一种海上风电场集电系统高频暂态特性研究的试验系统的制作方法

本实用新型涉及暂态特性研究试验的技术领域，尤其是指一种海上风电场集电系统高频暂态特性研究的试验系统。

背景技术：

近年来，海上风电发展迅速，但由于海上风电场自身的特点，与传统风电系统相比，其集电系统电气设备频繁操作或故障更易引起髙幅值、高频率、大陡度的暂态过电压。变压器、电缆及其附件长期处于这样的过电压环境中，时间的累积效应将对其绝缘产生极大的危害，甚至影响大电网的稳定、安全、可靠运行，造成极大的经济损失。国内外对此领域的研究方法主要是理论分析和利用计算即进行数值仿真，极少数研究团队具备搭建如此大型、完整实验系统或直接获取海上风电场相关数据的条件，因此一定程度上限制了该领域相关方向的研究。因此，根据实际海上风电场的网络结构、电气参数及研究需求，搭建海上风电场集电系统高频暂态特性研究的试验系统是非常有必要的。

海上风电场集电系统高频暂态特性研究的试验，并非简单地连接设备，安装数据采集装置，其中包含试验方案的设计、基本设备的选型、传感器选择、测量点选择、示波器选择及其采样频率、存储深度等参数的设置，相关设备外壳接地等多方面的内容，需要根据高频暂态信号特征及其在长电缆、多节点系统中的折反射、风电场和大电网运行安全规定等要求进行设计。

目前，现有专利集中于10kV并联电抗器投切的操作试验方法方面，且未对现场试验细节进行说明，与海上风电场集电系统高频暂态特性研究相关的试验系统且详细说明现场试验细节的专利尚空白。因此，设计海上风电场集电系统高频暂态特性研究的试验系统，指导开展该领域的现场试验，有助于准确获取海上风电场内部集电系统高频暂态过程的特征，并且研究相关暂态过程的产生机理并提出相应的防范措施，为海上风电场相关设备的设计、风电场的布局及电气设计和实际运行过程中出现的相关问题，甚至为本领域相关新标准的制定提供一定的参考价值，减少因缺乏实际经验或理论研究而带来的经济损失。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种准确、可靠的海上风电场集电系统高频暂态特性研究的试验系统，以满足对海上风电场集电系统高频暂态特性的研究需求。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种海上风电场集电系统高频暂态特性研究的试验系统，包括基本设备、信号测量设备、示波器、保护设备、远程操作台；所述基本设备包括电源、隔离变压器、限流串抗、升压变压器、海底电缆及其终端、真空断路器、真空断路器远程控制器、降压变压器和并联电抗器，所述隔离变压器的两端分别与电源、升压变压器相连，所述限流串抗与升压变压器和隔离变压器相连，所述海底电缆的终端用于海底电缆与其他设备的连接和信号采集设备在海底电缆端口的安装，所述海底电缆包含长度不一的两段，其中一段通过终端分别与升压变压器和真空断路器相连，另外一段通过终端分别与真空断路器和降压变压器相连，所述真空断路器远程控制器与真空断路器的动作结构相连，放置在远程操作台上，用于实验操作员远程控制真空断路器的分合闸，保证实验员的人身安全，所述并联电抗器主要是用于近似模拟暂态操作时风机的外部特性，与降压变压器相连接；所述信号测量设备外壳需接地，其二次信号输出端子均为标准BNC接头，用于测量海上风电场集电系统内部真空断路器投切不同的电路元件过程中相关节点的电压及电流信号；所述示波器通过同轴电缆与信号测量设备相连，放置在远程操作台上，用于远程采集、显示、存储和简要分析信号测量设备所转换的二次信号；所述保护设备与升压变压器的高压侧相连，用于在不影响暂态特性的前提下保护升压变压器和降压变压器的绕组绝缘不被损坏。

所述信号测量设备包括电压分压器和电流互感器；所述电压分压器采用阻容式分压器，带宽高达20MHz，分别设置于6个电压测量点，包括升压变压器低压侧的电压、升压变压器高压侧的电压、真空断路器电源侧的电压、真空断路器负载侧的电压、降压变压器高压侧电压和并联电抗器电压，用于测量真空断路器操作过程中上述6个测量点的电压信号；所述电流互感器采用穿孔型电流互感器，带宽高达4MHz，分别设置于2个电流测量点，包括真空断路器负载侧电流和并联电抗器电流，用于测量真空断路器投切不同的电路元件过程中这2个测量点的电流信号；上述6个电压和2个电流测量点均设置有3个通道连接端，用于测量各个测量点的三相电压和三相电流。

所述电源额定电压为10kV；所述升压变压器额定电压为10/35kV；所述隔离变压器额定电压为10/10kV；所述海底电缆为交联聚乙烯电缆，电压等级为35kV，包含长度为1km和80m的两段，其中该1km长的海底电缆通过终端分别与升压变压器和真空断路器相连，该80m长的海底电缆通过终端分别与真空断路器和降压变压器相连；所述真空断路器额定电压等级为35kV；所述降压变压器额定电压为10/0.69kV。

所述示波器的带宽为500MHz，采样频率为500MSa/s，每个通道存储深度为10M；所述示波器由依次相接的数据采集单元、数据显示单元、数据存储单元组成。

所述同轴电缆的输入阻抗为50Ω，采用BNC接头，与信号测量设备和示波器相连的同轴电缆长度一致，用于传输所测量的信号。

所述保护设备由多个35kV额定电压等级的避雷器串联而成，其动作电压为变压器绕组的最高耐压值。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本实用新型根据海上风电场的网络结构、电气参数及研究需求、传感器要求、信号测量点设置、示波器要求等基本准则，尤其是对电压、电流测量点位置、示波器选择及采样频率、存储深度等参数的设置，提供了一种实施系统。

2、本实用新型能为海上风电场集电系统高频暂态特性研究的试验提出较为全面的技术指导，有助于提高海上风电场集电系统真空断路器操作引起的高频暂态信号采集的准确性，为海上风电场集电系统内部操作的暂态特性研究提供准确的数据支持，有助于研究相关暂态过程的产生机理并提出相应的防范措施，更为海上风电场相关设备的设计、风电场的布局及电气设计和实际运行过程中出现的相关问题，甚至为本领域相关新标准的制定提供一定的参考价值。

附图说明

图1为本实用新型海上风电场集电系统高频暂态特性研究的试验系统整体布置示意图。

图2为本实用新型海上风电场集电系统高频暂态特性研究的试验系统信号采集设备设置示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。

参见图1和图2所示，本实例所提供的海上风电场集电系统高频暂态特性研究的试验系统，包括基本设备01、信号测量设备02、示波器03、保护设备04、远程操作台05。所述基本设备01包括电源011、隔离变压器012、限流串抗013、升压变压器014、海底电缆及其终端、真空断路器015、真空断路器远程控制器016、降压变压器017和并联电抗器018；所述电源011额定电压为10kV；所述升压变压器014额定电压为10/35kV；所述隔离变压器012额定电压为10/10kV，其两端分别与电源011、升压变压器014相连；所述限流串抗013与升压变压器014和隔离变压器012相连；所述海底电缆的终端用于海底电缆与其他设备的连接和信号采集设备在海底电缆端口的安装；所述海底电缆为交联聚乙烯电缆，电压等级为35kV，包含两段，长度分别为1km和80m，其中1km长的海底电缆019通过终端分别与升压变压器014和真空断路器015相连，80m长的海底电缆020通过终端分别与真空断路器015和降压变压器017相连；所述真空断路器015额定电压等级为35kV；所述真空断路器远程控制器016与真空断路器015的动作结构相连，放置在远程操作台05上，用于实验操作员远程控制真空断路器015的分合闸，保证实验员的人身安全；所述降压变压器017额定电压为10/0.69kV；所述并联电抗器018主要是用于近似模拟暂态操作时风机的外部特性，与降压变压器017相连接；所述信号测量设备02外壳需可靠接地，二次信号输出端子均为标准BNC接头，用于测量海上风电场集电系统内部真空断路器投切不同的电路元件过程中相关节点的电压及电流信号；所述示波器03通过同轴电缆与信号测量设备02相连，放置在远程操作台05上，用于远程采集、显示、存储和简要分析信号测量设备所转换的二次信号；所述保护设备04与升压变压器014的高压侧相连，用于在不影响暂态特性的前提下保护升压变压器014和降压变压器017的绕组绝缘不被损坏。

所述信号测量设备02包括电压分压器021和电流互感器022；所述电压分压器021采用阻容式分压器，带宽高达20MHz，分别设置于6个电压测量点，包括升压变压器014低压侧的电压、升压变压器014高压侧的电压、真空断路器015电源侧的电压、真空断路器015负载侧的电压、降压变压器017高压侧电压和并联电抗器018电压，用于测量真空断路器015操作过程中上述6个测量点的电压信号；所述电流互感器022采用穿孔型电流互感器，带宽高达4MHz，分别设置于2个电流测量点，包括真空断路器015负载侧电流和并联电抗器018电流，用于测量真空断路器015投切不同的电路元件过程中这2个测量点的电流信号；上述6个电压和2个电流测量点均设置有3个通道连接端，用于测量各个测量点的三相电压和三相电流。

所述示波器03的带宽为500MHz，采样频率为500MSa/s，每个通道存储深度为10M。所述示波器03由依次相接的数据采集单元031、数据显示单元032、数据存储单元033组成。

所述同轴电缆输入阻抗为50Ω，采用BNC接头，与信号测量设备02和示波器03相连的同轴电缆长度一致，用于传输所测量的信号。

所述保护设备04是由多个35kV额定电压等级的避雷器串联而成的过电压保护设备，其动作电压为变压器绕组的最高耐压值，主要用于在不影响真空断路器操作过程中实际暂态信号的情况下，保护升压变压器和降压变压器的绕组绝缘不被损坏。

在采用以上方案后，本实用新型根据海上风电场的网络结构、电气参数及研究需求、传感器要求、信号测量点设置、示波器要求等基本准则，尤其是对电压、电流测量点位置、示波器选择及采样频率、存储深度等参数的设置，提供了一种实施系统。

本实用新型能为海上风电场集电系统高频暂态特性研究的试验提出较为全面的技术指导，有助于提高海上风电场集电系统真空断路器操作引起的高频暂态信号采集的准确性，为海上风电场集电系统内部操作的暂态特性研究提供准确的数据支持，有助于研究相关暂态过程的产生机理并提出相应的防范措施，更为海上风电场相关设备的设计、风电场的布局及电气设计和实际运行过程中出现的相关问题，甚至为本领域相关新标准的制定提供一定的参考价值，值得推广。

以上所述之实施例子只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。