刘荣胜
（云南电网有限责任公司普洱供电局，云南 普洱，65000）
摘要：电容器组在变电站无功调节补偿过程中起着很重要的作用，可以改善电力系统的电压质量和提高输电线路的输送能力，是电力系统无功补偿很重要的设备。电容器组并联在系统母线上，集中进行补偿，类似于系统母线上的一个容性负荷，它吸收系统的容性无功功率，这就相当于并联电容器向系统发出感性无功。因此，并联电容器能向系统提供感性无功功率，系统运行的功率因数，提高受电端母线的电压水平，同时，它减少了线路上感性无功的输送，减少了电压和功率损耗，因而提高了线路的输电能力。针对电容器组的重要性，亟需研制一种快而准的新型电容器组测试仪，准确的测量电容电感和直阻，提高工作效率并不减少试验项目。
关键词：新型电容器组 电容电感 直阻
Development of a new type of capacitor bank tester
Liu Rongsheng
（Pu'er Power Supply Bureau of Yunnan Power Grid Co., Ltd,Yunnan Pu'er,65000）
Abstract: capacitor Banks in the process of substation reactive compensation control plays a very important role, can improve the voltage quality of power system and improve the transmission capacity of transmission line, is a very important of power system reactive power compensation equipment, parallel capacitor group on the system bus, concentrated compensation, similar to a capacitive load on the system bus, it absorbs the capacitive reactive power of system, this is equivalent to parallel capacitor from perceptual reactive power to the system. Therefore, the shunt capacitor can provide the system with inductive reactive power, the power factor of the system operation, and improve the voltage level of the bus at the receiving end. At the same time, it reduces the transmission of inductive reactive power on the line, reduces the voltage and power loss, and thus improves the transmission capacity of the line. In view of the importance of capacitor banks, it is urgent to develop a fast and accurate new capacitor bank tester, which can accurately measure capacitor inductance and direct resistance, and improve the work efficiency without reducing the test items.
Key words: new type capacitor bank capacitance inductance direct resistance
0 前言
电容器组在电力系统中起着调节电压的作用。经常投切电容器组，不仅会引起突发的电压波动，还会对电容器本身有损害，如电容量降低、电抗率变化等，最终引起电容击穿，电抗器短路着火等故障。为此，只能通过试验对电容器组进行周期观察。频繁的试验和计算占用了大量人力和时间，加上了设备（直流电阻测试仪、电容量测试仪、电抗测试仪、温湿度计等）多而重，为了解决这样的弊端，研制一种集电容器试验项目新型电容器组测试仪成为新课题。本新型电容器组测试仪旨在利用现有技术的综合力量，开拓创新，解决电容、直阻偏差计算量大的问题，直阻及电容电感测试合二为一，优化设计，提高工作效率。
1 电容器组试验项目及原理
为了解决上述技术问题，本文是通过以下技术方案实现的。仪器型号为HVCB-500型电容量/电感量测试仪，其特征在于电压输出Ux，对被试品施加试验电压，此仪器输出电压为28V；电流采样测试线为Ix通过专用接头的导线连接此设备和钳型电流表，使用时卡在电压输出Ux回路上，用于采集输出回路中的电流；接地线桩头用于此设备的接地，保护设备和人身安全；AC 220V 输入口用于设备输入220V的交流电，满足设备的运转需求；AC 220V 电源开关为设备电源启动开关；系统指示灯的作用是系统在工作时的指示，当按下触摸屏的“测量按键”，红灯亮起；测量结束后，放电完成后，红灯自行熄灭。
测试电容的工作原理：AC 220V电源接通，点击触摸屏的“电容测量”按键，主控板控制频率可调正弦波电源输出(AC 28V, 50HZ)的电压信号加在电容试品上，此时钳型表采集到的电流信号(Icap)，与输出的AC电压信号(Vcap)同时传输给主回路信号采样板。常规的处理方法此时就会根据Vcap与Icap计算出容抗（Zcap），再由Zcap计算出电容值（C）;但是此种方法忽略了输出电压产生畸变，负载过重的情况下更明显，严重影响了测量结果，其中精度最差的就是Vcap。由此本次项目提出了另一种解决方案：在主回路采样板上放置一个标准电容，当正弦波电源接通时（频率固定为50HZ），交流电压会同时加在标准电容与试品电容上，采样到的标准电容的电流为Istd。
Zcap = Vcap/Icap; ①
Zstd = Vcap/Istd; ②
Zcap = 1/（w*C）; ③
Zstd = 1/（w*Cstd）；④
由①、②、③、④可得C = (Cstd*Icap)/Istd;Cstd为已知的标准电容值，Icap,Istd 经过AD采样后可知，由此就能计算出被试品电容值，通过人机交换界面显示出来，如果输入标准电容或名牌电容，即可通过内部程序计算出偏差，节省了人工计算带来的麻烦。此种方法避免了输出电压畸变带来的误差影响，只通过电流之比计算出电容值，提高了测量精度。
测试电感和直阻的工作原理：AC 220V电源接通，点击触摸屏的“电感测量”按键，主控板控制频率可调正弦波电源输出(AC 28V, 50HZ )的电压信号加在电感被试品上，此时钳型表采集到的电流信号I1，与输出的AC电压信号V1，同时传输给主回路信号采样板，数据传输结束后，系统自动将正弦波电源切换到（AC 28V ，60HZ），此时钳型表采集到的电流信号I2，与输出的AC电压信号V2传输给主回路信号采样板，测量结束。
ZL1 = V1/I1; ①
ZL2 = V2/I2; ②
ZL1 = (w1*L )*i + R; (w1为50Hz的角频率) ③
ZL2 = (w2*L ) *i + R; (w2为60Hz的角频率) ④
由①、②、③、④式可得电感量L与直阻R。
优化试验接线，不拆电容器组一次接线板以往常规的电容器组试验需要开展直流电阻测试、电容和电感测试，因此需要直阻测试仪、电容电感测试仪，至少准备两套设备和接线，分别接线做试验，如果遇到试验数据不准还要拆除接线板。而这种新型电容器组测试仪把两套设备合二为一，优化为一套试验设备和接线，不用拆接线板，专门配备了调试最优的试验数据线，提高了测量结果，减小了试验误差，节省了大量的时间和人力。
2 试验装置模块集成
主控板被测电容或电感信号处理由外部被测电容或电感信号处理、信号放大和信号翻转组成。首先把外部输入采集的电压信号经过电容元器件，利用隔直流通交流的作用，在经过信号放大器组成跟随器电路进一步增强信号的驱动能力，此时完整的电压信号有正半周与负半周；在经过信号翻转芯片组成绝对值电路，把之前的负半周信号翻转成正半周信号，此时输出位置就是一个正的馒头波，就可以将其传输给单片机的模数端口进行处理。
主控板对仪器内部标准电容电流信号处理。此信号回路由运放组成电流转电压电路结构；把采集到的电流信号经过两级放大，转换为电压信号再进行放大处理，此时完整的电压信号有正半周与负半周；同样经过翻转芯片组成绝对值电路，将之前的负半周信号翻转成正半周信号，此时输出位置也是一个正的馒头波，可以将其传输给单片机的模数端口进行处理。
在外部输入回路中，采集待测电容或电感外部信号的接口位置就是面板位置的Ux两端。外部接线接好时，经过一个保护电阻，保护电阻的作用是以防外接电容、电感有外电路的残余电荷给仪器造成损坏，在仪器未通电前给其一个放电回路达到保护仪器的作用。在接通电源正式测量时，通过内部继电器会会跳开保护电阻，跳到交流电母线上，接通测量回路。内部还接有标准电容测量单元，并联在仪器内部标准电容接口上，通过交流互感器采集标准电容的电流信号采集实时电压信号。
在钳形表尾部信号处理单元回路中，此回路就是把外电路采集到的电流信号进行处理。通过交流电幅值限制单元，其目的是将峰峰值限制在0.7V以内，并将部分电流信号处理成电压信号，并且通过控制继电器的吸合对信号进行放大处理。最后再通过最后一级信号放大器进行信号放大处理，增加信号的驱动能力与抗干扰能力。
图1 测试原理框图
最后将所有采集到的外接信号通过外接电容/电感和钳形表接口送到主控板的存储单元，存储单元采用X5645芯片，保存内部参数，在通过计算程序驱动，就可以得到相应的测量值，在通过人机交换界面输入准备值，也存入主控板的存储单元，此时测量值与标准值计较，驱动比较程序，将得出相应的偏差值，这就是外接被试品的真实参数和偏差。和规程相比较，反应出被试品的质量，是否超出运行要求，影响电能质量。其原理图如图1所示。
3 精益化分析
在传统的电容器组试验中，测试电容电感和直阻往往要准备直阻测试仪和电容电感测试仪，不仅设备多而重，试验时也要接线两次，做出试验还要对照名牌计算，浪费大量的时间。而新型电容器组集两套设备之所长，补所短，只需一次接线就可以测出其结果合偏差，节省了大量的时间，表1为传统设备测试数据和新型电容器组测试数据的比较。
表1 新型与传统设备测试比较
通过表1的比较，显而易见新型电容器组的测试数据较传统设备提高了精度；还减免了试验接线、换线、换设备的多余过程，避免不必要的操作；试验数据计算时间明显缩短，特别是电容量计算，电容器越多计算时间越长，人工计算难免出错；缩短工作时间，提高工作效率等。
4 结语
在一种新型电容器组测试仪的研制过程中，虽然在设备程序和试验接线优化了很多，能够提高现场的工作效率和质量，满足作业现场的需求，弥补了大量人工计算的空白，但是在功能和精度方面还有许多值得深挖的地方，可以扩大投资来满足功能和精度的需求。本文结合需求和投资研制的成品，能为当下的电容器组检修和维护提供最大化的利益。
参考文献：［1］王成江，发电厂变电站电气部分（第二版），2017年。
刘荣胜，男，1992年9月，普洱供电局从事变电检修工作，助理工程师，普洱市茶城大道200号，