CN102142779A - 新型变压器试验电源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型变压器试验电源，包括高压变频试验电源、中间升压变压器、无功补偿装置，高压变频试验电源连接中间升压变压器，中间升压变压器与被试变压器相连接；被试变压器的输入端连接无功补偿装置。所述的高压变频试验电源采用功率单元串联多电平结构，功率单元基本结构为交-直-交三相整流、单相逆变电路；移相变压器的副边绕组三个为一组，每组分别向同一级的三个功率单元供电，每一相的多个功率单元串联在一起，组成星型连接的三相高压电源输出。优点是：将高压变频试验电源直接作为变压器试验电源，输出试验所需各种频率电压；该试验电源能够输出连续可调的电压，频率调节范围为0～200Hz的三相交流电，为变压器试验提供宽调压调频范围。

Description

新型变压器试验电源
技术领域
本发明涉及一种用于变压器试验的新型变频试验电源。
背景技术
变压器作为电力系统最重要的电气主设备之一，其运行状态直接影响着电力系统的安全稳定运行。因此，变压器在出厂之前需进行变压器试验。进行变压器试验的目的是取得其性能数据，用来判定变压器合格与否。
根据《GB1094.1-1996》规定，变压器要做三种试验：例行试验、型式试验和特殊试验。
传统的变压器试验电源采用异步电动机协助同步机组起动的方式。异步机将同步机电动机拖动至其额定转速附近，异步电动机断电，并将同步机组切换至旁路。同步发电机输出侧配置无功补偿装置，为变压器试验提供无功电流补偿。传统的变压器试验电源的缺点是：占地面积大，电源输出频率可变范围小；可靠稳定性差；运行噪声大；操作复杂；需增加异步电动机协助起动，运行及维护繁琐；可移动性差。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种新型变压器试验电源，将高压变频试验电源直接作为变压器试验电源，输出试验所需各种频率电压；该试验电源能够输出连续可调的电压，频率调节范围为0～200Hz的三相交流电，为变压器试验提供宽调压调频范围。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种新型变压器试验电源，包括高压变频试验电源、中间升压变压器、无功补偿装置，高压变频试验电源连接中间升压变压器，中间升压变压器与被试变压器相连接；被试变压器的输入端连接无功补偿装置。
所述的高压变频试验电源采用功率单元串联多电平结构，功率单元基本结构为交-直-交三相整流、单相逆变电路；移相变压器的副边绕组三个为一组，每组分别向同一级的三个功率单元供电，每一相的多个功率单元串联在一起，组成星型连接的三相高压电源输出。
在进行工频耐压试验单相输出时，所述的高压变频试验电源采用功率单元串联多电平结构，功率单元基本结构为交-直-交三相整流、单相逆变电路；移相变压器的副边绕组三个为一组，每组分别向同一级的三个功率单元供电，每一相的多个功率单元串联在一起，按照U相末端连接V相首端，V相末端连接W相末端，U相首端与W相首端作为出线端，将功率单元逐相连接起来，使得高压变频试验电源输出试验所需的单相交流电。
所述功率单元输入侧设有熔断器，整流侧由二极管D-a、D-b、D-c、D-d、D-e、D-f组成整流电路，电容组C构成直流滤波环节，电容组C并联有保护电阻R；逆变侧可控功率开关器件VT-a、VT-b、VT-c、VT-d实现3电平电压输出。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明变压器试验电源，采用移相变压器与高压变频试验电源串联的方式，具有较宽的电压和频率调节范围，可满足变压器试验对电源输出电压的缓慢/急速升压，长时带负载运行，高频运行等各种要求；省去传统的试验电源中的中频发电机组，电压与频率可分别进行控制；具有可靠稳定性好，占地面积小，操作简单，维护方便，运行噪声小，可移动性强等优势。
新型变压器试验电源，试验所需无功功率完全由无功补偿装置提供，通过计算系统所需要的无功功率选择无功补偿装置，以此降低变频试验电源的容量，降低其输出功率及输出电流。对于两项耐压试验中，负载呈容性，为避免电流向变频试验电源流动，增加电抗器吸收回馈的无功功率，同时可以通过电抗器减小系统对变频试验电源输入侧移相变压器的干扰，保护电网质量。
附图说明
图1是新型变压器试验电源的结构图；
图2是高压变频试验电源的拓扑结构图；
图3是功率单元的基本结构图；
图4是单相试验变频试验电源接线示意图。
具体实施方式
见图1，新型变压器试验电源，包括高压变频试验电源1、中间升压变压器2、无功补偿装置，高压变频试验电源连接中间升压变压器2，中间升压变压器2与被试变压器3相连接；被试变压器3的输入端连接无功补偿装置。
见图2，高压变频试验电源采用功率单元串联多电平结构，功率单元基本结构为交-直-交三相整流、单相逆变电路；移相变压器的副边绕组三个为一组，每组分别向同一级的三个功率单元供电，每一相的多个功率单元串联在一起，组成星型连接的三相高压电源输出。
见图3，功率单元输入侧熔断器F1、F2实现保护功能。整流侧由二极管D-a、D-b、D-c、D-d、D-e、D-f组成整流电路，电容组C构成直流滤波环节，电阻R实现直流侧均压并在变频电源停机后为电容组C提供放电通道，起保护作用。逆变侧可控功率开关器件VT-a、VT-b、VT-c、VT-d实现3电平电压输出。
本发明变压器试验电源的结构及原理叙述如下：
高压变频试验电源采用直接高压输入，直接高压输出的高-高方式，或较高-低-高变频方式，简化了系统结构。采用功率单元串联多电平技术，每个功率单元在结构和电气性能上完全一致，可以通用互换，增强了高压变频试验电源的可靠性与维护性。
功率单元是组成高压变频试验电源的最小单位，其基本拓扑为交-直-交三相整流/单相逆变电路。整流电路将移相变压器副边绕组提供的三相交流电源整流为脉动的直流电源，经过大容量的电容滤波后，可以得到稳定的直流电源。通过对由IGBT组成的逆变桥进行正弦调制的PWM控制，得到等效正弦的单相交流输出。
高压变频试验电源的输出电压的大小由功率单元串联个数决定。通过功率单元串联，多个功率单元的输出电压进行叠加，得到阶梯正弦的PWM波形。采用叠波技术，最大限度的消除了高压变频试验电源输出电压中的谐波含量，电压波形接近于标准的正弦波，大大改善了变频试验电源的输出性能。
本装置采用移相变压器与功率单元多电平串联叠加技术，可以消除电网中因功率单元内电力电子器件工作而产生的谐波电流，并且能保持接近1的输入功率因数，极大的改善了网侧电源的质量。
试验电源根据不同的电压等级以及试验的要求，可提供多种串联级数，但不论串联级数多少，其基本工作原理都是一致的。
变频试验电源工作过程
移相变压器的原边通过高压隔离开关连接到母线电网，母线电压经多组副边绕组降压移相后，输入到高压变频试验电源，高压变频试验电源的输出经中间升压变压器接入被试变压器。
在高压变频试验电源运行前，通过充电电阻向功率柜内功率单元充电，以减小充电电流，保护功率单元内的整流模块及电力电容在充电过程中的安全。在充电过程结束后，通过高压真空接触器手动或自动地将充电电阻旁路掉，使高压变频试验电源进入工作状态。
在变压器试验中，高压变频试验电源提供试验所需的有功功率，无功功率由无功补偿装置提供。
1.空载试验(缓慢升压)
通过设置试验电源升压时间，使得高压变频试验电源频率缓慢上升至50Hz，通过高压变频试验电源的控制面板根据试验要求，通过控制面板，保持频率不变的情况下，对输出电压进行升压降压控制。变频试验电源可以按照试验要求输出三相不对称度小于5％的交流电。
2.负载试验(迅速升压)
通过设置高压变频试验电源升压时间，使得高压变频试验电源频率迅速上升至50Hz，根据试验要求，通过控制面板，保持频率不变的情况下，对输出电压进行升压降压控制。
3.温升试验(长时带负载)
温升试验中高压变频试验电源的控制方式与负载试验相同，区别在于，温升试验中高压变频试验电源长期带负载运行。
4.感应耐压试验(高频运行)
先通过频率给定，设定高压变频试验电源输出150Hz交流电，电压经中间变压器输入到被试变压器。再通过控制面板对电压进行外部给定，使得高压变频试验电源输出试验要求的电压。感应耐压试验中，负载呈容性，无功功率流向变频试验电源，因此在变频试验电源输出侧增加电抗器，吸收回馈的无功功率。
5.工频耐压试验(单相)
如图1、图2、图3、图4所示，试验电源中性点打开，通过切换柜，在进行工频耐压试验单相输出时，所述的高压变频试验电源采用功率单元串联多电平结构，功率单元基本结构为交-直-交三相整流、单相逆变电路；移相变压器的副边绕组三个为一组，每组分别向同一级的三个功率单元供电，每一相的多个功率单元串联在一起，按照U相末端连接V相首端，V相末端连接W相末端，U相首端与W相首端作为出线端，将功率单元逐相连接起来，使得高压变频试验电源输出试验所需的单相交流电。通过对升压时间的设定，使得高压变频试验电源输出电压快速上升。然后再根据试验要求，通过控制面板，保持频率50Hz不变的情况下，对输出电压进行升压降压控制。

Claims (4)

1.一种新型变压器试验电源，其特征在于，包括高压变频试验电源、中间升压变压器、无功补偿装置，高压变频试验电源连接中间升压变压器，中间升压变压器与被试变压器相连接；被试变压器的输入端连接无功补偿装置。
2.根据权利要求1所述的新型变压器试验电源，其特征在于，所述的高压变频试验电源采用功率单元串联多电平结构，功率单元基本结构为交-直-交三相整流、单相逆变电路；移相变压器的副边绕组三个为一组，每组分别向同一级的三个功率单元供电，每一相的多个功率单元串联在一起，组成星型连接的三相高压电源输出。
3.根据权利要求1所述的新型变压器试验电源，其特征在于，在进行工频耐压试验单相输出时，所述的高压变频试验电源采用功率单元串联多电平结构，功率单元基本结构为交-直-交三相整流、单相逆变电路；移相变压器的副边绕组三个为一组，每组分别向同一级的三个功率单元供电，每一相的多个功率单元串联在一起，按照U相末端连接V相首端，V相末端连接W相末端，U相首端与W相首端作为出线端，将功率单元逐相连接起来，使得高压变频试验电源输出试验所需的单相交流电。
4.根据权利要求2或3所述的新型变压器试验电源，其特征在于，功率单元输入侧设有熔断器，整流侧由二极管D-a、D-b、D-c、D-d、D-e、D-f组成整流电路，电容组C构成直流滤波环节，电容组C并联有保护电阻R；逆变侧可控功率开关器件VT-a、VT-b、VT-c、VT-d实现3电平电压输出。
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