CN109683106B - 不同容量冲击发电机并网提供电源的短路试验系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种不同容量冲击发电机并网提供电源的短路试验系统包括电源、发电机保护断路器、操作断路器、合闸开关、中间变压器、测量装置、待测变压器；所述电源由多台不同容量的冲击发电机并机构成。应用本发明提供的不同容量冲击发电机并网提供电源的短路试验系统对大型产品试验，可大大提高短路试验所需的电源容量，操作方便。

Description

不同容量冲击发电机并网提供电源的短路试验系统

技术领域

本发明涉及不同容量冲击发电机并网提供电源的短路试验系统，大大改善了试验电源容量不足的问题，属于高压电器容量试验所必须的电源容量技术领域。

背景技术

变压器是输变电网中的核心设备，其能否安全可靠地运行直接关系到电网的安危，电网运行中的变压器短路事故是电力部门极力避免但又无法完全避免的，特别是超高压和特高压变压器因制造工艺复杂，现场不易修复，且因重量大难于运输等原因，维修是非常困难的，退出运行对电网是破坏性的，进而会造成巨大的经济损失。变压器能否承受短路电流的冲击，最直接有效的方法就是通过试验验证。

变压器短路试验是模拟在网运行的变压器发生出口短路事故，变压器是否能够经受住短路电流的冲击，所以试验需要足够的电源容量作为支撑。

试验电源通常有两种方式，一种是电网提供，另一种是冲击发电机提供。大型变压器短路试验瞬间会对电网产生强大的冲击，为了电网安全运行，电力运行部门不会提供足够的容量用于短路试验，所以世界上的大容量实验室普遍采用冲击发电机作为试验电源。因单台冲击发电机容量有限，所以大容量试验需多台冲击发电机并联运行。

冲击发电机是昂贵的设备，如果并车技术不完善或操作失误，会有强大的环流在发电机内部流动，进而使发电机损坏，造成巨大的经济损失。不同容量的冲击发电机启动方式、励磁系统、超瞬变电抗，强励曲线等均不相同，需要合理的方法才能将两套不同的发电机系统并联运行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有试验电源容量的不足，提出一种不同容量冲击发电机并网提供电源的短路试验系统，满足特高压、特大容量变压器短路承受能力试验的电源容量要求。

根据本发明的一个方面，提供一种不同容量冲击发电机并网提供电源的短路试验系统包括电源、发电机保护断路器、操作断路器、合闸开关、中间变压器、测量装置、待测试品；所述电源由多台不同容量的冲击发电机系统并机构成。

根据本发明的另一个方面，提供一种不同容量冲击发电机并网提供电源的短路试验系统方法如下：

1.待并联运行的多台同型号的冲击发电机采用自同期方式并机施加励磁，按各自励磁曲线机端电压升高，即多台同型号冲击发电机分别启动达到额定转速，在多机不加励磁条件下，合上并机开关，联通并机回路，并机回路中串有电抗器。同时给多机施加励磁，因为是同型号发电机，结构相同，励磁方式相同，所以多机机端电压同时按励磁特性曲线上升。机端电压从剩磁电压逐渐上升，多机自然建立同步；

2.同型号的多台冲击发电机并机完成后，然后对不同容量的冲击发电机系统并联，采用手动准同期方式并机；

3.当两套系统均升到要求电压值时，利用指针式电压表检测两套系统的同相电压，指针趋于零时，关合并机回路k1开关，回路串联并机电抗器，两系统进行功率交换，这时串联在回路中的指针式电流表电流由最大值向零变化，当指针趋于零时，两系统功率交换基本完成，再关合并机回路k2开关，分断k1开关，两套系统完全同步，并机完成。

根据本发明提供的不同容量冲击发电机并网提供电源的短路试验系统对于大型产品试验，可大大提高试验容量，并联技术简单、适用、易操作，仅需将本试验站现有的不同容量的冲击发电机并联运行，不需另外购买同型号的冲击发电机来提高容量，节约经济成本。

本发明提供的技术方案的有益效果主要包括以下几点：

1.采用本发明的不同容量冲击发电机并网提供电源的短路试验系统大大降低了试验投资。对大型产品试验，若现有条件下试验容量不足，无需另外购买同型号的冲击发电机，因此本发明具有极大的经济价值；

2.本发明的不同容量冲击发电机并网提供电源的短路试验系统运行方便。本发明的试验系统可以以现有的试验系统为基础，仅需试验人员配合使用手动自同期方案将不同容量的冲击发电机并联运行即可试验；

3.采用本发明的不同容量冲击发电机并网提供电源的短路试验系统能达到较大的试验容量。

4.采用本发明的不同容量冲击发电机并网提供电源的短路试验系统可以降低试验系统阻抗。

附图说明

图1是本发明实施例提供的同容量冲击发电机自同期方式并机提供电源的短路试验系统的电路结构图；

图2是本发明实施例提供的不同容量冲击发电机手动准同期方式并机提供电源的短路试验系统的电路结构图；

图3是本发明实施例提供的不同容量冲击发电机并机提供电源的变压器短路试验系统的电路结构图。

具体实施方式

本发明的不同容量冲击发电机并网提供电源的短路试验系统主要利用自同期并机方式和手动准同期并机方式来满足特高压、特大容量的变压器短路承受能力试验的电源容量要求。

如图1所示，本发明实施例提供的同容量冲击发电机自同期方式并机提供电源的短路试验系统的电路结构图，此电路结构图中的自同期电路部分使用并机开关和并机电抗器串联实现同型号冲击发电机并联运行的。多台同型号冲击发电机分别启动达到额定转速，在多机不加励磁条件下，合上并机开关，联通并机回路，并机回路中串有电抗器。同时给多机施加励磁，因为同型号发电机，结构相同，励磁方式相同，所以多机机端电压同时按励磁特性曲线上升。机端电压从剩磁电压逐渐上升，多机自然建立同步。但由于各机的转速、剩磁、电压上升速度略有差异，所以施加励磁升压过程中要密切监测并机电流情况，可以在并机开关和并机电抗器回路中串联电流互感器CT，如出现异常情况需立即分断励磁回路。

多机在同时升压过程中通过单机给汇流排送电，汇流排接冲击变压器原边绕组，冲击变压器电压也是从剩磁电压逐步上升到试验电压，这就避免合闸时涌流对试验回路的冲击。

当多机机端电压同时满足试验要求的电压值，观测并机电流降到安全电流以下，表明多机已基本同步，再关合其它发电机至汇流排开关，多机通过汇流排连接完全同步，多台同型号冲击发电机并机完成。

图2是本发明实施例提供的不同容量冲击发电机手动准同期方式并机提供电源的短路试验系统的电路结构图，此电路结构图中的手动准同期回路主要由并机回路开关K1和并机回路开关K2及并机电抗器构成。

准同期并机原理如下：

机端电压瞬时值：u₁＝U_m1sin(ω₁t+Ф₁)

u₂＝U_m2sin(ω₂t+Ф₂)

为方便计算，假设Ф₁与Ф₂为零，两套系统分别升压到机端电压相等，即U_m1＝U_m2＝U_m

设ω_s＝ω₂-ω₁

δ＝ω₂t-ω₁t＝ω_st

u₁以n₁速度旋转，u₂以n₂速度旋转，则Δu以n₂-n₁速度旋转。

当δ＝180° Δu＝2U_m(最大值)

δ＝0°或360°Δu＝0(最小值)

δ由0°到360°所需时间

两套系统转速相差越小，T_s时间越长。

通过以上计算可知，两套发电机系统并机，需在Δu等于零时，此时系统间无环流产生。

为了实现两套不同容量发电机系统并机时系统间无环流产生，需要精确地测量装置，时时监测，在并机开关K1和电抗器回路中设置指针式电流表，在并机的两套发电机系统的同相间设置指针式电压表。即当两套系统均升到要求电压值时，利用指针式电压表检测两套系统的同相电压，指针趋于零时，关合并机回路开关k1，回路串联并机电抗器，两系统进行功率交换，这时串联在回路中的指针式电流表电流由最大值向零变化，当指针趋于零时，两系统功率交换基本完成，再关合并机回路开关k2，分断开关k1，两套系统完全同步，并机完成。

图3是本发明实施例提供的不同容量冲击发电机并机提供电源的变压器短路试验系统的电路结构图。本发明的不同容量冲击发电机并网提供电源的短路试验系统以400MVA/500kV变压器的短路试验为例，其系统包括5台3500MVA和2台6500MVA冲击发电机并联运行，作为试验电源，输出端并联总容量28224MVA。通过同轴电缆线路送到1200MVA中间变压器低压侧，中间变压器高低压侧均可通过线路实现串联、并联、三相联结。中间变压器高压输出接高精度选相合闸开关保证试验过程中的非对称分量满足试验要求，2台500kVSF6断路器串联使用，可开断63kA电流，保证试验过程中安全分断试验回路，同时发电机保护断路器作为后备分断试验回路。线路中根据实际情况接入不同电压等级的避雷器，避免试验过程中产生的过电压对试验线路和被试品的损害，试验回路中串联高可靠性的综合保护装置，保护试验过程中若出现异常电流，可及时分断试验电源回路。电流互感器、电压互感器等测量设备配以光纤隔离装置接HBM12bit/100M瞬态记录仪组成高精度数据采集系统，保证了试验过程中各参数测量的准确性。

变压器短路承受能力试验所需电源容量计算如下：

变压器额定容量400MVA 额定电压

短路阻抗18％

变压器短路容量

根据公式：

S_a所需最小试验电源容量

S_t变压器短路容量

U_a电源电压

U_t变压器额定电压

冲击变压器初级并联，次级串联，变比12/392，

冲击发电机最大励磁12.6kV时

5台3500MVA和2台6500MVA冲击发电机并联超瞬变电抗X″_d＝13.23mΩ

并联后两相输出总容量

P＞S_a，所以7机并联运行提供的电源容量满足400MVA/500kV变压器的短路试验要求。

本发明实施例的5台3500MVA和2台6500MVA冲击发电机并联提供电源的变压器短路试验步骤如下：

步骤S1、在试验开始前，应先给中间变压器T送电，其顺序为：待并联的2台6500MVA机组启动到额定转速，K合闸，BD合闸，同时给多机施加励磁；

步骤S2、CD6合闸，单机给汇流排送电，观测并机电流降到安全电流以下，然后 CD7合闸，使另外一台发电机至汇流排开关；

步骤S3、同理，待并联的5台3500MVA机组启动到额定转速，K合闸，BD合闸，同时给多机施加励磁；

步骤S4、CD1合闸，单机给汇流排送电，观测并机电流降到安全电流以下，然后 CD2合闸、CD3合闸、CD4合闸、CD5合闸，使其它发电机至汇流排开关；

步骤S5、因3500MVA最高电压12.6kV下可持续运行2min，6500MVA在12.6kV下占额定电压90％可持续运行5min，所以6500MVA自同期并机升到12.6kV等待3500MVA自同期并机升到12.6kV；

步骤S6、当两套系统均升到12.6kV时，利用指针式电压表检测两套系统的同相电压，指针趋于零时，K1合闸，串联在回路中的指针式电流表电流趋于零时，K2合闸，K1 分闸；

步骤S7、调整线路中参数，满足70％电流用来调试线路；

步骤S8、HK1合闸，HK2合闸，HK1分闸，HK2分闸，完成70％电流调试线路；

步骤S9、调整线路中参数，满足100％电流试验；

步骤S10、HK1合闸，HK2合闸，HK1分闸，HK2分闸，完成100％电流试验；

步骤S11、测量待试变压器SP的电抗值；

步骤S12、重复执行步骤S10、S11两次；

步骤S13、被试变压器换相、换分接，并调整线路中参数，满足100％电流试验；

步骤S14、重复执行步骤S10、S11三次；

步骤S15、被试变压器换相、换分接，并调整线路中参数，满足100％电流试验；

步骤S16、重复执行步骤S10、S11三次。

每次试验只有在步骤S8、S10时才会在线路和被试变压器中产生电流，产生电流的时刻为HK1、HK2同时合闸的瞬间，电流依次流过线路中的各个设备。在试验结束后，应断开中间变压器电源，其顺序为：CD分闸，BD分闸。

根据本发明实施例提供的400MVA/500kV变压器的短路承受能力试验系统成功地实现了两套不同冲击发电机系统的并联运行，解决了高压电器容量试验所必须的电源容量问题。运行方便，可大大提高试验容量，仅需在现有的发电机下实现多台发电机并联，不需要另外购买发电机；减少试验阻抗。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种不同容量冲击发电机并网提供电源的短路试验系统，包括电源、发电机保护断路器BD、操作断路器CD、合闸开关、中间变压器T、测量装置、待测变压器SP，其特征在于：所述电源由两套不同容量的冲击发电机系统并机构成，所述两套不同容量的冲击发电机系统包括多台相同容量的冲击发电机系统和与该发电机系统的冲击发电机容量不同的另外多台相同容量的冲击发电机系统，所述多台相同容量的冲击发电机系统以自同期方式并机，采用自同期并机电路，所述两套不同容量的冲击发电机系统间以手动准同期方式并机，采用手动准同期并机电路；待两套系统均升到要求电压值时，监测回路中的电压电流，完成并机。

2.根据权利要求1所述的不同容量冲击发电机并网提供电源的短路试验系统，其特征在于：所述自同期并机电路中包括：并机电抗器L、并机开关K，其中并机电抗器L和并机开关K串联。

3.根据权利要求2所述的种不同容量冲击发电机并网提供电源的短路试验系统，其特征在于：所述自同期并机电路中还包括：电流互感器CT，所述电流互感器CT依次通过所述并机开关K、所述并机电抗器L串联。

4.根据权利要求1所述的一种不同容量冲击发电机并网提供电源的短路试验系统，其特征在于：所述手动准同期并机电路中包括：并机开关K1、并机电抗器L1、并机开关K2，其中并机开关K1和并机电抗器L1串联，并机开关K2与并机开关K1和并机电抗器L1并联。

5.根据权利要求4所述的一种不同容量冲击发电机并网提供电源的短路试验系统，其特征在于：所述手动准同期并机电路中还包括：电流互感器、指针式电流表A，所述电流互感器依次通过所述并机开关K1、所述并机电抗器L1串联，所述指针式电流表A连接在所述电流互感器二次侧。

6.根据权利要求5所述的一种不同容量冲击发电机并网提供电源的短路试验系统，其特征在于：所述手动准同期并机电路中还包括：电压互感器、指针式电压表V，所述电压互感器并联在两套不同容量冲击发电机上，所述指针式电压表V连接在所述电压互感器二次侧。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种不同容量冲击发电机并网提供电源的短路试验系统，其特征在于：所述中间变压器T用于调整电源电压，且所述中间变压器T连接在所述电源与所述待测变压器SP之间。

8.根据权利要求7所述的一种不同容量冲击发电机并网提供电源的短路试验系统，其特征在于：所述中间变压器T的输出端通过选相合闸开关HK1、选相合闸开关HK2、电流互感器CT2、避雷器P、电压互感器PT3与所述待测变压器SP连接；所述电流互感器CT2、所述电压互感器PT3为所述测量装置的组成部分。

9.根据权利要求8所述的一种不同容量冲击发电机并网提供电源的短路试验系统，其特征在于：所述中间变压器T的输入端与电压互感器PT2相连接，所述电压互感器PT2的另一端连接至汇流排；所述电压互感器PT2为所述测量装置的组成部分。

10.根据权利要求9所述的一种不同容量冲击发电机并网提供电源的短路试验系统，其特征在于：所述电源中的各发电机依次通过电压互感器PT、所述发电机保护断路器BD、所述操作断路器CD与汇流排连接；所述电压互感器PT为所述测量装置的组成部分。

11.根据权利要求10所述的一种不同容量冲击发电机并网提供电源的短路试验系统，其特征在于：所述自同期并机电路一端连接在发电机保护断路器BD与操作断路器CD之间，所述自同期并机电路的另一端连接在与另一台冲击发电机同相的保护断路器BD与操作断路器CD之间。

12.根据权利要求10所述的一种不同容量冲击发电机并网提供电源的短路试验系统，其特征在于：所述手动准同期并机电路一端与汇流排连接，所述手动准同期并机电路另一端与所述电压互感器PT2连接。

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