用于开关设备的测试系统的制作方法

1.本公开的实施方式涉及一种用于开关设备的测试系统。


背景技术：

2.开关设备广泛地用于电力系统的配电网络中，用于对配电网络实施电路监控和保护，对电力系统的运行起着重要作用。出于安全性考虑，不同国家和/或地区针对开关设备的性能具有严格的标准和规定，例如开关设备须具备满足要求的极限短路电流下的分断能力、短时耐受电流能力等等。开关设备的测试系统用于对开关设备进行性能测试，需要提供用于开关设备的性能测试的各种条件。
3.然而，传统的测试系统通常需要使用发电机组供电的短路冲击试验系统来提供短时冲击电流，短路冲击试验系统包含电动机、发电机等设备，整套系统由于含有旋转电机，需要配套润滑、保护、盘车等辅助设备，系统的造价十分昂贵。
4.因此，希望提供一种低成本的用于开关设备的测试系统。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本公开实施方式的目的之一在于提供一种用于开关设备的测试系统，其至少能够解决上述现有技术中存在的一个或多个技术问题。
6.根据本公开的第一方面，提供一种用于开关设备的测试系统。测试系统包括：储能电源，包括适于接收第一容量输入的三相交流电输入端和适于提供比第一容量大的第二容量输出的三相交流电输出端；降压变压器，被耦合至储能电源的交流电输出端；以及测试回路，被耦合至降压变压器，其中测试回路被配置成适于连接开关设备以为开关设备提供用于短路性能测试的电流；其中储能电源包括第一相支路、第二相支路和第三相支路，其中第一相支路、第二相支路和第三相支路中的每个相支路包括多个功率单元，其中每个功率单元包括：输入端，耦合至三相交流电；整流电路，耦合至输入端并且配置为将三相交流电转换成直流电；储能电路，被配置为存储直流电；逆变器，耦合至储能电路并且配置为将来自储能电路的电力转换成交流电；以及输出端，耦合至逆变器。
7.利用根据本公开实施例的测试系统，可以方便地提高大容量输出。特别地，通过对功率单元的控制极施加调制信号，可方便地输出所需频率和幅度的输出电压，通过多个功率单元级联时可以得到单元数量乘以单元电压的多电平总输出电压。此外，再通过各个相支路的接线，可以输出所需的三相交流电压。在一些实施例中，根据需要的输出电压高低，选择满足要求的功率单元数量即可。
8.根据本公开的一个实施例，每个相支路上的多个功率单元的输出端被彼此串联连接，并且第一相支路、第二相支路和第三相支路的输出端被y型连接。
9.根据本公开的一个实施例，测试系统还包括连接至第一相支路、第二相支路和第三相支路的输出接触器，其中所述储能电源被配置为经由所述输出接触器输出用于测试的三相交流电。
10.根据本公开的一个实施例，所述储能电源包括用于容纳所述第一相支路、第二相支路和第三相支路的柜体，其中所述第一相支路、第二相支路和第三相支路以柜体单元的方式并排设置在所述柜体中，所述柜体还包括面板，所述三相交流电输入端和所述三相交流电输出端被嵌设在所述面板中。
11.根据本公开的一个实施例，第一相支路、第二相支路和第三相支路中的每个相支路分别包括lc滤波器。
12.根据本公开的一个实施例，所述电流是所述开关设备的额定电流的10
‑
100倍之间的范围。
13.根据本公开的一个实施例，所述开关设备包括断路器、高压开关柜、环网柜或柱上开关设备。
14.根据本公开的一个实施例，所述储能电路包括电容量为1μf的储能电容器。
15.根据本公开的一个实施例，所述第一容量小于100kva，所述第二容量在3kva
‑
10万kva的范围内。
16.根据本公开的一个实施例，所述测试回路包括适于测量所述测试回路的电性参数的测量单元。所述测量单元包括适于检测所述测试回路的电流的电流测量单元和/或适于检测所述测试回路的电压的电压测量单元。根据本公开的一个实施例，所述电流测量单元包括罗氏线圈，所述电压测量单元包括与所述测试回路并联的第一分压电阻和第二分压电阻。
17.根据本公开的一个实施例，测试系统还包括适于观察和/或记录所述测量单元的测量参数的波形记录仪。
18.根据本公开的一个实施例，测试系统还包括隔离开关，耦合在所述储能电源与所述降压变压器之间。
19.根据本公开的测试系统，可以低成本实现开关设备的性能测试。
附图说明
20.现将仅通过示例的方式，参考所附附图对本公开的实施例进行描述，其中：
21.图1示出根据本公开实施例的用于开关设备的测试系统电路示意图；
22.图2示出根据本公开实施例的储能电源的内部电路示意图；以及
23.图3示出根据本公开实施例的储能电源的功率单元的电路示意图。
24.图4示出根据本公开实施例的储能电源整体结构示意图。
具体实施方式
25.现将结合附图对本公开的实施例进行具体的描述。应当注意的是，附图中对相似的部件或者功能组件可能使用同样的数字标示。所附附图仅仅旨在说明本公开的实施例。本领域的技术人员可以在不偏离本公开精神和保护范围的基础上从下述描述得到替代的实施方式。
26.下面结合附图来说明根据本公开实施例的用于开关设备的测试系统电路示意图。
27.如图1所示，用于开关设备的测试系统100包括储能电源10、降压变压器30和测试回路。测试回路可连接开关设备20。储能电源10可被配置成提供短时大容量输出。在一些实
施例中，短时大容量输出可高达万kva甚至数十万kva。
28.开关设备可串联在测试回路中，可利用测试回路对开关设备进行性能测试。在一些实施例中，开关设备可包括断路器、高压开关柜、环网柜、柱上开关设备、隔离开关等。这些开关设备设置在电网中用于对电网提供保护。当配电网络的负载回路发生短路故障时，负载回路将会有十几倍或者几十倍的短路电流流过开关设备。短路电流将会导致开关设备产生发热，可能造成开关设备的损坏。
29.为验证开关设备，例如断路器、高压开关柜、环网柜、柱上开关设备、隔离开关等在短路时是否会产生损坏，可以通过短时耐受电流和峰值耐受电流试验来测试开关设备的短路性能。
30.在一些实施例中，测试回路中流过开关设备的测试电路的大小是开关设备的额定电流的十几倍，甚至几十倍，在一些实施例中，可能高达上百倍。
31.在一些实施例中，储能电源10可提供高达万kva、数十万kva、甚至上百万kva的试验容量。如背景技术，传统依赖于市电网络的试验条件环境难以实现上述试验容量，传统的测试系统主要依赖于包括发电机的复杂且昂贵的电源系统。通过提供根据本公开的实施例的储能电源来实现上述试验容量要求，能够大幅度降低测试系统的成本。在一些实施例中，储能电源10接收低容量输入并且能够提供短时大容量输出的来完成。储能电源10可包括储能电容，利用储能电容可实现能量的存储和能量的短时释放。在一些实施例中，储能电源输出电流的时间在秒级。低容量输入例如可小于100kva，这例如可以通过市电配电网络来提供，大容量输出可在3kva
‑
10万kva的范围内；在其他实施例中，作为示例，大容量输出可在30万kva、50万kva甚至上百万kva的范围内。
32.储能电源10的输出经过降压变压器30降压，从而将初级线圈的高压低电流转换成次级线圈的低压大电流。由此，可为测试回路进行供电；在降压变压器30的次级侧输出的电流可流过开关设备20以对开关设备的短路性能进行测试。
33.在根据本公开实施例的测试系统工作时，可将开关设备设定为合闸状态。在测试后，可测量开关设备的触点电阻，并且观察开关设备的机械结构，合格的开关设备应符合标准或规范所规定的要求。
34.在一些实施例中，测试回路可包括适于测量测试回路的电性参数的测量单元。在一些实施例中，测量单元可包括适于检测测试回路的电流的电流测量单元。作为示例，在图示的实施例中，电流测量单元可包括罗氏线圈。应当理解的是，这仅仅示例性的，本公开可采用本领域所熟知的其他电流测量单元。在图示的实施例中，三相电均设置有电流测量单元，在其他实施例中，可以在三相电中的一相或两相中设置电流测量单元。
35.在其他一些实施例中，测量单元还可包括适于检测测试回路的电压的电压测量单元50。作为示例，在图示的实施例中，电压测量单元包括与测试回路并联的第一分压电阻和第二分压电阻，可通过测量第一分压电阻和第二分压电阻之间的节点电压来测量测试回路的电压。应当理解的是，这仅仅是示例性的，本公开可以采用各种本领域所熟知的其他电压测量单元。在图示的实施例中，三相电均设置有电压测量单元，在其他实施例中，可以在三相电中的一相或两相中设置电压测量单元。
36.根据本公开的一个实施例，如图所示，测试系统还包括适于观察和/或记录测量单元的测量参数的波形记录仪60。例如，测量单元可连接至波形记录仪60，波形记录仪60可记
录和/或显示测量，用以分析试验参数是否满足要求。应当理解的是，波形记录仪仅仅是示例性的，也可用其他的测量参数记录单元或显示单元。
37.根据本公开的一个实施例，如图所示，测试系统还可包括隔离开关70。隔离开关70可耦合在储能电源10与降压变压器30之间。经由隔离开关70，可以针对测试回路实施控制和/或保护，确保试验的安全性。
38.结合图2和图3详细说明根据本公开实施例的储能电源。图2示出根据本公开实施例的储能电源10的内部电路示意图。图3示出了根据本公开实施例的功率单元100的结构示意图。
39.储能电源10可包括接收第一容量输入的交流电输入端和适于提供比所述第一容量大的第二容量输出的交流电输出端a、b、c。在一些实施例中，交流电输入端可耦合至市电配电网络，交流电输出端a、b、c可耦合至根据本公开实施例的测试系统或测试回路。
40.储能电源10可包括第一相支路12、第二相支路14和第三相支路16。第一相支路12、第二相支路14和第三相支路16中的每个相支路包括至少一个功率单元100。在图示的实施例中，每个相支路包括多个功率单元100。
41.储能电源10可包括移相变压器(未示出)。在图示的实施例中，a、b、c为来自移相变压器的一组绕组，ac1、ac2为功率单元的逆变输出。当给igbt控制极g1、g2、g3、g4施加spwm脉冲信号时，输出端ac1、ac2可以得到单相正玄波脉宽调制输出电压。spwm调制信号频率可变，例如基波频率可以实现0.01hz到300hz的输出频率。应当理解的是，上述逆变方式仅仅是示例性的，也可以用本领域技术人员所已知的或将来开发的其他逆变方式。
42.如图3所示，每个功率单元100可包括：输入端110，耦合至三相交流电；整流电路120，耦合至输入端对并且配置为将三相交流电转换成直流电；储能电路130，被配置为存储直流电；逆变器140，耦合至储能电路130并且配置为将来自储能电路130的电力转换成交流电；以及输出端150，耦合至逆变器140。
43.整流电路130适于对储能电源10所接收的交流电转换成直流电。在图示的实施例中，整流电路120可包括全桥整流桥。储能电路130可包括储能电容。可根据储能电源10的输出容量选择适当的储能电容。在一些实施例中，储能电容可为1μf的储能电容。应当理解的是，这仅仅是示例性的，本领域技术人员可根据需要选择适当容量的储能电容。逆变器140适于将来自储能电路130的电力转换成交流电。通过调整逆变器140的调制信号的频率及波形可得到所需的输出波形及电压。
44.根据本公开的实施例，每相的n个功率单元的输出端被串联连接，其中n为1或大于以上的整数。首个功率单元首端与最后一个功率单元的尾端之间可以得到n
×
v1伏高压输出。在一些实施例中，三个相支路的输出可被接成y型接线。由此，可获得三相n
×
v1
×
√3伏输出电源。在其他实施例中，三个相支路的输出可采用本领域其他接线方式。
45.在图示的实施例中，被y型连接的第一相支路12、第二相支路14和第三相支路16的各自输出端形成三相交流电输出端a、b、c。
46.在一些实施例中，储能电源10可包括接触器(未示出)，可利用接触器实现三相交流电输出端a、b、c的线路配置。在一些实施例中，三相交流电输出端a、b、c可被短接以提供单相交流电。在这种情况下，即使采用单相输出，也不会给供电电源带来负载不对称问题。此外，单相输出能够充分利用供电电源的三相供电容量。单相及三相输出时均能够达到满
容量输出。单相及三相输出模式自动切换，无需人工更改接线。
47.图4示出根据本公开实施例的储能电源10的整体结构示意图。如图所示，储能电源10被实现为柜体40的结构，柜体包括多个柜体单元。功率单元100被放置在柜体单元中，多个功率单元100形成相应的相支路；多个柜体单元并排布置以形成储能电源10。采用这样的布置，便于各个相支路的模块化，而且便于实现电连接。此外，这样的结构可以方便产品装配和运输。储能电源10的柜体还包括适于包围各个柜体单元的面板。储能单元的输入端子和输出端子可被嵌设在面板中，以方便电力的输入和输出。
48.通过以上描述和相关附图中所给出的教导，这里所给出的本公开的许多修改形式和其它实施方式将被本公开相关领域的技术人员所意识到。因此，所要理解的是，本公开的实施方式并不局限于所公开的具体实施方式，并且修改形式和其它实施方式意在包括在本公开的范围之内。此外，虽然以上描述和相关附图在部件和/或功能的某些示例组合形式的背景下对示例实施方式进行了描述，但是应当意识到的是，可以由备选实施方式提供部件和/或功能的不同组合形式而并不背离本公开的范围。就这点而言，例如，与以上明确描述的有所不同的部件和/或功能的其它组合形式也被预期处于本公开的范围之内。虽然这里采用了具体术语，但是它们仅以一般且描述性的含义所使用而并非意在进行限制。