CN102944775A - 一种基于高压变频电源的大容量变压器特性试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于高压变频电源的大容量变压器特性试验系统，该基于高压变频电源的大容量变压器特性试验系统包括高压变频电源、中间变压器、无功及谐波功率补偿滤波装置和测量控制装置，所述高压变频电源的输出点a、b分别连接到中间变压器的两组输入点a1、b1和a2、b2，中间变压器的两组输出点A1、B1和A2、B2分别连接到无功及谐波功率补偿滤波装置的补偿电容器组两组输入点，无功及谐波功率补偿滤波装置的补偿电容器组两组输出点连接到无功及谐波功率补偿滤波装置的滤波器组两组输入点。通过上述方式，能够克服传统电源设备如发电机、调压器等的诸多不足和缺陷，特别适合于高电压、大容量变压器的特性参数试验。

Description

一种基于高压变频电源的大容量变压器特性试验系统

技术领域

本发明涉及一种变压器特性（包括空载特性、负载特性及温升试验）试验系统，特别是涉及一种基于高压变频电源的大容量变压器特性试验系统。

背景技术

随着电网电压等级的提高，电力系统变压器的容量也越来越大。特别的，对于大容量变压器，如±1100kV特高压直流换流变压器等，受限于运输和制造条件，一般倾向于采用现场组装并现场做出厂试验的形式交付用户。且多为三台单相构成一台三相变压器的形式，这对其特性参数试验设备提出了极高的要求，尤其是其中电源装置以及非线性无功和谐波滤波补偿装置的容量需求，现有试验设备和方法难以满足。

现有的变压器特性试验设备中的电源装置主要为同步发电机组、调压器和低压变频电源。同步发电机组体积庞大、笨重，运输和安装工作量大，且投资高，不易移动，不适合现场使用。高压调压器尤其是单相产品容量较小，难以满足试验要求，并且存在接触噪声和发热问题，运行时间短，负载能力和调压性能较差，且将导致系统负载严重不平衡。低压变频电源输出电压低，需要配套的大变比中间变压器难以制造，同时，因输出电流大，可靠性低。另一方面，受限于所用电子器件（IGBT）的规格，容量难以做大，无法满足需求。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种基于高压变频电源的大容量变压器特性试验系统，其能够满足高电压、大容量变压器特性试验的经济、有效的试验系统，且便于运输及现场使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于高压变频电源的大容量变压器特性试验系统，该基于高压变频电源的大容量变压器特性试验系统包括高压变频电源、中间变压器、无功及谐波功率补偿滤波装置和测量控制装置，所述高压变频电源的输出点a、b分别连接到中间变压器的两组输入点a1、b1和a2、b2，中间变压器的两组输出点A1、B1和A2、B2分别连接到无功及谐波功率补偿滤波装置的补偿电容器组两组输入点，无功及谐波功率补偿滤波装置的补偿电容器组两组输出点连接到无功及谐波功率补偿滤波装置的滤波器组两组输入点，无功及谐波功率补偿滤波装置的滤波器组两组输出点分别连接到测量控制装置的电压取样装置的两组输入点c1、d1和c2、d2，电压取样装置的2个输出点并联有电压表V1和V2，电压表V2连接到测量控制装置，电压表V1连接到高压变频电源。

优选的是，所述无功及谐波功率补偿滤波装置还包括低压补偿装置和非线性无功滤波补偿装置，所述低压补偿装置和非线性无功滤波补偿装置分别并联到高压变频电源的输出点a和b。

优选的是，所述测量控制装置还包括电流取样装置，电流取样装置分别连接到中间变压器的两个输出点B1和A2，电流取样装置还与测量控制装置连接。

本发明的有益效果是：本发明一种基于高压变频电源的变压器特性试验系统，由于采用高压变频电源作为系统电源装置，能够获得满足高电压、大容量变压器特性试验所需的足够大的电源容量，且能方便地进行现场试验；能长时间持续运行；电源装置的变频特性在变压器空载励磁特性试验中具有突出的优势，可以通过适当改变频率，调整补偿量，实现负载特性从弱感性或容性向强感性的平滑过渡。通过改变中间变压器的变比实现多种幅度的电压输出，从而也能满足较低电压等级或较小容量变压器的特性试验的需求。线性和非线性补偿滤波装置的采用，大幅度地降低了对系统电源容量的需求，改善了试验电压的波形质量，使其失真度满足试验要求，同时也改善了作为系统电源装置的高压变频电源的工况，使其乃至本发明所述的整个试验系统的工作稳定性和可靠性大大增强。

附图说明

图1是本发明一种基于高压变频电源的大容量变压器特性试验系统的一较佳实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明较佳实施例进行详细阐述，以使发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，本发明实施例包括：

一种基于高压变频电源的大容量变压器特性试验系统，该基于高压变频电源的大容量变压器特性试验系统包括高压变频电源（1）、中间变压器（2）、无功及谐波功率补偿滤波装置（3）和测量控制装置（4），所述高压变频电源（1）的输出点a、b分别连接到中间变压器（2）的两组输入点a1、b1和a2、b2，中间变压器（2）的两组输出点A1、B1和A2、B2分别连接到无功及谐波功率补偿滤波装置（3）的补偿电容器组（31）两组输入点，无功及谐波功率补偿滤波装置（3）的补偿电容器组（31）两组输出点连接到无功及谐波功率补偿滤波装置（3）的滤波器组（32）两组输入点，无功及谐波功率补偿滤波装置（3）的滤波器组（32）两组输出点分别连接到测量控制装置（4）的电压取样装置（41）的两组输入点c1、d1和c2、d2，电压取样装置（41）的2个输出点并联有电压表V1和V2，电压表V2连接到测量控制装置（4），电压表V1连接到高压变频电源1；

所述无功及谐波功率补偿滤波装置（3）还包括低压补偿装置（33）和非线性无功滤波补偿装置（34），所述低压补偿装置（33）和非线性无功滤波补偿装置（34）分别并联到高压变频电源（1）的输出点a和b；

所述测量控制装置（4）还包括电流取样装置（42），电流取样装置（42）分别连接到中间变压器（2）的两个输出点B1和A2，电流取样装置（42）还与测量控制装置（4）连接。

如图1所示，一种基于高压变频电源的变压器特性试验系统包括用作系统电源装置的高压变频调压试验电源即高压变频电源（1）、用于适配被试变压器试验电压的中间变压器（2）、用于补偿试品无功及谐波功率的补偿滤波装置（3），以及测量控制装置（4）。其中补偿滤波装置3包括补偿电容器组（31）（高压）、滤波器组（32）（高压）、低压补偿装置（33）以及非线性无功滤波补偿装置（34）（SVG）。电压取样装置（41）（TV）和电流取样装置（42）从属于测量控制装置（4）系统。

高压变频电源（1），变压器特性如附图1所示，输入电源一般为三相（特殊情况下，如只有单相电源供电时，也可以针对性的设计为单相输入），输出端根据试品性质和试验需求的不同，可以为单相、三相，或单相和三相通用。

输入电压一般为3kV至10kV等级。电源输入后经过内部移相变压器移相得到多相低电压输出（如10kV等级输出为24相或27相），每组三相电给一个功率单元供电。移相后对于输入端而言，构成多相整流，功率因数可高达0.97以上，对电网谐波污染极小。

通过功率单元串联（非功率器件IGBT串联），并利用移相调制技术，输出失真度5%左右的正弦波高电压。通过在输出端口上设置滤波器，进一步降低输出失真度，使其达到符合要求的3%以下。输出电压一般为3kV至10kV等级的的高压。

因输入、输出均为高电压，容量可做大至数十兆伏安，从而能够满足大容量变压器特性试验的大容量试验电源需求。

通过程序控制高压变频电源功率单元的驱动，实现试验所需的输出电压和频率的独立调节，也可根据人为设定，实现电压和频率的关联调节。

高压变频电源功率器件的选取以及通风散热装置的设计均按长时间运行考虑，因此完全满足变压器温升试验的长时间运行需求。

试验时，通过在被试变压器电压输入端口取样（如图1中V1），反馈回高压变频电源，实现闭环控制，可获得高度稳定的试验电压。

如图1所示的中间变压器（2），一般为升压变压器，其输入可以为多个相同结构的绕组，并且每个绕组对应位置可以设有抽头，各绕组可串并联联接；输出绕组也可设有多个电压抽头。通过改变绕组的联接方式以及联接输入、输出绕组不同位置的抽头，能够获得多种变比，从而输出不同的电压值以满足不同电压等级的被试变压器的试验电压要求。

所述的无功及谐波功率补偿滤波装置（3），分为线性补偿滤波装置和非线性补偿滤波装置两类。线性补偿滤波装置包括补偿电容器组（31）（高压），滤波器组（32）（高压）和低压补偿装置（33）；非线性无功滤波补偿装置（34）主要为SVG（静止无功发生器）。滤波器组（32），系由电感L和电容C串联构成的二阶电路（工作于谐振状态），一般为3次、5次和7次滤波器，视系统谐波分布情况，可只用其中的某一种或两种，而更高次的谐波一般含量较少通常可以忽略。各次谐波滤波器，对低于其通频带的基波信号均具有电容补偿作用，应充利用，并据此在设计时选定电感和电容参数。根据试验实际所需，可全部或部分采用上述补偿滤波装置。

所述的测量控制装置（4），用于实现对高压变频电源的远程控制、状态和信息显示，以及对测量数据和结果的处理、显示和存储。远程控制可以为无线（蓝牙或Wifi网络）或有线（光纤或485接口）的方式，避免直接就近操作高压变频电源的局限性，同时提升试验的安全性和舒适性。

对于变压器特性试验中的负载特性和温升试验，因试品系线性感性负载，只需在中间变压器的输出端（高压侧）并联合适容量的补偿电容器（31），并确保中间变压器和高压变频电源具有足够容量裕度，即可顺利地进行试验。

对于空载特性试验，由于试品的非线性，尤其是在超过额定电压以后，因铁心饱和，产生大量谐波电流，一般需多种补偿和滤波措施综合运用，从而增强试验系统工作的稳定性，使试验顺利进行。而在进行变压器励磁特性（或伏安特性）试验过程中，因是试品特性一直在变（功率因数不固定），需分阶段逐级投入补偿电容器组（31）（高压）中的电容器，并实时微调低压补偿装置（33）的补偿度，同时通过小范围调整高压变频电源的输出频率来达到控制系统综合补偿度的目标，从而改善试验系统的工况，使系统工作更加稳定。基于变频电源方案的优势之一此时得以彰显，避免了在高压下投切电容器和电抗器的危险操作。

本发明一种基于高压变频电源的变压器特性试验系统，由于采用高压变频电源作为系统电源装置，能够获得满足高电压、大容量变压器特性试验所需的足够大的电源容量，且能方便地进行现场试验；能长时间持续运行；电源装置的变频特性在变压器空载励磁特性试验中具有突出的优势，可以通过适当改变频率，调整补偿量，实现负载特性从弱感性或容性向强感性的平滑过渡。通过改变中间变压器的变比实现多种幅度的电压输出，从而也能满足较低电压等级或较小容量变压器的特性试验的需求。线性和非线性补偿滤波装置的采用，大幅度地降低了对系统电源容量的需求，改善了试验电压的波形质量，使其失真度满足试验要求，同时也改善了作为系统电源装置的高压变频电源的工况，使其乃至本发明所述的整个试验系统的工作稳定性和可靠性大大增强。以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于高压变频电源的大容量变压器特性试验系统，其特征在于：该基于高压变频电源的大容量变压器特性试验系统包括高压变频电源、中间变压器、无功及谐波功率补偿滤波装置和测量控制装置，所述高压变频电源的输出点a、b分别连接到中间变压器的两组输入点a1、b1和a2、b2，中间变压器的两组输出点A1、B1和A2、B2分别连接到无功及谐波功率补偿滤波装置的补偿电容器组两组输入点，无功及谐波功率补偿滤波装置的补偿电容器组两组输出点连接到无功及谐波功率补偿滤波装置的滤波器组两组输入点，无功及谐波功率补偿滤波装置的滤波器组两组输出点分别连接到测量控制装置的电压取样装置的两组输入点c1、d1和c2、d2，电压取样装置的2个输出点并联有电压表V1和V2，电压表V2连接到测量控制装置，电压表V1连接到高压变频电源。

2.根据权利要求1所述的一种基于高压变频电源的大容量变压器特性试验系统，其特征在于：所述无功及谐波功率补偿滤波装置还包括低压补偿装置和非线性无功滤波补偿装置，所述低压补偿装置和非线性无功滤波补偿装置分别并联到高压变频电源的输出点a和b。

3.根据权利要求1所述的一种基于高压变频电源的大容量变压器特性试验系统，其特征在于：所述测量控制装置还包括电流取样装置，电流取样装置分别连接到中间变压器的两个输出点B1和A2，电流取样装置还与测量控制装置连接。

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