一种无功补偿装置的多功能检测设备及检测方法

技术领域

本发明属于电力检测领域，尤其涉及一种无功补偿装置的多功能检测设备及检测方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

无功补偿装置近年来在汽车制造、冶金、煤炭及配电台区等众多领域得到广泛应用，负载的快速变化要求无功补偿装置具有极快的响应速度，部分无功补偿装置具有滤除谐波功能，因此，对无功补偿装置检测设备也提出了更高的要求。

发明人发现，传统的无功补偿装置检测设备负载单元由大量电感和电阻组成，电感和电阻提供检测所需无功功率及有功功率。由于负载单元提供待测无功补偿装置全部的感性无功及部分有功，因此，负载单元占用场地大、损耗高，效率低；同时，所需调压器容量较大。

新型的无功补偿装置检测设备由能馈负载、配电柜、电网模拟柜组成。能馈负载提供无功补偿装置检测所需要的各种负载；配电柜为能馈、电网模拟柜、待测设备提供电源；电网模拟柜能够模拟电网高低电压、电网频率、电压不平衡等众多的电网参数，新型的无功补偿装置检测设备虽然是理想的无功补偿检测系统，但能馈负载及电网模拟柜价格昂贵，且占用场地大，因此现阶段未被广泛采用。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明的第一个方面提供一种无功补偿装置的多功能检测设备，其造价低、体积小且测试功能全面，可满足不同类型无功补偿装置的测试。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无功补偿装置的多功能检测设备，包括模拟负载单元及设备控制单元；

所述设备控制单元被配置为：当待测无功补偿装置与电网接通时，控制模拟负载单元接入电网，模拟负载单元产生无功功率可调的模拟负载；

待测无功补偿装置检测到模拟负载提供的电压信号及电流信号后，计算无功功率及功率因数，并根据计算结果控制待测无功补偿装置内相应电容支路投入；

待测无功装置内电容支路全部投入后，所述设备控制单元被配置为：根据对应的测试命令，获取待测无功补偿装置的运行数据，将该运行数据和设置的判断依据得到具体的性能检测结果。

进一步地，所述设备还包括断路器、第一接触器、第二接触器和静态开关，闭合第二断路器，同时第一接触器吸合和静态开关导通，此时待测无功补偿装置与电网接通，当第二接触器吸合，模拟负载单元接入电网。

进一步地，所述模拟负载单元由原副边匝数比为设定比例的△型变压器构成，其中变压器原边分别与电网三相连接，副边与待测无功补偿装置的三相电流采样连接，对于模拟负载单元，对于每一相，相电压信号与对应的相电流信号相位差为30°。

进一步地，所述设备还包括注入变压器和逆变单元；

所述逆变单元一端和注入变压器连接，一端连接至设备控制单元；

所述设备控制单元被配置为：向逆变单元发送控制指令，控制逆变单元向注入变压器注入补偿电压，调节待测无功补偿装置输入端电压，进行与待测无功补偿装置过电压欠电压相关试验。

进一步地，所述设备还包括第一电流互感器和电压互感器，所述注入变压器和静态开关之间设置第一电流互感器和电压互感器，所述第一电流互感器和电压互感器连接至设备控制单元，所述设备控制单元用于采集第一电流互感器和电压互感器的信号，计算注入变压器输出侧电流谐波次数及含量。

进一步地，所述设备还包括整流单元和第二电流互感器，所述整流单元一端和逆变单元连接，另一端分别和第二电流互感器及设备控制单元连接；

所述整流单元用于对逆变单元提供直流支撑；所述整流单元通过第二电流互感器及单元内部的电压互感器实时计算待测无功补偿装置的输出，产生等容量的感性无功用以抵消待测无功补偿装置产生的容性无功。

为了解决上述问题，本发明的第二个方面提供一种无功补偿装置的多功能检测方法，其测试功能全面，可满足不同类型无功补偿装置的测试。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无功补偿装置的多功能检测方法，包括如下步骤：

当待测无功补偿装置与电网接通时，控制模拟负载单元接入电网，模拟负载单元产生无功功率可调的模拟负载；

待测无功补偿装置检测到模拟负载提供的电压信号及电流信号后，计算无功功率及功率因数，并根据计算结果控制待测无功补偿装置内相应电容支路投入；

待测无功装置内电容支路全部投入后，根据对应的测试命令，获取待测无功补偿装置的运行数据，将该运行数据和设置的判断依据得到具体的性能检测结果。

进一步地，所述性能检测结果包括对无功补偿装置的过电压及欠电压保护试验、无功补偿试验、响应时间测试、缺相保护实验、谐波抑制或谐波滤除功能试验、三相不平衡检测和涌流检测。

进一步地，对无功补偿装置的过电压及欠电压保护试验时，待无功装置内支路全部投入后，设备控制单元向逆变单元发送指令，逆变单元向注入变压器注入补偿电压，通过改变注入电流的大小及方向改变注入变压器的输出电压，以改变待测无功补偿装置输入电压。

进一步地，在检测无功补偿装置三相不平衡补偿时，将无功补偿装置电流采样线其中一相或者两相采用不同截面积或者长度的导线，由于采样导线截面积或者长度不同，则采样导线感抗不同，此时三相采样电流不一致，截面积小或者长度长的导线电流值偏小，从而模拟不平衡负载。

本发明的有益效果是：

本发明发明设备造价低、体积小，可以实现无功补偿装置的各项功能检测，有效替代传统的无功补偿检测设备，满足生产企业及检验院所无功补偿装置的功能检验及性能测试。

本发明采用注入变压器调节待测补偿装置输入电压，变压器容量小，节约成本。

本发明利用小容量变压器做为模拟负载单元，结构简单，无损耗，造价低、体积小。

本发明通过整流单元对消无功补偿装置发出无功，实现进线电源容量很小的情况下，大容量无功补偿装置的功能试验。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是现有的第一种无功补偿检测设备原理图；

图2是现有的第二种无功补偿检测设备原理图；

图3是本发明实施例提供的无功补偿检测设备原理图；

图4是本发明实施例提供的模拟负载A相采样电压与采样电流相位关系。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明中，术语如“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

如图1所示为现有的第一种无功补偿检测设备原理图，传统的无功补偿装置检测设备由负载单元（电感柜和电阻柜）、配电柜、调压器组成。负载单元提供无功补偿装置检测所需要的有功功率和无功功率；配电柜为负载单元、调压器、待测设备提供电源；调压器提供检测所需的高低电压，由于负载单元提供待测无功补偿装置全部的感性无功及部分有功，因此，负载单元占用场地大、损耗高，效率低；同时，所需调压器容量较大。

如图2所示为现有的第二种无功补偿检测设备原理图，由能馈负载、配电柜、电网模拟柜组成。能馈负载提供无功补偿装置检测所需要的各种负载；配电柜为能馈、电网模拟柜、待测设备提供电源；电网模拟柜能够模拟电网高低电压、电网频率、电压不平衡等众多的电网参数，但能馈负载及电网模拟柜价格昂贵，且占用场地大，因此现阶段未被广泛使用。

本发明提供了一种无功补偿装置的多功能检测设备，通过注入变压器及逆变单元用于调节待测无功补偿装置输入端电压。整流单元接收设备控制单元指令自发电流谐波，并产生等容量的感性无功用以抵消待测无功补偿装置产生的容性无功。

静态开关STS用于快速切断主回路，保证无功补偿检测设备的安全运行。模拟负载提供了一个功率因数为0.866，同时可通过设置互感器变比调节感性无功功率大小的模拟负载。设备控制单元计算检测设备源侧的电网参数，并对逆变单元、整流单元、静态开关STS及模拟负载单元进行控制。

实施例一

如图3所示，本实施例提供一种无功补偿性能检测设备，包括断路器QF2、注入变压器T1、第一电流互感器CT1、电压互感器PT1、静态开关STS、整流单元、逆变单元、第二电流互感器CT2、第一接触器KM1、第二接触器KM2、模拟负载单元及设备控制单元。

断路器QF2一端和电网连接，另一端和注入变压器T1连接，所述注入变压器T1和静态开关STS之间设置第一电流互感器CT1和电压互感器PT1，所述静态开关STS和第一接触器KM1之间设置第二电流互感器CT2；

所述整流单元一端和注入变压器T1相连，另一端通过整流单元连接至第二电流互感器CT2，所述第一接触器KM1一端连接至第二接触器KM2，另一端和待测无功补偿装置连接；

所述第二接触器KM2一端和第一接触器KM1相连，另一端通过模拟负载单元连接至待测无功补偿装置。

所述设备控制单元被配置为：当待测无功补偿装置与电网接通时，控制模拟负载单元接入电网，模拟负载单元产生无功功率可调的模拟负载；

待测无功补偿装置检测到模拟负载提供的电压信号及电流信号后，计算无功功率及功率因数，并根据计算结果控制待测无功补偿装置内相应电容支路投入；

待测无功装置内电容支路全部投入后，所述设备控制单元被配置为：根据对应的测试命令，获取待测无功补偿装置的运行数据，将该运行数据和设置的判断依据得到具体的性能检测结果。

作为一种或多种实施例，所述模拟负载单元由原副边匝数比为设定比例的△型变压器构成，例如本实施例优选690:2的△型变压器构成，原副边均为6抽头。

需要说明的是，变压器参数的设置，本领域技术人员可以根据实际工况选取。

其中变压器原边与电网电压UAB、UBC、UCA连接，副边Uac通过端子与待检测设备A相检测电流连接，对于△型变压器，线电压和相电压幅值、相位均相等。

利用电流采样线的感抗，将变压器副边电压信号变为电流信号。

同时，由于导线电感的存在，电流信号滞后电压信号90°，可得模拟负载A相电压信号（UA）与A相电流信号（IAC）相位差为30°，如图4所示，此时待测无功补偿装置采样到A相功率因数为cosφ=0.866。

同理，变压器副边Uba通过端子与待检测设备B相检测电流连接，变压器副边Ucb通过端子与待检测设备C相检测电流连接，因此，模拟负载提供了一个功率因数为0.866，可通过设置互感器变比调节感性无功功率大小的模拟负载，实现待测无功补偿装置的自动投切。

同时，通过改变某一相或者两相电流采样线长度或者截面积，可产生三相不平衡模拟负载，设备控制单元通过接触器KM2控制模拟负载的产生。

设备控制单元被配置为：通过采集第一电流互感器CT1电流信号及电压互感器PT1电压信号，计算检测设备源侧的电网参数；设备控制单元通过光纤与整流及逆变模块通信，用于下传输出指令及接收模块状态信息；设备控制单元与静态开关STS通过网线通信，下发指令用以控制静态开关STS内晶闸管的开通与关断；同时，设备控制单元控制接触器KM1（包括三个单相接触器）的吸合与分断。

进一步地，所述设备控制单元还被配置为：向逆变单元发送控制指令，控制逆变单元向注入变压器注入补偿电压，调节待测无功补偿装置输入端电压，进行与待测无功补偿装置过电压欠电压相关试验。

所述整流单元不仅接收设备控制单元指令自发电流谐波，同时对逆变单元提供直流支撑；整流单元通过第二电流互感器CT2及单元内部的电压互感器实时计算待测无功补偿装置的输出，产生等容量的感性无功用以抵消待测无功补偿装置产生的容性无功。

本实施例中，优选逆变单元容量为100kvar，整流单元容量为500kvar。

当设备控制单元通过通信接收到逆变单元和整流单元出现故障状态时，所述故障状态包括：逆变单元、整流单元出现过压、欠压、过流、过热、过载等故障信号时，设备控制单元快速关断静态开关STS，保证无功补偿检测设备的安全运行。

本发明提供一种无功补偿装置的多功能检测方法，所述无功补偿装置检测设备可实现对无功补偿装置的过电压、欠电压保护试验、无功补偿试验、响应时间测试、缺相保护实验、谐波抑制或谐波滤除功能试验、三相不平衡检测、涌流检测等性能试验。

本发明当待测无功补偿装置与电网接通时，控制模拟负载单元接入电网，模拟负载单元产生无功功率可调的模拟负载；

待测无功补偿装置检测到模拟负载提供的电压信号及电流信号后，计算无功功率及功率因数，并根据计算结果控制待测无功补偿装置内相应电容支路投入；

待测无功装置内电容支路全部投入后，根据对应的测试命令，获取待测无功补偿装置的运行数据，将该运行数据和设置的判断依据得到具体的性能检测结果。

实施例二

当为待测无功补偿装置过电压、欠电压保护检测时，本实施例提供一种无功补偿装置的多功能检测方法，包括：

闭合断路器QF2，设备控制单元控制交流接触器KM1吸合、静态开关STS导通，此时待测无功补偿装置与电网接通；

设备控制单元控制交流接触器KM2吸合，模拟负载单元接入电网，此时，模拟负载单元产生三相功率因数为0.866，无功功率可调的模拟负载；

待测无功补偿装置检测到模拟负载单元提供的电压信号及电流信号后，计算无功功率及功率因数，并根据计算结果投入无功补偿装置内相应电容支路投入。

此时，整流单元采样电流互感器CT2电流信号及自身内部电压互感器电压信号，计算出待测无功补偿装置投入无功量，发出等量感性无功，抵消待测无功补偿装置投入容性无功。

待无功装置内支路全部投入后，设备控制单元通过光纤向逆变单元发送指令，逆变单元向注入变压器注入补偿电压，通过改变注入电流的大小及方向改变注入变压器的输出电压，以改变待测无功补偿装置输入电压。

设备控制单元通过采样电压互感器PT1信号，实时检测待测无功补偿装置输入端电压，待测无功补偿装置输入端电压达到过电压或欠电压设定值时，观察无功补偿装置切除情况。

若待测无功补偿装置在规定的时间内全部切除投入电容器组，则说明待测无功补偿装置过电压、欠电压保护功能合格。

整流单元接收设备控制单元指令，不仅为逆变单元提供直流支撑，同时发出等量感性无功，抵消补偿装置容性无功，因此，电网侧电流很小，实现了总进线电源容量很小的情况下，对待测无功补偿装置大容量的检测。

所述规定的时间可根据实际情况进行设置，本实施例不做具体限定。

实施例三

当为待测无功补偿装置无功功率补偿检测时，本实施例提供一种无功补偿装置的多功能检测方法，包括：

闭合断路器QF2，设备控制单元控制交流接触器KM1吸合、静态开关STS导通，此时待测无功补偿装置与电网接通。

设备控制单元控制交流接触器KM2吸合，模拟负载单元接入电网，模拟负载单元产生三相功率因数为0.866，无功功率可调的模拟负载；

待测无功补偿装置检测到模拟负载提供的电压信号及电流信号后，计算无功功率及功率因数，并根据计算结果投入无功补偿装置内电容支路。

由于模拟负载为恒定值，因此待测补偿装置会逐组全部投入。此时，整流单元采样电流互感器CT2电流信号及自身内部电压互感器电压信号，计算出待测无功补偿装置投入无功量，发出等量感性无功，抵消待测无功补偿装置投入容性无功。

当待测补偿装置全部投入后，观察各组补偿支路电流大小，判断补偿支路是否正常。设备控制单元控制交流接触器KM2断开，观察无功补偿装置逐路切除情况。

实施例四

当为待测无功补偿装置响应时间检测时，本实施例提供一种无功补偿装置的多功能检测方法，包括：

闭合断路器QF2，设备控制单元控制交流接触器KM1吸合、静态开关STS导通，此时待测无功补偿装置与电网接通。设备控制单元控制交流接触器KM2吸合，模拟负载单元接入电网，此时，模拟负载单元产生三相功率因数为0.866，无功功率可调的模拟负载。

利用示波器记录待测无功补偿装置采样电流突变时刻T1，待测无功补偿装置检测电压信号及电流信号后，计算模拟负载的无功功率及功率因数，投入无功补偿装置内电容支路，此时，利用示波器记录待测无功补偿装置输出电流变化时刻T2，T2-T1即为补偿装置响应时间。

实施例五

当为待测无功补偿装置缺相保护检测时，本实施例提供一种无功补偿装置的多功能检测方法，包括：

闭合断路器QF2，设备控制单元控制交流接触器KM1吸合、静态开关STS导通，此时待测无功补偿装置与电网接通。设备控制单元控制交流接触器KM2吸合，模拟负载单元接入电网，模拟负载单元产生三相功率因数为0.866，无功功率可调的模拟负载。

待测无功补偿装置检测到模拟负载提供的电压信号及电流信号后，计算无功功率及功率因数，并根据计算结果投入无功补偿装置内电容支路。由于模拟负载为恒值，因此待测补偿装置会逐组全部投入。

此时，整流单元采样电流互感器CT2电流信号及自身内部电压互感器电压信号，计算出待测无功补偿装置投入无功量，发出等量感性无功，抵消待测无功补偿装置投入容性无功。当待测补偿装置全部投入一段时间后，设备控制单元切除三只单相交流接触器其中的任意一相，待测无功补偿装置应切除全部投入的电容器支路，则缺相保护功能合格。

实施例六

当为待测无功补偿装置谐波抑制或谐波滤除检测时，本实施例提供一种无功补偿装置的多功能检测方法，包括：

闭合断路器QF2，设备控制单元控制交流接触器KM1吸合、静态开关STS导通，此时待测无功补偿装置与电网接通。设备控制单元控制交流接触器KM2吸合，模拟负载单元接入电网，此时，模拟负载单元产生三相功率因数为0.866，无功功率可调的模拟负载。

待测无功补偿装置检测到模拟负载提供的电压信号及电流信号后，计算无功功率及功率因数，并根据计算结果投入无功补偿装置内电容支路。整流单元采样电流互感器CT2电流信号及自身内部电压互感器电压信号，计算出待测无功补偿装置投入无功量，发出等量感性无功，抵消待测无功补偿装置投入容性无功。

待无功装置内电容支路全部投入后，设备控制单元向整流单元发送谐波输出指令，整流单元接收指令后按照设备控制单元设定的谐波次数及幅值向电网注入谐波。此时，设备控制单元采样电流互感器CT1电流信号及电压互感器PT1电压信号，计算注入变压器输出侧电流谐波次数及含量，检验无功补偿装置被动谐波滤除或抑制能力。

实施例七

当为待测无功补偿装置三相不平衡补偿检测时，本实施例提供一种无功补偿装置的多功能检测方法，包括：

将无功补偿装置电流采样线其中一相或者两相采用不同截面积或者长度的导线，由于采样导线截面积或者长度不同，则采样导线感抗不同，此时三相采样电流不一致，截面积小或者长度长的导线电流值偏小，可以模拟不平衡负载。

闭合断路器QF2，设备控制单元控制交流接触器KM1吸合、静态开关STS导通，此时待测无功补偿装置与电网接通。设备控制单元控制交流接触器KM2吸合，模拟负载单元接入电网，此时，模拟负载单元产生三相功率因数为0.866，三相电流及功率不平衡的可调的模拟负载。

待测无功补偿装置检测到模拟负载提供的电压信号及电流信号后，计算无功功率及功率因数，并根据计算结果投入无功补偿装置内电容支路，实现装置不平衡补偿功能的测试。此时，整流单元采样电流互感器CT2电流信号及自身内部电压互感器电压信号，计算出待测无功补偿装置投入无功量，发出等量感性无功，抵消待测无功补偿装置投入容性无功。

实施例八

当为待测无功补偿装置涌流检测时，本实施例提供一种无功补偿装置的多功能检测方法，包括：

闭合断路器QF2，设备控制单元控制交流接触器KM1吸合、静态开关STS导通，此时待测无功补偿装置与电网接通。设备控制单元控制交流接触器KM2吸合，模拟负载单元接入电网，模拟负载单元产生三相功率因数为0.866，无功功率可调的模拟负载。

待测无功补偿装置检测到模拟负载提供的电压信号及电流信号后，计算无功功率及功率因数，并根据计算结果投入无功补偿装置内电容支路。由于模拟负载为恒定值，因此待测补偿装置会逐组全部投入。在装置投入最后一组电容器时，设备控制单元通过电流互感器CT1检测该最后一组电容器投入时涌流值，随机投入试验应不小于m次，如最大涌流值小于电容器额定电流值n倍，则证明涌流检测合格。

本实施中，随机投入试验应不小于20次，最大涌流值小于电容器额定电流值5倍。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。