一種基於高壓變頻電源的大容量變壓器特性試驗系統的製作方法
2023-05-26 06:22:16
專利名稱：一種基於高壓變頻電源的大容量變壓器特性試驗系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種變壓器特性(包括空載特性、負載特性及溫升試驗)試驗系統，特別是涉及一種基於高壓變頻電源的大容量變壓器特性試驗系統。
背景技術：
隨著電網電壓等級的提高，電力系統變壓器的容量也越來越大。特別的，對於大容量變壓器，如± IlOOkV特高壓直流換流變壓器等，受限於運輸和製造條件，一般傾向於採用現場組裝並現場做出廠試驗的形式交付用戶。且多為三臺單相構成一臺三相變壓器的形式，這對其特性參數試驗設備提出了極高的要求，尤其是其中電源裝置以及非線性無功和諧波濾波補償裝置的容量需求，現有試驗設備和方法難以滿足。現有的變壓器特性試驗設備中的電源裝置主要為同步發電機組、調壓器和低壓變頻電源。同步發電機組體積龐大、笨重，運輸和安裝工作量大，且投資高，不易移動，不適合現場使用。高壓調壓器尤其是單相產品容量較小，難以滿足試驗要求，並且存在接觸噪聲和發熱問題，運行時間短，負載能力和調壓性能較差，且將導致系統負載嚴重不平衡。低壓變頻電源輸出電壓低，需要配套的大變比中間變壓器難以製造，同時，因輸出電流大，可靠性低。另一方面，受限於所用電子器件(IGBT)的規格，容量難以做大，無法滿足需求。
發明內容本實用新型主要解決的技術問題是提供一種基於高壓變頻電源的大容量變壓器特性試驗系統，其能夠滿足高電壓、大容量變壓器特性試驗的經濟、有效的試驗系統，且便於運輸及現場使用。為解決上述技術問題，本實用新型採用的一個技術方案是提供一種基於高壓變頻電源的大容量變壓器特性試驗系統，該基於高壓變頻電源的大容量變壓器特性試驗系統包括高壓變頻電源、中間變壓器、無功及諧波功率補償濾波裝置和測量控制裝置，所述高壓變頻電源的輸出點a、b分別連接到中間變壓器的兩組輸入點al、bl和a2、b2，中間變壓器的兩組輸出點A1、B1和A2、B2分別連接到無功及諧波功率補償濾波裝置的補償電容器組兩組輸入點，無功及諧波功率補償濾波裝置的補償電容器組兩組輸出點連接到無功及諧波功率補償濾波裝置的濾波器組兩組輸入點，無功及諧波功率補償濾波裝置的濾波器組兩組輸出點分別連接到測量控制裝置的電壓取樣裝置的兩組輸入點Cl、dl和c2、d2，電壓取樣裝置的2個輸出點並聯有電壓表Vl和V2，電壓表V2連接到測量控制裝置，電壓表Vl連接到高壓變頻電源。優選的是，所述無功及諧波功率補償濾波裝置還包括低壓補償裝置和非線性無功濾波補償裝置，所述低壓補償裝置和非線性無功濾波補償裝置分別並聯到高壓變頻電源的輸出點a和b。優選的是，所述測量控制裝置還包括電流取樣裝置，電流取樣裝置分別連接到中間變壓器的兩個輸出點BI和A2，電流取樣裝置還與測量控制裝置連接。[0008]本實用新型的有益效果是本實用新型一種基於高壓變頻電源的變壓器特性試驗系統，由於採用高壓變頻電源作為系統電源裝置，能夠獲得滿足高電壓、大容量變壓器特性試驗所需的足夠大的電源容量，且能方便地進行現場試驗；能長時間持續運行；電源裝置的變頻特性在變壓器空載勵磁特性試驗中具有突出的優勢，可以通過適當改變頻率，調整補償量，實現負載特性從弱感性或容性向強感性的平滑過渡。通過改變中間變壓器的變比實現多種幅度的電壓輸出，從而也能滿足較低電壓等級或較小容量變壓器的特性試驗的需求。線性和非線性補償濾波裝置的採用，大幅度地降低了對系統電源容量的需求，改善了試驗電壓的波形質量，使其失真度滿足試驗要求，同時也改善了作為系統電源裝置的高壓變頻電源的工況，使其乃至本發明所述的整個試驗系統的工作穩定性和可靠性大大增強。
圖1是本實用新型一種基於高壓變頻電源的大容量變壓器特性試驗系統的一較佳實施例的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型較佳實施例進行詳細闡述，以使實用新型的優點和特徵能更易於被本領域技術人員理解，從而對本實用新型的保護範圍做出更為清楚明確的界定。請參閱圖1，本實用新型實施例包括一種基於高壓變頻電源的大容量變壓器特性試驗系統，該基於高壓變頻電源的大容量變壓器特性試驗系統包括高壓變頻電源(I)、中間變壓器(2)、無功及諧波功率補償濾波裝置(3)和測量控制裝置(4)，所述高壓變頻電源(I)的輸出點a、b分別連接到中間變壓器(2)的兩組輸入點al、bl和a2、b2，中間變壓器(2)的兩組輸出點A1、B1和A2、B2分別連接到無功及諧波功率補償濾波裝置(3)的補償電容器組(31)兩組輸入點，無功及諧波功率補償濾波裝置(3)的補償電容器組(31)兩組輸出點連接到無功及諧波功率補償濾波裝置(3 )的濾波器組(32 )兩組輸入點，無功及諧波功率補償濾波裝置(3 )的濾波器組(32 )兩組輸出點分別連接到測量控制裝置(4)的電壓取樣裝置(41)的兩組輸入點Cl、dl和c2、d2，電壓取樣裝置(41)的2個輸出點並聯有電壓表Vl和V2，電壓表V2連接到測量控制裝置(4)，電壓表Vl連接到高壓變頻電源I ;所述無功及諧波功率補償濾波裝置(3)還包括低壓補償裝置(33)和非線性無功濾波補償裝置(34)，所述低壓補償裝置(33)和非線性無功濾波補償裝置(34)分別並聯到高壓變頻電源(I)的輸出點a和b ;所述測量控制裝置(4 )還包括電流取樣裝置(42 )，電流取樣裝置(42 )分別連接到中間變壓器(2 )的兩個輸出點BI和A2，電流取樣裝置(42 )還與測量控制裝置(4 )連接。如圖1所示，一種基於高壓變頻電源的變壓器特性試驗系統包括用作系統電源裝置的高壓變頻調壓試驗電源即高壓變頻電源(I)、用於適配被試變壓器試驗電壓的中間變壓器(2)、用於補償試品無功及諧波功率的補償濾波裝置(3)，以及測量控制裝置(4)。其中補償濾波裝置3包括補償電容器組(31)(高壓)、濾波器組(32)(高壓)、低壓補償裝置(33)以及非線性無功濾波補償裝置(34) (SVG)0電壓取樣裝置(41) (TV)和電流取樣裝置(42)從屬於測量控制裝置(4)系統。高壓變頻電源(1)，變壓器特性如附圖1所示，輸入電源一般為三相(特殊情況下，如只有單相電源供電時，也可以針對性的設計為單相輸入)，輸出端根據試品性質和試驗需求的不同，可以為單相、三相，或單相和三相通用。輸入電壓一般為3kV至IOkV等級。電源輸入後經過內部移相變壓器移相得到多相低電壓輸出(如IOkv等級輸出為24相或27相)，每組三相電給一個功率單元供電。移相後對於輸入端而言，構成多相整流，功率因數可高達O. 97以上，對電網諧波汙染極小。通過功率單元串聯(非功率器件IGBT串聯)，並利用移相調製技術，輸出失真度5%左右的正弦波高電壓。通過在輸出埠上設置濾波器，進一步降低輸出失真度，使其達到符合要求的3%以下。輸出電壓一般為3kV至IOkV等級的的高壓。因輸入、輸出均為高電壓，容量可做大至數十兆伏安，從而能夠滿足大容量變壓器特性試驗的大容量試驗電源需求。通過程序控制高壓變頻電源功率單元的驅動，實現試驗所需的輸出電壓和頻率的獨立調節，也可根據人為設定，實現電壓和頻率的關聯調節。高壓變頻電源功率器件的選取以及通風散熱裝置的設計均按長時間運行考慮，因此完全滿足變壓器溫升試驗的長時間運行需求。試驗時，通過在被試變壓器電壓輸入埠取樣(如圖1中VI)，反饋回高壓變頻電源，實現閉環控制，可獲得高度穩定的試驗電壓。如圖1所示的中間變壓器(2)，一般為升壓變壓器，其輸入可以為多個相同結構的繞組，並且每個繞組對應位置可以設有抽頭，各繞組可串並聯聯接；輸出繞組也可設有多個電壓抽頭。通過改變繞組的聯接方式以及聯接輸入、輸出繞組不同位置的抽頭，能夠獲得多種變比，從而輸出不同的電壓值以滿足不同電壓等級的被試變壓器的試驗電壓要求。所述的無功及諧波功率補償濾波裝置(3)，分為線性補償濾波裝置和非線性補償濾波裝置兩類。線性補償濾波裝置包括補償電容器組(31)(高壓)，濾波器組(32)(高壓)和低壓補償裝置(33);非線性無功濾波補償裝置(34)主要為SVG (靜止無功發生器)。濾波器組(32)，系由電感L和電容C串聯構成的二階電路(工作於諧振狀態)，一般為3次、5次和7次濾波器，視系統諧波分布情況，可只用其中的某一種或兩種，而更高次的諧波一般含量較少通常可以忽略。各次諧波濾波器，對低於其通頻帶的基波信號均具有電容補償作用，應充利用，並據此在設計時選定電感和電容參數。根據試驗實際所需，可全部或部分採用上述補償濾波裝置。所述的測量控制裝置(4)，用於實現對高壓變頻電源的遠程控制、狀態和信息顯示，以及對測量數據和結果的處理、顯示和存儲。遠程控制可以為無線(藍牙或Wifi網絡)或有線(光纖或485接口)的方式，避免直接就近操作高壓變頻電源的局限性，同時提升試驗的安全性和舒適性。對於變壓器特性試驗中的負載特性和溫升試驗，因試品系線性感性負載，只需在中間變壓器的輸出端(高壓側)並聯合適容量的補償電容器(31 )，並確保中間變壓器和高壓變頻電源具有足夠容量裕度，即可順利地進行試驗。對於空載特性試驗，由於試品的非線性，尤其是在超過額定電壓以後，因鐵心飽和，產生大量諧波電流，一般需多種補償和濾波措施綜合運用，從而增強試驗系統工作的穩定性，使試驗順利進行。而在進行變壓器勵磁特性(或伏安特性)試驗過程中，因是試品特性一直在變(功率因數不固定)，需分階段逐級投入補償電容器組(31)(高壓)中的電容器，並實時微調低壓補償裝置(33)的補償度，同時通過小範圍調整高壓變頻電源的輸出頻率來達到控制系統綜合補償度的目標，從而改善試驗系統的工況，使系統工作更加穩定。基於變頻電源方案的優勢之一此時得以彰顯，避免了在高壓下投切電容器和電抗器的危險操作。本實用新型一種基於高壓變頻電源的變壓器特性試驗系統，由於採用高壓變頻電源作為系統電源裝置，能夠獲得滿足高電壓、大容量變壓器特性試驗所需的足夠大的電源容量，且能方便地進行現場試驗；能長時間持續運行；電源裝置的變頻特性在變壓器空載勵磁特性試驗中具有突出的優勢，可以通過適當改變頻率，調整補償量，實現負載特性從弱感性或容性向強感性的平滑過渡。通過改變中間變壓器的變比實現多種幅度的電壓輸出，從而也能滿足較低電壓等級或較小容量變壓器的特性試驗的需求。線性和非線性補償濾波裝置的採用，大幅度地降低了對系統電源容量的需求，改善了試驗電壓的波形質量，使其失真度滿足試驗要求，同時也改善了作為系統電源裝置的高壓變頻電源的工況，使其乃至本發明所述的整個試驗系統的工作穩定性和可靠性大大增強。以上所述僅為本實用新型的實施例，並非因此限制本實用新型的專利範圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本實用新型的專利保護範圍內。
權利要求1.一種基於高壓變頻電源的大容量變壓器特性試驗系統，其特徵在於該基於高壓變頻電源的大容量變壓器特性試驗系統包括高壓變頻電源、中間變壓器、無功及諧波功率補償濾波裝置和測量控制裝置，所述高壓變頻電源的輸出點a、b分別連接到中間變壓器的兩組輸入點al、bl和a2、b2，中間變壓器的兩組輸出點A1、B1和A2、B2分別連接到無功及諧波功率補償濾波裝置的補償電容器組兩組輸入點，無功及諧波功率補償濾波裝置的補償電容器組兩組輸出點連接到無功及諧波功率補償濾波裝置的濾波器組兩組輸入點，無功及諧波功率補償濾波裝置的濾波器組兩組輸出點分別連接到測量控制裝置的電壓取樣裝置的兩組輸入點cl、dl和c2、d2，電壓取樣裝置的2個輸出點並聯有電壓表Vl和V2，電壓表V2 連接到測量控制裝置，電壓表Vl連接到高壓變頻電源。
2.根據權利要求1所述的一種基於高壓變頻電源的大容量變壓器特性試驗系統，其特徵在於所述無功及諧波功率補償濾波裝置還包括低壓補償裝置和非線性無功濾波補償裝置，所述低壓補償裝置和非線性無功濾波補償裝置分別並聯到高壓變頻電源的輸出點a和 b0
3.根據權利要求1所述的一種基於高壓變頻電源的大容量變壓器特性試驗系統，其特徵在於所述測量控制裝置還包括電流取樣裝置，電流取樣裝置分別連接到中間變壓器的兩個輸出點BI和A2，電流取樣裝置還與測量控制裝置連接。
專利摘要本實用新型公開了一種基於高壓變頻電源的大容量變壓器特性試驗系統，該基於高壓變頻電源的大容量變壓器特性試驗系統包括高壓變頻電源、中間變壓器、無功及諧波功率補償濾波裝置和測量控制裝置，所述高壓變頻電源的輸出點a、b分別連接到中間變壓器的兩組輸入點a1、b1和a2、b2，中間變壓器的兩組輸出點A1、B1和A2、B2分別連接到無功及諧波功率補償濾波裝置的補償電容器組兩組輸入點，無功及諧波功率補償濾波裝置的補償電容器組兩組輸出點連接到無功及諧波功率補償濾波裝置的濾波器組兩組輸入點。通過上述方式，能夠克服傳統電源設備如發電機、調壓器等的諸多不足和缺陷，特別適合於高電壓、大容量變壓器的特性參數試驗。
文檔編號G01R31/00GK202886503SQ20122056167
公開日2013年4月17日 申請日期2012年10月30日 優先權日2012年10月30日
發明者鮑清華, 劉曉莊, 郭守賢, 張源斌, 周洪, 於芳 申請人:蘇州華電電氣股份有限公司