CN117233556A - 一种高压交流电容器过电压试验系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种高压交流电容器过电压试验系统，保证了试验过程的安全性、可靠性和电压畸变率低。该系统包括：试验回路、测量系统和控制系统。该试验回路包括：移相变压器T1、固定电抗L1、电容器C12、升压变压器T2、可调电抗L2以及三个功率单元7；T1的原边绕组经K0接入三相交流电压源1；T1副边的三个绕组一对一接入三个功率单元7的输入端，三个功率单元7的输出端串联形成一路电压输出端；该电压输出端的一个端子经L1接C12的一端，另一个端子接C12的另一端；C12与T2的原边绕组并联；T2的副边绕组同时与L2和高压交流电容器试品Cx并联。
Description
技术领域
本发明涉及过电压试验技术领域，更具体地说，涉及一种高压交流电容器过电压试验系统。
背景技术
电力系统在特定条件下所出现的超过工作电压的异常电压升高，叫做过电压。过电压属于电力系统中的一种电磁扰动现象。电工设备(例如高压交流电容器)的绝缘长期耐受着工作电压，同时还必须能够承受一定幅度的过电压，这样才能保证电力系统安全可靠地运行。
高压交流电容器过电压试验是为了验证在从最低温度(通常为-40℃～-5℃)到室温的范围内，反复的过电压周期不致使介质击穿而进行的型式试验。
在高压交流电容器过电压试验过程中，需按照试验标准对高压交流电容器施加相应的试验电压，而如何保证试验过程的安全性、可靠性和电压畸变率低，是本领域亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种高压交流电容器过电压试验系统，以保证试验过程的安全性、可靠性和电压畸变率低。
一种高压交流电容器过电压试验系统，包括：试验回路、测量系统和控制系统；
其中，所述试验回路包括：移相变压器T1、固定电抗L1、电容器C12、升压变压器T2、可调电抗L2以及三个功率单元7；
所述移相变压器T1的原边绕组经开关柜K0接入三相交流电压源1；
所述移相变压器T1副边的三个绕组一对一接入所述三个功率单元7的输入端，所述三个功率单元7的输出端串联形成一路电压输出端；功率单元7为三相输入单相输出的低压PWM型变频器；
所述电压输出端的一个端子经所述固定电抗L1接所述电容器C12的一端；所述电压输出端的另一个端子接所述电容器C12的另一端；
所述电容器C12与所述升压变压器T2的原边绕组并联；所述升压变压器T2的副边绕组同时与所述可调电抗L2和高压交流电容器试品Cx并联；
所述测量系统用于测量所述试验回路的电压电流信息并反馈给所述控制系统；所述控制系统用于通过对所述三个功率单元7进行调控，来控制所述试验回路施加到所述高压交流电容器试品Cx两端的电压，当所述高压交流电容器试品Cx两端的电压达到要求的试验电压时，通过调节所述可调电抗L2使回路电流达到最小。
可选的，所述试验回路还包括：分别与所述移相变压器T1副边的三个绕组相串联的熔断器RD。
可选的，所述测量系统包括：电流互感器CT、分压器PT和转换装置；
其中，所述电流互感器CT串联于所述电压输出端；所述分压器PT与所述高压交流电容器试品Cx并联；所述转换装置用于将所述电流互感器CT和分压器PT的输出信号上传至所述控制系统。
可选的，所述试验回路还包括：第一真空接触器CJ1和限流电阻R1；
其中，所述第一真空接触器CJ1连接在所述开关柜K0与所述移相变压器T1的原边绕组之间；所述限流电阻R1与所述第一真空接触器CJ1并联。
可选的，所述试验回路还包括：阻尼电阻R3和第二真空接触器CJ2；
其中，所述第二真空接触器CJ2与所述阻尼电阻R3并联后再与所述电压输出端串联；
所述控制系统还用于在所述可调电抗L2调节期间闭合所述第二真空接触器CJ2，在所述可调电抗L2调节完成后断开所述第二真空接触器CJ2。
从上述的技术方案可以看出，本发明采用移相变压器+功率单元的组合方式输出电压，具有高可靠性、输出电压畸变率低的优点。控制系统根据试验回路电压电流信息对三个功率单元7进行调控，得到需要的试验电压波形，然后控制系统通过调节可调电抗L2使由固定电抗L1、可调电抗L2、试品Cx和所述电容器C12组成的并联谐振回路发生谐振，此时试验回路电流达到最小，从而保证在试品Cx被击穿而发生短路故障时，电路的总电流不会超过当前试验电压下的最大允许短路电流，提高了试验的安全性和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种高压交流电容器过电压试验系统的结构示意图；
图2为本发明实施例公开的一种T型滤波器结构示意图；
图3为本发明实施例公开的一种IGBT桥结构示意图；
图4为本发明实施例公开的又一种高压交流电容器过电压试验系统的结构示意图；
图5为本发明实施例公开的又一种高压交流电容器过电压试验系统的结构示意图；
图6为本发明实施例公开的又一种高压交流电容器过电压试验系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，本发明实施例公开了一种高压交流电容器过电压试验系统，包括：试验回路、测量系统和控制系统；
其中，所述试验回路包括：移相变压器T1、固定电抗L1、电容器C12(电容器C12可以为一个电容或多个电容的组合，图1中仅以电容器C12为两个电容的串联组合作为示例)、升压变压器T2、可调电抗L2以及三个功率单元7；
移相变压器T1的原边绕组经开关柜K0接入三相交流电压源1(例如图1所示10kV三相交流电压源)；开关柜K0是一种电气设备，开关柜外线先进入柜内主控开关，然后进入分控开关，各分路按其需要设置；
移相变压器T1副边的三个绕组一对一接入三个功率单元7的输入端，三个功率单元7的输出端串联形成一路电压输出端；
功率单元7为三相输入单相输出的低压PWM型变频器，其使用功率电力电子器件进行整流、滤波和逆变；
所述电压输出端的一个端子经固定电抗L1接所述电容器C12的一端；所述电压输出端的另一个端子接所述电容器C12的另一端；
所述电容器C12与升压变压器T2的原边绕组并联；升压变压器T2的副边绕组同时与可调电抗L2和高压交流电容器试品(以下简称为试品)Cx并联；图1中与升压变压器T2的副边绕组相串联的电阻R4为回路等效电阻；
所述测量系统用于测量所述试验回路的电压电流信息并反馈给所述控制系统；
所述控制系统用于通过对所述三个功率单元7进行调控，来控制所述试验回路施加到所述高压交流电容器试品Cx两端的电压，当所述高压交流电容器试品Cx两端的电压达到要求的试验电压时，通过调节所述可调电抗L2使回路电流达到最小。
下面对本发明实施例的工作原理进行详述：
在高压交流电容器过电压试验过程中，试验标准通常为：
要求试品Cx从冷冻箱中移出后5min内应施加1.1UN的试验电压，UN为额定电压；施加该电压5min内，在不间断电压的情况下施加2.25UN的过电压，持续15个周波；此后不间断电压的情况下将电压再次保持在1.1 UN；在1.1UN下历时1.5~2min后，再次施加2.25UN的过电压，且重复该过程直至一天内合计完成60次的过电压施加。
本发明实施例旨在输出上述试验标准要求的各种试验电压，对试品Cx进行过电压试验。
在试验过程中，控制系统控制开关柜K0闭合，此时三相交流电压源1输出的电压经过移相变压器T1的降压隔离后为各功率单元7进行预充电。待预充电完成后，移相变压器T1从三相交流电压源1处获得各功率单元7的输入信号，再通过三个功率单元7串联的方式输出可变范围交流电压源，这种移相变压器+功率单元的组合方式具有高可靠性、输出电压畸变率低的优点。
该可变范围交流电压源经后级电路输出至试品Cx两端。测量系统测量试验回路的电压电流信息并实时传输给控制系统，控制系统根据反馈的实时电压电流信息对试验回路进行调控，得到需要的试验电压波形。试验电压波形的采集、记录和存储可采用分压器、示波器的组合实现。
其中，试验回路中通过对三个功率单元7进行调节，可设定基波电压、过电压、过电压保持时间、过电压周波数、过电压上升时间/上升周波数，过电压下降时间/下降周波数、过电压重复时间(即两次过电压开始时间之差)等。
另外，在试验时，当试品Cx两端电压达到要求的试验电压时，控制系统通过调节可调电抗L2使试验回路电流达到最小。理由如下：
该后级电路中的感性器件(包括固定电抗L1、可调电抗L2)与容性器件(包括试品Cx和所述电容器C12)组成并联谐振回路；并联谐振是一种完全补偿，电源不需要提供无功功率，只需要提供电阻所需的有功功率，通过调节可调电抗L2可使并联谐振发生，当并联谐振发生时，电路的总电流最小，那么在试品Cx在当前试验电压下被击穿而发生短路故障时，电路的总电流不会超过在当前试验电压下的最大允许短路电流，提高了试验的安全性和可靠性。
另外，该后级电路中的固定电抗L1、升压变压器T2的漏抗L0和电容器C12组成T型滤波器，如图2所示。
该可变范围交流电压源经过T型滤波器滤除高频载波。由于试验回路中存在整流二极管和变压器的漏感，二者结合容易产生“振铃”现象，从而导致基波电压和过电压出现过冲。该后级电路中的固定电抗L1、升压变压器T2的漏抗L0、电容器C12组成T型滤波器，可抑制“振铃”现象，该可变范围交流电压源经过T型滤波器滤除高频载波，保证了基波电压和过电压的稳定性。
所述电压输出端发出的正弦波电压U1与试品Cx两端电压U0之间存在稳定的对应关系，比例系数K=U0/U1，进行过电压试验前通过基波调整可找到该比例系数K，确保试验中电压精度和快速性。
综上，本发明实施例采用移相变压器+功率单元的组合方式输出电压，具有高可靠性、输出电压畸变率低的优点。控制系统根据试验回路电压电流信息对三个功率单元7进行调控，得到需要的试验电压波形，然后控制系统通过调节可调电抗L2使试验回路电流达到最小，从而保证在试品Cx被击穿而发生短路故障时，电路的总电流不会超过当前试验电压下的最大允许短路电流，提高了试验的安全性和可靠性。
其中，在上述实施例中，为保证试品两端电压畸变率低，所述控制系统在对三个功率单元7进行调控时可采用如下控制逻辑①~⑤：
①、采用镜像对称正弦波输出法，具体为；在试品两端正弦波电压0度～90度和180度～270度采用从0到1的满量程的占空比调节，在正弦波90度～180度和270度～360度采用从1到0的满量程的占空比调节，以便消除镜像不对称的二次谐波。
②、控制周期250μs，靠近90度和180度的控制周期可以是大于250μs小于500μs的长周期，以便消除镜像不对称的二次谐波。
③、三个功率单元7中的IGBT桥(其电路结构图如图3所示，包括IGBT器件Q1~Q4以及二极管D1~D4)中有两个作为全压模块(在控制周期内输出0压或者输出正直流母线电压或者负直流母线电压），一个作为占空比模块(输出直流母线电压与K的乘积)，由于占空比模块发热高，所以本发明实施例推荐占空比模块每个正弦波周期轮换一次(即让三个功率单元7轮流作为占空比模块)，保证3个IGBT桥的开关频率相同，避免某个功率单元7长期作为占空比模块而发热严重、甚至损坏。
④、三个模块输出电压和等于U1。
⑤、功率单元7的IGBT桥合成正弦交流电的过程中会出现死区，所以要进行死区补偿。本发明实施例根据电流方向检测进行死区补偿，消除奇次谐波。
可选的，基于上述公开的任一实施例，参见图4，所述试验回路还包括：与移相变压器T1副边的三个绕组相串联的熔断器RD。熔断器RD是指当电流超过规定值时，以本身产生的热量使熔体熔断，断开电路的一种电器，用以实现短路和过电流保护。
可选地，基于上述公开的任一实施例，仍参见图1或图4，所述测量系统包括电流互感器CT、分压器PT和转换装置；
电流互感器CT串联于所述电压输出端，用于测量所述电压输出端的输出电流；分压器PT与试品Cx并联，用于测量试品Cx两端电压；所述转换装置用于将所述电流互感器CT和分压器PT的输出信号上传至所述控制系统。
可选的，基于上述公开的任一实施例，参见图5，当开关柜K0的防护等级较低时，所述试验回路还包括：第一真空接触器CJ1和限流电阻R1；
其中，所述第一真空接触器CJ1连接在开关柜K0与移相变压器T1的原边绕组之间；
限流电阻R1与第一真空接触器CJ1并联；第一真空接触器CJ1常闭，用于保护跳闸；
限流电阻R1用于在第一真空接触器CJ1跳闸后对线路进行限流。
可选的，基于上述公开的任一实施例，参见图6，所述试验回路还包括：第二真空接触器CJ2和阻尼电阻R3；
其中，第二真空接触器CJ2与阻尼电阻R3并联后再与所述电压输出端串联；所述控制系统还用于在所述可调电抗L2调节期间闭合所述第二真空接触器CJ2，以避免阻尼电阻R3带来功率损耗，在所述可调电抗L2调节完成后断开所述第二真空接触器CJ2，从而使得阻尼电阻R3接入所述试验回路，所述高压交流电容器过电压试验系统开始试验工作。
其中，阻尼电阻R3为限制谐波放大和减小过渡过程畸变的阻尼电阻，试验过程中基波电压转变过电压时会产生抖动和高频，由阻尼电阻R3参与构成的RLC串联电路消除抖动和过渡过程。
经试验对比发现：
未接入阻尼电阻R3时，所述高压交流电容器过电压试验系统输出电压畸变率在5%~7%；而在接入阻尼电阻R3后，所述高压交流电容器过电压试验系统输出的电压畸变率减小到1.5%以下。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可，不再赘述。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的不同对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种高压交流电容器过电压试验系统，其特征在于，包括：试验回路、测量系统和控制系统；
其中，所述试验回路包括：移相变压器(T1)、固定电抗(L1)、电容器(C12)、升压变压器(T2)、可调电抗(L2)以及三个功率单元(7)；
所述移相变压器(T1)的原边绕组经开关柜(K0)接入三相交流电压源(1)；
所述移相变压器(T1)副边的三个绕组一对一接入所述三个功率单元(7)的输入端，所述三个功率单元(7)的输出端串联形成一路电压输出端；功率单元(7)为三相输入单相输出的低压PWM型变频器；
所述电压输出端的一个端子经所述固定电抗(L1)接所述电容器(C12)的一端；所述电压输出端的另一个端子接所述电容器(C12)的另一端；
所述电容器(C12)与所述升压变压器(T2)的原边绕组并联；所述升压变压器(T2)的副边绕组同时与所述可调电抗(L2)和高压交流电容器试品(Cx)并联；
所述测量系统用于测量所述试验回路的电压电流信息并反馈给所述控制系统；所述控制系统用于通过对所述三个功率单元(7)进行调控，来控制所述试验回路施加到所述高压交流电容器试品(Cx)两端的电压，当所述高压交流电容器试品(Cx)两端的电压达到要求的试验电压时，通过调节所述可调电抗(L2)使回路电流达到最小。
2.根据权利要求1所述的高压交流电容器过电压试验系统，其特征在于，所述试验回路还包括：分别与所述移相变压器(T1)副边的三个绕组相串联的熔断器(RD)。
3.根据权利要求1所述的高压交流电容器过电压试验系统，其特征在于，所述测量系统包括：电流互感器(CT)、分压器(PT)和转换装置；
其中，所述电流互感器(CT)串联于所述电压输出端；所述分压器(PT)与所述高压交流电容器试品(Cx)并联；所述转换装置用于将所述电流互感器(CT)和分压器(PT)的输出信号上传至所述控制系统。
4.根据权利要求1所述的高压交流电容器过电压试验系统，其特征在于，所述试验回路还包括：第一真空接触器(CJ1)和限流电阻(R1)；
其中，所述第一真空接触器(CJ1)连接在所述开关柜(K0)与所述移相变压器(T1)的原边绕组之间；所述限流电阻(R1)与所述第一真空接触器(CJ1)并联。
5.根据权利要求1所述的高压交流电容器过电压试验系统，其特征在于，所述试验回路还包括：阻尼电阻(R3)和第二真空接触器(CJ2)；
其中，所述第二真空接触器(CJ2)与所述阻尼电阻(R3)并联后再与所述电压输出端串联；
所述控制系统还用于在所述可调电抗(L2)调节期间闭合所述第二真空接触器(CJ2)，在所述可调电抗(L2)调节完成后断开所述第二真空接触器(CJ2)。
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