CN112485727B - 利用串联谐振补偿法的变压器突发短路试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用串联谐振补偿法的变压器突发短路试验装置，包括低压交流电源、充电机、储能单元、逆变器、升压模块和补偿电容；所述低压交流电源输入端连接市电，输出端与所述充电机的输入端电连接，用于为装置提供低压交流电；所述充电机的输出端与所述储能单元的输入端电连接，对所述储能单元进行充电，所述储能单元用于存储电能；所述逆变器的输入端与所述输出端电连接，输出端与所述升压模块电连接，用于将储能单元提供的电能转换为交流电；所述升压模块用于对逆变器输出的电压进行升压，从输出端提供短路试验所需的电压；所述补偿电容与被试变压器串联构成串联谐振电路后，与所述升压模块的输出端电连接。

Description

利用串联谐振补偿法的变压器突发短路试验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种利用串联谐振补偿法的变压器突发短路试验装置及方法，属于电力试验装置技术领域。

背景技术

目前变压器短路承受能力试验只能在少数实验室进行，如KAME、国家变压器质量监督检验中心等，主要原因是试验所需的电源容量大(110kV变压器试验需要400MVA的电网容量)，设备庞大、投资大(2亿以上)，因此在现场无法开展该试验项目。同时试验费用高、

试验周期长和试验能力有限等因素也限制了该试验项目在物资抽检中的开展，造成大量抗短路能力差的变压器进入电网，威胁电网变压器的安全运行。

变压器突发短路试验是检验变压器设备的极端工况下性能的重要试验，该试验需要较大的电源容量，开展此项试验，传统方法是使用专用大容量线路或者大容量惯性发电机，避免试验对电网的冲击，但是试验过程中消耗的有功很少，容量浪费很大。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出了一种利用串联谐振补偿法的变压器突发短路试验装置，基于储能单元与串联谐振方法的变压器加压方法，降低短路试验的电源容量要求，提高试验的便利性。

本发明的技术方案如下：

技术方案一：

一种利用串联谐振补偿法的变压器突发短路试验装置，包括低压交流电源、充电机、储能单元、逆变器、升压模块和补偿电容；

所述低压交流电源输入端连接市电，输出端与所述充电机的输入端电连接，用于为装置提供低压交流电；所述充电机的输出端与所述储能单元的输入端电连接，对所述储能单元进行充电，所述储能单元用于存储电能；所述逆变器的输入端与所述输出端电连接，输出端与所述升压模块电连接，用于将储能单元提供的电能转换为交流电；所述升压模块用于对逆变器输出的电压进行升压，从输出端提供短路试验所需的电压；所述补偿电容与被试变压器串联构成串联谐振电路后，与所述升压模块的输出端电连接。

进一步的，所述升压模块包括同步开关、隔离开关和直流高压发生器；所述同步开关一端与所述逆变器的输出端电连接，另一端与所述补偿电容器的一端电连接；所述直流高压发生器一端通过所述隔离开关与所述补偿电容器电连接，另一端接地。

技术方案二：

根据技术方案一所述的一种利用串联谐振补偿法的变压器突发短路试验装置的使用方法，包括以下步骤：

测试被试变压器的电感值和电阻值；

控制所述同步开关处于分闸状态，隔离开关闭合，使所述直流高压发生器向所述补偿电容器充电；

对所述补偿电容器进行测量，当所述补偿电容器的谐振电压达到峰值时，控制隔离开关断开，停止充电；

根据串联谐振电路的电阻、电容和电感值，计算所述补偿电容器处于谐振电压峰值时所述低压交流电源输出电压的相位角，控制所述同步开关根据所述相位角进行合闸。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明一种利用串联谐振补偿法的变压器突发短路试验装置，提出基于储能单元与串联谐振方法的变压器加压方法，降低短路试验的电源容量要求，提高试验的便利性。

2、本发明一种利用串联谐振补偿法的变压器突发短路试验装置，升压模块采用同步开关、隔离开关和直流高压发生器组成的一套预置电压加压装置，使被试变压器高压端从合闸时刻即获得稳态交流电压，不需要经过串联谐振电路的过渡过程。

附图说明

图1为本发明实施例的装置原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。

实施例一：

参见图1，一种利用串联谐振补偿法的变压器突发短路试验装置，包括低压交流电源、充电机、储能单元、逆变器、升压模块和补偿电容；

所述低压交流电源输入端连接市电，输出端与所述充电机的输入端电连接，用于为装置提供低压交流电；所述充电机的输出端与所述储能单元的输入端电连接，对所述储能单元进行充电，所述储能单元用于存储电能；所述逆变器的输入端与所述输出端电连接，输出端与所述升压模块电连接，用于将储能单元提供的电能转换为交流电；所述升压模块用于对逆变器输出的电压进行升压，从输出端提供短路试验所需的电压；所述补偿电容与被试变压器串联构成串联谐振电路后，与所述升压模块的输出端电连接。

在本实施例中，目标被试变压器为额定100kVA-800kVA的变压器，需要10.5kv的电压输入；

低压交流电源为三相PFC整流电路，接入市电380V的电压输入，输出900V电压。

充电器采用两个15KVA，输出电压范围300～1000Vdc的模块化充电器，充电总功率为30KVA，以满足测试现场取电便捷的要求。

储能单元为了降低变压器低压侧短路时对能量的脉冲需求，可以采用蓄电池并联大电容。测试时间0.5s，消耗能量为：

2663.33kVA*0.5s＝1331.67kJ

逆变输出线电压10.5kV，相电压6.06kV，直流部分电压最低8.57kV。采用电容储存这部分能量，假设电容压降20％，则原直流部分电压为10.71kV。则：

0.5×C×(10.71k-8.57k)²＝1331.67kJ

需要的电容为C＝0.58F，电容容量太大。考虑并联蓄电池。短路时最大放电线电流有效值为146.45A，相电流为84.56A，电流峰值为119.56A；蓄电池常用的有2种，12V或者2V。12V的蓄电池容量选择范围更广。可以选择2V50AH，最大放电电流可以达到150A的GFM2-50(2V50AH)，数量5500支。

《GB1094.5-2008电力变压器第5部分：承受短路的能力》在短路电流试验时，将三相变压器分为3类，Ⅰ类25kVA-2500kVA；Ⅱ类2501kVA-100 000kVA；Ⅲ类100 000kVA以上。我们的目标变压器为100kVA-800kVA，属于Ⅰ类变压器。本实施例逆变器采用电压型三相PWM逆变器，为方便测试不同的变压器需要带中性线。

补偿电容器通过计算，为满足0.5s/800KVA放电时长的要求，选定为1.55F；补偿电容器与被试变压器构成串联谐振电路，补偿电容器提供试验过程中电路的无功消耗，储能单元仅提供电路的有功消耗，大幅降低储能单元容量要求。

进一步的，所述升压模块包括同步开关、隔离开关和直流高压发生器；所述同步开关一端与所述逆变器的输出端电连接，另一端与所述补偿电容器的一端电连接；所述直流高压发生器一端通过所述隔离开关与所述补偿电容器电连接，另一端接地；同步开关、隔离开关和直流高压发生器组成一套预置电压加压装置，使被试变压器高压端从同步开关合闸时刻起即获得稳态交流电压，不需要经过串联谐振电路的过渡过程。

实施例二：

根据实施例一所述的一种利用串联谐振补偿法的变压器突发短路试验装置的使用方法，包括以下步骤：

测试被试变压器的电感值和电阻值；

控制所述同步开关处于分闸状态，隔离开关闭合，使所述直流高压发生器向所述补偿电容器充电；

对所述补偿电容器进行测量，当所述补偿电容器的谐振电压达到峰值时，控制隔离开关断开，停止充电；

根据串联谐振电路的电阻、电容和电感值，计算所述补偿电容器处于谐振电压峰值时所述低压交流电源输出电压的相位角，控制所述同步开关根据所述相位角进行合闸。

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 (1)

1.一种利用串联谐振补偿法的变压器突发短路试验装置的使用方法，所述利用串联谐振补偿法的变压器突发短路试验装置包括低压交流电源、充电机、储能单元、逆变器、升压模块和补偿电容；

所述低压交流电源输入端连接市电，输出端与所述充电机的输入端电连接，用于为装置提供低压交流电；所述充电机的输出端与所述储能单元的输入端电连接，对所述储能单元进行充电，所述储能单元用于存储电能；所述逆变器的输入端与所述输出端电连接，输出端与所述升压模块电连接，用于将储能单元提供的电能转换为交流电；所述升压模块用于对逆变器输出的电压进行升压，从输出端提供短路试验所需的电压；所述补偿电容与被试变压器串联构成串联谐振电路后，与所述升压模块的输出端电连接；

所述升压模块包括同步开关、隔离开关和直流高压发生器；所述同步开关一端与所述逆变器的输出端电连接，另一端与所述补偿电容器的一端电连接；所述直流高压发生器一端通过所述隔离开关与所述补偿电容器电连接，另一端接地；其特征在于，所述使用方法包括以下步骤：

测试被试变压器的电感值和电阻值；

控制所述同步开关处于分闸状态，隔离开关闭合，使所述直流高压发生器向所述补偿电容器充电；

对所述补偿电容器进行测量，当所述补偿电容器的谐振电压达到峰值时，控制隔离开关断开，停止充电；

根据串联谐振电路的电阻、电容和电感值，计算所述补偿电容器处于谐振电压峰值时所述低压交流电源输出电压的相位角，控制所述同步开关根据所述相位角进行合闸。