CN104198900A - 用于长时感应电压和局放测量试验的测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于长时感应电压和局放测量试验的测试装置，其采用正弦波无局放电源配合无局放励磁变压器、无局放补偿电抗器、无局放分压器，以及其他无局放测量设备，根据并联谐振的原理完成试验。即在以无局放变频电源和被试变压器等效电容及无局放补偿电抗器组成的并联电路中，被试变压器的容性无功功率恰好等于无局放补偿电抗器的感性无功功率，能量在被试变压器等效电容和无局放补偿电抗器之间交换，无局放变频电源不需要向无局放励磁变压器和无局放补偿电抗器提供无功功率，只需要提供整个试验回路的阻性损耗。

Description

用于长时感应电压和局放测量试验的测试装置

技术领域

本发明涉及高电压技术和变压器现场交接试验技术领域，尤其涉及的是一种用于长时感应电压和局放测量试验的测试装置。

背景技术

目前,现场进行变压器局部放电的试验系统,主要分中频发电机电源系统和变频调谐电源系统。在变频调谐电源推广之前，现场普遍采用的是中频发电机组作为试验电源,并采用适当补偿的方法进行试验，其优缺点较为突出。在使用中频发电机组进行试验时遇到的一些困难，主要有以下几点：

(1)中频发电机的启动电流很大，通常会达到1000A左右，其供电电源常常需要借助各个变电站的站用变。然而各个变电站的站用变运行情况又不尽相同，有的是单台运行，一台处于备用状态；有的是两台同时运行，如果需要使用站用变就会涉及到停电申请，同时还可能会牵涉到保护定值的更改，办理异动手续，当中需花费大量的时间进行协调，从而影响到整个的试验周期。

(2)采用中频发电机需要事先对试验回路的无功补偿容量进行较为精确的计算；究其原因：中频发电机会因试验回路的无功补偿不足而出现自励磁现象，此时发电机会自动升压，电压无法控制而造成过压，对被试变压器的安全造成很大的威胁。只有在感性负载下运行，电压才能平稳。不宜在电容性负载下工作(需要增大补偿量)。

(3)整套设备笨重，体积庞大，一般需要两辆车运输至现场试验。且噪声很大。中频机组只能进行变压器感应耐压和局放试验，不能做其它电气设备的耐压和局放试验。

有鉴于此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种用于长时感应电压和局放测量试验的测试装置，旨在进一步提升现场长时感应电压和局放测量试验装置的使用性能，以确保现场大型局放试验简便、高效的实施完成。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种用于长时感应电压和局放测量试验的测试装置，其中，包括：控制箱、无局放变频电源、无局放励磁变压器、无局放补偿电抗器、200kV无局放电容分压器、80kV无局放电容分压器、局放测试仪、被试变压器、被试变压器的套管电容和阻抗检测模块，所述无局放变频电源的第一端通过光纤连接所述控制箱，所述无局放变频电源的第二端通过局放测试仪连接阻抗检测模块，所述无局放变频电源的第三端和第四端分别连接所述无局放励磁变压器的补级绕组的同名端和异名端；所述无局放励磁变压器的次经绕组的同名端通过所述无局放补偿电抗器接地、也依次通过所述200kV无局放电容分压器、80kV无局放电容分压器接地、还连接所述被试变压器的低压侧线圈的第一端，所述无局放励磁变压器的次经绕组的异名端接地；所述被试变压器的高压侧线圈的第一端所述所述套管电容连接所述阻抗检测模块；

测试装置的测试方式为：将被试变压器等效为一个电容，在无局放变频电源、无局放补偿电抗器和被试变压器的低压侧线圈组成的并联电路中，由控制箱改变改变无局放变频电源的输出频率使整个试验回路发生并联谐振，在此状态下整个试验回路呈阻性，试验回路中所需的总电流达到最小值；即在以无局放变频电源和被试变压器等效电容及无局放补偿电抗器组成的并联电路中，被试变压器的容性无功功率恰好等于无局放补偿电抗器的感性无功功率，能量在被试变压器等效电容和无局放补偿电抗器之间交换，无局放变频电源不需要向无局放励磁变压器和无局放补偿电抗器提供无功功率，只需要提供整个试验回路的阻性损耗。

所述的用于长时感应电压和局放测量试验的测试装置，其中，所述无局放变频电源包括：频率及电压调节模块，频率、电压、电流指示模块，第一前级功放模块，第二前级功放模块，桥式功放模块，整流滤波电路，快速过流保护模块，风冷系统和预合闸及零位保护模块；所述频率及电压调节模块的第一输出端连接所述频率、电压、电流指示模块，用于输出无局放变频电源的频率、电压、电流参数，并使频率、电压、电流指示模块显示；所述频率及电压调节模块连接的第二输出端通过所述第一前级功放模块连接局放测试仪，还通过第一前级功放模块连接所述桥式功放模块的第一输入端；所述桥式功放模块的第二输入端连接所述风冷系统，桥式功放模块的输入/输出端连接所述整流滤波电路，桥式功放模块的的输出端连接无局放励磁变压器的初级绕组，所述整流滤波电路还连接所述快速过流保护模块和预合闸及零位保护模块。

所述的用于长时感应电压和局放测量试验的测试装置，其中，所述无局放励磁变压器包括：第一无局放励磁变压器和第二无局放励磁变压器，其额定容量为450kVA，额定输入电压为：2×350V/400V/420V，额定功率为50Hz，额定运行时间为90min。

所述的用于长时感应电压和局放测量试验的测试装置，其中，所述无局放补偿电抗器包括：串联连接的1台110kV的电抗器以及2台40kV的电抗器。

所述的用于长时感应电压和局放测量试验的测试装置，其中，所述无局放补偿电抗器包括一绝缘底座，所述绝缘底座上设计有叉车孔位。

本发明所提供的一种用于长时感应电压和局放测量试验的测试装置，采用正弦波无局放电源配合无局放励磁变压器、无局放补偿电抗器、无局放分压器，以及其他无局放测量设备，根据并联谐振的原理完成试验。即在以无局放变频电源和被试变压器等效电容及无局放补偿电抗器组成的并联电路中，被试变压器的容性无功功率恰好等于无局放补偿电抗器的感性无功功率，能量在被试变压器等效电容和无局放补偿电抗器之间交换，无局放变频电源不需要向无局放励磁变压器和无局放补偿电抗器提供无功功率，只需要提供整个试验回路的阻性损耗。

附图说明

图1为本发明提供的用于长时感应电压和局放测量试验的测试装置的结构示意图。

图2为本发明提供的用于长时感应电压和局放测量试验的测试装置的实施例中无局放变频电源的工作原理流程图。

图3为本发明提供的用于长时感应电压和局放测量试验的测试装置的实施例中无局放补偿电抗器的示意图。

具体实施方式

本发明提供一种用于长时感应电压和局放测量试验的测试装置，为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1为本发明提供的用于长时感应电压和局放测量试验的测试装置的示意图，如图1所示，所述用于长时感应电压和局放测量试验的测试装置包括：控制箱100、无局放变频电源200(图中用变频电源表示)、无局放励磁变压器300、无局放补偿电抗器400、200kV无局放电容分压器500、80kV无局放电容分压器600、局放测试仪700、被试变压器800、被试变压器的套管电容810和阻抗检测模块900，所述无局放变频电源200的第一端210通过光纤连接所述控制箱100，所述无局放变频电源200的第二端220通过局放测试仪700连接阻抗检测模块900，所述无局放变频电源200的第三端230和第四端240分别连接所述无局放励磁变压器300的补级绕组的同名端和异名端；所述无局放励磁变压器300的次经绕组的同名端通过所述无局放补偿电抗器400接地、也依次通过所述200kV无局放电容分压器500、80kV无局放电容分压器600接地、还连接所述被试变压器800的低压侧线圈的第一端，所述无局放励磁变压器300的次经绕组的异名端接地；所述被试变压器800的高压侧线圈的第一端所述所述套管电容810连接所述阻抗检测模块900。

测试装置的测试方式为：将被试变压器等效为一个电容，在无局放变频电源、无局放补偿电抗器和被试变压器的低压侧线圈组成的并联电路中，由控制箱改变改变无局放变频电源的输出频率使整个试验回路发生并联谐振，在此状态下整个试验回路呈阻性，试验回路中所需的总电流达到最小值；即在以无局放变频电源和被试变压器等效电容及无局放补偿电抗器组成的并联电路中，被试变压器的容性无功功率恰好等于无局放补偿电抗器的感性无功功率，能量在被试变压器等效电容和无局放补偿电抗器之间交换，无局放变频电源不需要向无局放励磁变压器和无局放补偿电抗器提供无功功率，只需要提供整个试验回路的阻性损耗。

具体来说，所述无局放变频电源作为试验电源，只提供整个试验回路的阻性损耗。在本实施例中，为正弦波无局放电源，其大功率输出采用逐级放大的原理。从最初的微小功率信号源,经过多次放大，实现大功率输出，满足试验需要。信号源用可变频的函数发生器产生一个标准的正弦波信号经过数字电位器进行电压调节，此过程也是在试验过程中的频率调节和电压调节。变频电源输出频率与信号源的频率相同，频率和电压的调节在信号源部分实现。信号源的输出直接推动“前级功放”使有初步功率输出，此“前级功放”输出分为两路，其中一路产生与试验频率相同的“同步电源”，供给局部放电测量仪器使用；另外一路用于推动“桥式功放电路”。“桥式功放电路”也就是大功率产生的主要部分，在试验过程中其发热量很大，需要一个强迫风冷却系统来散热。

在本实施例中，如图2所示，所述无局放变频电源包括：频率及电压调节模块，频率、电压、电流指示模块，第一前级功放模块，第二前级功放模块，桥式功放模块，整流滤波电路，快速过流保护模块，风冷系统和预合闸及零位保护模块；所述频率及电压调节模块的第一输出端连接所述频率、电压、电流指示模块，用于输出无局放变频电源的频率、电压、电流参数，并使频率、电压、电流指示模块显示；所述频率及电压调节模块连接的第二输出端通过所述第一前级功放模块连接局放测试仪，还通过第一前级功放模块连接所述桥式功放模块的第一输入端；所述桥式功放模块的第二输入端连接所述风冷系统，桥式功放模块的输入/输出端连接所述整流滤波电路，桥式功放模块的的输出端连接无局放励磁变压器的初级绕组，所述整流滤波电路还连接所述快速过流保护模块和预合闸及零位保护模块。

所述无局放励磁变压器的主要作用是在变压器局部放电试验或串联谐振耐压试验时，将励磁变压器输出抬高至合适的电压，加至被试变压器低压侧或电抗器低压侧，且励磁变压器变比选择要合适，尽量使变频电源输出电压接近350V(此时变频电源利用效率最佳)。

试验变压器技术参数选择、设计(对电压选取进行过研究，对超高压公司所有换流变电压等级进行考虑，对1.7倍激发电压提出技术参数要求)。此次设计励磁变压器主要参数如下：

名称	参数
		数量	2台

额定容量	450kVA
		额定输入电压	2×350V/400V/420V
额定输出电压	30kV、220V，可分段使用190kV
		额定频率	50Hz
额定运行时间	90min

下面以两台典型的换流变压器参数加压电压值计算设计参数的合理性。

根据上述计算，在进行1.7倍激发电压试验时，变频电源输出电压接近额定电压值，在1.5倍局放测量过程中，变频电源输出电压也在300V左右，变频电源工作状态最佳，且对供电电源利用效率也较高，可降低所需供电电源的容量。

所述补偿电抗器在变压器局放试验系统中的作用是补偿被试变压器低压侧入口电容电流，使整个试验回路为阻性，变频电源只需满足整个试验回路的阻性损耗既可。

此次设计补偿电抗器主要参数如下：

名称	参数	名称	参数
				数量	2台	数量	4台
额定电压	110kV	额定电压	40kV
				额定电流	20A	额定电流	20A
电感量	6.6H	电感量	2.4H
				中间抽头1	110kV/20A/6H	中间抽头1	40kV/20A/2H
中间抽头2	40kV/20A/2.4H	中间抽头2	20kV/20A/1.2H

例如进行低压侧为星接的直流换流变局放试验时，单端加压、单端补偿，电抗器可采用1台110kV、2台40kV电抗器串联的方式进行。

电抗器总体参数为190kV/20A/11.4H。以电抗器额定频率130Hz下计算能够带的最大负载为：

C＝1/[(2πf)2L]＝0.131uF(式中：L＝11.4H f＝130Hz)

能够补偿的容性电流计算如下：

I＝U×2πf×C＝20A(U：190kV，C：0.131uF，f＝130Hz)

在实际现场试验中，直流换流变压器的低压侧入口电容值一般都为几万pF。在这种状态下，只需调节变频电源输出频率，使输出频率增加，达到并联谐振的效果既可。

假设最高试验频率为290Hz，此时电抗器计算能够带的最大负载为：

C＝1/[(2πf)2L]＝0.026uF(式中：L＝11.4H f＝290Hz)

能够补偿的容性电流计算如下：

I＝U×2πf×C＝9A(U：190kV，C：0.026uF，f＝290Hz)

根据上述计算及现场实际情况，配置的补偿电抗器即留有的较大的试验裕度，又可满足不同被试变压器不同补偿方式下的补偿要求。

在对低压侧为角接的直流换流变进行局部放电试验时，现场采用对称加压方式。当采用同样参数的电抗器进行对称补偿时，由于a、b两侧套管的对地等效电容偏差较大，会导致两侧加压电压不平衡的情况，最大偏差可达到10％～15％左右。为了解决加压不平衡的问题，很多兄弟单位采用了一侧补偿电抗器中串联调感电抗器的方式解决，试验加压时通过调节调感电抗器的铁芯气隙，改变调感电抗器的电感量，通过改变电感值的方式达到不对称补偿，使a、b两侧加压电压平衡。而本套试验装置设计的补偿电抗器每台均带有10％及50％电感调节的抽头，可通过改变单台或多台电抗器的电感值的方式进行不对称补偿，达到加压电压平衡。相对采用调感电抗器补偿的方式来说，设备成本低，调节方式灵活，操作简便。

例如：在某次现场应用中，一侧采用6.6H+2.4H+2.4H＝11.4H补偿，一侧采用6.6H+2.4H+1.2H＝10.2H补偿，两侧加压电压基本一致，测量结果两侧加压电压仅偏差3kV，不超过施压电压值的1％。

需要注意地是，在试验设备现场组装时，直流换流变在实际运行时，阀侧套管均在阀厅内，阀厅需保持恒温、恒湿，并要保持阀厅的清洁等，阀厅内一般不允许内燃机类型的货车、叉车进入阀厅内。

在直流换流变试验现场，大部分换流变在户外进行局放试验，试验完毕后再推入阀厅，但不排除在阀厅内进行换流变局放的可能性。

为了使设备能够方便、快捷的运输至阀厅内，并在阀厅内达到不需要吊装既可进行试验的要求，本套试验装置对变频电源、励磁变压器底部撑脚均设计了合理距离，方便叉车能够叉起运输。对环氧筒式补偿电抗器，如图3所示，在绝缘底座410上特别设计了叉车孔位411，同样方便叉车能够运输。

当然，在阀厅内部试验时，电抗器也不需要串联叠装，通过设计合适高度的绝缘底座，通过绝缘底座绝缘，直接串联既可进行试验。

下面通过一具体实施例来说明一下本发明的长时感应电压和局放测量试验装置是如何工作的：

以某换流站一台典型的换流变压器参数加压电压值计算验证设计参数的合理性。

根据上述计算，在进行1.5倍激发电压试验时，变频电源输出电压接近额定电压值。在1.3倍局放测量过程中，变频电源输出电压也在300V左右，变频电源工作状态最佳，且对供电电源利用效率也较高，可降低所需供电电源的容量。根据现场试验结果，对换流变进行单边加压方式，一侧采用电抗6.6H+2.4H+2.4H＝11.4H补偿，在1.3倍局放测量过程中，变频柜实际输出电压327V，输出电流641A，输出频率268.8Hz，功率角7°。与计算结果加压效果相符。

综上所述，本发明提供的用于长时感应电压和局放测量试验的测试装置，采用正弦波无局放电源配合无局放励磁变压器、无局放补偿电抗器、无局放分压器，以及其他无局放测量设备，根据并联谐振的原理完成试验。即在以无局放变频电源和被试变压器等效电容及无局放补偿电抗器组成的并联电路中，被试变压器的容性无功功率恰好等于无局放补偿电抗器的感性无功功率，能量在被试变压器等效电容和无局放补偿电抗器之间交换，无局放变频电源不需要向无局放励磁变压器和无局放补偿电抗器提供无功功率，只需要提供整个试验回路的阻性损耗。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于长时感应电压和局放测量试验的测试装置，其特征在于，包括：控制箱、无局放变频电源、无局放励磁变压器、无局放补偿电抗器、200kV无局放电容分压器、80kV无局放电容分压器、局放测试仪、被试变压器、被试变压器的套管电容和阻抗检测模块，所述无局放变频电源的第一端通过光纤连接所述控制箱，所述无局放变频电源的第二端通过局放测试仪连接阻抗检测模块，所述无局放变频电源的第三端和第四端分别连接所述无局放励磁变压器的补级绕组的同名端和异名端；所述无局放励磁变压器的次经绕组的同名端通过所述无局放补偿电抗器接地、也依次通过所述200kV无局放电容分压器、80kV无局放电容分压器接地、还连接所述被试变压器的低压侧线圈的第一端，所述无局放励磁变压器的次经绕组的异名端接地；所述被试变压器的高压侧线圈的第一端所述所述套管电容连接所述阻抗检测模块；

测试装置的测试方式为：将被试变压器等效为一个电容，在无局放变频电源、无局放补偿电抗器和被试变压器的低压侧线圈组成的并联电路中，由控制箱改变改变无局放变频电源的输出频率使整个试验回路发生并联谐振，在此状态下整个试验回路呈阻性，试验回路中所需的总电流达到最小值；即在以无局放变频电源和被试变压器等效电容及无局放补偿电抗器组成的并联电路中，被试变压器的容性无功功率恰好等于无局放补偿电抗器的感性无功功率，能量在被试变压器等效电容和无局放补偿电抗器之间交换，无局放变频电源不需要向无局放励磁变压器和无局放补偿电抗器提供无功功率，只需要提供整个试验回路的阻性损耗。

2.根据权利要求1所述的用于长时感应电压和局放测量试验的测试装置，其特征在于，所述无局放变频电源包括：频率及电压调节模块，频率、电压、电流指示模块，第一前级功放模块，第二前级功放模块，桥式功放模块，整流滤波电路，快速过流保护模块，风冷系统和预合闸及零位保护模块；所述频率及电压调节模块的第一输出端连接所述频率、电压、电流指示模块，用于输出无局放变频电源的频率、电压、电流参数，并使频率、电压、电流指示模块显示；所述频率及电压调节模块连接的第二输出端通过所述第一前级功放模块连接局放测试仪，还通过第一前级功放模块连接所述桥式功放模块的第一输入端；所述桥式功放模块的第二输入端连接所述风冷系统，桥式功放模块的输入/输出端连接所述整流滤波电路，桥式功放模块的的输出端连接无局放励磁变压器的初级绕组，所述整流滤波电路还连接所述快速过流保护模块和预合闸及零位保护模块。

3.根据权利要求1所述的用于长时感应电压和局放测量试验的测试装置，其特征在于，所述无局放励磁变压器包括：第一无局放励磁变压器和第二无局放励磁变压器，其额定容量为450kVA，额定输入电压为：2×350V/400V/420V，额定功率为50Hz，额定运行时间为90min。

4.根据权利要求1所述的用于长时感应电压和局放测量试验的测试装置，其特征在于，所述无局放补偿电抗器包括：串联连接的1台110kV的电抗器以及2台40kV的电抗器。

5.根据权利要求1所述的用于长时感应电压和局放测量试验的测试装置，其特征在于，所述无局放补偿电抗器包括一绝缘底座，所述绝缘底座、上设计有叉车孔位。