專利名稱：新型變壓器試驗(yàn)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于變壓器試驗(yàn)的新型變頻試驗(yàn)電源。
背景技術(shù)：
變壓器作為電力系統(tǒng)最重要的電氣主設(shè)備之一，其運(yùn)行狀態(tài)直接影響著電力系統(tǒng) 的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，變壓器在出廠之前需進(jìn)行變壓器試驗(yàn)。進(jìn)行變壓器試驗(yàn)的目的是 取得其性能數(shù)據(jù)，用來判定變壓器合格與否。根據(jù)《GB1094. 1-1996))規(guī)定，變壓器要做三種試驗(yàn)例行試驗(yàn)、型式試驗(yàn)和特殊試驗(yàn)。傳統(tǒng)的變壓器試驗(yàn)電源采用異步電動機(jī)協(xié)助同步機(jī)組起動的方式。異步機(jī)將同步 機(jī)電動機(jī)拖動至其額定轉(zhuǎn)速附近，異步電動機(jī)斷電，并將同步機(jī)組切換至旁路。同步發(fā)電機(jī) 輸出側(cè)配置無功補(bǔ)償裝置，為變壓器試驗(yàn)提供無功電流補(bǔ)償。傳統(tǒng)的變壓器試驗(yàn)電源的缺 點(diǎn)是占地面積大，電源輸出頻率可變范圍小；可靠穩(wěn)定性差；運(yùn)行噪聲大；操作復(fù)雜；需增 加異步電動機(jī)協(xié)助起動，運(yùn)行及維護(hù)繁瑣；可移動性差。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種新型變壓器試驗(yàn)電源，將高壓 變頻試驗(yàn)電源直接作為變壓器試驗(yàn)電源，輸出試驗(yàn)所需各種頻率電壓；該試驗(yàn)電源能夠輸 出連續(xù)可調(diào)的電壓，頻率調(diào)節(jié)范圍為0 200Hz的三相交流電，為變壓器試驗(yàn)提供寬調(diào)壓調(diào) 頻范圍。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)—種新型變壓器試驗(yàn)電源，包括高壓變頻試驗(yàn)電源、中間升壓變壓器、無功補(bǔ)償裝 置，高壓變頻試驗(yàn)電源連接中間升壓變壓器，中間升壓變壓器與被試變壓器相連接；被試變 壓器的輸入端連接無功補(bǔ)償裝置。所述的高壓變頻試驗(yàn)電源采用功率單元串聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)，功率單元基本結(jié)構(gòu)為 交-直-交三相整流、單相逆變電路；移相變壓器的副邊繞組三個為一組，每組分別向同一 級的三個功率單元供電，每一相的多個功率單元串聯(lián)在一起，組成星型連接的三相高壓電 源輸出。在進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)單相輸出時(shí)，所述的高壓變頻試驗(yàn)電源采用功率單元串聯(lián)多 電平結(jié)構(gòu)，功率單元基本結(jié)構(gòu)為交-直-交三相整流、單相逆變電路；移相變壓器的副邊繞 組三個為一組，每組分別向同一級的三個功率單元供電，每一相的多個功率單元串聯(lián)在一 起，按照U相末端連接V相首端，V相末端連接W相末端，U相首端與W相首端作為出線端， 將功率單元逐相連接起來，使得高壓變頻試驗(yàn)電源輸出試驗(yàn)所需的單相交流電。所述功率單元輸入側(cè)設(shè)有熔斷器，整流側(cè)由二極管D-a、D-b、D-C、D-d、D-e、D-f組 成整流電路，電容組C構(gòu)成直流濾波環(huán)節(jié)，電容組C并聯(lián)有保護(hù)電阻R ；逆變側(cè)可控功率開 關(guān)器件VT-a、VT-b、VT-c, VT-d實(shí)現(xiàn)3電平電壓輸出。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明變壓器試驗(yàn)電源，采用移相變壓器與高壓變頻試驗(yàn)電源串聯(lián)的方式，具有 較寬的電壓和頻率調(diào)節(jié)范圍，可滿足變壓器試驗(yàn)對電源輸出電壓的緩慢/急速升壓，長時(shí) 帶負(fù)載運(yùn)行，高頻運(yùn)行等各種要求；省去傳統(tǒng)的試驗(yàn)電源中的中頻發(fā)電機(jī)組，電壓與頻率可 分別進(jìn)行控制；具有可靠穩(wěn)定性好，占地面積小，操作簡單，維護(hù)方便，運(yùn)行噪聲小，可移動 性強(qiáng)等優(yōu)勢。新型變壓器試驗(yàn)電源，試驗(yàn)所需無功功率完全由無功補(bǔ)償裝置提供，通過計(jì)算系 統(tǒng)所需要的無功功率選擇無功補(bǔ)償裝置，以此降低變頻試驗(yàn)電源的容量，降低其輸出功率 及輸出電流。對于兩項(xiàng)耐壓試驗(yàn)中，負(fù)載呈容性，為避免電流向變頻試驗(yàn)電源流動，增加電 抗器吸收回饋的無功功率，同時(shí)可以通過電抗器減小系統(tǒng)對變頻試驗(yàn)電源輸入側(cè)移相變壓 器的干擾，保護(hù)電網(wǎng)質(zhì)量。


圖1是新型變壓器試驗(yàn)電源的結(jié)構(gòu)圖；圖2是高壓變頻試驗(yàn)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖3是功率單元的基本結(jié)構(gòu)圖；圖4是單相試驗(yàn)變頻試驗(yàn)電源接線示意圖。
具體實(shí)施例方式見圖1，新型變壓器試驗(yàn)電源，包括高壓變頻試驗(yàn)電源1、中間升壓變壓器2、無功 補(bǔ)償裝置，高壓變頻試驗(yàn)電源連接中間升壓變壓器2，中間升壓變壓器2與被試變壓器3相 連接；被試變壓器3的輸入端連接無功補(bǔ)償裝置。見圖2，高壓變頻試驗(yàn)電源采用功率單元串聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)，功率單元基本結(jié)構(gòu)為 交-直-交三相整流、單相逆變電路；移相變壓器的副邊繞組三個為一組，每組分別向同一 級的三個功率單元供電，每一相的多個功率單元串聯(lián)在一起，組成星型連接的三相高壓電 源輸出。見圖3，功率單元輸入側(cè)熔斷器F1、F2實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。整流側(cè)由二極管D_a、D_b、 D-c、D-d、D-e、D-f組成整流電路，電容組C構(gòu)成直流濾波環(huán)節(jié)，電阻R實(shí)現(xiàn)直流側(cè)均壓并在 變頻電源停機(jī)后為電容組C提供放電通道，起保護(hù)作用。逆變側(cè)可控功率開關(guān)器件VT-a、 VT-b、VT-c、VT-d實(shí)現(xiàn)3電平電壓輸出。本發(fā)明變壓器試驗(yàn)電源的結(jié)構(gòu)及原理敘述如下高壓變頻試驗(yàn)電源采用直接高壓輸入，直接高壓輸出的高-高方式，或較 高-低-高變頻方式，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。采用功率單元串聯(lián)多電平技術(shù)，每個功率單元在結(jié) 構(gòu)和電氣性能上完全一致，可以通用互換，增強(qiáng)了高壓變頻試驗(yàn)電源的可靠性與維護(hù)性。功率單元是組成高壓變頻試驗(yàn)電源的最小單位，其基本拓?fù)錇榻?直-交三相整 流/單相逆變電路。整流電路將移相變壓器副邊繞組提供的三相交流電源整流為脈動的直 流電源，經(jīng)過大容量的電容濾波后，可以得到穩(wěn)定的直流電源。通過對由IGBT組成的逆變 橋進(jìn)行正弦調(diào)制的PWM控制，得到等效正弦的單相交流輸出。高壓變頻試驗(yàn)電源的輸出電壓的大小由功率單元串聯(lián)個數(shù)決定。通過功率單元串聯(lián)，多個功率單元的輸出電壓進(jìn)行疊加，得到階梯正弦的PWM波形。采用疊波技術(shù)，最大限 度的消除了高壓變頻試驗(yàn)電源輸出電壓中的諧波含量，電壓波形接近于標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，大 大改善了變頻試驗(yàn)電源的輸出性能。本裝置采用移相變壓器與功率單元多電平串聯(lián)疊加技術(shù)，可以消除電網(wǎng)中因功率 單元內(nèi)電力電子器件工作而產(chǎn)生的諧波電流，并且能保持接近1的輸入功率因數(shù)，極大的 改善了網(wǎng)側(cè)電源的質(zhì)量。試驗(yàn)電源根據(jù)不同的電壓等級以及試驗(yàn)的要求，可提供多種串聯(lián)級數(shù)，但不論串 聯(lián)級數(shù)多少，其基本工作原理都是一致的。變頻試驗(yàn)電源工作過程移相變壓器的原邊通過高壓隔離開關(guān)連接到母線電網(wǎng)，母線電壓經(jīng)多組副邊繞組 降壓移相后，輸入到高壓變頻試驗(yàn)電源，高壓變頻試驗(yàn)電源的輸出經(jīng)中間升壓變壓器接入 被試變壓器。在高壓變頻試驗(yàn)電源運(yùn)行前，通過充電電阻向功率柜內(nèi)功率單元充電，以減小充 電電流，保護(hù)功率單元內(nèi)的整流模塊及電力電容在充電過程中的安全。在充電過程結(jié)束后， 通過高壓真空接觸器手動或自動地將充電電阻旁路掉，使高壓變頻試驗(yàn)電源進(jìn)入工作狀 態(tài)。在變壓器試驗(yàn)中，高壓變頻試驗(yàn)電源提供試驗(yàn)所需的有功功率，無功功率由無功 補(bǔ)償裝置提供。1.空載試驗(yàn)(緩慢升壓)通過設(shè)置試驗(yàn)電源升壓時(shí)間，使得高壓變頻試驗(yàn)電源頻率緩慢上升至50Hz，通過 高壓變頻試驗(yàn)電源的控制面板根據(jù)試驗(yàn)要求，通過控制面板，保持頻率不變的情況下，對輸 出電壓進(jìn)行升壓降壓控制。變頻試驗(yàn)電源可以按照試驗(yàn)要求輸出三相不對稱度小于5%的 交流電。2.負(fù)載試驗(yàn)(迅速升壓)通過設(shè)置高壓變頻試驗(yàn)電源升壓時(shí)間，使得高壓變頻試驗(yàn)電源頻率迅速上升至 50Hz，根據(jù)試驗(yàn)要求，通過控制面板，保持頻率不變的情況下，對輸出電壓進(jìn)行升壓降壓控 制。3.溫升試驗(yàn)(長時(shí)帶負(fù)載)溫升試驗(yàn)中高壓變頻試驗(yàn)電源的控制方式與負(fù)載試驗(yàn)相同，區(qū)別在于，溫升試驗(yàn) 中高壓變頻試驗(yàn)電源長期帶負(fù)載運(yùn)行。4.感應(yīng)耐壓試驗(yàn)(高頻運(yùn)行)先通過頻率給定，設(shè)定高壓變頻試驗(yàn)電源輸出150Hz交流電，電壓經(jīng)中間變壓器 輸入到被試變壓器。再通過控制面板對電壓進(jìn)行外部給定，使得高壓變頻試驗(yàn)電源輸出試 驗(yàn)要求的電壓。感應(yīng)耐壓試驗(yàn)中，負(fù)載呈容性，無功功率流向變頻試驗(yàn)電源，因此在變頻試 驗(yàn)電源輸出側(cè)增加電抗器，吸收回饋的無功功率。5.工頻耐壓試驗(yàn)(單相)如圖1、圖2、圖3、圖4所示，試驗(yàn)電源中性點(diǎn)打開，通過切換柜，在進(jìn)行工頻耐壓試 驗(yàn)單相輸出時(shí)，所述的高壓變頻試驗(yàn)電源采用功率單元串聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)，功率單元基本結(jié) 構(gòu)為交-直-交三相整流、單相逆變電路；移相變壓器的副邊繞組三個為一組，每組分別向同一級的三個功率單元供電，每一相的多個功率單元串聯(lián)在一起，按照U相末端連接V相首 端，V相末端連接W相末端，U相首端與W相首端作為出線端，將功率單元逐相連接起來，使 得高壓變頻試驗(yàn)電源輸出試驗(yàn)所需的單相交流電。通過對升壓時(shí)間的設(shè)定，使得高壓變頻 試驗(yàn)電源輸出電壓快速上升。然后再根據(jù)試驗(yàn)要求，通過控制面板，保持頻率50Hz不變的 情況下，對輸出電壓進(jìn)行升壓降壓控制。
權(quán)利要求
1.一種新型變壓器試驗(yàn)電源，其特征在于，包括高壓變頻試驗(yàn)電源、中間升壓變壓器、 無功補(bǔ)償裝置，高壓變頻試驗(yàn)電源連接中間升壓變壓器，中間升壓變壓器與被試變壓器相 連接；被試變壓器的輸入端連接無功補(bǔ)償裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型變壓器試驗(yàn)電源，其特征在于，所述的高壓變頻試驗(yàn)電 源采用功率單元串聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)，功率單元基本結(jié)構(gòu)為交-直-交三相整流、單相逆變電 路；移相變壓器的副邊繞組三個為一組，每組分別向同一級的三個功率單元供電，每一相的 多個功率單元串聯(lián)在一起，組成星型連接的三相高壓電源輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型變壓器試驗(yàn)電源，其特征在于，在進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)單 相輸出時(shí)，所述的高壓變頻試驗(yàn)電源采用功率單元串聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)，功率單元基本結(jié)構(gòu)為 交-直-交三相整流、單相逆變電路；移相變壓器的副邊繞組三個為一組，每組分別向同一 級的三個功率單元供電，每一相的多個功率單元串聯(lián)在一起，按照U相末端連接V相首端， V相末端連接W相末端，U相首端與W相首端作為出線端，將功率單元逐相連接起來，使得高 壓變頻試驗(yàn)電源輸出試驗(yàn)所需的單相交流電。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的新型變壓器試驗(yàn)電源，其特征在于，功率單元輸入側(cè)設(shè)有 熔斷器，整流側(cè)由二極管D-a、D-b、D-c, D-d、D_e、D_f組成整流電路，電容組C構(gòu)成直流濾 波環(huán)節(jié)，電容組C并聯(lián)有保護(hù)電阻R ；逆變側(cè)可控功率開關(guān)器件VT-a、VT-b、VT-c、VT-d實(shí)現(xiàn) 3電平電壓輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型變壓器試驗(yàn)電源，包括高壓變頻試驗(yàn)電源、中間升壓變壓器、無功補(bǔ)償裝置，高壓變頻試驗(yàn)電源連接中間升壓變壓器，中間升壓變壓器與被試變壓器相連接；被試變壓器的輸入端連接無功補(bǔ)償裝置。所述的高壓變頻試驗(yàn)電源采用功率單元串聯(lián)多電平結(jié)構(gòu)，功率單元基本結(jié)構(gòu)為交-直-交三相整流、單相逆變電路；移相變壓器的副邊繞組三個為一組，每組分別向同一級的三個功率單元供電，每一相的多個功率單元串聯(lián)在一起，組成星型連接的三相高壓電源輸出。優(yōu)點(diǎn)是將高壓變頻試驗(yàn)電源直接作為變壓器試驗(yàn)電源，輸出試驗(yàn)所需各種頻率電壓；該試驗(yàn)電源能夠輸出連續(xù)可調(diào)的電壓，頻率調(diào)節(jié)范圍為0～200Hz的三相交流電，為變壓器試驗(yàn)提供寬調(diào)壓調(diào)頻范圍。
文檔編號G01R31/00GK102142779SQ201110062288
公開日2011年8月3日 申請日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月15日
發(fā)明者于淼, 何銀萍, 卞琛, 張黎黎, 徐穎, 王晗, 王 鋒, 韓雨坤 申請人:榮信電力電子股份有限公司