电力超导设备长期带电试验系统的设计研究.docx

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【Summary】
当前，大城市集群区域的电网发展趋势，对超导交直流电缆、超导限流电抗器等电力超导设备提出了迫切的需求。而大量实验的验证是保证电力超导设备安全运行的基础，也是电力超导设备入网运行的必要条件。本文拟设计适用于电力超导设备的长期带电试验系统，也为电力设备的长期带电试验系统建设提供思路和方案。
【Keys】
超导；长期带电；试验系统
0  引言
超导技术是21世纪最具战略价值的前沿科技之一。在中国，这一技术被高度重视，并在“十三五”期间的电力科技发展规划中占据了重要位置。中国电机工程学会强调了对高温超导材料及其应用技术进行基础和前瞻性研究的重要性，
以确保电力科技的持续发展。南方电网公司也明确了在“十三五”科技发展规划中加强超导电力技术的实施，建立专门的实验室来推动这一领域的研发，为电网的现代化提供坚实的技术基础。
随着广东地区、尤其是珠三角地区电网的快速发展，新能源的接入、大容量电力传输和日益密集的用电需求，对超导交直流电缆和超导限流电抗器等设备提出了迫切的需求。这些超导电力设备的研发和应用需要通过大量实验来验证其性能，确保其能够按照设计目标稳定运行，并且满足入网运行的标准。
因此，建立一个集检测、试验于一体的超导电力设备检测平台变得尤为关键。这样的平台将为超导技术的研究提供强有力的支持，包括对超导材料的性能评估、超导磁体的制造和性能测试，以及超导电力装置的研发、入网检测、示范运行和维护等。这不仅能够解决科研中的问题，还能为电网的升级转型提供必要的技术支撑。
基于上述现状及背景，为了实现超导设备的长期带电运行试验，本文拟设计适用于电力超导设备的长期带电试验系统。
1  长期带电试验系统设计方案
试验系统能力确定
长期带电试验系统旨在满足饱和铁芯型超导限流电抗器及超导电缆的长期带电试验（单相）。根据目前超导设备试品的制造情况，系统试验能力设计为：
1）；电压输出单相1~35kV；电流100~3000A长时。
2）测量精度：电压、电流测量精度：≤±%（全量程）；²
3）控制精度：电流稳定精度≤±2%；电压控制精度≤2%；时间控制控制精度1%。
试验系统接线原理图
试验系统额定电压和额定电流通过不同的施加方式同时施加于被试品，电压采用试验变压器直接施加，电流通过感应施加的方式实现。长期带电试验系统原理模型见图1。
图1 长期带电试验系统原理图
试验系统由试验变压器和升流装置构成，试品电压通过试验变压器施加；电流通过升流装置进行调节。升流装置由调压器、升流变压器、补偿装置、试验工装等组成，其原理是将试验工装与试品构成回路，此回路作为升流变压器的二次侧，通过调节升流变压器一次侧电压来调节二次侧的感应电压，从而实现实验系统电流的调节。升流装置系统原理见图2。
图2  升流装置系统原理图
整个试验系统接线原理见图3。
图3  长期带电试验系统接线原理图
试验系统主要设备及其参数选型
长期带电试验系统以回路电抗及试品阻抗为主，系统主要试验试品的长期带电运行能力，。
试验系统主要由试验变压器和升流装置构成。
1）试验变压器主要为试品提供试验电压，电压输出单相1~35kV，由调压器和试验变压器组成，通过调压器实现输出电压的大范围调整。
：
型式：自耦调压器；
标称容量：120kVA（对应输出420V而言）；
额定电压：；
输出电压：0-420V；
短路阻抗：不大于10%（满功率情况下）。
：
型式：户外油浸式变压器；
标称容量：70kVA；
初级额定电压：380V，最高运行电压420V；
次级额定工作电压为35kV，最高运行电压35kV；
短路阻抗：不大于6%。
2）升流装置由调压器、升流变压器、补偿装置、试验回路工装等组成，升流装置相关设备的参数选取主要与被试回路阻抗和被试品阻抗有关，，设备选型如下。
：
型式：户外油浸式调压器；
标称容量：2000kVA（）。其他电压下，按等电流原则确定容量；
额定电压：；
输出电压：~；
短路阻抗：不大于5%（满功率情况下）。
，电流源试验变压器选择两种，参数如下：
1）型式：干式变压器，标称容量1000kVA，，输出额定电压为250V，干式自冷式，短路阻抗不大于10%。
2）型式：干式变压器，标称容量500kVA，，输出额定电压为150V，干式自冷式，短路阻抗不大于10%。
：
额定电压：12kV，额定电流1250A，冲击3810A（4S），。
：
标称总容量2000kvar，，自冷式。
采用真空接触器投切；具备自动记录状态，自动保护，；具备异常报警闭锁出口；动作时间间隔：1-60分可调；功率因素：-；电容偏差不得大于5%。
试验系统控制、保护及测量
试验系统配置测控系统，主要用于长期带电试验系统的元器件进行控制、保护和测量。
1）测控系统选用NI系统，系统主机为PCI主机，测量与控制通过插入PCI主机的NI板卡进行模块化添加。由控制测量台、控制测量柜组成，其中控制测量台：主要放置工控机、显示器、按钮、指示灯等二次元器件；控制测量柜：主要放置继电器、接触器、断路器、开关电源等二次元器件和传感器。
2）控制主要功能：
控制试验流程和调节所需试验电压和电流，并进行安全保护，控制主回路合分，以及信号反馈。该系统具备与主监控室具有通讯功能（包括试验运行、试验停止功能）。主要控制对象如下：
电压调节：调压器电压调节，可通过远程控制实现；
高压开关：远程电动控制；
所有回路开关及接触器分合反馈；
所有回路元器件报警及门限信号显示。
3）测量主要功能：
测量系统由各档位变送器、电压互感器以及NI模拟量采集系统构成，完成对试验电流和试验电压的测量。
4）安全保护功能：
，当不具备权限的人员进行操作时，系统将不响应操作，增加系统的安全性；
，如控制系统无法通过控制元器件达到试验人员设定的参数（如输出电流值、通电时间等）时，应尽快停止试验断开主回路；
，防止由于误操作带来的危险；
，控制系统报故障；
、特性、可返回等其中一项试验，控制系统应做好各个试验功能的互锁;
，当检测到故障时应立即停止试验同时及时可靠的断开主回路输出并报故障；
，避免在下次重新上电使用时重复设定参数或避免上一次试验数据的丢失。
2  结语
构建超导设备试验系统对于推动超导技术的进步至关重要，它为电力超导技术的商业化提供了基础性的支持。超导技术，作为一种具有深远战略价值的创新科技，其进步无疑将引发电网技术的革新，为电网的现代化提供坚实的技术基础，进而促进电网的整体升级和转型。
本文针对当前大型城市电网发展对电力超导设备的需求，以及电力超导设备入网运行所需的广泛实验验证，提出了一个长期带电试验系统的设计方案。这一方案实现了超导设备在长期带电条件下的运行试验，为建立长期带电试验系统提供了思路，对于加速电力超导技术的产业化进程具有积极的影响。
Reference
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-全文完-