定制电力实验室（精选四篇）
定制电力实验室 篇1
目前, 国内定制电力技术水平还停留少数定制电力装置的试点应用,产品的功能、性能和稳定性还有待现场长期运行的考验, 对定制电力技术试验和检测方面的研究基本缺乏, 还没有一家较为完整及专业的大容量定制电力技术产品试验、研究及检测实验室。为了加强定制电力设备关键技术研发试验工作, 促进定制电力技术进步和健康发展, 迫切需要建立相配套的定制电力技术研究能力与检测能力,建立试验标准,以支撑智能电网建设顺利实施。 国网电力科学研究院基于 “国家能源智能电网研发 (实验 )中心 ”的需要 ,启动了定制电力实验室开发与建设。 通过定制电力实验室开发与建设,构建了690 V(380 V)、10 k V(3.3 k V)多电压等级大功率物理模拟实验室、1 k V小功率动态模拟实验室、定制电力技术基础实验室、高压电气性能实验室, 全面提升了电力电子技术领域的产品研发试验能力和核心竞争力。
物理模拟实验室通过实物模拟定制电力设备的运行环境,提供装置级、系统级的研究、试验 / 检测能力; 动态模拟实验室为定制电力技术产品的控制保护系统及控制保护策略提供一个试验、研究环境,给阀控系统提供一个长期运行、试验环境,指导定制电力技术设备控制保护系统工程实用技术的测试、检验等;定制电力技术基础实验室包括水冷设备阀组温升试验系统、双脉冲测试平台,建立器件级、阀控设备的研发、试验 / 检测能力; 高压电气性能实验室具有对定制电力设备进行工频耐压试验、 冲击耐压试验和局部放电试验等电气性能试验检测能力。
1 物理模拟实验室
1.1 建设方案
物理模拟实验室拟通过实物模拟定制电力设备的实际运行环境,目标是具备定制电力设备整体功能、性能研发、试验 / 检测能力。 最为理想的情况是利用这种方式进行设备的全功率功能、性能试验,但由于定制电力设备很多都是安装于母线处,其容量可能很大,在实验室实现难度比较大。 针对高压大容量的定制电力设备,按照IEC标准要求可以分开进行,既通过动态模拟试验平台对控制保护系统进行检测和验证; 通过高压电气性能试验平台对阀组或阀模块进行检测和验证; 利用物理模拟试验平台对整体进行全电压、 一定功率整体性能试验, 实际测试装置的动态性能, 如响应时间、稳定时间、谐波补偿率等。
通过深入研究典型定制电力设备的原理、 功能及性能指标要求,结合相关的试验标准,调研相关厂家建立的试验检测设施,确定物理模拟试验平台建设方案, 系统主接线原理图如图1所示。 供电电源为一条10 k V馈线,为了消除物理模拟平台对供电系统的干扰和谐波污染,在电源接入点设置隔离变压器和滤波器。试验平台主要由模拟电网干扰的电压干扰发生器、 模拟负载特性(包括干扰)的回馈型智能电子负载、阻感负载,适用于不同试验对象的配电系统、在线监测控制系统等。
1.2 试验检测功能
物理模拟试验平台设有380 V,690 V,3.3 k V,10 k V试验母线 ,用于进行被试设备的整体功能 、性能试验,可接入并联型、串联型[2]、串并联混合型和网络重构型定制电力设备。 基本的试验方式是通过电压扰动发生器模拟电网侧各种干扰, 通过智能电子负载推动测试功率和模拟非线性负载特性[3],以考察被试定制电力设备的整体功能和性能。 690 V,3.3 k V,10 k V试验母线试验容量为1 MV·A,380 V试验母线试验容量为500 k V·A,可在试验母线的“并联型设备测试区”处接入被试设备, 进行定制电力设备及其他电力电子设备的大功率“对冲”试验,以验证其整体和阀组的大功率运行能力,同时提供一定的设备温升试验的条件。假设“对冲”试验装置有功损耗为装置总功率的p%,在试验过程中, 理想情况下2台被试设备遵循各相瞬时功率之和恒为0的原则,电源只需要提供运行损耗,系统的容量为1 MV·A则“对冲”试验功率可达 。
1.3 试验方案
根据主电路拓扑结构和接入配电网的方式, 定制电力设备可以分为并联补偿型、 串联补偿型和串并联混合补偿型。 物理模拟试验平台考虑了以上各种型式定制电力设备进行整体功能、 性能试验的接入方式及相应的试验方案。
1.3.1 并联补偿型
典型的并 联补偿型 定制电力 设备包括DSTATCOM(即SVG)、并联型APF、SVC等 , 这类设备主要对配电系统进行无功补偿和谐波治理。 对这类设备进行试验时, 模拟实际负载特性的智能电子负载可以工作在2种状态:一种是功率因数为0的状态,智能电子负载的负载模拟换流器只发出或吸收无功,同时产生谐波干扰。 另一种方式是功率因数不为0,智能电子负载的负载模拟换流器推动试验环路中的有功、 无功交换,同时产生谐波干扰,并网换流器将有功功率回馈到电网, 即模拟实际负载以一定功率因数 (不为0)消耗功率同时产生干扰的情况。 在实际应用场合可能会出现负载和电网同时产生干扰的情况, 这对定制电力设备的整体性能考核非常严苛。 并联补偿性定制电力设备的试验方案如图2所示。 电压干扰发生器模拟电网产生电压干扰和谐波, 智能电子负载模拟实际负载产生无功、谐波干扰。
1.3.2 串联补偿型
串联补偿型定制电力设备一般用于补偿系统电压暂降,将敏感设备和干扰源隔离以保障其正常运行。典型的串联型定制电力设备包括动态电压恢复器DVR、 动态不间断电源DUPS、串联型有源滤波器等。 其中串联型有源滤波器除了具有前述功能外, 还可以接在供电系统与非线性负荷之间将系统与非线性负荷隔离开,同时在负荷侧并联无源滤波器,防止非线性负荷的谐波电流流入系统。 针对带大容量储能部件的串联型定制电力设备,如果采用有功功率回送的试验方案,试验过程中可能会出现向配电网单向馈出电能的情况, 如图3所示。 在这种情况下选择采用常规负载的试验方案,由常规无源负载消耗有功功率,智能电子负载模拟无功和谐波干扰。
1.3.3 串并联混合补偿型
串并联混合补偿型定制电力设备为统一电能质量调节器UPQC (Unified Power Quality Conditioner)。 UPQC由串联型和并联型有源滤波器结合而成 , 将并联电流补偿原理和串联电压补偿原理结合在了一个装置中,可同时对电压和电流进行补偿。 UPQC一般连接在谐波源附近, 其不但能够补偿非线性负载的不对称和谐波,而且能够补偿电源电压的不对称和谐波,因此它提高了供给接在同一条交流母线上其他谐波敏感负载的电能质量。实验方案如图4所示。电压干扰发生器模拟电源侧的干扰, 智能电子负载模拟非线性负载的干扰,UPQC同时进行补偿。 通过检测常规无源负载侧的电能质量对UPQC的整体功能进行评估。
1.4 试验波形
物理模拟试验平台针对不同的被测设备, 要求电压扰动源和智能电子负载模拟电网产生的各种电能质量干扰。 这里不针对某种定制电力设备开展相关试验研究,只检测电压扰动源设备的输出指标,根据国标要求进行功能性试验。
1.4.1 电压暂降试验
电压扰动发生器输出电压暂降范围: 下降深度10%~95%,在额定电压范围内可调,持续时间按国标要求连续可调。 输出电压为690 V,电压暂降深度为95%时, 持续时间设置在1000 ms时的三相电压波形如图5(a)所示;从图5(b)中能明显看出,电压扰动源能很好地模拟电网的暂降输出, 能有效地考核其他设备的运行状态。
1.4.2 三相不平衡试验
电压扰动发生器输出三相不平衡电压在0%~20% 可调。 此处不平衡度是指在维持单元输出基波正序线电压为690 V时, 叠加一定比例的基波负序分量构成的不平衡。 图6(a)为系统设置不平衡度为20%时,通过电能质量监测仪测得的相电压实际波形及实测的不平衡度;图6(b)是实测的不平衡度为19.88%,误差为-0.12。
1.4.3 三相不平衡试验
电压扰动发生器输出电压谐波:2~50次,可单次发也可随机组合,幅值且相位可调。 电压基波和25次谐波组合的输出波形如图7所示。其中,测量出的基波电压为687.8 V,25次谐波电压为182.8 V。
1.4.4 输出电压变频试验
电压扰动发生器输出电压变频范围:45~66 Hz, 频率分辨率≤0.1 Hz。 图8中设定系统频率45 Hz,用仪器测量到的频率为44.963 Hz,相对误差为-0.08,满足要求。
1.4.5 电压波动试验
电压扰动发生器输出电压在工频基波上叠加幅度范围为0%~20%额定电压, 频率范围0.5~25 Hz的调制波形, 调制波包括正弦波和方波2种形式。 在2.618 k V的单元输出线电压正序基波上叠加一定比例的25 Hz或0.5 Hz的正弦波模拟得到的电压波形,如图9、图10所示。
2 定制电力技术基础实验室
定制电力技术基础实验室拟建立器件级、 阀控制级的研发试验能力, 为研究定制电力的关键技术和工艺提供基础条件。 定制电力技术基础试验平台包括水冷系统阀组温升试验系统、双脉冲测试系统等。
2.1 水冷设备阀组温升试验系统
电力设备运行时, 由于功率损耗的存在使各功率部件和某些结构件内部发热,引起设备的温升提高。温升太高会损坏绝缘材料, 使之失去绝缘性能或缩短使用寿命;温升较低说明所用绝缘材料没有被充分利用, 不经济。为了使电力设备既能安全可靠地运行,又能得到合理经济运行,必须要进行设备的温升试验,以验证电力设备的温升设计与结构设计是否合理[4],验证各部分的温升能否满足温升限值的要求。 对于定制电力设备, 阀组温升试验旨在检查在严酷的重复性最大负荷条件下阀中的功率器件和相关电路是否能正常工作。 大功率高压阀温升试验系统如图11所示。
试验系统中包括水冷却单元、水加热单元、就地控制单元,电加热装置设置在水冷却单元与高压阀之间, 温升试验时给冷却水加热, 使升温后的水通过高压阀散热器将功率开关器件加温, 使得试品阀进水口温度通过恒温控制达到并维持在发生最大暂态过电压过电流前可能的最大温度。
2.2 双脉冲检测平台
2.2.1 设计方案
对于全控器件的可靠性测试关键在于能建设出能适应各种全控器件IGBT的测试平台, 这个测试平台能够可靠真实地反映出全控器件在连续开断过程中的动、静态特性[5]。 该测试技术的主要测试参数包括:
(1) 对比不同的IGBT的参数;
(2) 获取IGBT开关过程的主要参数 ,例如Ron和Roff是否合适,是否需要配吸收电路等;
(3) 考量IGBT在变换器中工作时的实际表现 。 例如二极管的反向恢复电流是否合适, 关断时的电压尖峰是否合适,开关过程是否有不合适的震荡等。
双脉冲测试平台[6]是能够检验控制监视设备的性能是否正常,比如Ron和Roff是否满足要求,软关断特性是否能够符合全控器件的保护要求。
2.2.2 试验波形
通过双脉冲测试平台对全控器件IGBT进行测试时, 全控器件的反并续流二极管作为一个非常重要的元件,往往容易被忽视。全控器件反并二极管反向恢复时,实测的电压、电流及损耗功率波形如图12所示。
从图12中可以看出,全控器件反并二极管的反向恢复电流上升时, 杂散电感上产生的电压是与母线电压相抵的。反向恢复电流下降时,杂散电感电压与母线电压同向,电压落在全控器件的反并二极管上,全控器件的反并二极管出现电压尖峰,风险加大。如果杂散电感比较大,全控器件的反并二极管就更加危险了,容易跑出安全工作区。 全控器件反并二极管的电压尖峰是由于杂散电感与全控器件反并二极管反向恢复电流的后沿相作用而产生的。 所以减小直流母排的杂散电感及优化反向恢复电流的后半沿斜率都可以有效提高全控器件的反并二极管的安全裕量。
通过本双脉冲测试平台也可以在开通过程观察并联的动态均流水平。在IGBT开通时,Rgon的影响很大, 它可以影响di / dt的速度、反向恢复电流的峰值,进而决定开通损耗。 所以确定Rg最好的方法还是通过本测试平台进行双脉冲测试法动态调试该参数。 图13为3个IGBT并联的情况下测试的开通波形, 外部提供一个电压,测量出3个IGBT的导通电流Ic1,Ic2和Ic3。 用此方法可以很准确地测试出动态均流的情况, 从而进行动态均流调试。
3 动态模拟实验室
动态模拟试验平台为SVC,STATCOM的控制保护系统及控制保护策略[7]提供一个试验、研究环境,给VCU和TCU等阀控系统提供一个长期运行 、 试验环境;同时针对SVC[8],STATCOM[9]等设备研究控制保护系统试验方法并形成试验规范;并按照IEC标准进行试验研究; 指导SVC,STATCOM控制保护系统工程实用技术的测试、 检验等。 动态模拟实验室搭建SVC,SVG两大平台的一次结构如图14所示。
4 高压电气性能实验室
高压电气性能实验室目的在于研究各类阀组的取能技术、触发技术、冷却技术以及控制保护技术;同时针对STATCOM,SVC等定制电力设备研究其高压试验方法并形成试验规范;并且按照IEC标准进行型式试验和例行试验的研究;指导工程实用技术的测试、检验等。
具备工频耐压试验、 雷电波全波试验和雷电波截波试验、 局部放电试验等定制电力设备高压阀组(35 k V及以下)的电气性能试验检测能力。
5 结束语
定制电力实验室的开发与建设是涉及到多个学科和行业的一项系统工程,不仅对技术研究、产品研发的有效协调和优化使用, 有效促进定制电力设备的安全运行, 还大大增强了定制电力技术领域的检测研究能力。在深入研究定制电力设备技术特性的基础上,结合先进实用的试验方法, 建立定制电力设备检测和整体性能验证平台,按照各类试验标准要求,建立完善的实验室产品检测服务体系, 为国家提供全方位的定制电力设备检测环境和产业化生产服务机制。
摘要：介绍了物理模拟实验室、定制电力技术基础实验室的方案设计、检测功能及基于实验室开展的功能试验,提出了物理模拟实验室检测并联补偿型、串联补偿型和串并联混合补偿型定制电力设备的试验方法,以及开展阀组温升试验和双脉冲试验的检测,并对动模实验室和高压电气性能实验室的检测能力进行了简单描述。
关键词：定制电力实验室,大功率物理模拟,试验检测平台
参考文献
[1]周岐岗.定制电力技术在解决配电侧电能质量问题中的应用[J].煤炭技术,2012,31(12):50-51.
[2]杨志新,杨世海.基于串联补偿的间谐波抑制技术研究[J].江苏电机工程,2013,32(2):38-42.
[3]丁凯,赵爽,夏勇军.一种基于新能源接入的电压扰动检测平台研究[J].电力电子技术,2013,47(10):46-48.
[4]杨茂生,姜周曙,王剑.SVC纯水冷却控制系统研制[J].机电工程,2011,28(2):220-223.
[5]李更生,杨莉,徐庆坤,等.IGBT静态参数测试方法研究[J].电力电子技术,2012,46(12):55-59.
[6]夏明华.高压大容量IGBT测试技术及测试平台的研究[D].杭州:浙江大学,2014.
[7]邹宁,方存洋,刘育鑫,等.PSCAD/EMTDC-MATLAB联合仿真技术在SVC控制系统仿真建模中的应用[J].江苏电机工程,2012,31(5):40-44.
[8]任旭超,万秋兰.SVC预防电压失稳的快速控制方法[J].江苏电机工程,2014,33(2):1-3.
安全操作规程电力电子实验室 篇2
由于实验室设备大多为用电设备，因而由于操作不慎可能导致人身安全与设备安全受到损害。为了保证实验工作的顺利展开，为师生创造一个良好的、安全的实验环境，在本实验室操作者都必须遵守以下的安全操作规程：
一、不准穿拖鞋进入实验室，注意保持实验室的清洁卫生；
二、严格的按照仪器操作规程，正确操作仪器；
三、仪器不准频繁开、关电源开关，一次关机后应等3分钟才能再开机；
四、实验室内不准使用明火，就座后不得随意来回走动，以免触碰电源、电缆等；
五、禁止带电安装实验线路，实验电路接线完成后，需要通电时，必须告知实验指导老师，只有得到允许后，方能通电；实验通电调试时，若发现仪器设备出现故障或异常情况（如：有异味、冒烟等）时，应立即关闭电源开关，拨掉电源插头，并及时向实验指导教师报告。遇到此类情况，实验者不得擅自处理、禁止擅自更换仪器，否则后果自负；
六、实验完毕，必须关闭设备的电源、关好门窗、整理好仪器设备，并打扫卫生，得到指导老师的同意后，方能离开；
七、实验者还必须服从实验室工作人员的管理和安排及《实验室管理制度》中有关安全操作的规定；
定制电力实验室 篇3
近年来,应用于工业定制电力系统中的各种非线性功率器件所引发的谐波、无功等电能质量问题对电网的干扰越来越严重[1,2,3,4]。传统的无源滤波和有源滤波的方法存在诸多不可忽视的缺点,如在一定程度上改变了电力网络的阻抗结构,又如易受背景谐波的影响而导致滤波阻抗网络与电网阻抗网络之间的串并联谐振[5,6,7]。不仅如此,传统的无源滤波和有源滤波都是在变压器的网侧进行滤波和无功补偿,谐波电流通过变压器的原、副边绕组。这些谐波的存在显著增加了变压器绕组、铁心和钢结构件中的杂散损耗,因此在变压器的设计过程中,必须考虑这些影响并留出相应的安全裕度[8,9,10]。
不同于传统的无源和有源滤波技术,感应滤波技术的提出在很大程度上为这些问题的解决提供了有效途径。感应滤波技术基于电力系统基本的传输器件———变压器,能在工业定制系统、高压直流输电和直流牵引供电系统等含电力电子装置的多种交直流变换场合进行应用,具有很强的普适性。
本文将介绍感应滤波技术的等值电路模型以及基本的运行原理,并结合为某工业电力用户定制的新型工业供电系统,简要分析其谐波抑制和无功补偿的工作机理。通过详细的现场实测数据分析,对感应滤波技术应用于工业定制系统的谐波抑制与无功功率补偿效果进行分析,揭示感应滤波的特点及优点。
1 感应滤波技术的原理
感应滤波技术的特点是发掘供电变压器的电磁潜能,利用内部耦合绕组在谐波频率下的安匝平衡作用,力求把谐波隔离在电力系统二次侧,并使之就近抑制,避免谐波流窜至电网侧而扩大污染和危害,并可有效削弱谐波磁势对供电变压器产生的不良影响[11,12]。
图1是二次绕组带抽头的谐波屏蔽单相变压器[13,14,15],本文以此简要介绍感应滤波技术的原理。引出抽头与串有小值电感的电容支路相连接,在基波频率下,支路呈容性,对负荷无功起补偿作用。而在谐波频率下,使得LC支路的容抗与感抗相抵消,使绕组2形成短路,对负荷电流通过绕组产生谐波磁通交链绕组2时,后者随即产生反向磁通与之相抵消,迫使越过气隙交链绕组1的谐波磁通减少,起到相应的滤波作用。滤波效果不仅决定滤波支路的外部阻抗XF,还与相关绕组的布置及其等值阻抗有关。图1(b)中三绕组同心布置,可按两绕组分别短路测知的短路阻抗并换算到同一电压级的已知值Z12、Z13、Z23,可解得相对各个编号绕组的等值阻抗为
谐波电流通过变压器绕组,同样应保持诸绕组的磁势即其安匝值平衡,而电流分布与其绕组阻抗有关。多绕组的等值阻抗可由相关的短路阻抗求得。后者与两绕组间的中心距离成正比,则Z12、Z13和Z23分别与其下标符号间的幅向距离d12、d13、d23成正比。由图可知,d12+d23=d13,则知三绕组同心布置在中间层绕组的等值阻抗Z2=(Z12+Z23-Z13)/2应与(d12+d23-d13)成比例,按图1中对应的距离关系,可知Z2≈0,则在出现谐波电流时,该绕组通过谐波电流时不出现压降,故无需相应的谐波电势来维持,则W2绕组所感生的谐波安匝值一定与W3中谐波安匝值保持平衡,迫使两耦合绕组所交链的谐波磁通自行抵消,使该次谐波磁通不能越过气隙传送到原方绕组,阻止谐波向网侧传送,起到对谐波的屏蔽隔离作用,故称该中间层的绕组为屏蔽绕组。设计中应使绕组2与绕组3紧密耦合,而绕组1接高压电网与绕组3相距较远,利于阻止谐波电流源对网侧的窜扰。理论上而言,若设计Z2为0,而LC支路完全调谐且该支路的阻值能忽略不计,则能完全滤除对应的特征次谐波。在实际工程中,由于LC支路不可能完全调谐,变压器的Z2一般也只能制造到接近于0,且绕组和LC支路中的线路阻抗也不能忽略,所以在网侧绕组中仍会流通少量特征次谐波。根据不同应用场合的需要,按特征谐波考虑,滤波的次数n可选为5、7、11、13等。正确设计发挥屏蔽绕组的作用,可显著改善滤波效果。
2 感应滤波技术在工业定制电力系统中的应用
2.1 一次系统主电路拓扑
根据应用于某化工厂工业定制电力系统中整流供电系统的接线特点,采用感应滤波技术对原系统中1号整流机组进行改造,如图2所示。图中虚线框内的部分被称之为集成的新型工业直流供电系统,主要由3部分组成:新型整流变压器;感应滤波全调谐装置;6脉波晶闸管整流器SCR。
感应滤波技术应用于实际的工业定制电力系统时,所采用的主要技术参数以及技术特性如下:
a.新型整流变压器包括调压变压器和主变压器2个部分,对外整体表征为三相三绕组结构形式,其中,网侧绕组星接电压35 kV,阀侧绕组双反角接电压350 V,滤波侧绕组角接电压10 kV;
b.SCR采用同相逆并联6脉波晶闸管桥式整流电路,额定直流电压415 V,额定直流电流22 kA,控制角理想范围在7°~9°;
c.原整流供电系统是通过3台机组分别移相-10°、+10°和+30°实现18脉波整流,改造后1号机组的整流变压器采取的Y/△连接仍然移相+30°,新系统与原有系统的工作状态完全一致,不会改变供电系统在交流网侧的汇流状况;
d.针对含量较重的特征次谐波,感应滤波全调谐装置采用5、7、11和13次单调谐LC支路,通过准确调谐实现对相应次谐波的最大限度削弱。
2.2 测试结果及其分析
2.2.1 电网侧谐波抑制效果
对图2所示1号整流机组35 k V交流网侧的谐波抑制效果进行了测试。测试工况为:未投入感应滤波装置;投入5、7次感应滤波装置;投入5、7、11、13次感应滤波装置。所测得的电网侧电压和电流波形如图3所示。
由图3可见,在未投入感应滤波全调谐装置时,1号整流机组35 kV交流网侧电流的畸变十分严重;在5、7次感应滤波全调谐装置投入之后,电流波形有了明显改善,而在5、7、11、13次感应滤波全调谐装置全部投入时,电流波形则更为接近正弦波。对3种情况下的电流进行傅里叶分解可得到各次特征谐波的电压和电流含量,分别如表1和表2所示。
由表可见,3种情况下1号机组35 kV交流网侧各次特征谐波电压变化不大,这是由于该处的电压主要由所在的电网系统所决定。对于各次特征谐波电流而言,在感应滤波全调谐装置未投之时,含量是最大的。在5、7次感应滤波装置投入后,对应的5、7次谐波电流含量显著减小,而11、13次谐波电流则基本不变。当5、7、11、13次感应滤波装置全部投入后,11和13次谐波电流含量也有明显降低。另外,3种情况下1号机组交流网侧的电压和电流畸变率如表3所示,由表可见,在逐步投入各次感应滤波全调谐装置之后,电压的畸变率稍有降低,而电流的畸变率则稳步下降,这就充分说明了感应滤波技术的良好滤波效果。
2.2.2 主铁心谐波磁通抑制效果
由感应滤波技术的原理可知,变压器铁心内的谐波磁通将会被大幅削弱。为了观察铁心磁通的变化情况,在工程设计当中,课题组特意在A相铁心和AB相的铁轭上各绕制了一单匝线圈作为磁通观测器,如图4所示,A相铁心和AB相的铁轭上的线圈绕向相反。
从线圈上可测得由铁心磁通感应而出的电势,若绕组的匝数为w,感应电势与磁通关系可由式(2)描述:
用相量表示为
在数值上有
式(3)说明,固定频率的磁通感生出同一频率的电势,而式(4)说明,当f及ω一定时,磁通的大小可由感应电势反映出来。换言之,谐波磁通完全可以由感生出来的谐波磁势来反映。感应滤波全调谐装置投入前后,在磁通观测器上测得的感应电势含量如表4所示。
将投入感应滤波全调谐装置前后的A相铁心和AB相铁轭上磁通观测器上的感应谐波电势对比如图5所示。由图可明显看出,投入感应滤波全调谐装置后,铁心和铁轭上的谐波感应电势被大幅削弱了,各特征次谐波感应电势较投入前均削减了50%以上。换言之,在投入感应滤波全调谐装置后,铁心和铁轭中的谐波磁通被极大削弱了,而这样的效果是其他滤波方式所无法达到的。
2.2.3 系统功率
在感应滤波装置投入前后,对1号机组35 kV交流网侧的功率进行了测量,结果如表5所示。
从表5可以看出,由于感应滤波装置兼顾了无功补偿的作用,投入之后1号机组6脉波整流系统的功率因数由0.879 4提高到了0.971 7,无功补偿效果良好。同时,在感应滤波装置投入后1号机组的输入有功功率下降了60 kW,占原有输入的1.3%,节能效果十分可观。
从功率损耗的角度,感应滤波装置跟其他种类的滤波器一样,在投入之后有大量的谐波电流流过,这是需要消耗能量的。但是从实际效果来看,系统的输入功率不仅没有增加,反而有所降低,这结果看似矛盾,实则体现了感应滤波技术的特殊优势。究其原因,有3个方面。
a.经过无功补偿后高压绕组的无功电流含量减小,绕组的无功损耗也随之降低。
b.变压器绕组中的谐波电流由于其高频特性,集肤效应变得严重,等效的交流电阻也显著增加,谐波电流含量虽然不大,但其流经绕组产生的焦耳热是不可忽略的。感应滤波技术是从阀侧滤波,从谐波源处就近抑制谐波,这样避免了其窜扰至整流变压器的高压侧,降低谐波电流的扩散范围。在这样的情况下,高压侧绕组的谐波电流已经得到明显的抑制,所以高压绕组中的谐波损耗也被减少了。
c.由于变压器绕组中谐波电流以及铁心中谐波磁通的存在,变压器绕组的振动将会加剧,铁心由磁通引起的磁致伸缩也将增强,整体来看,变压器本体的振动将会更加剧烈,这也将导致变压器的运行损耗增大。而感应滤波技术不仅抑制了高压绕组中的谐波电流,还大幅减少了整流变压器铁心的谐波磁通,所以变压器这部分的损耗也将会减少。
基于以上三方面的原因,即使感应滤波装置要消耗部分能量,由其性能改善所节约的能量也远远超过了其消耗的能量。所以才有前面的结果:系统的输入功率不仅没有增加,反而有所降低,这正是感应滤波技术的特殊优势的体现。
3 结论
感应滤波是一种新型的集滤波和无功补偿为一体的新型电力滤波技术,其优势在于能从变压器的阀侧对谐波就近抑制,在理论上能完全消除对应的特征次谐波,同时兼顾无功补偿,并能减少变压器铁心中的谐波磁通,从而达到节能降耗的效果。
定制电力实验室 篇4
认识实习是我们在大三第一学期末进行的一次认识性实践性活动。
本次实习目的：
1、对电力生产和传输进行直观的了解，提高对电力专业学习的兴趣，2、建立有关电力生产过程，电力系统原理和对电力设备的感性认识，初步了解电力系统和电力设备的作用和控制和操作流程，认识电力企业工作的性质，提高实践能力，为以后的专业基础课提供针对性的指导。
3、初步了解本我国电力事业的现状、发展前景，培养我们树立正确的专业思想和学习态度，帮助我们明确学习的方向，了解当今电力行业所面临的机遇与挑战。
二、实习过程
1、通过视频录像学习
通过视频录像我们学习了电力生产过程与电力系统、火电厂的生产过程及其电气设备、高压断路器、水力发电厂、电力变压器、及输配电的相关知识。/ 31
2、上网检索学习
(1)检索我国电力工业现状
(2)上网检索发电厂的类型、构成及生产过程(3)上网检索变电站类型、结构及各设备的基本原理
3、参观实践部分
(1)2016年12月29日，我们在指导老师的带领下来到教十二楼的动力系模型实验室参观电力生产设备，老师在现场为我们详细讲解各种发电模型及当前我国电力生产现状；
(2)2016年12月30日，我们在指导老师的带领下，乘车前往国家电网河北省电力公司培训中心35kV实训变电站。指导老师在现场为我们详细讲解电能的传过程中的电气设备，如变压器、高压母线、隔离开关、断路器、电压互感器、电流互感器、避雷器、继电保护装置等。
三、上网检索内容
1、我国电力现状(一)电力系统构成
电力系统：由发电厂中的电气部分、各类变电所及输电、配电线路及各种类型的用电设备组成的统一体，称为电力系统。具体组成如下： / 31
发电厂：生产电能。
电力网：变换电压、传送电能。由变电所和电力线路组成。
配电系统：将系统的电能传输给电力用户。电力用户：高压用户额定电压在1kV以上，低压用户额定电压在1kV以下。用电设备：消耗电能。
动力系统：在电力系统的基础上，把发电厂的动力部分（例如火力发电厂的锅炉、汽轮机和水力发电厂的水库、水轮机以及核动力发电厂的反应堆等）包含在内的系统。（通常，将发电厂电能送到负荷中心的线路叫输电线路。负荷中心至各用户的线路叫配电线路。负荷中心一般设变电站。）
变电所：按其在电力系统中的地位分类：枢纽变电所；中间变电所；地区变电所；终端电站所。(二)我国电力工业的发展历程 看网页收藏
(三)我国电力工业的发展现状
中国电力工业自1882年在上海诞生以来，经历了艰难曲折、发展缓慢的67年，到1949年发电装机容量和发电量仅为185万千瓦和43亿千瓦时，分别居世界第21位和第25位。1949年以后我国的电力工业得/ 31
到了快速发展。1978年发电装机容量达到5712万千瓦，发电量达到2566亿千瓦时，分别跃居世界第8位和第7位。改革开放之后，电力工业体制不断改革，从1996年底开始一直稳居世界第2位。进入新世纪，我国的电力工业发展遇到了前所未有的机遇，呈现出快速发展的态势。
（1）电力需求增速趋缓，电力消费结构继续优化。受宏观经济尤其是工业生产下行、产业结构调整、工业转型升级以及气温等因素影响，2015年全国全社会用电量呈现平稳缓慢增长态势，达到5.55万亿千瓦时。
(2)电源结构继续优化，绿色比例上升 a、装机容量结构情况
2015年全国基建新增发电装机容量12974万千瓦。截至2015年底，全国发电装机容量150673万千瓦，同比增长10.4%；其中非化石能源发电容量51642万千瓦，占总装机容量比重34.3%，比上年提高约1.7个百分点。电源结构继续优化，绿色比例上升。
b、发电量结构情况
2015年全国全口径发电量56045亿千瓦时。其中，水电11143亿千瓦时，同比增长5.1%，占全国发电量的19.9%，比上年提高0.9个百分点；火电40972亿千瓦时，同比下降2.3%，占全国发电量的73.1%，比上年/ 31
降低2.2个百分点；核电、并网风电和并网太阳能发电量分别是1695亿千瓦时、1851亿千瓦时和383亿千瓦时，同比分别增长27.2%、15.8%和64.4%，占全国发电量的比重分别比上年提高0.6、0.4和0.3个百分点。
c、节能减排情况
2015年全国6000千瓦及以上电厂供电标准煤耗为315克/千瓦时，同比降低4克/千瓦时，煤电机组供电煤耗继续保持世界先进水平。全国输电线路损失率6.62%,同比上升0.28个百分点。(四)未来电力工业的发展趋势
(1)自动化水平逐步提高、安全性和可靠性受到充分重视。先进的继电保护装置、变电站综合自动化系统、电网调度自动化系统以及电网安全稳定控制系统得到广泛应用。随着电网建设和网架结构的加强、电网自动化水平的提高，大陆电网安全稳定事故大幅下降。电网供电可靠性也有较大提高。
(2)经济、高效和环保。随着大容量机组的应用、电网的发展以及先进技术的广泛采用，煤耗与网损逐年下降。新建火电厂将广泛采用大容量、高效、节水机组。在电网建设方面，将采用先进技术提高单位走廊输电能力、降低网损，加强环境和景观保护，城市电网将/ 31
逐步提高电缆化率、推广变电站紧凑化设计。(3)结构调整力度将会继续加大。将重点推进水电流域梯级综合开发，加快建设大型水电基地，因地制宜开发中小型水电站和发展抽水蓄能电站，使水电开发率有较大幅度提高。合理布局发展煤电,加快技术升级，节约资源，保护环境，节约用水，提高煤电技术水平和经济性。
(4)技术进步和产业升级步伐将会加快。电力工业要着眼于走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染小的新型工业化道路，促进电力设备的本土化。推广单机容量60万千瓦及以上大容量超(超)临界机组。加快100万千瓦级大型核电站设备制造本地化进程。实现600千瓦至兆瓦级风电设备本地化。加快电网建设，优化资源配置。加快推进西电东送三大通道的输电线路建设，合理规划布局，积极采用先进适用技术提高线路输送容量，节约输电通道资源。建设坚强、清晰、合理、可靠的区域电网。
2、发电厂的类型、构成及生产过程(一)火电厂概况
火力发电一般是指利用石油、煤炭和天然气等燃料燃烧时产生的热能来加热水，使水变成高温、高压水蒸气，然后再由水蒸气推动发电机来发电的方式的/ 31
总称。以煤、石油或天然气作为燃料的发电厂统称为火电厂。
火力发电站的主要设备系统包括：燃料供给系统、给水系统、蒸汽系统、冷却系统、电气系统及其他一些辅助处理设备。
火力发电系统主要由燃烧系统（以锅炉为核心）、汽水系统（主要由各类泵、给水加热器、凝汽器、管道、水冷壁等组成）、电气系统（以汽轮发电机、主变压器等为主）、控制系统等组成。前二者产生高温高压蒸汽；电气系统实现由热能、机械能到电能的转变；控制系统保证各系统安全、合理、经济运行。
（二）火力发电厂的主要系统构成
火力发电厂的主要生产系统包括汽水系统、燃烧系统和电气系统。(1)输煤系统
指将进厂的原煤按一定的要求输送到锅炉原煤斗的机械输送系统。主要包括：来煤称量、煤的受卸、贮存、运输、破碎、计量、配仓等几个环节。(2)制粉系统
煤粉炉燃烧用的煤粉是由磨煤机将煤炭磨成的不规则的细小煤炭颗粒，其颗粒平均在0.05~0.01mm，其中20~50μm（微米）以下的颗粒占绝大多数。/ 31
(3)燃烧系统
燃烧系统是由输煤、磨煤、粗细分离、排粉、给粉、锅炉、除尘、脱流等组成。是由皮带输送机从煤场,通过电磁铁、碎煤机然后送到煤仓间的煤斗内,再经过给煤机进入磨煤机进行磨粉，磨好的煤粉通过空气预热器来的热风，将煤粉打至粗细分离器，粗细分离器将合格的煤粉（不合格的煤粉送回磨煤机），经过排粉机送至粉仓，给粉机将煤粉打入喷燃器送到锅炉进行燃烧。而烟气经过电除尘脱出粉尘再将烟气送至脱硫装置，通过石浆喷淋脱出流的气体经过吸风机送。(4)汽水系统：
火力发电厂的汽水系统是由锅炉、汽轮机、凝汽器、高低压加热器、凝结水泵和给水泵等组成，他包括汽水循环、化学水处理和冷却系统等。水在锅炉中被加热成蒸汽，经过热器进一步加热后变成过热的蒸汽，再通过主蒸汽管道进入汽轮机。由于蒸汽不断膨胀，高速流动的蒸汽推动汽轮机的叶片转动从而带动发电机。
3、变电站类型、结构及各设备的基本原理(一)变电站在电网中的作用(1)变换电压等级(2)汇集电流 / 31
(3)分配电能(4)控制电能的流向(5)调整电压(二)变电站类型
本次实习单位为国网河北省电力公司培训中心35kV实训变电站。
(1)按照变电站在电力系统中的地位和作用可划分为地区二次变电站
(2)按照变电站安装位置划分为室外变电站(3)按照值班方式划分为有人值班变电站(4)根据变压器的使用功能划分为降压变电站
（三）了解变电站主要设备的基本原理
(1)主变压器：在输变电网络中承担变换电压等级的作用，利用电磁感应的原理来改变交流电压，升压变压器将低电压变换成能远距离输送的高电压，降压变压器将高电压变换成各级用户所需的低电压。(2)母线：将各个电气间隔共同连接，其作用是汇集、分配和传送电能，使停送电操作灵活，并可方便母线上所连接的各个电气设备检修与投运。
(4)高压断路器：是电力系统中改变运行方式，开合和关闭正常运行的电路，能开断和关合负荷电流、空载长线路或电容器组等容性负荷电流，以及能开断空载/ 31
变压器电感性负荷电流的重要电气主设备之一。与继电保护装置配合，在电网发生故障时，能快速将故障从电网上切除。与自动重合闸配合能多次关合和断开故障设备，以保证电网设备瞬时故障时，能及时切除故障和恢复供电，提电网供电的可靠性。
(3)隔离开关：在结构上没有专门的灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流或短路电流。回路断路器拉开停电后，可以拉开隔离开关使停电设备与高压电网有一个明显的断开点，保证检修设备与带电设备进行可靠隔离，可缩小停电范围并保证人身安全。带接地开关的隔离开关，与隔离开关在机械上互相闭锁，可有效地杜绝在检修工作中发生带电合接地开关的恶性事故。
(4)电流互感器：把大电流按一定比例变为小电流，提供各种仪表使用和继电保护用的电流，并将二次系统与高电压隔离。它不仅保证了人身和设备的安全，也使仪表和继电器的制造简单化、标准化，提高了经济效益。
(5)电压互感器：相当于开路运行的变压器，将高低压降为二次回路的标准电压，供继自装置、仪表、计量装置使用。有单相和三相两种。
(四)实习变电站的保护、测量、控制等二次系统的基
/ 31
本情况
(1)测控、保护为两套，分别为基于光电技术的数字式和基于传统测控技术的综自式，并整合为一套后台监控系统
(2)与变电站配套，建有电网调控、监控室
四、动力系模型实验室参观
风力发电模型
/ 31
Sun
水
/ 31
指导老师着重介绍的1000MW超超临界火力发电机组模型
1000MW超超临界火力发电机组机组资料：
1、超超临界的定义
a.在工程热力学中，水在临界状态点的参数是：压力22.115MPa，温度374.15℃。在临界点以及超临界状态时，将看不见蒸发现象，水在保持单相的情况下从液态直接变成汽态。当水蒸汽参数大于这个临界点的参数值，则称其为超临界参数。
b.发电厂蒸汽动力装置中汽轮机比较典型的超临界参数为24.2MPa/566/566℃。在国外的技术资料上，Ultra Super Critical(USC)通常用来代表这类参数的/ 31
机组，中文译成超超临界，也可理解为优化的或高效的超临界机组。
2、国内百万汽轮机制造厂订货及投运业绩 a.国内三大动力厂超超临界1000MW汽轮机均有订单并在制、在建或已投运。
b.上汽24台1000MW超超临界机组（玉环4台、外高桥三期2台、宁海2台、北仑2台、北疆2台、平海2台、漕泾2台、彭城2台、铜陵2台、东营2台和台山2台）。
c.哈汽6台1000MW超超临界机组（CCLN1000-25.0/600/600）；4台1000MW空冷机组（CCLZK1000-25.0/566/600）；
d.东汽16台1000MW超超临界机组。
/ 31
/ 31
五、国家电网河北省电力公司培训中心35kV实训变电站实习
（一）变电站概况 抄变电站简介
(二)实习单位一次电气设备的名称、作用、参数、特点及运行情况(1)变压器 / 31
主变压器在输变电网络中承担变换电压等级的作用，利用电磁感应的原理来改变交流电压，升压变压器将低电压变换成能远距离输送的高电压，降压变压器将高电压变换成各级用户所需的低电压。（2）母线
母线将各个电气间隔共同连接，其作用是汇集、分配和传送电能，使停送电操作灵活，并可方便母线上所连接的各个电气设备检修与投运。（3）35kV高压断路器（搭配电流互感器）
/ 31
高压断路器用来开断电力系统正常时的负荷电流和空载电流，还可以与继电保护与自动装置配合，快速切断短路电流。
电流互感器起到变流和电气隔离作用。便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流。它是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路电流信息的传感器，将高电流按比例转换成低电流。（4）35kV隔离开关
造成明显断开点，为设备检修创造可靠条件。无灭弧装置，所以不能开断负荷电流和故障电流。
/ 31
（5）接地开关
主要用于设备的检修，为了防止检修过程中突然来电，因此必须将检修设备的两端都接地
高压配电柜的接地开关，一般为输出负荷侧接地，当我们检修高压配电柜负荷侧时（如：紧固螺栓、拆装电缆等），就要分断开关，同时合上配电柜的接地开关，这样可以防止突然来电引起触电事故，另外可以放尽剩余电荷，有利于检修安全 / 31
(6)电压互感器
/ 31
电压互感器把高电压按比例关系变换成100V或更低等级的标准二次电压，供保护、计量、仪表装置使用。同时电压互感器可以将高电压与电气工作人员隔离，并使二次设备简单化。（7）避雷器
使在正常工作电压时流过避雷器的电流极小（微安或毫安级）；当过电压作用时，电阻急剧下降，泄放过电压的能量，达到保护的效果。/ 31
（8）无功补偿装置
电容器组用于补偿电力系统感性负荷的无功功率，以提高功率因数，改善电压质量，降低线路损耗。成套装置中的电抗器可限制合闸涌流和高次谐波。
/ 31
（三）变电站二次侧设备
（1）测量表计。用来监视、测量电路的电流、电压、功率等
（2）绝缘监察装置。用来监察交、直流电网的绝缘状况
（3）控制和信号装置。控制主要是指采用手动或自动方式，通过操作回路实现配电装置中断路器的合、跳闸
（4）继电保护及自动装置
（5）直流电源设备。包括蓄电池组和硅整流装置。用作开关电器的操作、信号、继电保护及自动装置的直流电源，以及事故照明和直流电动机的备用电源 / 31
（6）塞流线圈（又称高频阻波器）。为电力载波通信设备中必不可少的组成部分，它与耦合电容、结合滤波器、高频电缆、高频通信机等组成电力线路高频通信通道。塞流线圈起到阻止高频电流向变电站或支线泄漏、减小高频能量损耗的作用（7）综合自动化设备。/ 31
/ 31
/ 31
/ 31
六、实习的心得收获与体会
在认识实习的这几天的里，我们看了专业认识录像，还听了指导老师精彩的现场讲解，及同学之间的热烈讨论，感觉获益匪浅。本次认识实习为时一周，实习过程中我们通过观看视频学习了电力生产相关知识和电力生产过程中相关的设备及他们的作用和功能，通
/ 31
过上网检索扩充了自己的知识面，加深了对电力生产的了解，此外我们还参观了校内的动力系实验室及国家电网河北省电力公司培训中心35kV实训变电站。通过本次实习，我学习到了电气设备运行的技术管理知识、电气设备的制造过程知识及在学校无法学到的实践知识。通过参过电厂仿真模型，我们对电力生产的整体过程有了感性的认识，为我们以后的学习和工作打下了基础。通过参观国家电网河北省电力公司培训中心35kV实训变电站，我们领略了电力生产过程中的严谨与细致，并为我国的电力事业深深地感到自豪和骄傲。
通过本次实习，我对“电气工程及其自动化”专业有了直接和间接的进一步了解。该专业主要是对电能生产、传输和管理实现自动控制、自动调度和自动化管理。电力系统是一个地域分布辽阔，由发电厂、变电站、输配电网络和用户组成的统一调度和运行的复杂大系统。电力系统自动化的领域包括生产过程的自动检测、调节和控制,系统和元件的自动安全保护，网络信息的自动传输，系统生产的自动调度，以及企业的自动化经济管理等。电力系统自动化的主要目标是保证供电的电能质量（频率和电压），保证系统运行的安全可靠，提高经济效益和管理效能。/ 31
专业主要领域：按照电能的生产和分配过程，电力系统自动化包括电网调度自动化、火力发电厂自动化、水力发电站综合自动化、电力系统信息自动传输系统、电力系统反事故自动装置、供电系统自动化、电力工业管理系统的自动化等7个方面，并形成一个分层分级的自动化系统：区域调度中心、区域变电站和区域性电厂组成最低层次；中间层次由省(市)调度中心、枢纽变电站和直属电厂组成，由总调度中心构成最高层次。而在每个层次中，电厂、变电站、配电网络等又构成多级控制。
为了实现以上工作的要求，我深刻认识到接下来专业课程的重要性。虽然课程门数多、难度大，但是我们必须认真地学习掌握。
这次认识实习主要目的是认识和了解发电厂电气设备，同时也为后续专业课打下基础。在实习过程中，我们了解到了电能的生产过程，认识了许多电气设备，如：变压器、高压母线、隔离开关、断路器、电压互感器、电流互感器、避雷器、继电保护装置等，把我们学到的理论知识和实际生产联系了起来。
通过这次的实习，我对自己的专业有了更为详尽而深刻的了解，对实际操作有了更多的了解，增强了专业知识的感性面及认识面，对所学的专业有了新的认识。/ 31
通过这次实习，我认识到了实际的工作与书本上的知识是有一定距离的，需要进一步的再学习。实习结束后我对电厂有了初步的了解。这是我们走入电力系统的第一个驿站，能够来到这儿，我们深感自豪。本次实习增强了我们对电力生产的了解，使我们扩宽了视野，对今后学习和巩固理论知识，培养分析问题、解决问题的实际工作能力和创新精神很有帮助和拓展，增加我们对专业实际知识的了解，为将来从事专业技术工作打下一定的基础，进一步培养了我们运用所学理论知识分析产生实际问题的能力。