CN206611341U - 一种配电变压器短路试验电源 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种配电变压器短路试验电源，包括：充电变压器和多个功率单元；所述的充电变压器一侧通过与供电电源相连接，所述充电变压器另一侧分别与各功率单元的输入端相连接，对各功率单元中连接的储能电容充电，所述多个功率单元串联连接组成一逆变器，所述逆变器的输出端连接到被测的变压器。本实用新型的储能式配电变压器突发短路试验电源能够在一般供电容量下完成配电变压器突发试验，为配电变压器质量检测和生产企业提高产品抗短路冲击能力提供有效的试验手段。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力技术，具体的讲是一种配电变压器短路试验电源。
背景技术
随着我国配电网的规模和设备容量的逐年增大，配电网的短路电流水平也随之增加，作为配电网关键设备的配电变压器的抗短路能力得到了越来越多的关注。近年来，由于短路电流冲击导致的配电变压器烧毁及停电事故频发，影响严重。配电网短路电流水平的增加已经给系统中运行的配电变压器的抗短路能力提出了更严格的要求，配电变压器的抗短路能力已经成为了继运行损耗、噪声后又一重要设备性能参数，得到了设备制造行业和运行管理部门的普遍重视，对于配电变压器抗短路能力检测技术的研究对于配电网的安全稳定运行具有十分重大的意义。
目前存在采用铜包铝线材代替纯铜线材绕组的配电变压器流入配网的情况，配电变压器的产品质量良莠不齐，特别是配电变压器的抗短路能力成了配电变压器制造领域的盲区，不受重视，导致配电变压器的安全稳定运行存在很大隐患。我国在近几年对于电网内的变压器抗短路能力问题也非常关注。国家电网公司及国家各大变压器研究、制造机构均投入大量科研力量对变压器抗短路能力核算方法、评价标准、治理措施和管理手段等进行分析研究。
现有技术中变压器短路冲击试验有使用发电机组供电来完成变压器短路冲击试验，发电机组组成的变压器短路冲击试验系统包含电动机、发电机、冲击变压器等设备，整套系统由于含有旋转电机，需要配套润滑、保护、盘车等辅助设备，系统的造价十分昂贵。现有试验方法采用的试验电源均直接来源于电力系统，突发短路试验过程中会对系统产生复杂的暂态过程和大量谐波，对系统的安全稳定造成影响。同时，由于配电变压器的检测数量巨大，依托电力系统作为试验电源的检测条件无法满足检测需求。
实用新型内容
为满足不同容量配电变压器冲击试验要求，提供可以实现冲击试验电压的试验电源，本实用新型实施例提供了一种配电变压器短路试验电源，包括：充电变压器和多个功率单元；
所述的充电变压器一侧通过与供电电源相连接，所述充电变压器另一侧分别与各功率单元的输入端相连接，对功率单元中的储能电容充电，所述多个功率单元串联连接组成一逆变器，所述逆变器的输出端连接到被测的变压器，所述逆变器将储能电容存储的电能变换输出电压至供被测的变压器。
本实用新型实施例中，各功率单元分别通过三个二次绕组与充电变压器相连接。
本实用新型实施例中，充电变压器的一侧通过电源进线开关与供电电源相连接。
本实用新型实施例中，逆变器的输出端通过开关连接至被测变压器的输入端。
本实用新型的储能式配电变压器突发短路试验电源能够在一般供电容量下完成配电变压器突发试验，为配电变压器质量检测和生产企业提高产品抗短路冲击能力提供有效的试验手段，对配电变压器抗短路能力进行重点检查，杜绝解体的盲目性和随意性，确保进入配电网的变压器的抗短路能力，保证配网的安全稳定运行。配电变压器突发短路试验具有极高的社会效益和经济效益，应用前景广泛。
为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型公开的试验电源的框图；
图2为本实用新型一实施方式电路原理图；
图3为本实用新型一实施例中的仿真波形。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型公开了一种配电变压器短路试验电源，如图1所示包括：充电变压器102和多个功率单元1031；充电变压器一侧通过与供电电源101相连接，充电变压器102另一侧分别与各功率单元1031的输入端相连接，对功率单元1031中的储能电容充电，多个功率单元1031串联连接组成一103逆变器，逆变器103的输出端连接到被测的变压器，逆变器将储能电容存储的电能变换输出电压至供被测的变压器。
本实用新型实施例中，各功率单元分别通过三个二次绕组与充电变压器相连接，并且充电变压器的一侧通过电源进线开关与供电电源相连接，逆变器的输出端通过开关连接至被测变压器的输入端。
本实用新型使用电容器储能及电力电子变换技术，仅需变压器短路试验所需容量的1％以内即可实现变压器的短路冲击试验。设备造价也仅有现有设备的十分之一不到。为变压器制造及使用部门进行变压器短路冲击试验提供了可行的方法。通过变压器对储能电容充电，由储能电容通过逆变器变换输出高压电源施加至被测变压器，解决了现有试验方法采用的试验电源均直接来源于电力系统，突发短路试验过程中会对系统产生复杂的暂态过程和大量谐波，对系统的安全稳定造成影响。同时，由于配电变压器的检测数量巨大，依托电力系统作为电源的检测条件无法满足检测需求。
高压逆变器是由可关断的功率器件如GTO、GTR、IGBT、IGCT等，再加上控制、驱动、保护电路组成的。限于目前功率器件的电压耐量有限，常用的IGBT耐压一般为1700V，考虑到器件使用留有余量，一般1700V的IGBT组成的逆变器输出电压设计到690V。要实现高压输出必须解决高耐压、大容量这一难题：一是采用低耐压器件的多重化技术，二是采用高耐压器件的多电平技术及器件直接串联实现高压输出。目前较为成熟可靠的技术为多重化技术。每相由几个低压SPWM功率单元串联组成，各功率单元由一个多绕组的隔离变压器供电，用高速微处理器实现控制和以光纤隔离驱动。多重化技术从根本上解决了一般6脉冲和12脉冲变频器所产生的谐波问题，可实现正弦波逆变输出。
图2为本实用新型一实施例中2kV逆变器的主电路原理图：
本实用新型实施例中，充电变压器连接于功率单元的输入端，为内部电容器储能，被试变压器连接在功率单元的输出端，在储能电容充电完成后对被试变压器进行短路冲击试验。
本实施例中由3个额定电压为690V的功率单元串联组成逆变器，因此输出电压为690X3＝2070V。每个功率单元由输入变压器相互隔离的9个二次绕组分别供电，9个二次绕组分成3组，每组之间存在一个相位差。绕组之间的相位差根据功率单元的数量确定，3个单元可设计成20度。本实施例中，仅以三个功率单元串联组成2kV逆变器为例对本实用新型的技术方案进行说明，并不以此为限，具体应用中，根据被测变压器需要的输出电压确定功率单元个数。
本实用新型实施例的图2中，380V电源经过电源进线开关K1后给充电变压器T供电，充电变压器为多绕组升压变压器，升压后的电压经整流后对储能电容器C充电，储存在电容器C上的电能，经逆变器变换，并进行多单元串联叠加，输出多电平SPWM电压供被试变压器使用。试验时，先合开关K1对储能电容器充电，充电完成后，断开K1，合开关K2，调整各个逆变单元的驱动波形，以便得到适合的输出电压，设定调制信号的相位角和频率，即可得到满足频率和相位要求的高压电源，持续输出0.5秒，即可完成一次变压器短路冲击试验。由于完成短路冲击试验时是依靠储能电容完成，不会对电网产生任何冲击，针对200kVA的变压器，充电变压使用50-100kVA变压器即可，比直接从电源侧获取5000kVA的容量小很多。
本实用新型的图2中是三个功率单元U1、U2、U3组成的逆变器，根据输出电压的要求，可以使用更多的功率单元串联叠加来实现更高的输出电压，功率单元串联连接试验的仿真波形如图3所示。由于采用了电力电子变换技术，输出电压的幅值和相位均可快速调节，并且可以实现恒压供电，可以很方便实现变压器的短路冲击试验。电源自身可以调节短路时刻，无需同步开关，便于使用。
当需要10kV输出电压时，可以使用16个功率单元串联来完成更高的输出电压。由于每个功率单元由单独的电源供电，单元的工作电压是固定的，不存在器件均压问题，可靠性比器件直接串联方案要高的多。功率单元串联技术，输出电压的变化率仅为每个单元的输出电压峰值，比其他方案的输出电压du/dt低得多，当使用16单元时，仅为高压直接逆变器的1/16，对电源的负载绝缘不会产生伤害。
以200kVA的配电变压器为例，典型的200kVA的配电变压器完成0.5S的短路冲击需要提供的瞬间功率为1700kW，所需的容量为5000kVA。仅以有功功率计算，0.5秒消耗的电能为：1706.25*1/7200＝0.24度，如果以100kW的供电功率计算，提供0.24度电能需要的时间为：(0.24/100)*3600＝8.6s。从简单的功率及能量换算中可以发现，以小容量的充电变压器通过一定的时间对电容器充电是难够满足配电变压器短路冲击所需要的能量。通过选取适合的电容电压和电容容量即可实现所需要的储能能量，满足不同容量的配电变压器短路冲击试验要求。
图3中的a是输出电压波形，单位kV；图3中的b是输出电流波形，单位kA；图3中的c是输出有功和无功波形，单位MW及Mavr；图3中的d是输入电压波形，单位是kV。负载模型是200kVA的配电变压器，2.6s时分断输入开关，同时变压器短路，图3中的b可见输出瞬态峰值电流达到480A，稳态短路电流有效值为280A。3.6s时，储能释放到不足以维持输出电压，短路试验结束。图3中可以看到短路电流的非周期分量的衰减过程。通过仿真图形可以看出，本实用新型的电源装置能够满足200kVA配电变压器短路冲击试验要求，完成更大容量配电变压器试验可以通过多台装置并联实现。
储能式配电变压器突发短路试验电源能够在一般供电容量下完成配电变压器突发试验，为配电变压器质量检测和生产企业提高产品抗短路冲击能力提供有效的试验手段。建设配电变压器的抗短路冲击检测能力，对配电变压器抗短路能力进行重点检查，杜绝解体的盲目性和随意性，确保进入配电网的变压器的抗短路能力，保证配网的安全稳定运行。配电变压器突发短路试验具有极高的社会效益和经济效益，应用前景广泛。
本实用新型中应用了具体实施例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (4)
1.一种配电变压器短路试验电源，其特征在于，所述的试验电源包括：充电变压器和多个功率单元；
所述的充电变压器一侧通过与供电电源相连接，所述充电变压器另一侧分别与各功率单元的输入端相连接，对各功率单元中连接的储能电容充电，所述多个功率单元串联连接组成一逆变器，所述逆变器的输出端连接到被测的变压器。
2.如权利要求1所述的配电变压器短路试验电源，其特征在于，所述各功率单元分别通过三个二次绕组与充电变压器相连接。
3.如权利要求1所述的配电变压器短路试验电源，其特征在于，所述的充电变压器的一侧通过电源进线开关与供电电源相连接。
4.如权利要求1所述的配电变压器短路试验电源，其特征在于，所述的逆变器的输出端通过开关连接至被测变压器的输入端。
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