CN212459898U

CN212459898U - 用于变压器的空载试验的滤波装置

Info

Publication number: CN212459898U
Application number: CN202020973104.1U
Authority: CN
Inventors: 司代均; 吕晓东
Original assignee: Siemens Transformer Guangzhou Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Siemens Energy Transformer Co ltd
Priority date: 2020-05-29
Filing date: 2020-05-29
Publication date: 2021-02-02
Anticipated expiration: 2030-05-29

Abstract

本实用新型提供用于变压器的空载试验的滤波装置，包括：第一滤波电路，被设置在中间变压器与用于测量空载试验中的电流的电流互感器之间并且与电流互感器彼此并联地电耦合到中间变压器，并且包括彼此串联电耦合的第一电容元件和第一电感元件，第一电容元件和第一电感元件被配置为至少部分地对三次谐波进行滤波；以及第二滤波电路，被设置在中间变压器与电流互感器之间并且与电流互感器彼此并联地电耦合到中间变压器，并且包括彼此串联电耦合的第二电容元件和第二电感元件，第二电容元件和第二电感元件被配置为至少部分地对五次谐波进行滤波。所述滤波装置能够抑制空载试验期间的测量波形的畸变。

Description

用于变压器的空载试验的滤波装置

技术领域

本公开一般地涉及变压器领域，更具体地涉及用于空载试验的滤波装置和相应的变压器。

背景技术

变压器的空载试验是指在变压器的空载运行期间测量变压器的空载电流和损耗。在空载试验期间，在变压器的低压侧施加空载电压，并且空载电压要达到110％的额定电压。变压器包括铁芯和绕组，当电压施加到大约105％的额定电压时，在高磁密度状态下，铁芯饱和。此时，电流的谐波分量将增大，并且电流的波形会畸变。由于电流变大，供电侧所需要的功率容量很大。如果供给电源的功率容量不足，则无法满足空载试验的电压要求。

在将变频电源设置为供给电源的情况下，如果没有对回路中的电流的波形进行处理，则也较难将空载电压施加至110％的额定电压。即使空载电压达到110％的额定电压，电流的波形畸变将达到10％。该畸变远远大于3％的标准要求。这会导致空载试验的损耗测量结果异常。

为了确保可靠地执行空载试验，期望提供用于消除或减小电压或电流的波形畸变的方案。

实用新型内容

本实用新型解决上述和/或其他技术问题并提供用于空载试验的滤波装置，其能够对空载试验中的谐波电流进行滤波，以消除或减小波形畸变。

根据一个方面，提供一种用于空载试验的滤波装置。所述滤波装置包括：第一滤波电路，被设置在中间变压器与用于测量空载试验中的电流的电流互感器之间并且与所述电流互感器彼此并联地电耦合到所述中间变压器，并且包括彼此串联电耦合的第一电容元件和第一电感元件，所述第一电容元件和所述第一电感元件被配置为至少部分地对三次谐波进行滤波；以及第二滤波电路，被设置在所述中间变压器与所述电流互感器之间并且与所述电流互感器彼此并联地电耦合到所述中间变压器，并且包括彼此串联电耦合的第二电容元件和第二电感元件，所述第二电容元件和所述第二电感元件被配置为至少部分地对五次谐波进行滤波。

在一些实施例中，所述第一电容元件的电容值与所述第一电感元件的电感值对应于所述三次谐波的频率，以及所述第二电容元件的电容值与所述第二电感元件的电感值对应于所述五次谐波的频率。

在一些实施例中，所述第一电容元件的电容值与所述第一电感元件的电感值的乘积的平方根与所述三次谐波的频率成比例，以及所述第二电容元件的电容值与所述第二电感元件的电感值的乘积的平方根与所述五次谐波的频率成比例。

在一些实施例中，所述第一电容元件包括彼此串联、并联或串并联电耦合的多个电容器。

在一些实施例中，所述第二电容元件包括彼此串联、并联或串并联电耦合的多个电容器。

在一些实施例中，所述滤波装置包括：第三滤波电路，被设置在所述中间变压器与所述电流互感器之间并且与所述电流互感器彼此并联地电耦合到所述中间变压器，并且包括彼此串联电耦合的第三电容元件和第三电感元件，所述第三电容元件和所述第三电感元件被配置为至少部分地对七次谐波进行滤波。

在一些实施例中，所述滤波装置包括：第四滤波电路，被设置在所述中间变压器与所述电流互感器之间并且与所述电流互感器彼此并联地电耦合到所述中间变压器，并且包括彼此串联电耦合的第四电容元件和第四电感元件，所述第四电容元件和所述第四电感元件被配置为至少部分地对九次谐波进行滤波。

根据本公开的实施例，能够在不增加电源容量的情况下执行空载试验，并且对空载试验中的谐波电流进行滤波，以消除或减小波形畸变。

附图说明

图1是示出用于执行变压器的空载试验的示例环境图示意图；

图2是示出根据本公开的实施例的用于变压器的空载试验的滤波装置的示意图；

图3是示出根据本公开的实施例的用于变压器的空载试验的滤波装置的电路示意图；

图4A和图4B是示出根据本公开的实施例的用于变压器的空载试验的滤波装置的电容元件的电路示意图；以及

图5是示出根据本公开的另一实施例的用于变压器的空载试验的滤波装置的示意图。

附图标记列表：

100：变压器系统；

102：电源；

104：中间变压器；

106：变压器；

108：电流互感器；

110：电压互感器；

112：分析装置；

N1、N2、N3：端子

114：网侧绕组

116：阀侧绕组

118：试验套管

200：滤波装置；

202：第一滤波电路；

204：第二滤波电路；

302：第一电容元件；

304：第一电感元件；

306：第二电容元件；

308：第二电感元件；

C1、C2：电容器；

502：第三滤波电路；

504：第四滤波电路；

512：第三电容元件；

514：第三电感元件；

516：第四电容元件；

518：第四电感元件。

具体实施方式

以下结合附图阐述的详细描述旨在作为对各种配置的描述，并不旨在表示可以实践本文中描述的概念的唯一配置。详细描述包括具体细节以用于提供对各种概念的透彻理解的目的。然而，对于本领域技术人员来说很清楚的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践这些概念。在一些情况下，为了避免混淆这样的概念，以框图形式示出了公知的结构和组件。

前文提到，在空载试验期间，由于变压器中的铁芯饱和，引起电源功率不足。为了满足空载电压的要求，传统方案通常增大供给电源的容量和变频电源的容量。然而，此时通常伴随着回路中电流的波形畸变，传统方案在波形畸变的状态下完成空载试验。因此，空载试验的测量结果异常，不能获得可靠的空载试验结果。

鉴于传统方案中存在的以上问题，本公开的实施例提供了用于变压器的空载试验的滤波装置。在中间变压器与用于测量空载试验中的电流的电流互感器之间，设置第一滤波电路和第二滤波电路，第一滤波电路和第二滤波电路分别与电流互感器并联地电耦合到中间变压器。第一滤波电路包括彼此串联电耦合的第一电容元件和第一电感元件，第一电容元件和第一电感元件被配置为至少部分地对三次谐波进行滤波。第二滤波电路包括彼此串联电耦合的第二电容元件和第二电感元件，第二电容元件和第二电感元件被配置为至少部分地对五次谐波进行滤波。通过根据本公开的实施例的滤波装置，能够对回路中的三次谐波和五次谐波进行滤波，以抑制波形畸变。

图1是示出用于执行变压器的空载试验的示例环境的示意图。如图1所示，变压器系统100包括电源102、中间变压器104和变压器106，中间变压器104电耦合在电源102与变压器106之间。

电源102作为变压器系统100的供给电源。在一些实施例中，电源102包括变频电源。在一些实施例中，电源102包括发电机组。

中间变压器104电耦合到电源102，并且用于调节输入电压。中间变压器104升高或降低从电源102接收的输入电压。

变压器106包括网侧绕组114和阀侧绕组116。网侧绕组114是换流变压器的高压绕组，并且电耦合在端子N1和接地GND之间。阀侧绕组116是换流变压器的低压绕组，并且电耦合在端子N2和接地GND之间。

变压器系统100包括试验套管118，试验套管设置在端子N3和接地之间。在一些实施例中，经由试验套管施加电压，从而在端子N2和接地之间感应出电压。以此方式，在阀侧绕组116的开路上执行空载试验。具体地，在变压器106的空载试验期间，需要在阀侧绕组116施加110％的额定电压，因此基于变比关系可以在试验套管和端子之间施加110％的电压，此时端子N3电耦合到中间变压器104。在其他实施例中，也可以在端子N1与接地之间施加空载电压，此时端子N1电耦合到中间变压器104。此外，网侧绕组114电耦合在端子N1和端子N3之间。在变压器106的正常操作期间，端子N1电耦合到中间变压器104，并且端子N2电耦合到负载。

变压器系统100包括电流互感器108和电压互感器110。电流互感器108电耦合在中间变压器104与变压器106之间，并且用于测量回路中的电流I_L。电压互感器110电耦合在中间变压器104与变压器106之间，并且用于测量电压。

变压器系统100包括分析装置112。分析装置112电耦合到电流互感器108和电压互感器110，并且确定输入功率容量。在一些实施例中，通过分析装置112能够确定电流的波形。在空载试验期间施加105％的电压之后，铁芯饱和，并且电流变大。此时，在电源102侧需要施加很大的功率量，并且回路中的电流或电压的畸变大于3％。

【表1】

试验电压	U rms(kV)	U mean(kV)	I rms(A)	波形畸变
					0.9Un	27.076	26.960	8.331	0.43％
0.95Un	28.586	28.396	10.433	0.66％
					0.958Un	28.918	28.682	11.291	0.82％
1.0Un	30.338	29.982	16.262	1.17％
					1.05Un	32.415	31.449	39.047	2.98％
1.088Un	35.701	32.587	135.188	8.72％

表1示出了没有应用滤波装置的试验数据，其中Un表示额定电压，Urms表示电压均方根值，Umean表示电压平均值，Irms表示电流均方根值。如表1所示，在施加电压达到105％的额定电压以上时，波形畸变变得很大。

发明人通过研究注意到：在空载试验期间的回路中，除了基波以外，三次谐波的分量和五次谐波的分量较大。为了获得可靠或准确的空载试验结果，需要消除或旁路该谐波的分量。

在传统方案中，为了空载试验单纯增加电源功率，会存在以下问题：设备成本很高，并且老设备无法利用；可能涉及到厂房改造，难度较大；以及试验结果的滤波含量仍然存在，试验结果没有参考性，甚至带来误判。

下文中，将详细描述根据本公开的实施例的用于空载试验的滤波装置。

图2是示出根据本公开的实施例的用于变压器的空载试验的滤波装置200的示意图。滤波装置200包括第一滤波电路202和第二滤波电路204。第一滤波电路202和第二滤波电路204彼此并联。

第一滤波电路202被设置在中间变压器104与用于测量空载试验中的电流I_L的电流互感器108之间。第一滤波电路202与电流互感器108彼此并联地电耦合到中间变压器104。第一滤波电路202被配置为至少部分地对三次谐波进行滤波。第一滤波电路202可以对回路中的三次谐波电流或电压分量进行滤波。在空载试验期间，第一滤波电路202可以消除或旁路三次谐波电流或电压，以减少测量结果的波形畸变。

第二滤波电路204被设置在中间变压器104与电流互感器108之间。第二滤波电路204与电流互感器108彼此并联地电耦合到中间变压器104。第二滤波电路204被配置为至少部分地对五次谐波进行滤波。第二滤波电路204可以对回路中的五次谐波电流或电压分量进行滤波。在空载试验期间，第二滤波电路204可以消除或旁路五次谐波电流或电压，以减少测量结果的波形畸变。

【表2】

试验电压	U rms(kV)	U mean(kV)	I rms(A)	波形畸变
					0.944Un	28.322	28.257	25.438	0.23％
0.968Un	28.656	28.977	29.494	1.12％
					1.052Un	31.677	31.499	38.281	0.56％
1.092Un	33.724	32.812	136.566	2.70％
					1.103Un	33.982	33.013	150.329	2.85％

表2示出了应用滤波装置200的试验数据。在空载试验期间，通过滤波装置200，波形畸变被控制在3％以下，从而能够获得准确可靠的试验结果。当然，应当理解的是，这些具体的数值仅仅是示例性的，无意限制本公开的范围。随着实验条件的不同，还可能取得更好的试验效果。

根据本公开的实施例，滤波装置200包括与三次谐波相对应的第一滤波电路202和与五次谐波相对应的第二滤波电路204。第一滤波电路202和第二滤波电路204中的每一个并联电耦合在回路中。第一滤波电路202和第二滤波电路204分别与电流互感器108彼此并联地电耦合到中间变压器104，并且彼此互补干扰。滤波装置200在空载试验期间至少部分地消除回路中的三次谐波和五次谐波。

由于在空载试验期间三次谐波和五次谐波占据谐波分量的主要成分，可以抑制空载试验结果中的波形畸变。以此方式，针对空载试验，设备成本相对较低，很大程度上拓展了老设备的试验能力。另外，由于仅需并联安装第一滤波电路202和第二滤波电路204，装配滤波装置200的难度小，并且不需要改变变压器系统100的已有结构。此外，实质上可以滤波几乎全部的谐波分量，并且试验结果是可靠和准确的。

图3是示出根据本公开的实施例的用于变压器的空载试验的滤波装置200的电路示意图。

第一滤波电路202包括彼此串联电耦合的第一电容元件302和第一电感元件304。第一电容元件302和第一电感元件304被配置为至少部分地对三次谐波进行滤波。在一些实施例中，第一电容元件302的电容值与第一电感元件304的电感值对应于三次谐波的频率。在一些实施例中，第一电容元件302的电容值与第一电感元件304的电感值的乘积的平方根与三次谐波的频率成比例。

LC谐振由以下公式表示：

其中f表示谐振频率，C表示第一电容元件302的电容值，并且L表示第一电感元件304的电感值。三次谐波的频率是基波的频率的三倍。

在确定三次谐波的频率之后，基于上述公式确定第一电容元件302的电容值和第一电感元件304的电感值。在确定第一电容元件302的电容值和第一电感元件304的电感值时，基于实际电容器产品和电感器产品的规格来匹配第一电容元件302的电容值和第一电感元件304的电感值。如此构造的第一滤波电路202基于上述公式能够对三次谐波进行滤波，以抑制波形畸变。

第二滤波电路204包括彼此串联电耦合的第二电容元件306和第二电感元件308。第二电容元件306和第二电感元件308被配置为至少部分地对五次谐波进行滤波。在一些实施例中，第二电容元件306的电容值与第二电感元件308的电感值对应于五次谐波的频率。在一些实施例中，第二电容元件306的电容值与第二电感元件308的电感值的乘积的平方根与五次谐波的频率成比例。

五次谐波的频率是基波的频率的三倍。在确定五次谐波的频率之后，基于上述公式确定第二电容元件306的电容值和第二电感元件308的电感值。类似地，基于实际电容器产品和电感器产品的规格来匹配第二电容元件306的电容值和第二电感元件308的电感值。如此构造的第二滤波电路204基于上述公式能够对五次谐波进行滤波，以抑制波形畸变。

图4A和图4B是示出根据本公开的实施例的用于变压器的空载试验的滤波装置的电容元件的电路示意图。在一些实施例中，针对某个谐波的频率，在确定电感元件的电感值之后，可以确定电容元件的电容值。图4A和图4B示出了配置第一电容元件302或第二电容元件306中的电容器的示意图。

在一些实施例中，第一电容元件302和第二电容元件306中的每个电容元件可以包括多个电容器。在配置第一电容元件302和第二电容元件306时，基于电容器的电容值来确定用于构成电容元件的电容器的相互耦合方式。

图4A示出了电容器C1和C2彼此串联电耦合，以构成电容元件。图4B示出了电容器C1和C2彼此并联电耦合，以构成电容元件。应当理解的是，电容元件可以包括彼此串并联电耦合的电容器，并且电容器的数目可以基于电容器的电容值和电容元件的电容值来确定。对于第一电容元件302和第二电容元件306中的任一个电容元件的配置，可以通过多个电容器的任意相互耦合方式来获得与谐波频率相对应的电容值。

此外，在一些实施例中，基于电感器的特性，可以配置一个电感器来构成第一电感元件304和第二电感元件308中的任一个电感元件。在其他实施例中，可以通过任意数目的电感器来构成电感元件。

根据本公开的实施例，第一滤波电路202和第二滤波电路204可以通过如上描述地配置电容元件和电感元件来实现。此外，将第一滤波电路202和第二滤波电路204并联耦合到回路中是容易实现的。以此方式，能够容易地装配第一滤波电路202和第二滤波电路204，以在空载试验中获得可靠和准确的结果。

图5是示出根据本公开的另一实施例的用于变压器的空载试验的滤波装置200的示意图。

在一些实施例中，滤波装置200可以包括第三滤波电路502。第三滤波电路502被设置在中间变压器104与电流互感器108之间。类似地，第三滤波电路502与电流互感器108彼此并联地电耦合到中间变压器104。第三滤波电路502包括彼此串联电耦合的第三电容元件512和第三电感元件514。第三电容元件512和第三电感元件514被配置为至少部分地对七次谐波进行滤波。

在空载试验期间，可能存在少部分的七次谐波。第三滤波电路502对七次谐波进行滤波，以进一步抑制波形畸变。第三电容元件512和第三电感元件514可以类似地基于七次谐波的频率来被构造。

在一些实施例中，滤波装置200可以包括第四滤波电路504。第四滤波电路504被设置在中间变压器104与电流互感器108之间。类似地，第四滤波电路504与电流互感器108彼此并联地电耦合到中间变压器104。第四滤波电路504包括彼此串联电耦合的第四电容元件516和第四电感元件518。第四电容元件516和所述第四电感元件518被配置为至少部分地对九次谐波进行滤波。

在空载试验期间，可能存在少部分的九次谐波。第四滤波电路504对九次谐波进行滤波，以进一步抑制波形畸变。第四电容元件516和第四电感元件518可以类似地基于九次谐波的频率来被构造。

第三滤波电路502和第四滤波电路504只需要并联耦合到回路。因此，第三滤波电路502和第四滤波电路504的添加不会影响第一滤波电路202和第二滤波电路204的性能，而且会进一步提高滤波装置200在空载试验期间的滤波性能。

根据本公开的实施例的滤波装置200可以应用于任何类型的变压器系统100。在一些实施例中，变压器系统100中的电源102可以包括变频电源，并且滤波装置200适用于变频电源供电的空载试验。此外，变压器系统100中的电源102可以包括发电机组，并且滤波装置200适用于发电机组供电的空载试验。

通过根据本公开实施例的滤波装置，能够在空载试验期间滤波回路中的谐波分量。以此方式，可以获得真实可靠的试验结果。另外，由于不需要增加设备的功率容量，设备成本相对较低，很大程度上拓展了老设备的试验能力。此外，滤波装置可以容易地装配。

提供本公开的先前描述是为了使得本领域任何技术人员能够制作或使用本公开。众所周知的元件将不被详细描述或被省略，以便不模糊本文中所公开的方面和示例的相关细节。对于本领域技术人员来说，在不脱离由权利要求限定的本公开内容的范围的情况下，可以进行各种改变和修改。因此，本公开不旨在限于本文中描述的示例，而是符合与本文中公开的原理和新颖特征相一致的最宽范围。

Claims

1.一种用于变压器的空载试验的滤波装置，其特征在于，所述滤波装置包括：

第一滤波电路(202)，被设置在中间变压器(104)与用于测量空载试验中的电流(I_L)的电流互感器(108)之间并且与所述电流互感器(108)彼此并联地电耦合到所述中间变压器(104)，并且包括彼此串联电耦合的第一电容元件(302)和第一电感元件(304)，所述第一电容元件(302)和所述第一电感元件(304)被配置为至少部分地对三次谐波进行滤波；以及

第二滤波电路(204)，被设置在所述中间变压器(104)与所述电流互感器(108)之间并且与所述电流互感器(108)彼此并联地电耦合到所述中间变压器(104)，并且包括彼此串联电耦合的第二电容元件(306)和第二电感元件(308)，所述第二电容元件(306)和所述第二电感元件(308)被配置为至少部分地对五次谐波进行滤波。

2.根据权利要求1所述的滤波装置，其特征在于，所述第一电容元件(302)的电容值与所述第一电感元件(304)的电感值对应于所述三次谐波的频率，以及

所述第二电容元件(306)的电容值与所述第二电感元件(308)的电感值对应于所述五次谐波的频率。

3.根据权利要求2所述的滤波装置，其特征在于，所述第一电容元件(302)的电容值与所述第一电感元件(304)的电感值的乘积的平方根与所述三次谐波的频率成比例，以及

所述第二电容元件(306)的电容值与所述第二电感元件(308)的电感值的乘积的平方根与所述五次谐波的频率成比例。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的滤波装置，其特征在于，所述第一电容元件(302)包括彼此串联、并联或串并联电耦合的多个电容器。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的滤波装置，其特征在于，所述第二电容元件(306)包括彼此串联、并联或串并联电耦合的多个电容器。

6.根据权利要求1所述的滤波装置，其特征在于，所述滤波装置包括：

第三滤波电路(502)，被设置在所述中间变压器(104)与所述电流互感器(108)之间并且与所述电流互感器(108)彼此并联地电耦合到所述中间变压器(104)，并且包括彼此串联电耦合的第三电容元件(512)和第三电感元件(514)，所述第三电容元件(512)和所述第三电感元件(514)被配置为至少部分地对七次谐波进行滤波。

7.根据权利要求1所述的滤波装置，其特征在于，所述滤波装置包括：

第四滤波电路(504)，被设置在所述中间变压器(104)与所述电流互感器(108)之间并且与所述电流互感器(108)彼此并联地电耦合到所述中间变压器(104)，并且包括彼此串联电耦合的第四电容元件(516)和第四电感元件(518)，所述第四电容元件(516)和所述第四电感元件(518)被配置为至少部分地对九次谐波进行滤波。