響。無(wú)功是影響電壓質(zhì)量的一個(gè)重要因素，各級變電站擔負著(zhù)電壓、無(wú)功調節的重要任務(wù)。隨著(zhù)工農業(yè)生產(chǎn)和居民生活對電能質(zhì)量要求的進(jìn)步，原有靠人工操縱調節電壓、無(wú)功的方式已經(jīng)越來(lái)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(lái)已將電壓無(wú)功綜合控制裝置(vqc)確定為變電站必配設備但是，由于引進(jìn)該裝置的種類(lèi)、型號繁多，給調試工作帶來(lái)了困難。鑒于這種情況，需要盡快研制一種能夠調試各種型號vqc裝置的調試儀。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?jì)x| 光度計| 電壓計| 電流計| 

1研制vqc裝置調試儀的必要性

1.1vqc裝置運行工況分析

vqc裝置是通過(guò)調節主變壓器分接開(kāi)關(guān)和投切無(wú)功設備來(lái)實(shí)現調整電壓和無(wú)功的。
現以220kv變電站(一次系統圖見(jiàn)圖1)

為例進(jìn)行分析，該站有3臺變壓器，其220kv側為擴大內橋接線(xiàn)，110kv和10kv側均為單母線(xiàn)分段接線(xiàn)，現場(chǎng)運行方式取決于各側開(kāi)關(guān)狀態(tài)。站內無(wú)功設備在不考慮調相機和靜補的情況下，無(wú)論站內是否裝有并聯(lián)電抗器，每條低壓母線(xiàn)所安裝的無(wú)功設備開(kāi)關(guān)總數不會(huì )超過(guò)6臺。鑒于目前北京供電公司有載調壓變壓器大多采用mr機構，因此每臺變壓器分接開(kāi)關(guān)應有19個(gè)位置。通常，vqc裝置輸進(jìn)量包括：各側開(kāi)關(guān)位置信息、各無(wú)功設備開(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)功設備開(kāi)關(guān)投切控制量、各變壓器有載調壓分接開(kāi)關(guān)位置調整量。

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Fluke43B電能質(zhì)量分析儀

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

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(guò)研究發(fā)現，國內廣泛使用的各種型號vqc裝置的實(shí)現原理大致相同，都是根據電壓和無(wú)功上下限值將運行狀態(tài)劃分9個(gè)區域進(jìn)行調節，電壓、無(wú)功限值區間劃分圖見(jiàn)圖2。廣州市駿凱電子科技有限公司下面分析電壓、無(wú)功限值在各區間時(shí)vqc裝置的動(dòng)作情況[1]。 電流 電壓記錄儀 5010/5020

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

1.3對vqc裝置調試儀的功能設計要求

由于該調試儀承擔著(zhù)對種類(lèi)、型號繁多的vqc裝置的調試任務(wù)，故應滿(mǎn)足下列要求[2]：①尺寸小、質(zhì)量輕、便于裝卸，一套儀器應能滿(mǎn)足一個(gè)變壓器單元的調試；②能與各種型號的vqc裝置或帶有vqc功能模塊的監控系統相匹配，即應具備最大運行方式下的開(kāi)進(jìn)量輸進(jìn)和開(kāi)出量輸出；③能夠充分、靈活地模擬現場(chǎng)可能出現的各種運行方式；④能夠模擬現場(chǎng)低壓側母線(xiàn)電壓和高壓側無(wú)功功率的變化，同時(shí)指示輸出；⑤能夠接收vqc主機的開(kāi)出信號并能直觀(guān)顯示，以判定vqc裝置動(dòng)作是否正確；⑥能夠實(shí)現閉環(huán)控制以檢查vqc主機靈敏性和適應性，并且應具備開(kāi)環(huán)的人工干預功能；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壓操縱(輕瓦斯閉鎖調壓、過(guò)負荷閉鎖調壓、10kv低電壓閉鎖調壓、主變壓器分接開(kāi)關(guān)連調閉鎖調壓操縱和發(fā)出調壓指令后調壓裝置拒動(dòng)閉鎖調壓操縱)，并具備預置主變壓器風(fēng)機開(kāi)關(guān)位置的功能；⑧能夠模擬無(wú)功設備(單段母線(xiàn)不超過(guò)6臺)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)功設備開(kāi)關(guān)位置預置功能；⑨具備一系列報警輸出顯示(vqc內部故障、vqc外部故障)、復回報警故障的功能和模擬現場(chǎng)可能出現的各種異常(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。

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2vqc裝置調試儀的設計原理

根據上述要求，vqc裝置調試儀既要能夠模擬變電站現場(chǎng)的相關(guān)電壓、電流，又要能夠模擬變電站的實(shí)際設備動(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vqc裝置調試儀只須模擬一臺變壓器高壓側套管ta二次電流(0～5a)、高壓側母線(xiàn)電壓和低壓側母線(xiàn)電壓即可得到vqc主機所需的電壓和無(wú)功功率判據。

2.1.1電流回路的構成

經(jīng)過(guò)研究發(fā)現，各型vqc裝置主機的輸進(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范圍內時(shí)可以保證丈量精度。調試選用常用的250v，25va調壓變壓器（0～5a）和25va，250v/5a變壓器等設備及220v試驗電源。調壓變壓器及變壓器通過(guò)一塊10a電流表后串聯(lián)接人vqc主機的高壓側電流回路。當調壓變壓器從o調整到3/4滿(mǎn)刻度時(shí)，電流表指示5a；繼續調整至滿(mǎn)刻度，電流表指示6.4a。試驗過(guò)程中電流數值呈線(xiàn)性增長(cháng)，說(shuō)明25va，250v調壓變壓器的輸出電流能夠滿(mǎn)足模擬現場(chǎng)變壓器高壓側套管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主機電流的方向，在現有條件下，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，而且調試裝置要有開(kāi)環(huán)控制/閉環(huán)控制兩種工作方式，當調試儀在閉環(huán)方式下運行時(shí)，每投切一組電容器，模擬的高壓側輸出電流都應相應地發(fā)生變化，即7個(gè)遞增電流分量分別對應著(zhù)0～6組電容器投進(jìn)的情況。因此，設計選用了有7個(gè)抽頭的變壓器，分別對應模擬0～6組電容器投進(jìn)時(shí)的高壓側輸出電流。模擬量部分電流回路原理框圖見(jiàn)圖3。

2.1.2電壓回路的構成

vqc主機電壓回路的電流很小，調試可選用常用的交流400v，25va，400/150v變壓器和25va調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，調整調壓變壓器從0到滿(mǎn)刻度，v2顯示線(xiàn)性變化的連續電壓。說(shuō)明上述2組變壓器可以作為vqc裝置調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tv二次電壓輸出；調壓置和電容器投進(jìn)容量的影響，因此，當調試儀工作在閉環(huán)方式下時(shí)，低壓側電壓的輸出應能與變壓器分接開(kāi)關(guān)位置和電容器投進(jìn)組數逐一對應起來(lái)。而mr機構的分接開(kāi)關(guān)共有19個(gè)位置，又當主變壓器分接頭為1且電容器組沒(méi)有投進(jìn)時(shí)低壓側也有一定的電壓輸出，因此，設計時(shí)在模擬低壓側母線(xiàn)電壓的回路中，調壓變壓器b后增加了一臺由3組串聯(lián)繞組成的共計26個(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)調節來(lái)模擬低壓側電壓的大小。變壓器c由3組繞組串接構成，其中，繞組ⅰ有19個(gè)抽頭，儀器在閉環(huán)方式下工作時(shí)，分別對應變壓器分接開(kāi)關(guān)01～19，當調試儀分頭指示器顯示為00時(shí)，表示此時(shí)分頭計數器復位，00所接抽頭位置與01相同，調試儀在開(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，當儀器工作在閉環(huán)工作狀態(tài)下時(shí)分別對應著(zhù)電容器的不同投切組數，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。綜合一定數目變電站的實(shí)測數據后，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電壓變化設定為100v，由于10kv側tv的變比為10500/100，則每改變一個(gè)分接開(kāi)關(guān)位置即繞組工每調節一個(gè)抽頭時(shí)所引起的二次電壓變化量為0.95v。同時(shí)，依據實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗，可將每投/切一組電容器所引起的10kv側母線(xiàn)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每調調節一個(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的匝數比應滿(mǎn)足為18.05：90.55：11.4，大約為8：40：5。

還需考慮的是，為使調試儀能在開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種方式下轉換，在ctbl和ctb2上分別設計了開(kāi)環(huán)/閉環(huán)工作方式轉換開(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調節旋鈕不在零位時(shí)電流、電壓變化過(guò)大燒毀vqc主機。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tv二次電壓輸出；調壓變壓器b可以手調模擬低壓側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

以規模較大變電站的現場(chǎng)情況為例(見(jiàn)圖1)，vqc主機有三側開(kāi)關(guān)位置，為能夠模擬現場(chǎng)的運行方式，設計在調試儀上安裝了3個(gè)小開(kāi)關(guān)，用小開(kāi)關(guān)的開(kāi)斷設定三側開(kāi)關(guān)的狀態(tài)從而模擬出不同的現場(chǎng)運行方式。有載調壓變壓器分接開(kāi)關(guān)位置的設計采用數字電路，廣州市駿凱電子科技有限公司利用2個(gè)led顯示00～19的數字來(lái)仿真變壓器分接開(kāi)關(guān)位置(00表示已將計數器清零)，同時(shí)為模擬vqc主機發(fā)出的升降指令時(shí)變壓器分接開(kāi)關(guān)的相應動(dòng)作情況，可遞增或遞減led的顯示數字來(lái)顯示，且具備人工預置功能以便于調試。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主機的信號。開(kāi)關(guān)量部分原理框圖見(jiàn)圖5。

為了能夠仿真無(wú)功設備開(kāi)關(guān)的投切，使用了12塊歐姆龍繼電器分別對應6臺開(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主機送相應6組無(wú)功設備的自動(dòng)閉鎖信號。同時(shí)，調試儀接收vqc主機發(fā)出的vqc內部故障報警信號和vqc外部故障報警信號，通過(guò)歐姆龍繼電器驅動(dòng)發(fā)光二極管顯示輸出，并且調試儀可以通過(guò)復回驅動(dòng)繼電器復回故障信號。設計難點(diǎn)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(jìn)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，并由投進(jìn)運行電容器組數的多少選擇相應電壓、電流的回路。根據需求選擇了gall6v8可編程芯片，他是一種有10個(gè)輸進(jìn)端、8個(gè)輸出真個(gè)芯片，該芯片的特點(diǎn)是可以利用10個(gè)輸進(jìn)端中的任意幾真個(gè)不同組合狀態(tài)對每一個(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)現將調試儀開(kāi)關(guān)量部分分接開(kāi)關(guān)位置分別對應10個(gè)不同的輸出信號，再由這20個(gè)輸出信號觸發(fā)由9個(gè)具備4對切換觸點(diǎn)的歐姆龍繼電器所組成的繼電器矩陣列，從而達到接通20條不同電壓回路的目的。

3調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試儀對北京供電公司所轄變電站已投進(jìn)運行的vqc裝置進(jìn)行調試，實(shí)踐證實(shí)效果是明顯的。但是，由于該調試儀當初是本著(zhù)經(jīng)濟、實(shí)用、見(jiàn)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(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，使用單片機控制實(shí)現模擬量輸進(jìn)和開(kāi)關(guān)量控制來(lái)加以改進(jìn)，vqc裝置調試儀改進(jìn)方案原量框圖見(jiàn)圖6。