CN110780163A - 一种用于特高压换流变压器的直流耐压试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于特高压换流变压器的直流耐压试验装置及方法，属于电气设备及电气工程技术领域。本发明装置包括：无局放变频源，中间变压器，倍压整流器，分压器，控制器，所述控制器根据电压数据，生成调控试验电压命令传输至限流电阻；限流电阻，所述限流电阻根据调控试验电压命令，调节试验电压，输出调控后试验电压至目标特高压换流变压器对目标特高压换流变压器进行直流耐压试验。本发明可实现包括±1100kV换流变在内的各个电压等级的试验考核。
Description
技术领域
本发明涉及电气设备及电气工程技术领域，并且更具体地，涉及一种用于特高压换流变压器的直流耐压试验装置及方法。
背景技术
随着电网技术发展，特高压直流输电技术正在迅速发展，电压等级的提高和输电容量的不断提升，对换流变容量提出了更高的要求，从而导致特高压换流变压器运输重量和体积的增加，超出了运输限制，导致常规的单体换流变公路或铁路运输无法实施。
为解决这一问题，提出了特高压换流变压器的现场组装技术，即在制造厂内生产试验完成后，将换流变拆解成多个部件，到换流站现场进行组装；或者在制造厂内加工完成各部件后直接到换流站现场进行组装。这就涉及到换流变在现场进行试验考核的需求。
直流耐压试验是换流变所特有的一项重要试验，考核变压器内部结构在直流电压条件下各部位的绝缘是否满足设计、运行等技术规范要求，需要逐台开展试验，确认经运输、现场组装等各工艺加工制造后，产品满足技术规范要求。但在现场开展直流耐压试验装置，必须加以考虑现场环境和试验要求，这就涉及到开展换流变现场直流耐压试验装置的研制。
发明内容
针对于上述问题，本发明提出了一种用于特高压换流变压器的直流耐压试验装置，包括：
无局放变频源，所述无局放变频源接收三相380V电源输出的交流电，对交流电进行调频，获取调频交流电，输出至中间变压器；
中间变压器，所述中间变压器对调频交流电根据预设电压范围进行升压和隔离，获取升压交流电，传输至倍压整流器；
倍压整流器，所述倍压整流器对升压交流电进行倍压整流，获取千伏级以上直流电压，传输至阻塞元件器；
阻塞元件器，所述阻塞元件器对千伏级以上直流电压滤除干扰直流电压，获取试验电压；
分压器，所述分压器接收并测量试验电压，获取电压数据，传输至控制器；
控制器，所述控制器根据电压数据，生成调控试验电压命令传输至限流电阻；
限流电阻，所述限流电阻根据调控试验电压命令，调节试验电压，输出调控后试验电压至目标特高压换流变压器对目标特高压换流变压器进行直流耐压试验。
可选的，控制器对分压器获取的电压数据进行实时显示。
可选的，倍压整流器，包括：正负极性输出倍压筒，所述正负极性倍压筒对升压交流电进行；
所述正负极性输出倍压筒包括三结倍压筒，可分结使用且结构对称，每节倍压筒设有均压罩；
所述倍压筒具有倍压电路，所述倍压电路，包括：半桥电路和全桥电路。
可选的，分压器，包括：直流测压模块和传输模块；
所述直流测压模块为纯电阻结构，测量预设范围内直流电压；
所述传输模块使用独立电源供电，使用光纤传输信号。
可选的，中间变压器使用变压器油作为绝缘体及循环式变压器散热管，内部与外界空气密封隔绝。
本发明还提出了一种用于特高压换流变压器的直流耐压试验方法，包括：
对三相380V电源输出的交流电进行调频，获取调频交流电；
对所述调频交流电根据预设电压范围进行升压和隔离，获取升压交流电；
对升压交流电进行倍压整流，获取千伏级以上直流电压；
对千伏级以上直流电压滤除干扰直流电压，获取试验电压，对试验电压进行测量，获取特高压变压器的电压数据，生成调控试验电压命令；
根据所述调控试验电压命令，调节试验电压，输出调控后试验电压至目标特高压换流变压器对目标特高压换流变压器进行直流耐压试验。可选的，控制器对分压器获取的电压数据进行实时显示。
可选的，电压数据需进行实时显示。
可选的，试验电压使用纯电阻结构直流测验模块进行测量。
本发明可实现包括±1100kV换流变在内的各个电压等级的试验考核。
附图说明
图1为本发明一种用于特高压换流变压器的直流耐压试验装置结构图；
图2为本发明一种用于特高压换流变压器的直流耐压试验装置倍压筒示意图；
图3为本发明一种用于特高压换流变压器的直流耐压试验装置半桥变换电路图；
图4为本发明一种用于特高压换流变压器的直流耐压试验装置全桥变换电路图；
图5为本发明一种用于特高压换流变压器的直流耐压试验方法流程图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
本发明提出了一种用于特高压换流变压器的直流耐压试验装置，如图1所示，包括：
无局放变频源，所述无局放变频源接收三相380V电源输出的交流电，对交流电进行调频，获取调频交流电，输出至中间变压器；
中间变压器，所述中间变压器对调频交流电根据预设电压范围进行升压和隔离，获取升压交流电，传输至倍压整流器；
中间变压器使用变压器油作为绝缘体及循环式变压器散热管，内部与外界空气密封隔绝。
为保证设备的长时间运行整体散热，采用了循环式变压器专用散热管。设计容量为28kVA。
中频变压器高压输出绕组的一端，输出中频高电压。用专用电缆连接至倍压单元底端绝缘底座侧壁的“中频高压输入”端，变压器顶盖板采用透明有机玻璃材质，便于观察内部现象，内部与外界空气密封隔绝，除高压输出端外，中频变压器其它相关接线端子均集中于集中接线盒，便于接线。
倍压整流器，所述倍压整流器对升压交流电进行倍压整流，获取千伏级以上直流电压，传输至阻塞元件器；
倍压整流器，包括：如图2所示，正负极性输出倍压筒，所述正负极性倍压筒对升压交流电进行；
所述正负极性输出倍压筒包括三结倍压筒，可分结使用且结构对称，每节倍压筒设有均压罩；
所述倍压筒具有倍压电路，所述倍压电路，结合图3和图4的元器件组成，展开进行详细阐述。直流试验装置可以方便地通过倒换倍压筒的安装方向达到更换输出直流高压极性的目的。
系统输出部分的倍压筒共有三节构成，并可分节使用，设置均压罩。每节倍压筒均都采用完全对称结构设计，并有安装极性对齐标志。
为了避免倍压筒接点的不对称性，采用外置式直流高压测量装置。即单独做成一个两节组装式直流分压器，独立于倍压筒外。并与倍压筒有相同的分节及相同的高度。所有倍压筒体均采用优质丝绕环氧筒，空气绝缘。
凡不能使用金属螺栓连接的均采用聚四氟乙烯(尼龙王)螺栓进行连接，倍压筒两端均采用双层密封圈结构，装配时所有密封面均涂敷强力密封胶，因此保证了良好的密封性。
倍压电路部分采取半桥电路和全桥电路相级联的电路连线形式。
采用半桥变换器拓扑形式的优点是可减小电路中开关管的电压应力。图3为半桥变换电路，图中Ui为市电经前级整流滤波电路得到的大约300V直流电压，电容C1和C2组成半桥电路的一个桥臂，开关管S1和S2则组成另一桥臂，桥臂中点E的电压为Ui/2，即大约150V的直流电压。由CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)控制的两路PWM(Pulse width modulation，脉冲宽度调制)驱动波形经光电隔离和电平转换后分别接入开关管S1和S2的驱动极。由于这两路驱动波形频率固定(40kHz)占空比可调(0～0.45)，于是开关管S1和S2的轮流导通在变压器T1原边产生了占空比可调、频率固定、幅值大约为150V的交流矩形方波。这一矩形波经变压器T1传递，再经全波整流电路和LC滤波电路后得到0～150V连续可调的直流电压。电容C3的作用是防止变压器T1产生直流偏磁。
为了利用升压变压器和倍压整流电路实现输出高电压，必需将0～150V连续可调的直流电压逆变成交流电压。实现该功能的全桥变换电路见图4。图中Uin为0～150V的连续可调直流电压，开关管的驱动信号仍然来自CPLD并经光电隔离和电平转换。桥对角的两个开关管作为一组，每组同时开通或关闭，于是在变压器T2原边产生了频率为40kHz，幅值可调的交流矩形方波。将这一矩形波经升压变压器T2和倍压整流电路后即可获得直流高压。
根据现场试验的经验总结，在同等条件、同样式品、同一台设备的情况下正极性输出相对负极性输出起晕电压较低(约为85％左右)，因此正输出时高压倍压筒及其均压罩更容易出现电晕或闪烁放电。所以倍压筒的绝缘强度和均压必须按正输出的指标设计计算。
阻塞元件器，所述阻塞元件器对千伏级以上直流电压滤除干扰直流电压，获取试验电压；
分压器，所述分压器接收并测量试验电压，获取电压数据，传输至控制器；
分压器，包括：直流测压模块和传输模块；
所述直流测压模块为纯电阻结构，测量预设范围内直流电压，其主要特点为：
1)测量电压：0～500kV/1000kV/1400kV；
2)电压测量误差：1％；
3)测量方式：纯电阻结构；
4)其他功能：可单独作为直流分压器使用；
5)配分压器表头。
所述传输模块使用独立电源供电，使用光纤传输信号。
直流试验装置所采用的光纤传导高压电流测量系统是在原有高压微安表的可靠性基础上溶入微处理和光纤传输技术。
其主要技术特点及功能有：
1)高压侧计量，光钎传输，低压侧读数，采用液晶显示屏，并具有人机交互功能；
2)采用电池供电，智能化的电源管理，保障微安表超长时间待机；
3)自动量程切换，精度高；
4)采用光纤传输信号，抗干扰能力强，非电联接，安全可靠。
其主要技术性能参数为：
1)微安表额定测量电流：20mA；
2)显示电流范围：0～1999.9uA，2000～19999uA；
3)显示电流精度：0.5％；
4)最大输入过载电流：200mA；
5)微安表输入阻抗：＜60Ω；
6)微安表连续待机的情况下，使用的时间为：＞1000小时；
7)微安表连续工作的情况下，使用的时间为：＞100小时；
8)接收机在充足电不开背光的情况下，使用的时间为：＞20小时；
9)接收机在充足电开背光的情况下，使用的时间为：＞8小时；
10)微安表电源：2节AA干电池；
11)接收机电源：内置充电电池供电和充电电路。
控制器，所述控制器根据电压数据，生成调控试验电压命令传输至限流电阻；
控制器对分压器获取的电压数据进行实时显示。
控制器上布置了专门设计的高压电压、电流数字表，可实时显示高压输出电压、电流值，并有相应的模拟条动态显示变化过程。另可显示倍压级数、输出极性、过压保护值、工作状态、计时信息、中文保护信息提示等内容。
参数设置：通过标准的计算机键盘可进行试验电压值、高压过压整定值、高压过流整定值、加压时间及电压分档等参数的设置。
状态信息显示：控制柜内主回路的通与断、保护功能的启动等均可通过显示器显示。
计时功能：当试验电压到设置值时，可自动进行计时并在显示器上显示。
自动升压功能：可分段自动升压，在设定试验电压值后能够自动分段自动升压，分段自动升压时具有计时功能，设定计时时间，计时结束继续升压，此时也可手动控制自动升压。
试验数据记录功能：可记录分段升压时各点电压及电流值等。
控制箱具有极性自动识别功能，保证在不同极性输出时都能达到测量及保护的性能要求。
控制器具有以下保护功能：
1)高压过压整定：当输出电压达到过压整定设置值时，机内电路自动切断主回路；关闭高压。
2)高压过流整定：当输出电流达到过流整定设置值时，机内控制电路自动切断主回路；关闭高压。
3)零位保护：当调压电位器在没有回零状态下，自动禁止接通回路。达到零位保护的目的。
4)工作电压电流保护：当试验发生异常或机内出现故障引起工作电源过压或过流，则机内自动切断主回路。
5)放电保护：当高压侧发生放电现象时，机内自动切断主回路并关闭高压，且保证各器件不因为放电而损坏。
6)超温保护：机柜内易发热点设有温度传感器，当温升超过允许值时将自动报警。
7)计时器：具备自动计时功能，时间可设置，到时提示报警。
限流电阻，所述限流电阻根据调控试验电压命令，调节试验电压，输出调控后试验电压至目标特高压换流变压器对目标特高压换流变压器进行直流耐压试验。
本发明还提出了一种用于特高压换流变压器的直流耐压试验方法，如图5所示，包括：
对三相380V电源输出的交流电进行调频，获取调频交流电；
对所述调频交流电根据预设电压范围进行升压和隔离，获取升压交流电；
对升压交流电进行倍压整流，获取千伏级以上直流电压；
对千伏级以上直流电压滤除干扰直流电压，获取试验电压，试验电压使用纯电阻结构直流测验模块进行测量；
对试验电压进行测量，获取特高压变压器的电压数据，电压数据需进行实时显示；生成调控试验电压命令；
根据所述调控试验电压命令，调节试验电压，输出调控后试验电压至目标特高压换流变压器对目标特高压换流变压器进行直流耐压试验。其中，控制器对分压器获取的电压数据进行实时显示。
本发明可实现包括±1100kV换流变在内的各个电压等级的试验考核。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于特高压换流变压器的直流耐压试验装置，所述装置包括：
无局放变频源，所述无局放变频源接收三相380V电源输出的交流电，对交流电进行调频，获取调频交流电，输出至中间变压器；
中间变压器，所述中间变压器对调频交流电根据预设电压范围进行升压和隔离，获取升压交流电，传输至倍压整流器；
倍压整流器，所述倍压整流器对升压交流电进行倍压整流，获取千伏级以上直流电压，传输至阻塞元件器；
阻塞元件器，所述阻塞元件器对千伏级以上直流电压滤除干扰直流电压，获取试验电压；
分压器，所述分压器接收并测量试验电压，获取电压数据，传输至控制器；
控制器，所述控制器根据电压数据，生成调控试验电压命令传输至限流电阻；
限流电阻，所述限流电阻根据调控试验电压命令，调节试验电压，输出调控后试验电压至目标特高压换流变压器对目标特高压换流变压器进行直流耐压试验。
2.根据权利要求1所述的装置，所述的控制器对分压器获取的电压数据进行实时显示。
3.根据权利要求1所述的装置，所述的倍压整流器，包括：正负极性输出倍压筒，所述正负极性倍压筒对升压交流电进行；
所述正负极性输出倍压筒包括三结倍压筒，可分结使用且结构对称，每节倍压筒设有均压罩；
所述倍压筒具有倍压电路，所述倍压电路，包括：半桥电路和全桥电路。
4.根据权利要求1所述的装置，所述的分压器，包括：直流测压模块和传输模块；
所述直流测压模块为纯电阻结构，测量预设范围内直流电压；
所述传输模块使用独立电源供电，使用光纤传输信号。
5.根据权利要求1所述的装置，所述的中间变压器使用变压器油作为绝缘体及循环式变压器散热管，内部与外界空气密封隔绝。
6.一种用于特高压换流变压器的直流耐压试验方法，所述方法包括：
对三相380V电源输出的交流电进行调频，获取调频交流电；
对所述调频交流电根据预设电压范围进行升压和隔离，获取升压交流电；
对升压交流电进行倍压整流，获取千伏级以上直流电压；
对千伏级以上直流电压滤除干扰直流电压，获取试验电压，对试验电压进行测量，获取特高压变压器的电压数据，生成调控试验电压命令；
根据所述调控试验电压命令，调节试验电压，输出调控后试验电压至目标特高压换流变压器对目标特高压换流变压器进行直流耐压试验。
7.根据权利要求6所述的方法，所述的电压数据需进行实时显示。
8.根据权利要求6所述的方法，所述的试验电压使用纯电阻结构直流测验模块进行测量。
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- 2019-10-22 CN CN201911005589.3A patent/CN110780163A/zh active Pending
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