CN210109220U - 高阻抗变压器模拟带负荷通流试验装置 - Google Patents

Abstract

一种高阻抗变压器模拟带负荷通流试验装置，包括电子式三相宽频电源和三相大电流发生器、宽频无线相位遥测装置；电子式三相宽频电源输出端与三相工频大电流升流器连接，所述升流器三相工频大电流由三只规格型号一致的隔离变压器组成；所述宽频无线相位遥测装置包含主机与分机，主机与分机分别包括信号采集模块、信号放大模块、模数转换模块、数据处理模块及无线通讯模块。本实用新型能够在二次保护装置电流回路完善后，投产前进行通流试验时完成每个绕组电流相位及电流回路完整性的检测，避免了设备带电后电流相位错误的可能性，保证了系统安全、稳定运行，提高了一次投运成功率。

Description

高阻抗变压器模拟带负荷通流试验装置

技术领域

本实用新型涉及继电保护领域，尤其涉及一种高阻抗变压器模拟带负荷通流试验装置。

背景技术

2018版-国家电网有限公司十八项电网重大反事故措施(修订版)继电保护运行管理要求：所有保护用电流回路在投入运行前，除应在负荷电流满足电流互感器精度和测量表计精度的条件下测定变比、极性以及电流和电压回路相位关系正确外，还必须测量各中性线的不平衡电流(或电压)，以保证保护装置和二次回路接线的正确性。

随着电力系统的发展，变压器单台容量越来越大，1000MVA/500kV电压以上的自耦式变压器(包括发电厂的升压变、启备变)由于短路阻抗较高(高达100 欧姆以上)，加之套管CT变比较大(4000/1)。现有的三相通流试验方法多数只能对母线回路通流，对变压器通流基本采用站内检修电源箱的380V直接供电或通过升压方式(2kV)对变压器高压侧通流，即使这样在变压器一次侧电流也只可以加到几个安培，而且会经常受到站内电源容量限制，反映在CT二次侧电流只能到0.5～2mA，由于保护装置显示屏测量二次电流的最高分辨率只有10mA，根本无法读取工频施加的380V电压产生的二次电流值，采用升压方式增加试验电源容量必然影响设备应用时的安全性及现场可操作性，给模拟带负荷校验差动保护带来很大不便。由于变压器阻抗范围宽(1.5～200)的缘故，变压器带负荷极性测试一般只能等到变压器投运后才能够测量，这样势必会给设备投运带来风险。

实用新型内容

本实用新型为解决变压器阻抗过高导致工频通流试验时施加电流偏小，无法正常测量二次回路电流相位及幅值的问题，提出一种高阻抗变压器模拟带负荷通流试验试验装置，可判别对相位有严格要求的保护装置二次相位关系及保护方向的正确性，通过高精度选频相位表测试变压器高低压侧CT二次信号来判别电流差动保护中电流回路的极性关系及变比的正确性，采用三相低频电源模拟带负荷校验变压器差动保护试验方法可以数十倍减小试验电源容量，测量可靠性高和准确性。

本实用新型的技术解决方案是：

一种高阻抗变压器模拟带负荷通流试验装置，包括电子式三相宽频电源和三相大电流发生器、宽频无线相位遥测装置；

电子式三相宽频电源输出端与三相工频大电流升流器连接，所述升流器三相工频大电流由三只规格型号一致的隔离变压器组成。

进一步地，所述宽频无线相位遥测装置包含主机与分机，主机与分机分别包括信号采集模块、信号放大模块、模数转换模块、数据处理模块及无线通讯模块，主机数据处理模块和分机数据处理模块分别采用带浮点计算功能的单片机并且分别设有时间校准口；在主机数据处理模块时间校准口和分机数据处理模块时间校准口之间配装校准线，实现主、分机的时间同步。

进一步地，所述电子式三相宽频电压源由三相交流电输入端、高压直流电路、H桥电路、PWM控制芯片及三阶正弦滤波电路组成；

所述交流电为三相动力电源，经整流滤波后得到高压直流，所述高压直流电路幅值为565V，整流滤波后的母线电压加到PWM控制芯片驱动的H桥两端，产生高频电压，H桥电路输出的高频电压经三阶正弦滤波电路输出需要的电压；

所述H桥电路，通过开关的开合将直流电逆变为某个频率或可变频率的交流电，其开关由PWM控制芯片控制；

所述PWM控制芯片为SPWM正弦脉宽调制芯片；

所述H桥电路输出端与三阶正弦滤波电路连接，所述主机数据处理与分机数据处理模块均采用DSP数字滤波的方式对采样数据进行处理，实现选频及宽频的测量。

本实用新型所公开的一种高阻抗变压器一次通流试验装置，能够在二次保护装置电流回路完善后，投产前进行通流试验时完成每个绕组电流相位及电流回路完整性的检测，避免了设备带电后电流相位错误的可能性，保证了系统安全、稳定运行，提高了一次投运成功率。有益结果如下：

1、采用本实用新型可减小数十倍的电源容量，且便于现场搬运；

2、本实用新型的三相宽频电源、三相大电流发生器、宽频无线相位遥测装置采用分体结构化设计，进一步减轻了设备重量，提高现场可操作性；

3、电子式三相宽频电源，采用三阶滤波的方式电压输出端无须增加隔离变压器，极大减轻设备重量；

4、宽频无线相位遥测装置，可对试验频率跟踪并测量变压器高低压套管CT 二次电流各相的幅值，与参考基准的相位关系并绘制出差动保护的六角图；采用无线传输，避免引入电压参考基准拖线造成安全隐患。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。

图1是电子式三相宽频电压源结构示意图；

图2是宽频无线相位遥测装置结构示意图；

图3是高阻抗变压器一次通流试验装置接线示意图。

具体实施方式

如图3所示，本实用新型的高阻抗变压器模拟带负荷通流试验装置，包括电子式三相宽频电源、三相大电流发生器和宽频无线相位遥测装置；

如图1所示，所述电子式三相宽频电压源包括三相交流电输入端、高压直流电路、H桥电路、PWM控制芯片及三阶正弦滤波电路。

所述交流电为三相动力电源，经整流滤波后得到高压直流，所述高压直流电幅值为565V，整流滤波后的母线电压加到PWM控制芯片驱动的H桥电路两端，产生高频电压，H桥电路输出的高频电压经三阶正弦滤波电路输出需要的电压。

所述H桥电路，因可使其连接的负载或输出端两端电压或电流反向，在此起到逆变器的作用，通过开关的开合，将直流电逆变为某个频率或可变频率的交流电，其开关由PWM控制芯片控制。

通过PWM控制芯片，具体为SPWM正弦脉宽调制技术，SPWM通过对一系列宽窄不等的脉冲进行调制，来等效正弦波形(幅值、相位和频率)。采用此种工作方式解决了接触调压器碳刷易损的问题，同时电子驱动开关带有热保护功能，能够长时间满负载运行。

所述电子式三相宽频电压源在H桥电路的功率管输出端输出的高频电压滤波方式为三阶滤波，保证滤波器频率曲线上通带与阻带之间的边界越陡峭，使得滤波器的选择性越高，具有输出阻抗低，滤波效果的的特点，无须增加隔离变压器。宽频电压源滤波后输出宽频电压频率为0.5Hz-300Hz，输出电压380V、输出电流50A。

电子式三相宽频电源输出端连接三相工频大电流升流器，升流器由三只规格型号一致的隔离变压器组成，输入端与输出端变比为20:1，升流器端口输入电压达380V，升流器端口输出电压接近20V，单相输出电流达200A，覆盖现有对母线回路的工频通流测试。

本实用新型采用电子式三相宽频电源对变压器施加的电流小于额定电流的 10％以下，可根据选择试验频率后自动控制电压幅值输出保证变压器铁芯及套管 CT不会出现低频饱和。

电子式三相宽频电源可输出0.5Hz-300Hz三相互为120°的对称交流信号，输出电压380V、额定输出电流50A，由变电站内检修电源箱中的三相交流电供电即可满足使用要求；采用三阶滤波的方式工作，标准正弦波，具有输出阻抗低，滤波效果好的特点，无须增加隔离变压器进行隔离滤波；采用SPWM控制驱动的高频开关方式工作，此工作方式解决了接触式调压器的碳刷易损问题，电子驱动开关自身带有热保护功能，可长时间满负载工作。

如图2所示，所述宽频无线相位遥测装置包含主机与分机，主机与分机同时包括信号采集模块、信号放大模块、模数转换模块、数据处理模块及无线通讯模块，所述主机数据处理模块和分机数据处理模块分别采用带浮点计算功能的单片机(STM32F4系列)并且分别设有时间校准口；在主机数据处理模块时间校准口和分机数据处理模块时间校准口之间配装校准线，所述主机输出时间基准脉冲，所述分机能够通过接收主机发出的时间基准脉冲并完成时间校准，此后可断开时间基准连接线，实现主、分机的时间同步。

采用无线传输的方式，主机选定电压或电流为参考基准，主、分机自动追踪所施加的电压或电流的频率，实现低频信号相位及幅值的测量，主机可接受分机多组测量数据，并彩屏显示相位关系即六角图。

所述信号采集模块包含电压信号的采集及电流信号的采集，电压信号通过分压方式获取电压信号，电流信号通过开口式电流钳卡在CT二次端子线上感应二次电流信号。

所述信号放大模块根据信号的抗干扰能力及模数转换模块的电压基准选择合适的放大倍数并对高频信号做数字滤波处理。

所述主机数据处理与分机数据处理模块均采用DSP数字滤波的方式对采样数据进行处理，具体指将离散的采样点进行离散傅里叶变换，将时域信号转化为频域信号，实现选频及宽频的测量。

所述无线通讯模块采用低频170MHz半双工的通讯方式，可轻松穿越墙体、屏蔽等障碍，实现远距离数据传输。

所述宽频无线相位遥测装置主机与分机可自动追踪电压或电流的频率，实现低频信号相位及幅值的测量。

所述宽频无线相位遥测装置主机采用7寸彩屏显示，可接受并处理多组测量数据，并根据测量数据绘制六角相位关系图。

现场应用中电子式三相宽频电源输出端连接变压器高压侧，宽频无线相位遥测装置主机电流钳卡在变压器高压侧套管CT二次以A相最为参考基准，分机的电流钳分别卡在变压器低压侧套管CT二次对三相分别测试。

所述高阻抗变压器模拟带负荷通流试验过程，如下：

步骤一：测量开始前先对宽频无线遥测相位装置主机与分机做时间校准，具体操作方式为：

1、将校准线分别插入主机校准口和所使用的分机校准口；

2、将主机设定在通讯测量界面，分机设定在电流通讯测量界面；

3、系统自动校验并做出校验完成提示；

4、拔掉校准线，完成校验，继续后续测量。

步骤二：按照接线要求完成图2所示的接线操作。

步骤三：工频通流

三相大电流升流器输出端连接站内母线间隔三相回路，宽频无线相位遥测装置主机选择任意一相CT二次电流作为基准，分机测量间隔回路三相开关CT 二次电流相位及幅值发送给主机；

步骤四：低频通流

将变压器低压侧一次回路通过母线接地开关短路，启动电子式三相宽频电源对变压器高压侧低频加压，并根据宽频无线遥测相位装置检测的套管CT二次回路电流调整试验频率和输出电压，使变压器高低压侧套管CT二次电流幅值达到测试精度要求；

分机分别发送变压器高低压侧套管CT二次电流幅值及与主机参考基准的相位信息至主机，检测差动保护六角图的正确性；

步骤五：根据分机发送的相位及幅值信息绘制六角关系图，并设定变比，判断变比、极性的正确性及进行差流运算。

低频通流试验依据：

大型变压器短路阻抗呈感性，假设工频条件下其感性分量是阻性分量的n 倍(n的值取决于变压器参数，工频条件下可达数十倍甚至几十倍)，根据阻抗计算公式

当f＝50Hz时，感抗为X₀＝100πL,是电阻的n倍，此时阻抗值接近感抗值。当f为低频m时，感抗为X₁＝2mπL,取m＝5Hz，此时变压器阻抗值减小接近10倍，与工频50Hz等值电压下变压器一次试验电流增大 10倍，随着频率的降低，阻抗减小愈实用新型显，注入电流线性增大。

本实用新型利用变压器短路阻抗呈感性的特性，采用低频电源模拟带负荷通流，主要解决工频通流试验时施加电流偏小，无法正常测量二次回路电流幅值及相位的问题。

本次装置在辽宁大唐国际葫芦岛热电有限责任公司2×35MW新建工程1# 启备变压器差动保护装置接线进行六角向量图检测。装置的三相电源设定5Hz 试验频率从220kV线路侧(变压器高压侧)施加，6.3kV侧发电机双入口母线全部短路接地，使得试验电流穿越过变压器在低压二侧产生低频短路电流，由变压器高低压套管CT二次测试各相电流幅值及相位，通过六角向量图判断变压器差动保护回路的接线和计算差流。通过低频测量数据与工频测量数据对比，验证了低频三相通流理论的正确性。

以上仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高阻抗变压器模拟带负荷通流试验装置，其特征是：包括电子式三相宽频电源和三相大电流发生器、宽频无线相位遥测装置；

电子式三相宽频电源输出端与三相工频大电流升流器连接，所述升流器三相工频大电流由三只规格型号一致的隔离变压器组成。

2.根据权利要求1所述的高阻抗变压器模拟带负荷通流试验装置，其特征是：所述宽频无线相位遥测装置包含主机与分机，主机与分机分别包括信号采集模块、信号放大模块、模数转换模块、数据处理模块及无线通讯模块，所述主机的数据处理模块和分机的数据处理模块分别采用带浮点计算功能的单片机并且分别设有时间校准口；在主机的数据处理模块和分机的数据处理模块的时间校准口之间配装校准线，所述主机的数据处理模块输出时间基准脉冲，所述分机的数据处理模块通过接收主机发出的时间基准脉冲完成时间校准，实现主、分机的时间同步。

3.根据权利要求1所述的高阻抗变压器模拟带负荷通流试验装置，其特征是：所述电子式三相宽频电压源包括三相交流电输入端、高压直流电路、H桥电路、PWM控制芯片及三阶正弦滤波电路；

所述交流电为三相动力电源，经整流滤波后得到高压直流，所述高压直流电路幅值为565V，整流滤波后的母线电压加到PWM控制芯片驱动的H桥两端，产生高频电压，H桥电路输出的高频电压经三阶正弦滤波电路输出需要的电压；

所述H桥电路，通过开关的开合将直流电逆变为某个频率或可变频率的交流电，其开关由PWM控制芯片控制；

所述PWM控制芯片为SPWM正弦脉宽调制芯片；

所述H桥电路输出端与三阶正弦滤波电路连接。

Images