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基于交流低頻加熱的三相配電變壓器溫升試驗(yàn)系統(tǒng)及方法與流程

文檔序號(hào):12658424閱讀:497來源:國知局

本發(fā)明涉及配電變壓器溫升試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及基于交流低頻對(duì)變壓器進(jìn)行短路試驗(yàn)并與鐵芯勵(lì)磁飽和控制的短路溫升試驗(yàn)方法。



背景技術(shù):

變壓器溫升試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證變壓器在額定工作條件下主體總損耗(繞組電阻損耗和鐵芯勵(lì)磁損耗)產(chǎn)生的熱量與散熱裝置達(dá)到熱平衡的溫度是否符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)協(xié)議的要求,并驗(yàn)證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的合理性和結(jié)構(gòu)局部過熱程度。它不僅關(guān)系變壓器的安全性、可靠性、使用壽命,也關(guān)系變壓器的制造成本。

傳統(tǒng)的工頻短路法試驗(yàn),由于變壓器短路阻抗中的感性分量遠(yuǎn)大于阻性分量,導(dǎo)致變壓器的負(fù)載試驗(yàn)時(shí)功率因數(shù)較低。因變壓器的溫升加熱效果或發(fā)熱量僅取決于有功消耗,為對(duì)變壓器進(jìn)行短路法溫升試驗(yàn),意味著需要提供大容量的三相調(diào)壓電源并輔以電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償,以減小對(duì)試驗(yàn)供電電源容量的需求。

傳統(tǒng)的工頻短路法試驗(yàn)方法是按照GB1094的試驗(yàn)要求進(jìn)行,目前測試一臺(tái)變壓器的溫升試驗(yàn)需要耗費(fèi)的時(shí)間較長,特別是對(duì)干式變壓器目前耗時(shí)大約在24小時(shí)左右,勞動(dòng)效率低下,依據(jù)目前的使用設(shè)備狀況及試驗(yàn)人員配置數(shù)量很難完成國網(wǎng)對(duì)變壓器抽檢數(shù)量的要求。

現(xiàn)有的采用低頻電流短路法對(duì)超高壓變壓器(特高壓變壓器基本都為單相變壓器組成)進(jìn)行加熱的方法,加熱的目的是為了使變壓器干燥,加熱電流遠(yuǎn)沒有達(dá)到變壓器的額定電流及額定溫度,加之特高壓變壓器的高低壓側(cè)電壓較高,采用低頻加熱時(shí)基本忽略了鐵芯因頻率較低所引起的磁路飽和影響。另外,現(xiàn)有的加熱方法為首先加熱變壓器線圈,然后通過線圈的熱量加熱鐵芯,使得變壓器達(dá)到干燥目的。

對(duì)三相配電變壓器而言,因鐵芯結(jié)構(gòu)為三柱式鐵芯,變壓器的高低壓側(cè)電壓較低,低頻短路法對(duì)特高壓變壓器進(jìn)行加熱的方法不適用于三相配電變壓器的溫升試驗(yàn)要求。首先,加熱電源必須采用三相互為120度夾角的交流電源才可在短路側(cè)繞組感應(yīng)出短路電流,其次,要考慮頻率較低時(shí)會(huì)引起變壓器鐵芯磁路飽和,導(dǎo)致鐵芯局部過熱損壞矽鋼片間漆膜,形成片間短路導(dǎo)致渦流產(chǎn)生,引起變壓器故障。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明的目的就是針對(duì)10kV及以下電壓等級(jí)的三相配電變壓器溫升試驗(yàn),主要應(yīng)用在配電變壓器入網(wǎng)質(zhì)量抽檢和變壓器出廠的型式試驗(yàn),可滿足配電變壓器容量在2500kVA及以下的變壓器溫升試驗(yàn),并通過勵(lì)磁飽和控制解決因低頻可能造成的鐵芯過勵(lì)磁狀態(tài)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的具體方案如下:

一種基于交流低頻加熱的三相配電變壓器溫升試驗(yàn)系統(tǒng),包括:三相四線低壓輸入電源、三相可調(diào)低頻變頻電源、輸出信號(hào)采集模塊、測溫傳感器模塊以及主控單元;

所述三相四線低壓輸入電源、三相可調(diào)低頻變頻電源和被試變壓器依次串聯(lián)連接,所述輸出信號(hào)采集模塊和測溫傳感器模塊分別與被試變壓器連接,所述主控單元與三相可調(diào)低頻變頻電源、輸出信號(hào)采集模塊以及測溫傳感器模塊分別連接;

所述主控單元根據(jù)輸出信號(hào)采集模塊、測溫傳感器的反饋信號(hào)對(duì)三相可調(diào)低頻變頻電源發(fā)出調(diào)壓調(diào)頻指令;

所述三相可調(diào)低頻變頻電源根據(jù)變壓器鐵芯勵(lì)磁飽和曲線,確定被試變壓器在不同頻率下對(duì)應(yīng)的飽和點(diǎn)電壓值;同時(shí)根據(jù)接收到的指令不斷調(diào)整輸出頻率和電壓值,以實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁飽和、頻率、電壓的均衡調(diào)整,實(shí)現(xiàn)變壓器溫升試驗(yàn)時(shí)變壓器鐵芯和繞組同時(shí)加熱。

進(jìn)一步地,采用三相可調(diào)低頻變頻電源對(duì)被試變壓器高壓側(cè)繞組進(jìn)行調(diào)頻、加壓,建立變壓器鐵芯勵(lì)磁飽和曲線,確定被試變壓器在不同頻率下對(duì)應(yīng)的飽和點(diǎn)電壓值,以確定變壓器鐵芯發(fā)熱量最大的勵(lì)磁電流值,對(duì)變壓器鐵芯進(jìn)行加熱;

然后將變壓器低壓側(cè)短路,根據(jù)變壓器額定容量參數(shù)選定溫升試驗(yàn)第一階段所施加總損耗最優(yōu)的試驗(yàn)頻率、電流和電壓幅值,三相可調(diào)低頻變頻電源產(chǎn)生三相可調(diào)交流電源,在變壓器低壓側(cè)感應(yīng)出短路電流,調(diào)整低頻電源施加到變壓器的額定電流,對(duì)繞組進(jìn)行加熱。

進(jìn)一步地,根據(jù)變壓器鐵芯勵(lì)磁飽和曲線,確定被試變壓器在不同頻率下對(duì)應(yīng)的飽和點(diǎn):當(dāng)施加電流值增加50%,而勵(lì)磁出的電壓值增加不大于10%時(shí)為勵(lì)磁特性曲線的拐點(diǎn)。

進(jìn)一步地,上電后可調(diào)低頻變頻電源以最低電壓及最低頻率對(duì)被試變壓器進(jìn)行試驗(yàn);

輸出采集模塊采集被試變壓器的電壓、電流、相位以及頻率信息并將所述信息反饋至主控單元;

測溫傳感器模塊將采集到的變壓器鐵芯以及高低壓側(cè)繞組的溫度信息反饋至主控單元;

主控單元根據(jù)反饋信息不斷發(fā)送指令至三相可調(diào)低頻變頻電源,三相可調(diào)低頻變頻電源不斷調(diào)整頻率和電壓值以實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁飽和、頻率、電壓的均衡調(diào)整;滿足變壓器溫升試驗(yàn)時(shí)應(yīng)達(dá)到最大總損耗以及調(diào)整至額定損耗下溫度保持1h的試驗(yàn)電流要求;

當(dāng)測溫傳感器檢測到被試變壓器溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí),減小可調(diào)低頻變頻電源輸出電壓,同時(shí)提高輸出頻率,保證輸出電流在額定電流范圍內(nèi)波動(dòng)不超過10%。

一種基于交流低頻加熱的三相配電變壓器溫升試驗(yàn)方法,包括:

(1)在變壓器中施加最大總損耗,使變壓器工作在額定工作狀態(tài),檢測變壓器油鐵芯以及繞組的溫升;

采用三相可調(diào)低頻變頻電源對(duì)被試變壓器高壓側(cè)繞組進(jìn)行調(diào)頻、加壓,建立變壓器鐵芯勵(lì)磁飽和曲線,確定被試變壓器在不同頻率下對(duì)應(yīng)的飽和點(diǎn)電壓值,以確定變壓器鐵芯發(fā)熱量最大的勵(lì)磁電流值,對(duì)變壓器鐵芯進(jìn)行加熱;

然后將變壓器低壓側(cè)短路,根據(jù)變壓器額定容量參數(shù)選定溫升試驗(yàn)第一階段所施加總損耗最優(yōu)的試驗(yàn)頻率、電流和電壓幅值,三相可調(diào)低頻變頻電源產(chǎn)生三相可調(diào)交流電源,在變壓器低壓側(cè)感應(yīng)出短路電流,調(diào)整低頻電源施加到變壓器的額定電流,對(duì)繞組進(jìn)行加熱;

(2)測定各部位溫度后,立即將輸入繞組中的電流降至額定電流,繼續(xù)試驗(yàn)1h,并繼續(xù)觀察各部位溫度;

(3)額定電流1h結(jié)束,記錄好各部位溫度之后,迅速把電流降至最小,切斷電源,斷開試品與溫升試驗(yàn)電源的連線,測量繞組熱電阻;

(4)試驗(yàn)終結(jié)時(shí)快速斷開電源,拆除短路線,并在設(shè)定時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確測出繞組的電阻值;每隔設(shè)定時(shí)間讀取一次,記錄斷電以后設(shè)定時(shí)間段內(nèi)繞組的電阻值,根據(jù)測得的電阻值描繪出變壓器溫升曲線。

本發(fā)明的有益效果:

1、由于輸出頻率低,可大幅度降低溫升試驗(yàn)所需要的試驗(yàn)電源容量,無需大容量調(diào)壓裝置和無功補(bǔ)償裝置。

2、試驗(yàn)電壓低(最高工作電壓400V),試驗(yàn)安全系數(shù)高,防護(hù)簡便且不影響其他工作。

3、設(shè)備較傳統(tǒng)方法相比,設(shè)備重量輕、體積小、便于運(yùn)輸?shù)綔y試現(xiàn)場。

4、通過低頻對(duì)變壓器進(jìn)行溫升試驗(yàn)時(shí),使得鐵芯和繞組同時(shí)發(fā)熱,大大縮短變壓器溫升試驗(yàn)的時(shí)間,提高試驗(yàn)人員的勞動(dòng)效率。

5、本試驗(yàn)電源除滿足低頻溫升試驗(yàn)要求外,又涵蓋常規(guī)工頻條件下的配電變壓器額定電壓下的空載試驗(yàn)及負(fù)載試驗(yàn)要求。

6、輸出電壓、輸出電流、輸出頻率的動(dòng)態(tài)平衡實(shí)現(xiàn)了設(shè)備功率的最大化利用。

附圖說明

圖1為基于交流低頻加熱的三相配電變壓器溫升試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式:

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明:

本發(fā)明公開了一種基于交流低頻加熱的三相配電變壓器溫升試驗(yàn)系統(tǒng),如圖1所示,包括:包括:三相四線低壓輸入電源、三相可調(diào)低頻變頻電源、輸出信號(hào)采集模塊、測溫傳感器模塊以及主控單元;

三相四線低壓輸入電源、三相可調(diào)低頻變頻電源和被試變壓器依次串聯(lián)連接,輸出信號(hào)采集模塊和測溫傳感器模塊分別與被試變壓器連接,主控單元與三相可調(diào)低頻變頻電源、輸出信號(hào)采集模塊以及測溫傳感器模塊分別連接;

主控單元根據(jù)輸出信號(hào)采集模塊、測溫傳感器的反饋信號(hào)對(duì)三相可調(diào)低頻變頻電源發(fā)出調(diào)壓調(diào)頻指令。

低頻變頻電源,低頻變頻電源采用IGBT組成四象限工作的全波可控整流,再利用大功率開關(guān)器件通過低頻矢量函數(shù)驅(qū)動(dòng)控制算法,實(shí)現(xiàn)低頻的SPWM逆變,經(jīng)濾波獲取所需要的可調(diào)頻、調(diào)壓的加熱電源。可調(diào)低頻變頻電源產(chǎn)生1-50Hz、0-400V三相可調(diào)交流電源,在短路側(cè)繞組感應(yīng)出短路電流,可調(diào)低頻變頻電源根據(jù)主控單元指令,調(diào)整頻率及輸出電壓幅值。

輸出信號(hào)采集模塊將采集到的被試變壓器的電壓、電流、相位以及頻率信息并將所述信息反饋至主控單元。

測溫傳感器模塊將采集到的溫度信息(干式變壓器的鐵芯溫度、高低壓側(cè)繞組上中下部位溫度及平均溫度)反饋至主控單元。

主控單元分別接收輸出信號(hào)采集模塊、測溫傳感器模塊發(fā)送的對(duì)被試變壓器電壓、電流、頻率、溫度等信息,并根據(jù)接收到的上述信息不斷發(fā)送指令至可調(diào)低頻變頻電源。

上電后可調(diào)低頻變頻電源以最低電壓及最低頻率對(duì)被試變壓器進(jìn)行試驗(yàn);

主控單元根據(jù)反饋信息不斷發(fā)送指令至三相可調(diào)低頻變頻電源,三相可調(diào)低頻變頻電源不斷調(diào)整頻率和電壓值以實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁飽和、頻率、電壓的均衡調(diào)整;滿足變壓器溫升試驗(yàn)時(shí)應(yīng)達(dá)到最大總損耗以及調(diào)整至額定損耗下溫度保持1h的試驗(yàn)電流要求;

當(dāng)測溫傳感器檢測到被試變壓器溫度達(dá)到設(shè)定溫度時(shí),減小可調(diào)低頻變頻電源輸出電壓,同時(shí)提高輸出頻率,保證輸出電流在額定電流范圍內(nèi)波動(dòng)不超過10%。

進(jìn)行溫升試驗(yàn)時(shí),首先采用可調(diào)低頻變頻電源對(duì)被試變壓器高壓側(cè)繞組調(diào)頻、加壓,建立變壓器鐵芯勵(lì)磁飽和曲線,確定被試變壓器不同頻率下對(duì)應(yīng)的飽和點(diǎn)電壓值,根據(jù)變壓器鐵芯勵(lì)磁飽和曲線,確定勵(lì)磁飽和點(diǎn):當(dāng)施加電流值增加50%,而勵(lì)磁出的電壓值增加不大于10%時(shí)為勵(lì)磁特性曲線的拐點(diǎn)。

當(dāng)達(dá)到鐵芯勵(lì)磁飽和點(diǎn)電壓下的勵(lì)磁電流時(shí),變壓器鐵芯發(fā)熱量最大,為后續(xù)溫升試驗(yàn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

而后對(duì)變壓器低壓側(cè)短路,根據(jù)變壓器額定容量等參數(shù)選定溫升試驗(yàn)第一階段所施加總損耗最優(yōu)的試驗(yàn)頻率和電流、電壓幅值,對(duì)變壓器繞組進(jìn)行加熱,使鐵芯及繞組同時(shí)發(fā)熱,縮短變壓器達(dá)到溫升試驗(yàn)要求的熱穩(wěn)定時(shí)間。

本發(fā)明公開了一種基于交流低頻加熱的三相配電變壓器溫升試驗(yàn)方法,試驗(yàn)分為兩個(gè)階段;

第一階段在變壓器中施加最大總損耗,變壓器工作在額定工作狀態(tài),檢測變壓器的溫升。

此階段中通過變壓器繞組溫升和變壓器鐵芯發(fā)熱,快速達(dá)到變壓器整體溫度熱平衡,當(dāng)溫度變化率小于1K/h,并維持3h,認(rèn)為變壓器溫升已穩(wěn)定,取最后一小時(shí)中的平均值為變壓器溫升。

施加總損耗試驗(yàn)階段結(jié)束,測定各部位溫度后,立即將輸入繞組中的電流降至額定電流,繼續(xù)試驗(yàn)1h,并繼續(xù)觀察各部位溫度。額定電流1h結(jié)束,記錄好各部位溫度之后,應(yīng)迅速把電流降至最小,切斷電源,斷開試品與溫升試驗(yàn)電源的連線,測量繞組熱電阻。

試驗(yàn)終結(jié)時(shí)快速斷開電源,拆除短路線,并在2分鐘的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確測出第一組的電阻值。每30秒讀一次,記錄斷電20分鐘內(nèi)電阻,根據(jù)熱電阻描繪出變壓器溫升曲線。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述,但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制,所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白,在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上,本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。

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