CN103336260B - Gis中电压互感器校验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种GIS中电压互感器校验系统,包括智能变频控制电源、励磁变压器、高压自动补偿电抗器、一体化高压标准电压互感器、智能现场校验仪及负荷箱，所述智能变频控制电源的输出端连接励磁变压器的输入端子，励磁变压器的输出端子连接高压自动补偿电抗器的低压端子，高压自动补偿电抗器的高压端子连接GIS内电压互感器的高压端，GIS内电压互感器的高压端子并联外部的一体化高压变压器的高压端子，所述智能变频控制电源还具有一根信号控制线连接高压自动补偿电抗器的电机驱动机构。本发明具备很高的补偿效率，电源的波形好，无恢复过电压，避免设备二次击穿。
Description
技术领域
本发明涉及一种GIS内电压互感器校验的系统，属于高压测试的技术领域。
背景技术
对GIS内电压互感器校验时，不能完全把电压互感器独立出来，要带上一定的间隔数和一定的长度的母线，就有一定的对地电容。由于GIS间隔和母线的存在，在升压时就存在电容电流,且GIS气室管道尺寸规格不同、长度不一以及接线布置方式不尽统一，造成了GIS管道电容量的不确定性。但是由于管道电容量不确定，现场试验时要达到50Hz的谐振频率，需多次反复调整电抗值，费时费力，工作效率低，对互感器现场误差试验带来了新的困难，也是目前国内进行GIS中电磁式电压互感器误差试验面临的普遍问题。
由于高压可调电抗器设计困难，目前在实际产品中往往采取在试验变压器中设计一个中低压补偿绕组，这个补偿绕组接上低压可调电抗器进行补偿。但是，吸收大量容性无功的电容存在于一次回路，如果在试验变的二次进行补偿的话，只能补偿电源容量，试验变的容量还是得和一次需要的容量一样，得不到补偿，所以容量大，体积和重量都大。
现在常用的补偿方法：如图1所示，由于高压可调电抗器设计困难，目前在实际产品中往往采取在试验变压器中设计一个中低压补偿绕组，这个补偿绕组接上低压可调电抗器进行补偿。但是，吸收大量容性无功的电容存在于一次回路，如果在试验变的二次进行补偿的话，只能补偿电源容量，试验变的容量还是得和一次需要的容量一样，得不到补偿，所以容量大，体积和重量都大。
现有方法的优点是：补偿电抗器的电压不高，设计简单,补偿后，试验电源的容量可大大减小，试验电源的实现较为容易。
现有方法的缺点是：变压器的输出电压和容量不能得到补偿，所以不能减小, 补偿电感的设计为可调，一般这种可调电抗器的设计为单台，容量大，补偿时电磁应力大，震动声很大,补偿的效率不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种GIS内电压互感器校验的系统,解决 变压器的输出电压和容量不能得到补偿的问题。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种GIS内电压互感器校验的系统，解决现有的补偿方法中电磁应力大、震动声很大及补偿的效率不高的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种GIS中电压互感器校验系统， 包含智能变频控制电源、励磁变压器、高压自动补偿电抗器、一体化高压标准电压互感器、智能现场校验仪及负荷箱，所述智能变频控制电源的输出端连接励磁变压器的输入端子，励磁变压器的输出端子连接高压自动补偿电抗器的低压端子，高压自动补偿电抗器的高压端子连接GIS内电压互感器的高压端，GIS内电压互感器的高压端子并联外部的一体化高压变压器的高压端子，所述智能变频控制电源还具有一根信号控制线连接高压自动补偿电抗器的电机驱动机构，驱动电机在直线滑轨上做直线步进运动，改变其气隙从而改变电感量的大小。
前述的GIS中电压互感器校验系统，其特征在于：电压转换器将GIS内电压互感器的二次电压隔离变换为智能变频控制电源匹配的电压。
前述的GIS中电压互感器校验系统，其特征在于：智能现场校验仪分别与GIS内电压互感器及外接的一体化高压标准电压互感器连接，负荷箱与GIS内电压互感器连接。
前述的GIS中电压互感器校验系统，其特征在于：所述高压自动补偿电抗器至少包括一组电抗器，每组电抗器串联连接并且积木式上下布置，每组电抗器包括铁芯和缠绕在铁芯外侧的高压线圈,所述铁芯包括定铁芯和动铁芯,所述动铁芯与动铁芯连接装置直连接、动铁芯连接装置设置在滑动导轨上,控制机构控制动铁芯连接装置沿滑动导轨直线运动。
前述的GIS中电压互感器校验系统，其特征在于：所述动铁芯和定铁芯为U型结构，动铁芯和定铁芯的U型开口处相对设置，调节螺母设置在定铁芯内，丝杆穿过调节螺母和动铁芯。
前述的GIS中电压互感器校验系统，其特征在于：所述定铁芯和动铁芯由不同宽度的硅钢片叠制而成。
前述的GIS中电压互感器校验系统，其特征在于：所述定铁芯和动铁芯的硅钢片外围分别设置有定铁芯筒箍和动铁芯筒箍。
前述的GIS中电压互感器校验系统，其特征在于：在定铁芯外侧设置有定铁芯罩，在动铁芯外侧设置有动铁芯罩。
前述的GIS中电压互感器校验系统，其特征在于：定铁芯及定铁芯罩通过浇注树脂形成一个整体，动铁芯与动铁芯罩也浇注成一个整体。
前述的GIS中电压互感器校验系统，其特征在于：在U型的定铁芯、动铁芯的两个芯柱上分别放置一个高压线圈，高压线圈绕制在衬筒（环氧材料）上，定铁芯、动铁芯间的芯柱分别于两侧同时穿过衬筒。
前述的GIS中电压互感器校验系统自动补偿电抗器，其特征在于：在所述高压线圈的两端侧设置有支撑板一和支撑板二，绝缘筒设置在支撑板一和支撑板二之间，支撑板一和支撑板二的外侧分别设置有后盖板和前盖板。
本发明所达到有益效果：本发明的GIS中电压互感器校验系统，补偿后试验电源和励磁变压器的容量大大减小，励磁变压器的电压也大大降低,基于串联谐振原理的补偿方式，具备很高的补偿效率，电源的波形好，无恢复过电压，避免设备二次击穿；本发明有效实现了GIS内电压互感器校验的电源补偿，解决了目前国内进行GIS中电磁式电压互感器误差试验中升压所面临的普遍问题。附图说明
图1是常用的变压器侧补偿方式的原理图；
图2是为本发明的补偿方式的原理方法原理图。
图3是为本发明的补偿方式的整体接线图；
图4是本发明的智能现场校验仪及负荷箱接线图；
图5为本发明的高压自动补偿电抗器的外形及部件示意图；
图6是本发明的励磁变压器结构示意图；
图7a是定铁芯剖面结构示意图；
图7b是定铁芯整体结构示意图；
图8a是动铁芯剖面结构示意图；
图8b是动铁芯整体结构示意图；
图9是本发明高压自动补偿电抗器的安装结构示意图。
附图中的含义标记如下：
1 定铁芯罩，2定铁芯，3端盖一，4盘头螺钉，5调节螺母，6定铁芯筒箍，7后盖板，8支撑板一，9绝缘筒，10高压线圈，11插座，12紧固螺钉，13螺母，14套，15垫圈，16支撑板二，17前盖板，18筒箍调节螺母，19动铁芯筒箍，20动铁芯罩，21端盖二，22丝杆，23动铁芯，24锁紧螺母，25衬筒，26励磁变压器；27动铁芯连接装置；28控制机构；29滑动导轨；31励磁变外壳；32标准国标铁芯；33线包一；34线包二；35线包固定机构。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
如图1所示，常用的变压器侧补偿方式的原理及优缺点。作为现场试验升压的电源，随着试品的电容量的增大，容性电流增加，试验电源的功率加大，设备笨重且现场取电不便等因素，导致试验无法开展。常用的方法是配备中压补偿电感的补偿绕组，引入感性分量，能够调整谐振变压器内部阻抗，形成谐振的试验回路。有效的减小低压绕组的输入容量，使输入电源体积小，重量轻，便于取电。
但是，因为在中间补偿，作为升压的变压器位于一次侧不能被补偿，所以容量不能小，变压器的电压和电流必须到达试验所需的电压和电流，绝缘要求高，体积相应的较大；而且，由于对应的试品电容量未知，补偿电感的电感量也不同，电感的调节比较麻烦，每次都得进行几次补偿才能到达效果，增加了劳动强度；针对不同的试品，单个的补偿电感的容量大，因为电感是可调节的，所以机械应力大，震动声大，严重影响现场试验的效果。
如图2所示，在试品端进行一次补偿，可以对除试品外的所有设备进行补偿，电源以及变压器都能够有效的得到补偿，容量减小，电压降低，绝缘便于出来，体积重量也相应的减小。但是，作为补偿的电抗器绝缘要求高，容量大，这个给生产的厂家带来了新的技术难题。
本发明的整体接线如图3所示，系统包含智能变频控制电源、励磁变压器、高压自动补偿电抗器、一体化高压标准电压互感器、智能现场校验仪及负荷箱，所述智能变频控制电源的输出端连接励磁变压器的输入端子，励磁变压器的输出端子连接高压自动补偿电抗器的低压端子，高压自动补偿电抗器的高压端子连接GIS内电压互感器的高压端，GIS内电压互感器的高压端子并联外部的一体化高压变压器的高压端子，所述智能变频控制电源还具有一根信号控制线连接高压自动补偿电抗器的电机驱动机构，驱动电机在直线滑轨上做直线步进运动，改变其气隙从而改变电感量的大小。图中电压转换器将GIS内电压互感器的二次电压隔离变换为智能变频控制电源匹配的电压，便于高压的采样。
如图4所示，智能现场校验仪分别与GIS内电压互感器及外接的一体化高压标准电压互感器连接，负荷箱与GIS内电压互感器连接。
本发明中高压自动补偿电抗器所采用的是一种自动可调的高压积木式可调电抗器，在一次侧串联谐振的方式补偿，可调电抗器与一次存在的电容在同一个点，这样试验变压器的容量和电压都会大大的减小，电压也大大的降低，体积和重量就会大大的减小，为设备的小型化车载化提供了重要的保证。而且，采用串联谐振，当试品被击穿时系统自动失谐，高电压消失，从而保护了试品。
如图5所示，本发明的一个具体实施例中，单个电抗器包括两个高压线圈串联,图9中上下芯柱上各一个线包；每组电抗器串联连接并且积木式上下布置，每组电抗器包括铁芯和缠绕在铁芯外侧的高压线圈,所述铁芯包括定铁芯2和动铁芯23,所述动铁芯与动铁芯连接装置27直连接、动铁芯连接装置设置在滑动导轨29上,控制机构28控制动铁芯连接装置沿滑动导轨直线运动。定铁芯固定不动，动铁芯通过动铁芯连接装置一体连接，并放置在滑动导轨上，通过电动控制机构使动铁芯连接装置做水平移动，从而改变动、定铁芯间的气隙，通过改变气隙从而达到改变可调电抗器的电感量的目的。
所述动铁芯和定铁芯为U型结构，动铁芯和定铁芯的U型开口处相对设置，调节螺母5设置在定铁芯2内，丝杆22穿过调节螺母5和动铁芯23。
所述定铁芯和动铁芯由不同宽度的硅钢片叠制而成。
所述定铁芯和动铁芯的硅钢片外围分别设置有定铁芯筒箍6和动铁芯筒箍19。
在定铁芯外侧设置有定铁芯罩1，在动铁芯外侧设置有动铁芯罩20。定铁芯及定铁芯罩通过浇注树脂形成一个整体，同样的动铁芯与动铁芯罩也浇注成一个整体，定铁芯与动铁芯是用高性能的硅钢片按一定的宽度与片数叠制而成，定铁芯罩与动铁芯罩是将定铁芯、动铁芯通过浇注树脂后固定的装置，防止定、动铁芯受力松散。定铁芯罩与动铁芯罩分别置于定铁芯及动铁芯上，位于电抗器的两侧，没有物理连接。
定铁芯、动铁芯的芯柱分别于高压线圈的两侧穿过绕制高压线圈的衬筒，既达到铁芯励磁的目的，也达到了铁芯与高压线圈的绝缘作用。励磁变压器置于电抗器组的底座下部，其用于外部电源对电抗器的励磁升压且隔离一次电压与输入电压，有效的防止高电压的反击伤害操作电源及试验人员。
电抗器部分利用丝杆与动铁芯罩相连带动动铁芯，铁芯连接装置将四个电抗器的动铁芯部分连接在一起，电动控制机构根据当前谐振情况分析判断电抗器的电感量与试品在工频下谐振是偏大还是偏小，决定电抗器的气隙是增大还是减小，然后让电动结构控制动铁芯连接装置在滑动导轨上做左右的水平运动，从而达到改变电抗器动铁芯与定铁芯的空气气隙间隔，改变电抗器电感量的目的。
在所述线包的两端侧设置有支撑板一8和支撑板二16，绝缘筒9设置在支撑板一和支撑板二之间，支撑板一和支撑板二的外侧分别设置有后盖板7和前盖板17。
端盖一3或端盖二上设有三个开孔，定铁芯罩、动铁芯罩的平面上也设有三个对应的开孔，通过盘头螺钉4固定端盖将丝杆与动铁芯、定铁芯（动铁芯、定铁芯罩与动、定铁芯分别浇注成整体了）固定在一起。插座11、紧固螺钉12、螺母13、套14及垫圈15是一整套装置，主要是用于高压线圈铜线的引出的；紧固螺钉用于压紧铜线，插座、螺母是用于外接输出的端子，套及垫圈是插座与绝缘筒间密封及绝缘的。
动铁芯、定铁芯间可调节的气隙范围宽，从而使得可调电抗器的调节范围宽，且电动调节机构采用步进直线电机，调节的细度小，动、定铁芯的气隙调节量小，使得高压可调电抗器的电感调节连续。
如图6所示，励磁变压器置于整个积木式高压可调电抗器的底座部分，其作用是中间隔离，并且起到中间升压的作用。31所示的是励磁变的外壳，32所示的是励磁变的铁芯；33、34是励磁变的线包，35的固定线包的装置。
励磁变包括两个独立的线包，中间放置标准的CD型铁芯，每个线包包括一次绕组和经过绝缘处理后绕组二次绕组,CD型铁芯环氧骨架上先绕一次绕组（即输入绕组），绕完后用绝缘膜包好然后绕二次绕组；两个线包的一次绕组串联连接，二次绕组也串联连接，这样每个线包分配的电压均匀，而且由于铁芯上都有线包且线包厚度不大，铁芯的磁路能最大效率的通过线包。
如图7a、图7b、图8a、图8b 所示，定铁芯、动铁芯示意，采用高性能的日本进口硅钢片，一致性好，磁密曲线线性。动铁芯长度大于定铁芯长度,定铁芯部分长度小，动铁芯部分较长，可以保证动铁芯在线包中的移动距离，更多的改变可调电抗器的电感量。芯柱部分放大后，由不同宽度的硅钢片叠制成，窗口面积最大化，闭合磁路的设计，漏磁少，效率高。铁芯部分的开窗，是放置固定铁芯的丝杆，使铁芯可以水平移动。
如图9所示，线包是在一个衬筒上绕制线圈，组装时将线包放置在外绝缘筒内，将线包的起头和收尾线用接线柱引出；动铁芯、定铁芯叠好后，分别放置在定铁芯罩及动铁芯罩内，浇注成整体，放置在线包的衬筒内；端盖将丝杆和铁芯连接成在一起，改变动、定铁芯的距离，改变其气隙间隔，达到改变电感量的目的。
本发明的高压自动补偿电抗器调节的方法为：本电抗器采用将多台参数一致、结构一样的串联可调电抗器设计在一起，电抗器线包和定铁心部分采用一绝缘材料固定板固定好，固定在一个固定的轨道上，动铁心部分也采用一绝缘材料固定好，固定在一个可以做直线运动的轨道上，调节时，通过动铁心轨道的直线运动改变动铁心与定铁心之间的气隙，从而达到改变电抗器电感量的目的。能直线运动的滑轨通过控制装置根据试验需要自动控制，自动改变电抗器的气隙来自动调节电抗器的电感量，达到预期需要，当调节到需要电感量时，动铁心部分的滑轨就牢牢固定，减小使用过程中的振动。通过这种自动的调节方式，保证了每台电抗器的气隙量都能均匀分配，电感量都基本相等，所以在串联使用中每台电抗器上分配的电压基本一致，不会导致因电压分配不均导致某台电抗器过压而损坏。
本发明采用积木式的结构，一个整体又分为四台独立的电抗器串联而成，每台的容量不大，整体的重量也不大，方便放置和运输。电抗器的铁芯分为定铁芯和动铁芯，铁芯闭和，其调节范围宽，在有效的调节范围内，最大电感量和最小电感量超过10倍。GIS中由于隔断数不同，母线长度不一及分布型式多样，存在的电容量有较大的差异，一般为上千皮法到上万皮法不等，所以对于这样的容性试品保证在定频率(50Hz)下的谐振，电感量的调节范围必须宽，才能满足要求。
本发明的高压自动补偿电感具备在高压带电情况下的自动调节，对应不同的试品电容量，可以自动调节不同的电感量进行补偿，补偿效率高，自动化程度高，减小了人工的劳动强度，提高了现场测试效率。
Claims (10)
1.一种GIS中电压互感器校验系统,其特征在于：包括智能变频控制电源、励磁变压器、高压自动补偿电抗器、一体化高压标准电压互感器、智能现场校验仪及负荷箱，所述智能变频控制电源的输出端连接励磁变压器的输入端子，励磁变压器的输出端子连接高压自动补偿电抗器的低压端子，高压自动补偿电抗器的高压端子连接GIS内电压互感器的高压端，GIS内电压互感器的高压端子并联外部的一体化高压变压器的高压端子，所述智能变频控制电源还具有一根信号控制线连接高压自动补偿电抗器的电机驱动机构，所述高压自动补偿电抗器至少包括一组电抗器，每组电抗器串联连接并且积木式上下布置，每组电抗器包括铁芯和缠绕在铁芯外侧的高压线圈,所述铁芯包括定铁芯和动铁芯,所述动铁芯与动铁芯连接装置直连接、动铁芯连接装置设置在滑动导轨上,控制机构控制动铁芯连接装置沿滑动导轨直线运动。
2.根据权利要求1所述的GIS中电压互感器校验系统，其特征在于：电压转换器将GIS内电压互感器的二次电压隔离变换为智能变频控制电源匹配的电压。
3.根据权利要求1所述的GIS中电压互感器校验系统，其特征在于：智能现场校验仪分别与GIS内电压互感器及外接的一体化高压标准电压互感器连接，负荷箱与GIS内电压互感器连接。
4.根据权利要求1所述的GIS中电压互感器校验系统，其特征在于：所述动铁芯和定铁芯为U型结构，动铁芯和定铁芯的U型开口处相对设置，调节螺母设置在定铁芯内，丝杆穿过调节螺母和动铁芯。
5.根据权利要求1所述的GIS中电压互感器校验系统，其特征在于：所述定铁芯和动铁芯由不同宽度的硅钢片叠制而成。
6.根据权利要求1所述的GIS中电压互感器校验系统，其特征在于：所述定铁芯和动铁芯的硅钢片外围分别设置有定铁芯筒箍和动铁芯筒箍。
7.根据权利要求1所述的GIS中电压互感器校验系统，其特征在于：在定铁芯外侧设置有定铁芯罩，在动铁芯外侧设置有动铁芯罩。
8.根据权利要求1所述的GIS中电压互感器校验系统，其特征在于：定铁芯及定铁芯罩通过浇注树脂形成一个整体，动铁芯与动铁芯罩也浇注成一个整体。
9.根据权利要求1所述的GIS中电压互感器校验系统，其特征在于：在U型的定铁芯、动铁芯的两个芯柱上分别放置一个高压线圈，高压线圈绕制在衬筒上，定铁芯、动铁芯间的芯柱分别于两侧同时穿过衬筒。
10.根据权利要求9所述的GIS中电压互感器校验系统，其特征在于：在所述高压线圈的两端侧设置有支撑板一和支撑板二，绝缘筒设置在支撑板一和支撑板二之间，支撑板一和支撑板二的外侧分别设置有后盖板和前盖板。
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