电性能测试装置论文

电性能测试装置论文（精选9篇）

电性能测试装置论文 篇1

0 引言

电力通信光传输网络中约80%的通信业务应用需要2 M电路来承载并接入各类终端设备, 它们对传输信号可靠性和实时性有着较高要求, 为进一步强化对这些生产业务的可靠传输, 目前在电力通信系统中广泛应用了2 M有损切换装置 (Lossy Switching Device, LSD) [1,2]。黄艳明等[3]从继电保护通信网络的可靠性出发, 论证了2 M有损切换装置可以提高继电保护通道的健壮性, 符合坚强智能电网的建设要求。卓文合[4]介绍了2 M有损切换装置在安徽电力通信网中对各类业务通道保护的机理和应用形式, 包括脉冲编码调制 (Pulse Code Modulation, PCM) 通道、保护通道、调度数据网通道、交换机中继通道、电视会议系统通道等。

2 M有损切换装置通过增加传输路径和提供备用路由, 可以有力保障通道的可靠运行, 克服倒换时延对装置的影响, 便于对设备光缆等的检修管理[5]。以传送直流极I控制保护主用信号为例, 配装2 M有损切换装置前后系统情况对比如图1所示, 可以看出, 该切换装置按照“1+1”保护型配备, 当一条光传输通道出现故障时, 2 M有损切换装置会自动 (或人工) 将工作通道切换到另一条正常运行的光传输通道上。

2 M切换装置分为有损切换装置 (LSD) 和无损切换装置2种, 本文介绍了LSD的工作原理, 并在实验室条件下对LSD和继保极控装置进行了联调测试, 给出了该装置在电力通信中主要性能的测试条件和结果, 并指出了其在实际应用中需要注意的问题。

1 LSD的工作原理及主要性能参数

LSD工作原理示意如图2所示, 控制信号模块对用户2 M数据进行监控和管理, 对时钟进行提取并下达通道切换指令。告警检测模块负责对告警指示信号进行监测和判断, 并控制本端及通知对端采取相应措施, 例如当主用通道接收端的告警检测模块检测到2 M端口中断, 则输出告警指示信号并通知对端的切换设备, 同时将用户2 M数据切换至备用通道, 如果收端检测到数据, 说明切换成功, 则输出数据, 如未检测到则继续检测, 此措施可以保证双向同时切换, 并且避免切换过程中将非业务数据送给终端用户。切换控制模块通过实时提取通道监测量和通道控制信息, 完成通道切换动作。与无损切换装置相比, LSD无数据存储器, 通道切换通过硬件电路实现, 无需软件程序调整, 数据转发不占用内存资源。

LSD分为成帧信号有损切换和非成帧信号有损切换。非成帧信号有损切换采用单发单收机制, 主用通道传送用户数据 (非成帧) , 备用通道传送切换装置网管信息, 当主用通道发生故障时上报告警, 并发送告警指示信号信息通知对端进行切换, 待两端“握手”成功后, 由备用通道传送业务信息, 确保双向收发路由一致。成帧信号有损切换采用双发选收机制, 通过成帧信号中的开销比特来传送网管信息和告警信息。

LSD符合G.704和G.823标准要求, 传输比特速率为2 048 kbps, 采用2组独立的–48 V直流电源模块供电, 实现“1+1”备份, 任一模块出现故障时能够实现实时切换, 不会影响设备的正常运行, 但设备上的电源工作指示灯会出现告警, 并可在网管端监测到该告警。LSD的线路码型为HDB3码, 切换判决指标包括信号丢失告警、帧丢失告警、告警指示信号 (AIS) 告警等。网管软件可将设备状态信息 (包括端口指示状态、告警、失电等) 在网管系统的人机交互界面上实时显示, 网管接口多采用RJ45型。

2 实验测试

本次实验测试的目的是获取LSD的通道切换性能、失电 (及上电) 情况下装置的恢复时间、切换过程中对继电保护信号及装置动作的影响等。测试内容包括通道切换瞬断时间、装置失电及上电瞬断时间、切换过程中对南瑞极控装置动作及电网运行情况的影响等。

2.1 LSD的通道切换瞬断时间测试

配装LSD的通道切换瞬断时间测试连接示意如图3所示, LSD通过2 M通道与光传输设备Metro100的2 M接口相连, 本端与对端各2台Metro100分别通过光传输网络的不同路由进行通信, 分别断开2 M连线 (1) 、 (2) 、 (3) 、 (4) 后, 利用2 M仪表进行顺时针和逆时针的通道瞬断时间测试, 每种测试条件下均进行了3次测试。配装LSD的切换瞬断时间测试条件及结果见表1所列。

由表1数据可以看出, 在2 M通信通道断开的情况下, LSD能够切换到另一通道, 切换时的通道瞬断时间跟断开哪条2 M连线有直接关系。在相同条件下, 逆时针通道瞬断时间和顺时针通道瞬断时间有较大差别, 这是由于有损切换装置的通道倒换机制造成的:当一端收到告警信号准备启动倒换后向对端发送倒换信息, 只有收到“握手”信息后才启动倒换, 逆时针和顺时针通道瞬断时间差就是由“握手”过程中的路由时延引起的。

2.2 LSD失电及上电瞬断时间测试

2 M有损切换装置具备电源异常保护功能, 在收端或发端出现设备失电故障时, 通过“失电保护”功能可以将2 M有损切换装置进行有效隔离, 使发端与收端直接贯通, 确保2 M通道畅通。LSD失电及上电瞬断时间测试连接示意如图4所示。

LSD失电及上电瞬断时间测试条件及结果见表2所列, 可以看出, 与设备上电瞬断时间不同的是, 设备失电瞬断时间与原工作通道长度存在密切关系, 另外设备上电瞬断时间明显大于失电瞬断时间。

2.3 LSD切换对电网运行的影响

配装LSD的极控信号传输系统如图5所示, 由南瑞极控装置送出的极控信号经光电转换后由装置A口输入到LSD, 然后经传输设备将信号送到对端, 对端的信号处理过程与本端一致。光电转换装置的B口通过信号插入器与对端光电转换装置B口直连。在极控装置稳态运行、升功率、降功率3种情况下, 对断开LSD的连接或LSD失电时, LSD是否切换以及该过程对电网的影响进行了实验测试。测试结果表明, 当断开图5中的连接 (1) 或 (4) 时, 在极控装置稳态运行、升功率、降功率3种情况下, LSD均会发生通道切换, 且期间电网运行正常;当LSD失电时, 3种情况下LSD均转为直通状态, 期间电网运行正常。以上测试是在2个光电转换装置B口互连的条件下进行的, 若2个B口的互连断开, 重复以上测试会发现, 当断开 (1) 或 (4) 、或LSD失电时, LSD均会发生切换;直流线路纵差保护闭锁, 由联合控制转为独立控制, 通道恢复后纵差保护开放, 期间电网运行正常。

根据以上分析可以得出, 为提高通信系统乃至电力系统运行的可靠性, 应尽可能避免纵差保护启动闭锁, 因此建议采用具有A、B口的极控装置, 并且尽量保证在2个通道上采用双发选收机制同时传送业务。

3 应用LSD需要注意的问题

1) LSD的主备用通道切换存在时延, 对于保护、安控等对实时性要求很高的业务, 需要重点考虑切换装置的通道切换时间是否在该生产业务最高可容忍的切换时延内, 如不满足, 建议考虑更换为无损切换装置。

2) 确保LSD的信号编码及处理格式与客户侧设备接口的信号格式一致, 否则会造成信号无法正常传送。

3) LSD的主备用通道无关联, 备用通道传输质量劣化不会对极控信号的传送产生影响, 但在通道切换时会产生误码。

4) LSD设备、网管软件的可靠和安全问题需要引起足够的重视, 网管软件需要具备对数据库空间容量增加的控制功能, 如果未考虑, 当有异常事件导致通信网络阻塞时, 会造成恢复后的网络请求瞬间释放, 从而造成设备死机。

5) 对设备在实验室的预调试必须进行严格把关, 要进行带业务时的通道时延、装置切换及电源失电瞬断等项目的测试, 设备和网管软件的测试版本须与运行版本相一致, 此外还要开展网管软件系统与系统硬件设备整体运行稳定性的综合测试。

6) LSD缺乏完善的标准体系, 导致在设计、采购、施工、调试、验收、运维等环节均依据经验执行, 一旦条件发生变化, 极易出现不可预知的情况, 建议相关部门尽快开展对此类切换装置的技术标准制定工作, 落实该装置的使用原则, 为后续工程建设和运行维护提供指导和参照。

4 结语

本文介绍了LSD的工作原理, 在实验室条件下测试了传输通道时延、LSD通道切换瞬断时间、失电及上电瞬断时间、2 M连接线断开及设备失电情况下对极控装置动作和电网运行情况的影响等, 最后针对有损切换装置在电力通信系统中的应用, 提出了需要重视的几个问题。下一步工作中还需深入了解该装置在一级通信网的应用部署及对各项业务的承载和保护情况, 了解2 M有损切换装置在二级和三级电力通信网的布局结构, 并对存在的问题进行分析和研究。

摘要：为进一步提高电力通信系统运行的稳定性, 最大程度减小因通信检修或故障引起的对电网保护、安控等重要生产业务的影响, 需要在承载直流保护、安控等业务的一级骨干电力传输线路上配装2 M有损切换装置。文章介绍了有损切换装置 (LSD) 的工作原理, 给出了实验室条件下该装置在电力通信应用中主要性能的测试结果, 最后对该装置在实际应用中存在的问题进行了说明。

关键词：有损切换,通道时延,倒换时间,继电保护

参考文献

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[5]朱春山, 安毅.继电保护通道切换装置的技术原则与应用[J].山西电力, 2009 (2) :34-36.ZHU Chun-shan, AN Yi.Application and technique principle of channel-switching equipment for relay protection[J].Shanxi Electric Power, 2009 (2) :34-36.

电性能测试装置论文 篇2

车辆可变角度爬坡测试装置

目前,车辆爬坡能力等性能指标测试一般在车辆测试场地的`固定坡道上进行,但是对于不同种类井下矿用车辆测试的爬坡角度不同这一课题,我单位研制一种适合多种车辆可变角度爬坡性能测试装置,该装置由可变角度平台,拉力传感器和速度传感器,测试支撑轮组,工控机和微机控制系统等组成,该装置可用于车辆检测、试验和车辆修理等相关行业.

作 者：鲁显春  作者单位：三一重型装备有限公司,辽宁,沈阳,110027 刊 名：中国科技纵横 英文刊名：CHINA SCIENCE & TECHNOLOGY 年，卷(期)： “”(10) 分类号： 关键词：可变角度   车辆性能   测试装置   牵引力   拉力传感器   速度传感器  

电性能测试装置论文 篇3

关键词 石化 管线试压 安全技术

社会经济的飞速发展，人民生活水平的日益提高，对石油能源的需求也在逐渐加大。我国的石油供需矛盾，促使相应的石油生产也在扩大规模。石油的易燃易爆属性要求在进行石油生产时一定要注意安全。石油化工加工装置内所采用的介质大多是易燃、易爆并且有毒性物质，因此在施工过程中，要严格把关，严禁泄露，特别要把握管线试压环节，保证石化装置的安全以及石油生产的安全进行。如何保证石油装置安装，石油生产安全，则必须要制定严格的规范、标准，做好试压前的准备工作；严格规定试压的工艺介质；压力试验要规范严格；严格遵守试压的安全技术规定。

一、石化装置管线试压事前准备工作

1、技术要求

进行试压前首先要做好技术准备工作。一般大型的石化装置管线众多，走向也十分复杂。为了保证试压工作有序进行，必须做好技术准备工作。进行管线试压前，要根据试压方案，搞清流程安排，确定试压介质、试压方法以及各项安全技术要求。

2、检查石化装置管线的完整性

试压前还必须检查管线的完整性，完整性经检查合格才能进行试压工作。完整性检查要根据管线系统图、平面图、剖面图等相关技术规范进行检查。检查管线的完整性除了对照图纸进行对照检查；还要求施工员对每条管线进行重新检查；最后检查合格后，申报质检。按照检查内容来说检查包含了硬件和软件两大部分。硬件是检查管道安装的各项指标是否符合技术规范；软件检查则主要是检查各项记录是否完整而且准确。

3、物资准备

石化装置是以石油加工为主体进而生产各类化工原料和燃油的生产装置。这些装置内所采用的介质大多是易燃、易爆并且有毒性物质，那么在进行管线试压时也会存在较大危险性。因此在事前需要准备充分的物资，检查试压设备保养是否好，进场布置是否完善，各种试压设备是否完整，提供安全技术措施的物资准备是否齐全等相关准备都应该实现准备完善。

4、人员组织安排

试压工作危险而且复杂，为了保证试压工作完整有序进行，必须做好组织协调工作。有条件还需要组织专门的试压工作小组，全面监督工作进行，全面掌控，整体协调，促使管线试压工作安全有序进行。

二、试压介质的选择

管线试压需要选择合适的介质。一般管线试压的介质有两类，气体和液体。气体主要是空气、氮气等；液体则会选用纯净水。管线试压介质的选择不是盲目的二选一，而是要根据管线的具体要求进行合宜选择。一般来说液体试压相比气体来说安全一些，假使没有其他要求，一般选择液体试压，介质一般就是水。水的选择选择也有规定，不锈钢管道试压用水要求氯离子含量小于等于25ppm，不锈钢管道内还应该有防锈剂，保持管道不受腐蚀变质。

三、压力试验

压力试验应该选择管线正常压力的1.5倍，这样才能更好地保证压力试验的效果。当设计的温度高于实验温度时，则应该提高实验压力到原定压力的6.5倍；如果说实验的温度屈服于强度应力时，必须降低压力至强度的最高压力。气压管道的试验压力应为设计压力的1.15倍，若压力超过0.6Mpa时，则必须征求业主的同意，并采取相应的安全措施，才能继续试压。如果说对于试压压力选择气压作为试验对象，那么当强度合格满足要求过后，可以直接把试验压力降低到气密性试验的压力，并且还要稳压30分钟，如果没有泄露，压力没有下降则试验合格。还要检验在焊口、发兰、密封等各处刷检漏液的方法措施。

四、试压的安全技术规范

管线试压时十分危险的，因此必须采取各项有效的安全技术措施，保证试压工作安全有序进行。首先液体试压的管道长度应该在1000m以下，试验之前要加固并且保证试压管道的安全，并且做上记号区别其他管道，以免在试压时误拿影响结果。试验压力表也应该检查其合格期限，精读要大于等于1.5级，量程要介于被测压力的1.5～2倍，试压工作中至少要有两块试压表。在试压注水之前需要将其中的空气排放干净，而且应该在5℃以上进行压力试验，如果温度低于5℃，则需要采取必要的防冻措施。在进行压力试验过程中，如果碰到泄露的情况，不能慌乱，也不能带压修理，需要在消除缺陷之后，重新进行压力试验。压力试验合格后还需要基础排除压力，采取液体介质试压后需要将管道内的液体尽量排除干净。管线试压完毕后，需要及时的拆除临时记录办，填写试压记录表。在试压过程中，控制试压区域人员的流动，防止与试压工作无关的人员入内，试压操作人员还需要听从试压工作小组的指挥，更不能随意的开关压力阀门。

五、总结

石化装置内所采用的介质大多是易燃、易爆并且有毒性物质。在进行石化装置管线施工过程中，特别要注意安全。那么就应该采取有效措施提高装置技术的质量，为了保证石油装置安装，石油生产安全，则必须要制定严格的规范、标准，做好试压前的准备工作；严格规定试压的工艺介质；压力试验要规范严格；严格遵守试压的安全技术规定。

参考文献：

[1]孙秀敏.张敏.石油化工装置设计与安全[M].甘肃科技，2009.25（3）.

[3]田卉.石油化工装置工艺管道设计探讨[J].化学工程与装备，2008（3）.

电性能测试装置论文 篇4

接地装置是确保电气设备在正常和事故情况下可靠和安全运行的主要保护措施之一[1]。对接地装置的测试与评价一直是电力行业非常重视的1项工作,多年来该领域的研究十分活跃。

文献[2]分析了影响土壤电阻率测量的因素。文献[3]介绍了1种接地极腐蚀速度和深度的监测系统。文献[4]基于地网不等电位模型,研究了接地网的冲击电流效应。文献[5]通过电缆外皮的分流系数评估了接地网降阻改造的效果。文献[6]提出了变电站接地电阻的设计取值方法。文献[7]提出1种接地电阻测量仪的新思路。文献[8,9,10]实现用电路的思想进行接地网腐蚀诊断。文献[11,12,13]给出1种基于接地网可测性分析的腐蚀诊断方法,并给出优化的测试方案。

文献[14]使用CDEGS接地分析软件对扬州电厂接地网的跨步电压、接触电压和地电位升等进行了评估,并提出了改造方案,为解决大型接地网的评估改造问题提供了有效途径。

文献[15]及相关标准也都指出对接地装置的安全性评价不能仅仅依靠接地电阻来进行,需要周期性测试观察并进行综合考虑。

综上所述,对于接地网的测试及评价的研究已经取得了大量成果,这些研究结果表明,对接地腐蚀检查与接地参数的测试评估很有必要,但目前还没有文献介绍接地装置综合量化评价体系的研究。

本文将在现有成果及执行标准的基础上,结合接地装置的测试内容及测试方法,探讨性地提出1种接地装置综合量化评价体系的建立。

1 接地装置状态影响因素及要求

目前大部分文献及标准都认同影响接地装置安全稳定运行的因素主要有以下几个方面:接地电阻、跨步电压、接触电压、电气完整性和接地装置腐蚀状态及热稳定性等。下面说明这些因素与接地装置安全运行状态之间的关系。

1.1 接地电阻

接地电阻是接地装置与无穷远之间所呈现的等效电阻。它包括接地装置本身电阻、接地装置与接地设备间的连线电阻、接地装置与土壤之间的接触电阻的总和。当发生接地短路故障或在雷击电流作用下,实际经过接地装置流入土壤中的电流与接地电阻的乘积大小反映了地电位升,一般情况下,地电位升不允许超过变电站二次设备的绝缘水平,否则因地电位升所引起的反击电压将烧毁设备,从而影响电力系统的稳定运行。现行标准对大型接地装置的接地电阻和地电位升有明确规定。

多数专家认为接地电阻R与实际入地电流I的乘积一般不得大于2 000 V。高土壤电阻率地区,若接地电阻有较大数值,必须保证接地短路时地网接触电压和跨步电压不超过允许值,但接地电阻不能超过5Ω。

1.2 跨步电压和接触电压

当有故障电流或雷击电流经接地装置流入大地时,接地装置及其周围所处的区域将产生地电位升,接地装置及其所处区域实际是1个不等电位体,若有人在附近行走或设备区工作,则人行走的两脚之间、脚与设备外壳之间都会存在一定电位差,分别称为跨步电压与接触电压,由此可见,这2个因素也影响着接地装置的安全状态。为了维护运行人员及其他人员的生命安全,必须将跨步电压与接触电压控制在安全标准许可的范围内,并将之作为评估接地装置安全性的重要指标。

相关标准规定接触电压Ut、跨步电压Uz满足和的。要求。其中,ρf和t分别指接地网所处环境土壤电阻率和接地短路电流的持续时间。

1.3 电气完整性

在接地系统中,连接电力设备地与接地网的导体支路称为接地引下线。所有接地引下线与接地网都可靠连接的状态称为电气完整性。若与设备相连接的接地引下线与接地网没有取得可靠连接,或连接不达标,一旦有大电流经过则该设备将有失地的危险,无法保证该设备可靠运行,从而影响整个系统的稳定性。现行标准规定,接地引下线之间的直阻需小于200 mΩ。

1.4 接地装置的腐蚀状态

接地网由金属制作而成,不可避免地存在腐蚀问题。若接地支路腐蚀严重,则导体截面可能不满足热稳定性校核,从而引发泄流不畅或导体熔断问题,影响了接地系统的安全性。

目前的相关标准对接地腐蚀检查是通过对关键位置点的开挖查看来进行的。对接地装置的腐蚀性评判可通过接地引下线及接地网主网支路的热稳定性校核来进行。

影响接地网安全稳定的因素很多,但这些因素并不是孤立存在,而是互为影响。

2 接地装置状态影响因素的测试及评价

从前面的介绍可以看出,接地装置安全性能评估可以通过接地电阻、跨步电压、接触电压、电气完整性和接地装置腐蚀状态及热稳定性等的测试或校核来进行。下面介绍这些参数的测试方法。

2.1 接地电阻的测试与评价

图1为采用传统三极补偿法测量某变电站接地电阻时,电流线电压线呈三角形。

假设土壤电阻率为ρ,通过变电站接地网注入电流(注入电流值为I)点O位于接地网中心位置,用O代表接地体,等效半径为r,电流流出点为PI,称电流极,电压量测位置为O和PU之间的电压(PU称为电压极)。电流线直线距离为do,pt,电压线直线距离为do,PU,和PI间距离为dPI,Pu。

由电流点0和PI所引起的PU点的综合电位为

由电流点O和PI所引起的接地网的综合电位为

由电压极测量得到的地电位升为

这时,接地电阻R的计算见式(4):

令称为补偿因子,则接地电阻R可用式(5)表示。

设为视接地电阻,△R为补偿接地电阻,用式△R=λ.ρ表示,则接地电阻R为测试电阻与补偿接地电阻之和,即R=R0+△R。

为了测试方便,在布置电极时,可以使接地装置、电压极和电流极按照直线0.618放线或按照三角30°夹角放线方式,这样可使补偿因子λ=0,则△R=0,这时视接地电阻即等于接地装置实际接地电阻。如果三角30°夹角放线方式受到限制而没有准确放置,可以用式(6)来进行修订。

上述接地电阻测试放线方式理论前提是:1)土壤分布均匀;2)电流极与接地装置之间的距离远大于接地装置的等效半径。因此一般情况下尽量选择远距离放线方式。但对于大型接地装置而言,远距离放线方式工作量太大,在有些环境下可能无法实现。

为了使得接地电阻的评价更合乎实际,在测试方法中需要严格遵守以下几点要求:1)以接地装置中心位置为参考点,和应大于接地装置对角线距离的4倍;2)电压测试线与电流测试线平行放置段间距不小于5 m;3)运行接地装置的测试电流源频率需避开工频50 Hz的干扰,为了增大电流的入地深度,试验电流应不小于5 A;4)应考虑试验电流可能通过电缆外壳、架空地线等外引出的情况。

对于接地电阻的评价可考虑以下规定:1)一般情况下,接地电阻与最大实际入地电流的乘积不大于2 000 V;否则,接地电阻不能大于5Ω,并确保3～10 kV阀式避雷器不应动作或动作后应能承受所赋予的能量,应有防止外引地导致的故障下转移电位产生危害的有效措施;2)接地电阻的评价需考虑季节因子。

2.2 接触电压和跨步电压的测试与评价

接触电压与跨步电压的测试一般只能抽测进行,因此其测试位置的选择需要参考接地装置导体分布图来进行。

图2和图3是1个75 m×75 m,间隔为5 m的接地网接触电压与跨步电压测试位置图。假设土壤电阻率为200Ωm,接地网埋深为0.8 m。注入电流为10 A,频率为50 Hz。

表1是用CDEGS分析软件计算得到的同一设备在不同站立位置下的接触电压。表2是用CDEGS分析软件计算得到的同一测试点向不同方向横跨0.8 m时的跨步电压。

从表1、表2可以看出,接触电压与跨步电压测试方法不同,则测试结果必然不同。当然,测量得到的最大值应作为评价对象。为确保接触电压与跨步电压测试结果能够准确反映接地装置的安全性能,测试中可考虑如下3点建议:1)通过分析软件对接地装置拓扑图计算,找出接触电压与跨步电压最大位置,并将其列入预定测试位置;2)巡视道、常操作设备、建筑出入口等需列入预定测试位置;3)通过分析软件对接地装置拓扑图进行计算,用以指导接触电压与跨步电压测试方向的选择问题。

对于接触电压与跨步电压的合格性评价,一些标准有详细要求,这里补充如下参考:1)土壤电阻率可不考虑季节因子,以避免因接触电压与跨步电压可能引起的人身伤害;2)接地短路电流持续时间的选取应参考继电保护装置保护动作时间,宜保守估计。

2.3 电气完整性测试与评价

电气完整性测试是接地装置测试中最重要的1个环节,变电站一般情况下每年至少进行1次接地装置的完整性测试。

目前现场电气完整性测试主要通过使用接地引线导通仪来进行。其测试原理是通过对2个相邻接地引下线的接地系统注入直流电流,进而量测这2个引下线间电压差,用伏安法求取2个接地引线间的等效直阻,用以评估接地装置的电气完整性是否合格。现有标准对接地装置电气完整性一般要求引线间等效直阻不大于200 mΩ。

假设1个6×9格的40 m×60 m接地网,每格长度为7m,接地装置的材料为40 mm×3 mm的镀锌扁钢。计算可知,加上接地引线的直阻,任意2个引线之间的等效直阻最大约为32 mΩ。考虑到现在很多大型接地装置选用较大截面的金属材料,有些甚至用铜绞线制作接地极,因此选用200 mΩ作为判断标准并不合适,建议初步按照100 mΩ进行接地装置电气完整性合格判定。当然,可能的话按照接地装置的实际图纸、材料进行计算,取1个合适的判定标准进行不同接地装置差异化评判则更好。

2.4 接地装置腐蚀状态检查与热稳定校核

近年来,接地装置腐蚀状态的诊断研究很多,这里对诊断方法不做过多叙述。这些方法一般建立于接地装置完工图纸基础之上,但很多变电站接地图纸并不规范,给接地装置腐蚀状态的诊断带来很大困难。因此对接地装置的腐蚀检测与诊断需结合可测性进行,并结合少量特定位置的开挖检查给出合适的腐蚀评估。这里给出2条关于接地装置腐蚀检测的建议:1)腐蚀速率宜参考所处的土壤环境或附近土壤的埋片试样数据来选取;2)由于有些腐蚀产物可能导电率很低,有条件则可以分析腐蚀物的导电性,防止接地装置无法顺畅散流。

通过一定的算法来合适地给接地装置追加腐蚀检测点。例如图4是1种给接地装置边缘角追加腐蚀检测点设计图,通过所加的检测点及分线,可以准确诊断出实心线所表示的接地装置支路的腐蚀状态,进而推断整个接地网的腐蚀状态。

对接地装置腐蚀评价可参考相关标准进行接地支路热稳定性的校验。接地导体的当前截面可通过导体的几何形状与腐蚀速率的计算获取。在接地引线的热稳定校核中,电流可取系统短路电流的幅值,而接地装置的主网支路电流宜通过仿真计算来获取。

3 接地装置状态综合评价体系的建立

接地装置安全综合评估包含因素很多,为对不同接地装置的安全性及可靠性评估能有1个量化的评估结果,需要建立1个综合评价体系,这里给出1种评价体系建立方法。

在建立综合评价体系之前,首先需要对影响接地装置安全性因素的重要性进行合理排序;其次根据其重要性的排序结果给出1个合适的权重因子;最后计算出接地装置的综合评估分值。下面是建议的1种接地装置综合评价体系。

一般情况下,接地装置的安全性影响因素主要由跨步电压与接触电压、电气完整性、接地导体支路热稳定性和接地电阻等组成。在故障情况下,跨步电压与接触电压对接地系统站内人员的保护情况,应属于最重要的评估因素;电气完整性反映站设备是否存在失地危险,并能够反映设备短路故障情况下故障电流是否能够顺利传递给接地网并散入地中,可放在第二位;接地导体的热稳定性可用于检查是否存在断裂、是否大面积腐蚀导致支路无法承载故障电流,可以放在第三位;接地电阻的评估主要用于检查故障下地电位升是否超过标准要求,从而防止地电位升对与接地装置所连接的设备造成危害。依照上述理由,提出如表3所示的接地装置影响因素权重数据表。

这里给出各个因素的评估分值施行参考方法。

(1)若按照百分制评估跨步电压、接触电压,可以用χ1表示跨步电压百分制评价结果,χ2表示接触电压百分制评价结果,α表示跨步电压测试最大值与允许值的比值,β表示接触电压测试最大值与允许值的比值。

式(7)是跨步电压、接触电压建议取分标准。

(2)电气完整性测试数据若达到100%合格,且测试值均在良好(按照DL/T475标准)范围内。若按照百分制评估电气完整性,可以参考如下的评估计算公式。

式中χ3表示电气完整性百分制评价结果;η为电气完整性测试最大电阻值。

(3)若按照百分制评估接地导体在考虑腐蚀后的热稳定性状态,可以参考如下的评估计算公式。

式中:χ4表示接地引线状态百分制评价结果;γ为根据接地引线状态评估结果,对接地引线进行热稳定校核、腐蚀速率计算得到的寿命年限。

(4)若按照百分制评估接地网整体状态,可以参考如下的评估计算公式。

式中:χ5表示接地电阻合格性百分制评价结果;K为接地电阻测试值与合格界定值之间的比值。

根据上述评估方法,接地综合评估公式可参照式(11)。

式中:ψ表示接地综合评估分值结果。fi(i=1……5)分别表示跨步电压、接触电压、电气完整性测试、接地引下线热稳定校验、接地网整体热稳定校验、接地电阻测试值等6项因素指标是否合格的标志,合格则值为1;不合格,对应值为0,其是否合格可参考相关标准评判,当然这里需χj≤100。

4 结论

(1)在测试跨步电压与接触电压时,测试方向的选择可以通过预先仿真得到正确的测试结果。

(2)在接地装置的综合测试与评价中,接地装置主网支路导体需进行热稳定校验,校验时的电流宜通过仿真计算获取。

(3)提出1种给接地装置边缘角追加腐蚀检测点设计方法,可用以推测整个接地装置的腐蚀状态。

摘要：为能够对大型接地装置进行综合安全性能评估,对影响接地装置安全运行的几个主要因素的测试方法及作用原理进行了分析研究,通过理论分析与仿真研究得出以下结论。在跨步电压与接触电压的评估中,土壤电阻率的选取不宜考虑季节因子;跨步电压与接触电压测试方向的选择宜通过仿真计算给出;电气完整性测试的合格性判据不宜采用200 mΩ,应适当降低;可以通过在接地网边角追加合适的腐蚀监测点来类推接地装置的腐蚀评估。最后,为建立打分制的接地装置量化评估体系,提出1种接地装置安全运行因素测试结果的评分标准及权重取值参考办法,细化了大型接地装置的状态评估体系。

电性能测试装置论文 篇5

为了适应现在新型继电保护装置的出现, 相应的对保护测试装置提出了更高的要求, 涉及计算机自动测试等先进技术的微机型继电保护测试装置已成为不可缺少的专用设备。为此各大高校科研部门和制造厂商将主要的精力投入到开发微机型继电保护测试装置上, 目前已有多种产品在市面上出现, 由于微机继电保护测试装置尚处在研发阶段, 不可避免地存在一些问题, 本文对现在的微机型继电保护测试装置所具有的性能和技术特点以及存在的缺点进行归纳总结, 并对其将来的发展方向做进一步的探索。

二、性能特点

微机型继电保护测试装置是用来对各种类型继电器和各种类型的成套保护装置进行调试的试验装置。微机型继电保护测试装置的主体是微机, 由它产生电压、电流信号, 然后经电压放大器和电流放大器对信号进行放大, 得到继电保护测试中所需要的电压和电流量。利用微机可编程原理, 具有以下一些特点:

1、通过人机对话界面, 通过键盘或鼠标, 可以方便地进入各项功能菜单, 并可随时对任一试验量进行控制, 使操作更加简单。

2、输出电压、电流的频率可调, 可对频率继电器和低周减载装置进行定值校验。

3、装置有完善的自检和保护功能。

4、测试仪器应做到接线简单, 操作方便, 一般无需附加任何测量表计。

5、通过故障录波功能。把故障录波装置或其它记录方式记录到的现场故障数据, 通过模拟测试装置输出再现当时故障。

6、采用卫星定位系统 (GPS) 对测试保护装置的输出量进行远程同步, 可以实现对高频功率方向和高频相差保护的调试。

三、微机型继电保护测试装置的测试功能

1、测试装置的测试方法。

微机型继电保护测试装置应能对被试继电器或各类保护人工测试和自动测试两种测试方法。

2、测试装置故障类型的设置。

微机型继电保护测试装置应能对被试继电器设置单相接地、两相短路、两相短路接地、三相短路以及转换性故障等故障类型。

3、测试装置的模拟振荡功能。

微机型继电保护测试装置应能提供模拟振荡功能, 以考验保护在振荡时是否误动, 在振荡加故障时是否据动。

4、测试装置的故障再现功能。

微机型继电保护测试装置应能接受来自故障录波仪的数据, 由试验装置模拟和再现实际故障情况。

四、存在的问题

尽管一些厂家的微机型继电保护测试装置的功能强大、操作方便, 但在对保护的测试应用中也存在一些问题, 主要归纳存在以下几个方面:

1、主要问题是测试装置的开入、开出量触点量致。

2、测试装置在保护出厂调试不存在抗干扰问题, 但到现场就暴露出来了。

3、测试装置电源输出不稳定问题, 容易误判断成保护装置的稳定问题。

4、小电流输出精度能较差及其的带负载能力有待提高。

5、测试装置的软件版本不断变化, 使得在现场调试时出现软件版本不一。

五、继电保护测试装置中需完善的问题探讨

随着电力系统继电保护的广泛使用, 对微机型继电保护测试装置的要求也越来越高, 测试装置只有不断改善其性能, 才能满足继电保护测试技术不断发展的需求。本文认为微机型继电保护测试装置在今后的发展中应完善的地方。

1、测试装置功放的可靠性。

对于负载较大的试验电流的继电保护装置的调试, 有必要采用电源电压自动跟踪技术, 这保障了功放的可靠性。

2、微机资源的利用。

微机型继电保护测试装置的应用软件只能运行在DOS环境下, 其编程工作量大, 而Windows操作系统简单灵活和功能强大的操作方式已广泛被用户所使用, 厂家可以充分利用Windows的系统资源。

3、从技术上要求增加开入、开出量触点的数量。

六、结束语

电性能测试装置论文 篇6

卫星有源接收天线由天线和所带低噪声放大器两部分组成,在接收天线性能测试过程中,受天线自身所带放大器增益的限制,其输出的信号功率无法达到后端测试设备最低输入灵敏度的要求,存在接收天线与测试接收机接口会出现不匹配的问题。在天线与测试设备之间必须增加一个接口转换装置才能有效地完成天线性能的测试。

1 有源天线性能测试

一般无源天线测试的基本原理框图如图1所示。

随着卫星定位系统应用领域的扩大,许多情况下要求必须对其接收天线的性能进行测试。

在微波暗室完成卫星接收天线性能的测试,标准天线只能作为发射天线,因为卫星有源天线内含有低噪声放大器,其工作模式为纯接收方式。发射与接收之间的间距是固定的。用于反映信号场强大小的接收机性能也是固定的。另一方面卫星接收天线一般是对-140 dBm的微弱信号进行放大,其增益动态范围和输出端口的动态范围很小,一般用它来对接收机的增益进行补充,因此反馈给它的输入信号功率电平不能太大。有源接收天线其输出端的功率为-120 dBm左右,而微波暗室里的场强接收机(实验室里的频谱分析仪、网络适量分析仪等接收设备等)接收灵敏度为-80 dBm左右,所以在整个测试回路里必须有40 dB左右的增益补充。

所以在实际测试过程受测试条件和待测天线自身所带放大器增益限制,卫星有源接收天线输出端口的信号功率无法达到微波暗室场强测量接收机的正常接收灵敏度要求。另外正常工作时有源天线的工作电源是后端接收机通过射频电缆供給,而在暗室进行测试时场强接收机无此能力,这样就存在接口不匹配的问题。

基于在微波暗室测量卫星有源接收天线所存在的问题,在待测天线与后端测试设备(场强接收机、频谱分析仪、网络分析仪等)之间增加一个接口转换装置来满足后级测试设备的需求。

2 有源接收天线性能测试接口转换装置

接口转换装置在整个测试链路的位置,与前端待测天线、后端测量设备之间的连接关系如图2所示。

接口转换装置安置在待测有源天线和测量仪器之间,它必须对由卫星接收天线接收下来的射频信号具有大于40 dB的增益;为保证整个传输链路信号的信噪比,必须具有低的噪声系数(小于1)并满足电路匹配和供电匹配。

按照测试要求待源天线与后端测试设备之间的接口转换装置包括:与有源天线、后端测试设备对应的SMA接头;具有一定功能的低噪声放大器;直流电源隔离电路;防浪涌冲击电路。其接口转换装置的结构如图3所示。

2.1 直流电源隔离电路

直流电源隔离电路除给接口转换装置提供一正常工作电压外还要给卫星接收有源天线里的低噪声放大器提供一低纹波的工作电压。其技术特点是输出多路低纹波的±12 V,±5 V的工作电压。实际电路用目前技术比较成熟的微带传输线、瞬态电压抑制二极管、电阻、电容、电感及DC/DC模块等器件就可以实现。

2.2 低噪声放大器

低噪声放大器是接口转换装置的核心器件,为接口装置提供了适宜的增益(大于40 dB),保证了装置的噪声特性(前级放大器的噪声系数在0.9左右,由于它起的是一个桥梁作用,其噪声系数也必须小于1),满足了测试过程中射频信号变化的线性动态范围(动态范围在60 dB左右)。

接口转换装置输出增益就是所设计低噪声放大器的增益。该放大器的增益与所测天线自带的放大器的总增益在60 dB左右即可满足使用要求。一级放大电路仅能提供小于20 dB的增益,而有源天线自带放大器增益只有十几分贝,所以该低噪声放大器设计成两级放大器,器件采用ATF54143晶体管。

对第一级放大电路优先考虑噪声系数,后一级放大电路主要考虑稳定性, 第一级输入按最佳噪声设计匹配电路,输出对增益的平坦度进行一定的补偿,第二级按最大增益设计匹配,使放大器有较高的增益,并使幅频特性为最佳平坦。其低噪声放大器结构框图如图4所示。

低噪声放大器的偏置电路中晶体管的S参数和噪声系数是在特定的静态工作点测得的,静态直流工作点不同,各参数也会有变化,为了准确地设计,选择参数测定时的工作点为放大器的工作点。图5是取静态工作点为Vds=4 V,Ids=10 mA ,得到Vgs=0.45 V的直流特性曲线,m1所指曲线为选定的直流特性曲线。

匹配电路包括输入、输出和级间匹配电路,设计中借助Smith 圆图完成匹配电路的设计。

2.3 防浪涌冲击电路

防浪涌冲击电路是阻止整个天线测试过程中浪涌电流对有源天线及低噪声放大器的损坏,有效地保护了整个信号接收链路里的测试装置。电路实现采用专用绕线电阻、高频二极管、高频三极管、电感、电容进行组合,形成防浪涌冲击电路。

3 仿真验证

ADS是在射频微波领域具有强大的功能、丰富的模板支持和高效准确的仿真能力的EDA软件,包括从频域和时域电路仿真到电磁场仿真的全套仿真技术。

利用ADS仿真软件对低噪声放大器电路进行仿真。仿真得到的低噪声放大器工作频率为1.3～1.8 GHz,NF<0.76 dB,Gain>30 dB 、输出驻波比:VSWRout≤2.1,输入驻波比:VSWRin≤1.7。其性能指标以及其曲线如图6～图9所示。

从图6中可以看出在1.3～1.8 GHz之间,两级放大器的增益大于设计指标要求的30 dB。

在两个稳定性测量方程 Mu 和 MuPrime下满足稳定性的要求。

从仿真结果看,基于ATF-54143射频晶体管实现的低噪声放大器具有宽的线性功率范围(比所测天线自带的低噪声放大器的线性功率范围宽30 dB左右)、大的功率增益(该放大器的增益与所测天线自带的低噪声放大器的增益加起来总增益在60 dB左右)、低的噪声系数(噪声系数与增益之比远小于所测天线自带的低噪声放大器的噪声系数与增益之比)和低的增益平坦度(0.1 dB)。

4 结 论

本文提出了在待测有源天线和测量仪器之间连接一个接口转换装置。该装置由SMA接头、低噪声放大器、直流电源隔离电路和防浪涌冲击电路构成。仿真表明,该低噪声放大器具有宽的线性功率范围、适宜的功率增益、最佳的噪声系数和低的增益平坦度。该接口转换装置能有效地完成在微波暗室里进行的卫星有源接收天线性能测试。

该接口转换装置还可用于实验室通过网络分析仪或频谱分析仪对类似卫星信号这样的微弱信号进行分析,具有一定的实用价值。

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电性能测试装置论文 篇7

关键词：数字化,变电站,智能测控装置,测试平台

0 引言

数字化变电站是由智能化一次设备 (电子式互感器、智能化开关等) 和网络化二次设备分层 (过程层、间隔层、站控层) 构建, 建立在IEC 61850通信规范基础上, 能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。数字化变电站的优越性体现在过程层设备的数字化、整个站内信息的网络化以及开关设备的智能化。目前, 我国已有多座数字化变电站建成投运, 在建以及规划中的智能站数量也在不断增加。由于相关新技术在变电站自动化系统中的应用还处于摸索阶段, 因此需要对运用这些新技术、新设备的变电站自动化系统及装置的各项性能指标进行详细测试, 以判断是否能满足工程实际和应用要求。

1 数字化变电站智能测控装置的新特点

传统变电站中, 由传统电流、电压互感器采集模拟量, 通过电缆传输到测控装置进行模数转换后, 再经过网络传送给后台监控系统, 而后台监控系统以及测控装置对一次设备的控制功能也是通过电缆传输模拟信号至被控一次设备实现的。数字化变电站则实现了电气量数据采集环节以及控制环节的数字化应用, 通过电子式互感器、合并单元、智能操作箱, 将一次设备采集的电气量就地转化为数字信号通过光缆传输, 而运行控制操作过程则经网络通信方式以信息报文方式实现。传统变电站与数字化变电站的系统连接对比如图1、图2所示。

由图1、图2可知, 与传统变电站相比, 数字化变电站的测控装置有其新的特点。

(1) 由于电气量信息的数字化输出, 可实现一、二次系统电气上的有效隔离, 因此开关场、感应及电容耦合等途径对于二次设备的各种电磁干扰将大为降低;取消了电信道传输, 整个二次光缆传输回路完全绝缘, 没有接地的要求, 从而提高了测控设备运行的安全性, 同时对数字化变电站测控装置的电磁兼容以及绝缘性能的要求与传统测控装置相比有所降低。

(2) 由于测控装置的数据来源由原先的模拟量采集变为数字量, 对输入的电气量所做的降压、滤波以及A/D转换工作都得到了相应的简化, 部分工作由电子式互感器或合并单元来完成, 因此大大简化了测控装置的结构, 测控装置取消了传统的交流采样软硬件模块, 代之以以太网或光纤通信接口, 只需直接对合并单元输出的数字信号进行处理即可。

(3) 降低了测量电气量在传输过程中的误差, 提高了测控装置的测量精度。传统变电站中, 一次设备采集的电气量信号通过电缆传输至二次设备, 其误差随二次回路负载的变化而变化;而对于数字化变电站传输的数字信号来说, 不会受到负载的影响。就理论上来说, 测控装置本身不存在测量误差, 系统误差只来自于电子式互感器, 但在实际应用中, 测控装置对输入的数字信号的处理仍会影响测量精度。

(4) 有助于实现多功能智能IED的应用。传统变电站因常规电磁式互感器的固有磁饱和现象, 一次电流较大时会使二次输出发生畸变, 难以同时满足正常运行时高精度以及故障时宽量程的测量要求。随着电网电压等级的升高, 往往要求测控单元与保护装置分开, 同时要求电网动态记录的相角测量系统PMU与故障录波系统DFR装置分离。若采用数字化量的传输模式, 就可避免上述矛盾, 将与电网运行监控、保护、记录有关的多项功能集成于一台智能IED中, 共享部分软件与硬件平台, 实现测控、保护的一体化应用。

2 数字化测控装置性能测试项目

IEC 61850对变电站自动化的应用价值主要体现在互操作性支持上, 因此与传统测控装置的测试项目不同, 数字化测控装置的测试重点应围绕装置是否具有互操作性。IEC 61850标准中对互操作性的定义是“来自同一厂家或不同厂家的智能装置IED之间交换信息和正确使用信息协同操作的能力”, 而实现设备之间互操作的基础是通信服务的一致性, 即通常所说的“一致性测试”, 它属于“证书”测试, 目的是验证协议实现与相应的协议标准的一致性。一致性测试同时也是应用测试的基础, 装置只有通过了一致性测试, 才具备条件构成应用系统以完成应用测试。应用测试同时也包括两个方面:一是测控装置的性能测试, 用来评估装置的性能指标是否满足设计目标或应用要求;二是装置对于应用环境的适应性测试, 例如电源影响测试、高低温测试、绝缘性能测试、耐湿热测试、电磁兼容性测试等。

由于数字化变电站测控装置的新特点, 对于数字化测控装置的性能测试内容也有明显的不同, 具体测试项目应包括以下几种。

(1) 网络通信检查。一是检查装置通信接口, 即检查通信接口种类和数量是否满足要求, 检查光纤端口的发送功率和最小接收功率;二是检查通信功能, 即检查通信异常情况下, 测控装置的运行状态, 包括通信中断、通信恢复、通信异常以及抗网络风暴的测试。

(2) 装置时钟对时精度检查。检查装置时钟与GPS时钟源的对时误差以及装置事件顺序记录的时钟误差。

(3) 采样值精度检查。可参考传统测控装置的采样值精度的测试项目对数字化测控装置的零漂和采样值精度进行检查, 影响量的参比条件、被测量的参比条件以及标称值使用范围极限和允许的改变量可参考DL 630—1997《交流采样远动终端技术条件》中的有关规定和要求。

(4) 采样值同步性检查。数字化变电站对于数据源同步的要求很高, 测控装置的采样同步性检查就是测试测控装置采集的数据是否同步。

(5) 遥信功能检查。一是检查开入、开出信号, 即根据被测装置开入、开出实端子和虚端子的配置情况, 检查实端子是否正确显示当前状态, 虚端子是否与设计功能相符;二是检查SOE分辨率, 即检查装置能否记录任意两路固定时间间隔的遥信变位, 装置的事件记录中的遥信名称、状态及动作时间是否正确;三是检查开关量防抖动, 装置应能设置开入量的消抖时间, 然后产生一个持续事件小于该设置值的开入脉冲, 要求测控装置不应产生该开入的SOE。

(6) 遥控功能检查。在主站系统进行遥控操作, 观察装置的遥控执行指示器能否正确指示, 并模拟故障使遥控返校失败以检查遥控执行的正确性。

(7) 信息响应时间检查。检查遥信变位以及重要的遥测信息传送到主站的时间。

(8) 装置运行功耗检查。检查测控装置正常运行状态下的电源功耗。

3 数字化测控装置性能测试平台的搭建

传统测控装置通过三相程控标准源或继电保护测试仪直接向测控装置输出电压和电流模拟量, 而数字化测控装置的输入为数字信号, 因此数字化测控装置的性能测试与传统测控装置相比有很大不同, 其测试平台的搭建方式主要有以下几种。

(1) 采用全数字测试仪, 测控装置和数字测试仪之间采用光纤连接, 通过光纤传送采样值和跳合闸信号。

(2) 采用数字标准源, 通过光纤传送采样值信号, 而跳合闸信号则由传统的测试仪通过电缆与智能终端相连接, 再由智能终端通过光纤输出数字信号至测控装置。

(3) 采用传统测试仪, 测试仪与电子式互感器、合并单元及智能终端之间通过电缆传输模拟量信号, 再由合并单元和智能终端通过光纤输出数字信号至测控装置。

若使用传统测试仪, 则需要与合并单元、智能终端等配合使用, 受上述装置性能指标影响, 将难以得到准确定量的测试结果, 对于测试结果中出现的问题难以分析认定是被测装置本身还是配合使用的合并单元或智能终端的问题。而全数字测试仪, 要求能够提供多个可供自由配置的光口, 实现不同格式的SV报文 (IEC 60044-8, 9-1, 9-2, 9-2LE) 发送, 发布和订阅GOOSE报文并能进行GPS时间同步。目前, 国内能够满足上述要求的全数字测试仪较少, 并且尚无相关的技术规范和相关机构认证。

除基本的测试平台以外, 数字化测控装置性能测试的新特点和与传统测控装置不同的新的性能测试项目, 还需配置其它辅助性的测试仪器设备, 包括时间精度测试仪、网络分析仪以及光源、光功率计、可变光衰耗器等。为满足性能测试要求, 搭建如图3所示测试平台。

4 结束语

随着数字化变电站技术的逐步发展和应用, 越来越多的数字化变电站投入运行, 原有的测试手段已经不能满足对新型数字化测控装置的测试需要。为此, 国网电力科学研究院实验验证中心在对数字化测控装置性能测试的过程中总结出以上相对完整的测试平台, 能够满足对现有测控装置的大多数测试要求。当然, 在实际测试过程中, 本测试平台及相关仪器设备也暴露出普适性、兼容性等不完善的地方, 还需要进一步的改进和完善。此外, 随着数字化变电站技术的进一步发展, 数字化测控装置不断朝多功能智能IED的方向发展是测控装置未来的发展趋势, 这对测控装置提出了更高的测试要求, 必须不断提出改进方案, 以适应数字化变电站技术的发展方向。

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电性能测试装置论文 篇8

随着大电网互联和电力负荷需求的急剧增长,电网稳定就显得尤为重要,因此构建全网动态稳定性监视与控制系统成为当前电力系统急需解决的问题之一。PMU可实现异地相量的实时同步采集、处理、记录和远程传输,结合调度中心主站可实现对电力系统动态过程的监视与控制,也可广泛应用于输电线路故障定位、自适应失步保护、动态故障录波、电网状态估计及防灾预警等方面。

随着PMU现场检测工作的深入开展,国家电网公司于2010年、2011年先后发布了《电力系统同步相量测量装置(PMU)测试技术规范》、《电力系统同步相量测量装置检测规范》,进一步规定了PMU的检测项目、检测方法和检测结果判定等。但是受传统常规检验仪器及手段的束缚,PMU大部分的稳态性能和动态性能都无法得到检验,因此亟待研究出相应配套的PMU测试仪以解决上述问题。

《电力系统同步相量测量装置(PMU)测试技术规范》定义了4种PMU测试平台,即稳态性能测试平台、比对试验测试平台、动态波形回放测试平台和高性能标准源测试平台。前3种测试平台基本用于试验室,不适用于电厂或变电站的现场调试。高性能PMU测试仪作为独立的测试平台,具有测试准确、即时、可标定、可溯源的特点,同时具有便携的优势,是最理想的PMU测试方案。本文提出一种用于现场调试的高性能PMU测试仪,它能产生相角具有GPS绝对时标的稳态测试信号或特定时标下的动态变化信号,为PMU的稳态、动态性能测试提供全面的测试手段。

1 PMU测试仪的系统构成与工作原理

PMU测试仪由高性能标准源、GPS卫星接收设备和测试软件构成,如图1所示。测试软件由PMU测试仪控制软件和WAMS主站模拟软件组成。

应用PMU测试仪进行检测时,由PMU测试软件联机控制测试仪,产生带GPS绝对时标的测试信号,输出到被测PMU;WAMS主站模拟软件与被测PMU通信,接收被测PMU输出的相量测量报文,以获取PMU相量测量数据。PMU测试软件可进一步比对所获取的数据,判断其是否合格,形成自动闭环测试。

PMU测试仪的绝对时间由TPS卫星接收设备提供。GPS卫星接收设备通过天线接收GPS同步信号,并将PPS脉冲提供给高性能标准源。高性能标准源对PPS脉冲进行前馈补偿输出环节的固定时延后,将其作为DSP计算三相交流电压、电流输出及键相脉冲输出的时间基准。PMU测试仪的关键技术是与PPS同步的测试信号的发生方法,需要保证输出信号相角具有绝对时标,同时输出信号能够灵活地实现调频、调相、叠加谐波、低频调制、线性调制等功能。

2 PMU测试仪的硬件设计

PMU测试仪硬件包括GPS卫星接收设备和高性能标准源。GPS卫星接收设备技术已经比较成熟,直接采用现有的工业级设备,信号接收时间误差为±1 00ns。高性能标准源采川模块化思想设计,各模块独立工作、互不干扰,模块间采用内部总线接口,如图2所示。

DSP主CPU管理模块作为高性能标准源的总管理模块,负责接收PMU测试软件的测试执行方案,执行控制算法主程序,控制内部各模块的输出。FPGA高速数据处理模块主要用于对交流及键相脉冲输出的精准控制,接收DSP对交流电压/电流的幅值、相位和频率的调制。PPS同步时钟接收模块为了使输出相角与GPS绝对时间误差小于0.05°(2.77μs),要求硬件时间基准温漂小于±1.5×10-6,高速DDS合成频率大于1MHz。AI交流功率输出模块要求稳定度高、输出响应时间短;另外还要求输出响应时间通过元件参数可控,并可通过时延预控补偿逻辑加以补偿,使输出相角具有绝对时标。

硬件设计的核心在于同步测试信号的发生。测试信号的时间同步可通过处理器品振的选用和PPS信号定时修正处理器中断间隔来实现。但测试信号本身是模拟信号,从数据计算完成到测试仪端口输出间存在时延。输出通道的时延主要包括DAC数模转换时间、模拟通道和功率模块产生的时延两部分。对于单台装置,通过选用高速DAC和控制模拟通道上关键元件的参数,可保证其输出通道的时延具有良好的重复性。因此,输出通道的时延可作为整机的一个特征参数进行调试并在同步控制中进行补偿。

PMU测试仪采用对PPS的前馈补偿来补偿输出环节的固定时延。补偿时,将PPS信号沿作为FPGA的触发信号;FPGA从PPS信号触发开始计时,计时时间为(1s-时延补偿时间);FPGA以计时停止时刻为起点,产生对DSP的中断,控制DSP产生DAC输出信号。

3 PMU测试仪的软件设计

PMU测试软件采用分层结构、面向对象和模块化等设计思想,降低各模块的耦合度,具有良好的可扩展性。通信层采用统一的接口界面,良好地封装及隐藏了应用层各功能单元的复杂性,为各测试模块的编写及添加新功能提供了充分的便利。PMU测试软件采用Microsoft Visual Studio进行开发,主要开发了PMU测试仪通信模块、WAMS模拟主站通信模块、稳态性能测试模块和动态性能测试模块。PMU测试软件架构如图3所示。

PMU测试软件能对PMU产品的测量准确度、时钟同步等性能指标以及实时监测、动态数据记录和实时通信等功能进行综合检测。PMU测试软件主要包括以下功能。

(1)控制PMU测试仪产生与GPS同步的周期性测试信号,并模拟WARMS主站获取PMU测量数据,测试PMU的交流测量误差(包括交流零漂、幅值、相位、频率、有功功率、无功功率误差等)、交流测量影响量(包括频率、不平衡、谐波、幅值调制和频率调制、通道间影响等)、暂态录波启动等。

(2)控制PMU测试仪产生特定时标下的若干变化(包括幅值、频率、相位阶跃等),测试PMU动态特性。

(3)低频振荡测试。

(4)模拟发电机机端电压和键相脉冲信号。

(5)测试2～13次谐波影响量。

(6)WAMS主站模拟软件可实时获取PMU上送相量数据,最大获取速度为100帧/s,通信规约符合GB/T26865.2《电力系统实时动态监测系统第2部分:数据传输协议》。

4 PMU测试仪的性能检测

按照GB/T 26862—2011《电力系统同步相量测量装置检测规范》和Q/GDW 416—2010《电力系统同步相量测量装置(PMU)测试技术规范》的相关内容,对PMU测试仪的性能进行检测。

4.1 稳态输出性能检测

对于稳态输出性能检测,使用0.01级三相交流功率标准对PMU测试仪输出的交流电压幅值、交流电流幅值、频率、有功功率、无功功率的准确度和稳定度,以及负载能力、谐波输出等性能指标进行检验。PMU测试仪能够达到的主要技术指标:交流信号幅值精度不大于±0.05%;频率精度不大于±0.001Hz;可叠加谐波分量次数为2～13次。检测结果见表1、表2。

对于同步相角准确度的检测,使用高速信号采集分析仪同步记录PMU测试仪输出信号和GPS秒脉冲信号后,对记录的数据进行离线处理,计算出相角同步准确度。PMU测试仪能够达到的技术指标:相角与PPS同步准确度不大于±0.05°。检测结果见表3。

4.2 动态输出性能检测

对于动态输出性能检测,使用高速信号采集分析仪和0.01级三相交流功率标准对PMU测试仪输出幅值、相位、频率发生阶跃变化时的输出响应过程、性能指标进行记录、测量和检验。检测结果利用高速信号采集分析仪及RecordPlayer解析软件记录。

4.2.1 幅值阶跃检测

GB/T 2686—2011《电力系统同步相量测量装置检测规范》规定了一种10%幅值阶跃响应检测方法,即给PMU测试仪三相电压或电流回路加入1.0Un或1.0In、无谐波分量、对称三相的测试信号,输出相量幅值阶跃变化时刻(达到阶跃量的90%)的延时不超过30ms。现场试验以一次电压值从500kV阶跃到400kV进行检测,即用20%幅值阶跃进行检测,延时为22ms,阶跃过程波形如图4所示。

4.2.2 相角阶跃检测

GB/T 26862 2011《电力系统同步相量测量装置检测规范》规定了一种相角阶跃响应检测方法,即给PMU测试仪三相电压或电流回路加入1.0Un或1.0In、无谐波分量、对称三相的测试信号,对于任意起始相角位,先保持恒定,然后突变90°,输出相角阶跃变化时刻(达到阶跃量的90%)的延时不超过30ms。现场试验以相角10°突变到40°进行检测,相角的阶跃变化基本是连续的,如图5所示。

4.2.3 频率阶跃检测

GB/T 26862 2011《电力系统同步相量测量装置检测规范》规定了一种频率阶跃响应检测方法,即先给PMU测试仪输入额定频率,然后突变0.5Hz,输出相角阶跃变化时刻(达到阶跃量的90%)的延时不超过60ms。现场试验以电压频率由50Hz突变到52Hz进行检测,阶跃波形图如6所示。

由于RecordPlayer软件统计频率间隔为2s,无法实时显示频率变化,因此图6显示阶跃延时为2s;利用Fluke示波器可看出频率的阶跃变化基本是连续的。

4.2.4 幅值调制检测

GB/T 26862—2011《电力系统同步相量测量装置检测规范》规定了一种幅值调制方式,即给PMU测试仪输入额定三相对称电压,其基本频率分别为49.5、50、50.5Hz,幅值调制为10%Un,频率调制范围为0.1～4.5Hz,波谷、波峰时刻的基波幅值测量值误差不应大于0.2%,相角误差应不大于0.5°。试验电压调幅为10%Un(Un=500kV),频率调制为0.1 Hz时的波形如图形如图7所示。

4.2.5 频率调制检测

GB/T 26862—2011《电力系统同步相量测量装置检测规范》规定了一种频率调制方式,即给PMU测试仪输入额定三相对称电压,其基本频率分别为49.5、50、50.5Hz,调制周期分别为10、5、1、0.5s,调制信号的幅值为0.5Hz,频率的测量误差应不大于0.002Hz。试验电压调频为0.5Hz,周期为2s的波形如图8所示,最大频率的测量误差为0.002Hz。

5 结束语

高性能PMU测试仪采用GPS秒脉冲作为同步时间基准,能产生相角具有绝对时标的稳态测试信号或特定时标下的动态变化信号,并可模拟谐波叠加、低频调制、线性调制等信号和键相脉冲信号。PMU测试仪静态、动态性能检测试验表明,其性能满足GB/T 26862—2011《电力系统同步相量测量装置检测规范》。现场的使用情况也表明,该PMU测试仪能对PMU的静态、动态性能进行全面、准确、高效、规范化、标准化的检测。

摘要：利用GPS同步时钟信号的发生与时间补偿,研制一种高性能同步相量测量装置PMU测试仪。介绍PMU测试仪的硬件、软件设计,阐述PMU测试仪稳态、动态性能的检测试验。试验证明,PMU测试仪可应用于PMU设备的现场检测。

关键词：PMU测试仪,稳态性能,动态性能,检测

参考文献

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[8]GB/T 26862—2011电力系统同步相量测量装置检测规范[S]

剪切装置测试系统设计 篇9

在钻井、测井等井下仪器在作业过程中,当工作压力超过规定值时,就会造成仪器或工具损坏、断落等事故发生。这类事故在国内外常有发生。销钉剪切试验装置是一种用于精确测量剪断和挤压装配在封隔器等其他井下工具上剪钉、剪切环力大小值和一些弹性工具的伸缩应变的测试装置。本剪切检测装置真实的模拟工具的使用情况,精确测试剪断销钉的力值、剪切强度及形变量的大小,使井上操作更加精确和具体化。本次设计旨在准确的测出销钉剪切强度,在原有液压系统的基础上,根据测试环境选用探头、设计硬件电路及测试软件,使测试装置结构简单、操作方便、成本低廉、测试精度高、安全可靠。

1销钉剪切测试系统硬件设计

以液压系统为研究对象,开发精准的测试系统,可在不同规格、不同材质、不同销钉数量的情况下,给以精确的测试结果。选用感知位移和压力的传感器及高精度的数据采集卡,数据采集卡的传输方式为USB总线传输,可直接和计算机的接口相连来传输数据,与上位机软件构成试验数据的采集、处理、保存以及波形分析系统。销钉剪切试验装置的结构主要由三部分组成 :液压系统,模拟地层、钻具装置,探头及硬件电路。

1.1液压系统

图1为液压传动系统的组成结构。其工作原理是液压泵从油箱吸油,液压泵把电动机的机械能转换为液体的压力能。液压介质通过管道经节流阀和换向阀进入液压缸无杆腔,推动活塞上移,液压缸的有杆腔排出的液压介质经换向阀流回油箱。换向阀换向之后液压介质进入液压缸有杆腔,使活塞下移。改变节流阀的开口可调节液压缸的运动速度。液压系统的压力可通过溢流阀调节。

1.2模拟地层及钻具的机械构造

将销钉经图2所示内筒的螺纹卡在中轴的卡槽上,外筒经工作台螺纹固定卡紧内筒,作为模拟地层。中轴、销钉、内筒构成模拟钻具,销钉是装配在封隔器等其他井下工具上的螺钉。

装置原理图如图2所示,当销钉装上后,将工作手柄打到开,活塞杆链接着中轴,模拟钻杆钻进,此时活塞杆推动中轴上升,这一过程中剪断销钉,当听到内筒掉下的声音时,销钉剪断,剪切完成。此时将控制档位的手柄拉在关,活塞杆下降,回到初始位置,为下次试验做准备。在这一过程中,油缸压强、剪切力及活塞杆位移均由上位机软件实时监测,以防测试事故发生。

1.3传感器的选用及硬件电路设计

(1)传感器的选用

根据销钉剪切测试系统的测试目的、测量范围、性能指标、测试条件等要求对传感器需进行合理的选择 , 本装置选用西安新敏电子科技有限公司CYB系列的电流型压力变送器和康宇测控公司的KYCM系列的瓷致伸缩位移传感器。该压力变送器可适应工业各种场合和介质,其主要特点是精度高,经线性处理最高优于0.1%FS,高精度、高稳定性、高可靠性,本质安全防爆型,耐磨损、抗冲击、防腐蚀,年漂移量小,使用温度范围宽 :-20~85℃。是传统压力表及传统压力变送器的理想升级换代产品,是工业自动化领域理想的压力测量仪表。KYCM系列的瓷致伸缩位移传感器是电压型位移传感器,具有非接触式测量、绝对量输出等特点。

由于选用的数据采集卡的输入信号类型为电压信号,需将压力传感器的输出信号转为电压信号,图3为信号转换电路,在由电源和传感器构成的回路中加上负载电阻,压力传感器输出电流信号的范围 :4-20mv。将信号变为2-10V的电压信号,需将负载电阻的阻值设为500Ω,由于以负载电阻R两端的电压信号作为有用信号,选用电阻变的十分重要,在这里采用军品级500Ω电阻,且在使用之前再次测量。

(2)信号调理电路

由于实验的销钉个数和材料不同,当销钉很细且材质软时,输出的信号会相对较小,系统噪声对其影响很大,所以设计信号调理电路,降低信噪比,确保数据采集的稳定性和可靠性。信号调理电路由一个电压跟随器、一个低通滤波器、一个减法器和一个放大电路组成。如图4所示,A1为电压跟随器,A2为低通滤波器和减法电路,A1为A2提供稳定、准确的基准电压,基准电压设为传感器上电以后的起始电压2V。R1、R2将供电电压分出2V给A2运放的正输入端,选定R1的阻值,R2选用可变变阻,使R1/R2=2/13,以便提供准确的2V基准电压,这里加跟随器是为了避免分压电阻对后级电路的影响。A2的减法电路R4/R5=R8/R7,此处均选用电阻20KΩ,经查阅资料,低通滤波器的截止频率可设为10KHz,f=1/2πRC,R=1.6K,C=0.01p F。A3为同向放大电路,结合信号调理电路实际信号输入分析,且数据采集卡的最大输入为10V,将放大倍数AV设为3,AV=1+R10/R9,R10=20 KΩ,R9=10 KΩ。

1.4数据采集板卡

系统选用北京阿尔泰USB2831数据采集板卡,是一种基于USB总线的数据采集板卡。见图5所示,为了信号方便接入测控系统,将三路信号线固定接入数据采集板的三个模拟量采集通道,在以后的实验中无需再次设计信号接入,方便实验操作。采集到的信号经USB数据线传输给上位机。

2上位机软件设计

2.1软件平台的选择

本文基于Labview软件和高精度的数据采集,编制USB采集程序和压力曲线监控软件,重新标定测量量程和参数,并实时显示工作推力、位移、速度、时间及相应波形图表,测试结果可通过控制台上的计算机显示、采集、记录、打印。用户可以把曲线以图片的形式保存到计算机中。最终达到提高销钉剪切装置采集准确度和控制精度的目的。

2.2设计思想

本软件设计时采用了前端用户界面结合数据库的方式来实现。前端用户界面采用Lab VIEW,后台数据库采用Microsoft Access数据库。前端用户界面的主要模块包括 :信号采集模块、信息保存模块、数据分析模块、查询打印模块和退出模块。信号采集模块主要通过USB2086采集卡来实现。采用3通道采集,采集的物理量有油缸有杆腔压强和油缸无杆腔压强及活塞位移。最终经过软件上的运算处理,显示出检测到销钉的剪切强度及整个测试过程的实时压力位移测试曲线等。在计算销钉剪切强度的过程中,用无杆腔压强减去有杆腔压强的差值计算,这样会降低测量误差。

(1)压力采集模块设计

压力采集模块主要实现对压力信号的采集,以及电压和压强之间的转换。上位机接收到的电压和压力转换公式如下所示 :

(2)位移采集模块设计

位移采集模块主要实现对位移信号的采集,。具体的电压和位移转换公式如下所示 :

2.3系统功能模块

软件系统设计框图如图6所示。主界面的设计采用了按钮式设计思想。通过点击不同的按钮来选择进入不同的功能模块。可以使试验操作人员清晰、方便的使用。系统主要由以下设计模块组成 :

(1)校准模块

校准模块主要对测试之前的误差进行校准,而且销钉剪切装置经过长期使用,会造成系统误差,为此需要对系统误差校准,设置此模块,无需硬件改动,使系统校准变得简单易行。

(2)测试模块

测试模块的测量范围包括 :时间 - 载荷曲线、位移 - 载荷曲线、载荷峰值、实时载荷、油缸压强(无杆腔和有杆腔的压强差)、剪切强度、实时位移。在测试开始之前,需设置采集的参数,如销钉数量、销钉直径。这个模块的设计基于事件结构,结合循环结构来实现,包括算法销钉的剪切数据的实现。具体计算剪切强度的方法如下所示 :

F :载荷峰值,n :销钉数量,r :销钉半径。这里需要注意的是销钉的半径为剪切有效半径,不能包含螺钉螺纹牙距。当实时测试结束后,鼠标点击测试界面的“保存”按钮,进入保存界面,在保存界面输入相关信息,然后点击“保存”按钮,保存的信息包含保存界面的所有消息,以便实验人员对其测量结果分析、比较。

(3)波形分析模块

在波形分析模块下,当选择开始时间、结束时间、产品名称和规格型号后,鼠标点击“查询”按钮,则系统从数据库中查询得到相关信息,显示在表格中。鼠标选择其中一种点击“添加波形”按钮后,添加的波形就会在波形显示区显示。对同一情况、不同情况实验测试波形对比分析,分析结束后,鼠标点击“清屏”按钮,波形显示区的波形就被清除。

(4)查询打印模块

查询模块可根据所需实验数据的信息查询相应的结果,如选择开始时间、结束时间、产品名称和规格型号后,鼠标点击“查询”按钮,则系统从数据库中查询得到相关信息,显示在表格中。可以查看查询到的不同结果,针对需求对所选测试信息进行打印。打印模板采用excel格式。

(5)退出模块

在主界面中,鼠标点击“退出”按钮,则退出整个系统。

3测试效果

表1为多次试验所做的记录表,通过此表可以得出,四个销钉的测试剪切强度数值几乎都落在设计剪切强度的范围内,两个铜销钉的测试结果都在设计剪切值之外,但差值不大,两个钢销钉的测试值则更接近设计剪切强度。分析得出结论 :1. 剪切的材料设计剪切强度越大,测试结果越准确。2. 一次剪切销钉个数越多,所测结果越准确。在系统噪声不变的情况下,销钉剪切装置的剪切力越大,则有用信号就越大,信噪比就会提高,测量值就会更精准。

4结语

钻具断落是钻井过程中经常碰到的事故,金属在足够大的交变应力的作用下,受力部位产生热能,使金属聚合力降低,形成裂纹,以致断裂。所以研制出能够监测钻进过程中钻具实时所承受的力及位移对钻井工程是相当有意义的。此装置系统作为模拟实验装置,通过以油缸无杆腔和有杆腔的压差作为测试信息的最初来源、设计信号调理电路、选用适当的传感器及高分辨率和高采样率的数据采卡、上位机软件数据处理等环节来降低系统误差。最终本系统作为检测剪切销钉强度的装置,成功的完成了期望得到的测试效果。

摘要：为了降低钻井过程中钻具损坏、断落等钻井事故的发生,研发模拟可监测钻具螺钉受力及应变的试验平台。以销钉剪切实验装置测试平台为对象,设计测试系统。根据已有液压系统的装置特征,选用传感器、设计信号调理电路及采用高分辨率的数据采集卡,设计、编制上位机软件。调试测试系统,最终销钉剪切装置的采集精度达到设计的剪切强度,并可实现不同销钉个数、材质及直径的多种工况下的测试剪切销钉强度的试验。