专利名称：变压器或电抗器的短路承受能力试验系统及其方法
技术领域：
本发明涉及变压器或电抗器的测试领域，特别涉及一种变压器或电抗器的短路承受能力试验系统及方法。
背景技术：
电カ变压器或电抗器是电カ系统中最为关键的设备之一，在电カ系统中有着十分重要的地位。在电カ系统中，电カ设备受到各种エ况和故障的影响，其中短路故障是最严重的故障之一，因此变压器或电抗器的短路強度受到电カ行业和制造行业的极度关注，有关部门也为变压器或电抗器产品在承受短路的能力方面制订了强制性的基础标准GB1094. 5。所有变压器或电抗器产品在正式投入使用前必须依据上述标准进行相关试验。变压器或电抗器品种繁多，如变压器中有配电变压器，电カ变压器，变流变压器， 牵引变压器及各种特种变压器等；电抗器中有串联电抗器、限流电抗器、中性点接地电抗器等，各种设备标准中对短路试验项目名称也不尽相同，如短路承受能力试验，最大短时电流试验，短路试验等，但不管何种产品及对于不同试验项目名称，均采用了 GB1094. 5基础标准，因此引用了此标准的试验均属短路承受能力试验。变压器或电抗器短路承受能力试验是模拟当电カ系统短路时产品的工作情况，应通过系统的短路容量。变压器或电抗器短路承受能力试验主要困难是试验设备或系统需要提供很大的试验容量。目前提供试验容量的方式有三种，即电カ系统提供、冲击发电机提供和系统与发电机联合提供。目前世界上三种方式均有采用，而我国主要采用了前两种方式。相比之下，电カ系统直接提供比较经济，但其试验能力受电网容量及运行情况的限制，无法进行大容量的短路承受能力试验。单台或多台冲击发电机可提供较大容量，但投资大，运行复杂。而电网与发电机联合运行虽然能提供较大的试验容量，但投资巨大，且运行很复杂，其稳定性难以保证。
发明内容
本发明的目的是建立ー种电容补偿用于变压器及电抗器的短路承受能力试验系统及方法，増加变压器或电抗器的短路承受能力试验系统的试验容量，減少变压器或电抗器的短路承受能力试验系统及发电机的有功及无功功率。根据本发明的ー个方面，提供一种变压器或电抗器的短路承受能力试验系统包括电源、由补偿电容器C构成的电容补偿电路、待测变压器S或待测电抗器S ;所述电容补偿电路与所述待测变压器S或待测电抗器S并联。根据本发明的另ー个方面，提供一种用于变压器或电抗器的短路试验方法包括在电源与待测变压器S或待测电抗器S之间接入所述电容补偿电路，以提高变压器及电抗器的短路试验系统的试验容量。根据本发明的另ー个方面，提供一种用于变压器及电抗器的短路试验方法包括在所述中间变压器T与待测变压器S或待测电抗器S之间接入所述电容补偿电路，以提高变压器及电抗器的短路试验系统的试验容量；或在电源与所述中间变压器T之间接入所述电容补偿电路，以提高变压器及电抗器的短路试验系统的试验容量。根据本发明提供的应用电容补偿电路的变压器或电抗器的短路承受能力试验系统对大型产品试验，可提高试验容量，运行方便，仅在现有的运行方式下在试验系统中接入电容补偿电路，不需多套控制系统，也不要系统与发电机的并联运行控制；減少系统及发电机的有功及无功功率，由电容补偿电路提供无功。不用发电机也可以避免发电机的噪音干扰。本发明提供的技术方案的有益效果主要包括以下几点I、采用本发明的短路承受能力试验系统进行短路承受能力试验可以大大降低试验设备投资。对大型产品试验，若现有条件下试验容量不足，则要增加发电机，按某一系统 供电情况粗略估计，采用本发明的短路承受能力试验系统创造同样容量的试验条件，其投资成本仅约为采用增加发电机扩大试验容量的10%左右。因此本发明具有极大的经济价值；2、本发明的短路承受能力试验系统运行方便。本发明的试验系统可以以现有的试验系统为基础，仅需在现有的运行方式下在试验系统中接入电容补偿电路即可实现，不需多套控制系统，也不需要系统与发电机的并联运行控制；3、本发明的短路承受能力试验系统节能环保。采用本发明的短路承受能力试验系统能达到较大的试验容量，比现有的其他方法能減少系统及发电机的有功及无功功率，本发明可由电容补偿电路提供无功。同时，不用发电机也可以避免发电机的噪音干扰和能源消耗。
图I是本发明实施例提供的电容补偿的原理图；图2是本发明实施例提供的采用单相或两相电源供电、带有中间变压器并且电容补偿电路并联在待测变压器S (或待测电抗器S)与中间变压器T之间的短路承受能力试验系统的电路结构图；图3是本发明实施例提供的采用三相电源供电、带有中间变压器并且电容补偿电路并联在所述待测变压器S (或待测电抗器S)与中间变压器T之间的短路承受能力试验系统的电路结构图；图4是图2所不电路结构的等值回路不意图。
具体实施例方式本发明的变压器或电抗器的短路承受能力试验系统主要是利用了电容补偿原理，采用电容补偿法，将补偿电容器与电感负载并联，用电容电流补偿电感电流。 如图I所示，本发明电容补偿的原理图，此回路的并联阻抗Z = -^随L2和C
的改变而改变，可为正负或无限大，即为感性负载或容性负载。在短路強度试验中，取分母(I-W2L2C)为正值(即为感性)，在I O间，Z在GJL2与无限大间，若Z变大，则电源容量减小，在 =时不需要电源容量。此回路电容电流i3越前电压(u)90°，电感电流i2落后于(u)90°，即合成电流れ为“、i3相减，ii小于“，即保证试验电流“下减少电源电流I1，减少从电源吸收的容量。在短路承受能力试验情况下，补偿电容电流与试品电流及电源电流亦有类似关系，但复杂得多。目前，国内外均没有应用电容补偿法进行短路承受能力试验，此法的实际应用在理论上和实施上都要解决很多关键的技术问题。本发明提供的应用于变压器或电抗器的短路承受能力试验系统主要包括电源、待测变压器S (或待测电抗器S)以及主要由补偿电容器C构成的电容补偿电路。电容补偿电路与待测变压器S(或待测电抗器S)并联。电容补偿电路的主要器件为补偿电容C。为了能够更好地调整波形，可以在电容补偿电路串联波形调整电阻。
为了测量电容补偿电路的电流情況，可以在电容补偿电路上设置第三电流互感器CT3O在第三电流互感器CT3与补偿电容C之间可以设置第二隔离开关κ2。为了保护补偿电容C不被试验过程中产生的不正常过电压损坏，电容补偿电路还可包括由保护电阻R5及保护球隙或间隙P2串联构成的放电保护电路。电源输出电压可能无法直接满足试验所需，如用系统供电，只能试验同一电压系统的待测变压器S (或待测电抗器S)或较低电压系统的待测变压器S (或待测电抗器S)，此时可加入中间变压器T来调整电压，或不用中间变压器T而利用较大的电抗器L来调整电压。当用较低的电压系统或发电机作为电源，而待测变压器S(或待测电抗器S)电压较高吋，则要用中间变压器T来升高电压，以满足较高电压的待测变压器S (或待测电抗器S)的试验要求。当不使用中间变压器T吋，电容补偿电路连接在待测变压器S (或待测电抗器S)的输入端；当使用中间变压器T时，电容补偿电路连接在待测变压器S(或待测电抗器S)的输入端(中间变压器T与待测变压器(或待测电抗器)S之间)，或中间变压器T的输入端(电源与中间变压器T之间)，根据电源相数、有无中间变压器T以及有中间变压器T时电容补偿接入点的不同情况，分别有不同的试验系统I.采用单相或两相电源供电、带有中间变压器并且电容补偿电路并联在所述待测变压器S (或待测电抗器S)与中间变压器T之间的变压器及电抗器的短路承受能力试验系统。 2.采用単相或两相电源供电、带有中间变压器并且电容补偿电路并联在电源与中间变压器T之间的变压器及电抗器的短路承受能力试验系统。3.采用单相或两相电源供电、没有中间变压器并且电容补偿电路与待测变压器S(或待测电抗器S)并联的变压器及电抗器的短路承受能力试验系统。4.采用三相电源供电、带有中间变压器并且电容补偿电路并联在待测变压器S(或待测电抗器S)与中间变压器T之间的变压器及电抗器的短路承受能力试验系统。5.采用三相电源供电、带有中间变压器并且电容补偿电路并联在电源与中间变压器T之间的变压器及电抗器的短路承受能力试验系统。6.采用三相电源供电、没有中间变压器并且电容补偿电路与所述待测变压器S(或待测电抗器S)并联的变压器及电抗器的短路承受能力试验系统。图2是采用単相或两相电源供电、带有中间变压器并且电容补偿电路并联在所述待测变压器S (或待测电抗器S)与中间变压器T之间的变压器及电抗器的短路承受能力试验线路图。为了控制和測量本系统各个支路的电流和电压，可以在电源与中间变压器T之间设置第三隔离开关K5、第三电流互感器CT4、第三断路器K6、电压互感器PT3、第四断路器K70中间变压器T与电容补偿电路之间设置第一隔离开关も、第一电压互感器PT1、第一断路器K3、第二断路器K4、第一电流互感器CT1，在电容补偿电路与待测变压器S(或待测电抗器S)之间设置第二电流互感器CT2、避雷器Ρ1、电压互感器PT2，在电容补偿电路上设置第三电流互感器CT3和隔离开关K2，为了调节试验电流，在电源与待测变压器S (或待测电抗器S)之间连接电抗器し当采用单相或两相电源供电、带有中间变压器并且电容补偿电路并联在电源与中间变压器T之间时，在电源与中间变压器T之间接入第三隔离开关K5、第三电流互感器CT4、第三断路器K6、电压互感器PT3、第四断路器K7和电容补偿电路。在待测变压器S (或待测电抗器S)与中间变压器T之间设置第一隔离开关K1、第一断路器K3、第二断路器K4、第一电流互感器CT1、避雷器Ρ1。当采用单相或两相电源供电、没有中间变压器并且电容补偿电路与所述待测变压器S(或待测电抗器S)并联时，在电源与电容补偿电路之间接入第三隔离开关K5、第一电压互感器PT1、第一断路器K3、第二断路器K4、第一电流互感器CT1，在电容补偿电路与待测变压器S(或待测电抗器S)之间设置第二电流互感器CT2、避雷器Ρ1、电压互感器PT2，在电容补偿电路上设置第三电流互感器CT3和隔离开关K2，为了调节试验电流，在电源与待测变压器
S(或待测电抗器S)之间连接电抗器し图3为采用三相电源供电、带有中间变压器并且电容补偿电路并联在所述待测变压器S (或待测电抗器S)与中间变压器T之间的试验线路图，每相设备与単相或两相电源供电的设备相同，即在电源与中间变压器T之间设置第三隔离开关1(5、第三电流互感器CT4、第三断路器K6、电压互感器PT3、第四断路器Κ7。中间变压器T与电容补偿电路之间设置第ー隔离开关K1、第一电压互感器PT1、第一断路器K3、第二断路器K4、第一电流互感器CT1，在电容补偿电路与待测变压器S (或待测电抗器S)之间设置第二电流互感器CT2、避雷器Ρ1、电压互感器PT2，在电容补偿电路上设置第三电流互感器CT3和隔离开关K2,为了调节试验电流，在电源与待测变压器S (或待测电抗器S)之间连接电抗器し三相试验时，补偿电容可以Y接或D接。采用三相电源供电、带有中间变压器的变压器及电抗器的短路承受能力试验系统也可以把电容补偿电路并联在电源与中间变压器T之间，三相电源通过中间变压器T对三相待测变压器S (或待测电抗器S)供电，每相设备设置与単相或两相的电源供电的设备相同。采用三相电源供电、没有中间变压器的变压器及电抗器的短路承受能力试验系统的电容补偿电路与所述待测变压器S (或待测电抗器S)并联，三相电源直接对三相待测变压器S(或待测电抗器S)供电，每相设备设置与単相或两相的电源供电的设备相同。 本发明实施例存在中间变压器Τ，且电容补偿电路可并联在待测变压器S(或待测电抗器S)与中间变压器T之间时，其试验步骤如下
步骤SI、在试验开始前，应先给中间变压器T送电，其顺序为K5合闸，K6合闸，K7合闸。(K5—定要在K6、K7全合上之前先合闸，因为K5不能带电流合分闸)；步骤S2、调整电抗器、电容器、电阻数值，满足70%以下电流用来调试线路；步骤S3、K2合闸、K1合闸；步骤S4、K3合闸，K4合闸，K3分闸，K4分闸，完成70%以下电流调试线路；步骤S5、K1分闸、K2分闸；步骤S6、调整电抗器、电容器、电阻数值，满足100%电流试验；步骤S7、K2合闸、K1合闸；
步骤S8、K3合闸，K4合闸，K3分闸，K4分闸，完成100%电流试验； 步骤S9、K1分闸、K2分闸；步骤S10、測量待试变压器S (或待试电抗器S)的电抗值；重复执行步骤S7 SlO两次；步骤S11、被试变压器换相、换分接，并调整电抗器数值，满足100%电流试验；重复执行步骤S7 SlO三次；步骤S12、被试变压器换相、换分接，并调整电抗器数值，满足100%电流试验；重复执行步骤S7 SlO三次。毎次试验只有在步骤S4、S8时才会在线路和被试变压器中产生电流，产生电流的时刻为K3、K4同时合闸的瞬间，电流依次流过线路中的各个设备，电容补偿支路与CT2到被试变压器S的支路并联，流过各个设备的电流大小关系为=CT1支路的电流为i1;电容补偿支路电流为i3，被试变压器S的支路电流为i2，则i2 = I^i3O在试验结束后，应断开中间变压器电源，其顺序为κ7分闸，K6分闸，K5分闸。(K5—定要在K6、K7有ー个先分开之后才能分闸，因为K5不能带电流合分闸)。下面结合图4对图2和图3所示变压器或电抗器的短路承受能力试验系统的等值回路对补偿电容的选取进行说明。补偿电容的选取是保证试验电流的对称值。其中，电源U可以是系统、发电机或系统与发电机联合运行提供，其中仅电源支路不同。补偿原理及计算是类同的。Zs为电源内阻杭，Zit为中间变压器阻杭，Zl为外部串联阻杭，Zt为试品阻杭，C为补偿电容。外部串联阻抗&用于试验设备及试品參数一定时调整试验电流值，此外它要保证回路的吸收能量不超过电源允许提供的能量，也要保证通过中间变压器的电流小于其他安全电流。试品阻抗Zt是与产品容量成反比，当没有补偿时τ (C = O)，特定试验系统有ー个Zt极限值Ztl，若Zt小于此值(即更大的试品容量)则不能产生试品的额定试验电流。补偿电容C的作用是在Zt小于Ztl时，使Zt与C并联阻抗Zt2増大，Zt2 ^ Ztl提高试品电压U1及试验电流值。试品电感L2与C并联时，并联阻抗Zt2=r^当无补偿试验变压器容量最大为W1时(阻抗Ztl)，若更大变压器容量W2 (阻抗Zt)需要试验，则要用电容C提高负载阻杭，要用电容为
I(W2 λC = -^^-1 I其中，所述W1代表试验系统在无电容补偿情况下能够提供的最大试验容量；所述W2代表试验系统在有电容补偿情况下能够提供的试验容量；所述Ztl为Wl试验容量所对应的待测变压器S (或待测电抗器S)的短路阻抗值；所述ω为エ频角频率。根据本发明实施例提供的变压器或电抗器的短路承受能力试验系统对大型产品试验，可提高试验容量，运行方便，仅在现有的运行方式下在试验系统中接入电容补偿电路，不需多套控制系统，也不 要系统与发电机的并联运行控制；減少系统及发电机的有功及无功功率，由电容补偿电路提供无功。不用发电机也可以避免发电机的噪音干扰。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置換方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种变压器或电抗器的短路承受能力试验系统，其特征在于，包括 电源、由补偿电容器C构成的电容补偿电路、待测变压器S或待测电抗器S ;所述电容补偿电路与所述待测变压器S或待测电抗器S并联。
2.根据权利要求I所述的短路承受能力试验系统，其特征在于，所述电容补偿电路还包括 波形调整电阻，所述波形调整电阻与所述补偿电容器C串联。
3.根据权利要求2所述的短路承受能力试验系统，其特征在于，所述波形调整电阻包括 第一波形调整电阻R3和第二波形调整电阻R4 ； 所述第一波形调整电阻R3通过第二波形调整电阻R4与所述补偿电容器C连接。
4.根据权利要求3所述的短路承受能力试验系统，其特征在于，所述电容补偿电路还包括 第三电流互感器CT3以及第二隔离开关K2;所述第三电流互感器CT3依次通过所述第二隔离开关K2、所述第一波形调整电阻R3、所述第二波形调整电阻R4与所述补偿电容器C串联。
5.根据权利要求4所述的短路承受能力试验系统，其特征在于，所述电容补偿电路还包括 由保护电阻R5和保护球隙或间隙P2串联构成的放电保护电路；所述放电保护电路与所述第二波形调整电阻R4及补偿电容C构成的支路并联，与所述第一波形调整电阻R3连接。
6.根据权利要求I至5任一项所述的短路承受能力试验系统，其特征在于，还包括 电抗器L、第一隔离开关K1、第一电压互感器PT1、第一断路器K3、第二断路器K4、第一电流互感器CT1、第二电流互感器CT2、避雷器Pl及第二电压互感器PT2 ； 当所述电源为单相或二相时，所述电源的一相输出支路上电源的一输出端通过所述第一电压互感器PT1、第一断路器K3、第二断路器K4、第一隔离开关I、电抗器L、第一电流互感器CT1分别与所述电容补偿电路及所述CT2连接；所述CT2 —端通过所述避雷器P1、电压互感器PT2与所述待测变压器S或待测电抗器S连接，另一端分别与所述第一电流互感器CT1及所述电容补偿电路连接； 当所述电源为三相时，在电源的每相输出支路上所述电源的每相输出通过第一电压互感器PT1、第一断路器K3、第二断路器K4、第一隔离开关I、电抗器L、第一电流互感器CT1分别与所述电容补偿电路及所述CT2连接；所述CT2 —端通过所述避雷器P1、电压互感器PT2与所述待测变压器S或待测电抗器S连接，另一端分别与所述第一电流互感器CT1及所述电容补偿电路连接。
7.根据权利要求I至5任一项所述的短路承受能力试验系统，其特征在于，还包括 中间变压器T，用于调整电源电压；所述中间变压器T连接在所述电源与所述待测变压器S或待测电抗器S之间。
8.根据权利要求7所述的短路承受能力试验系统，其特征在于，还包括 第三隔离开关K5、第三电流互感器CT4、第三断路器K6、电压互感器PT3、第四断路器K7 ；当电源为单相、二相或三相时，所述电源的每相通过串联的第三隔离开关K5、第三电流互感器CT4、第三断路器K6、电压互感器PT3及第四断路器K7与所述中间变压器T连接。
9.根据权利要求8所述的短路承受能力试验系统，其特征在于，还包括 电抗器L、第一隔离开关K1、第一电压互感器PT1、第一断路器K3、第二断路器K4、第一电流互感器CT1、第二电流互感器CT2、避雷器Pl及第二电压互感器PT2 ； 当所述电源为单相或二相时，所述中间变压器T的一相输出支路上所述中间变压器T的一相输出端通过所述第一电压互感器PT1、第一断路器K3、第二断路器K4、第一隔离开关K1^电抗器L、第一电流互感器CT1分别与所述电容补偿电路及所述CT2连接；所述CT2 —端通过所述避雷器P1、电压互感器PT2与所述待测变压器S或待测电抗器S连接，另一端分别与所述第一电流互感器CT1及所述电容补偿电路连接； 当所述电源为三相时，在中间变压器T的每相输出支路上所述中间变压器T的每相输出通过第一电压互感器PT1、第一断路器K3、第二断路器K4、第一隔离开关I、电抗器L、第一电流互感器CT1分别与所述电容补偿电路及所述CT2连接；所述CT2 —端通过所述避雷器P1、电压互感器PT2与所述待测变压器S或待测电抗器S连接，另一端分别与所述第一电流互感器CT1及所述电容补偿电路连接。
10.根据权利要求7所述的短路承受能力试验系统，其特征在于，还包括 第三隔离开关K5、第三电流互感器CT4、第三断路器K6、电压互感器PT3、第四断路器K7 ；当电源为单相、二相或三相时，所述电源的每相通过串联的第三隔离开关K5、第三电流互感器CT4、第三断路器K6、电压互感器PT3、第四断路器K7分别与所述中间变压器T及所述电容补偿电路连接。
11.根据权利要求10所述的短路承受能力试验系统，其特征在于，还包括 当所述电源为单相或二相时，在所述中间变压器T的一相输出支路上中间变压器T的一输出端通过第一电压互感器PT1、第一断路器K3、第二断路器K4、第一隔离开关K1、电抗器L、第一电流互感器CT1、第二电流互感器CT2、避雷器Pl及第二电压互感器PT2与所述待测变压器S或所述待测电抗器S连接； 当所述电源为三相时，在所述中间变压器T的每相输出支路上所述中间变压器T的每相输出端通过第一电压互感器PT1、第一断路器K3、第二断路器K4、第一隔离开关K1、电抗器L、第一电流互感器CT1、第二电流互感器CT2、避雷器Pl及第二电压互感器PT2与所述待测变压器S或待测电抗器S连接。
12.根据权利要求I至5任一项所述的短路承受能力试验系统，其特征在于 当电容补偿电路并联在所述待测变压器S或待测电抗器S与中间变压器T之间，或电容补偿电路并联在电源与中间变压器之间时，所述补偿电容的最小保证值根据以下公式来确定 I其中， 所述W1代表试验系统在无电容补偿情况下能够提供的最大试验容量； 所述W2代表试验系统在有电容补偿情况下能够提供的试验容量； 所述Ztl为Wl试验容量所对应的待测变压器S或待测电抗器S的短路阻抗值；所述《为工频角频率。
13.一种将权利要求I至5任一项所述的系统用于变压器或电抗器的短路试验方法，其特征在于，包括 在电源与待测变压器S或待测电抗器S之间接入所述电容补偿电路，以提高变压器及电抗器的短路试验系统的试验容量。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述补偿电容的最小保证值根据以下公式来确定
15.一种将权利要求I至5任一项所述的系统用于变压器及电抗器的短路试验方法，其特征在于该系统还包括中间变压器T ;所述中间变压器T连接在所述电源与待测变压器S或待测电抗器S之间； 在所述中间变压器T与待测变压器S或待测电抗器S之间接入所述电容补偿电路，以提高变压器及电抗器的短路试验系统的试验容量；或 在电源与所述中间变压器T之间接入所述电容补偿电路，以提高变压器及电抗器的短路试验系统的试验容量。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述补偿电容的最小保证值根据以下公式来确定
全文摘要
公开了一种用于变压器或电抗器的短路承受能力试验系统包括电源、由补偿电容器C构成的电容补偿电路、待测变压器S或待测电抗器S；所述电容补偿电路与所述待测变压器S或待测电抗器S并联。还公开了一种短路试验方法。应用本发明提供的变压器或电抗器的短路承受能力试验系统及方法对大型产品试验，可提高试验容量，运行方便。
文档编号G01R31/14GK102680861SQ20111006170
公开日2012年9月19日 申请日期2011年3月15日 优先权日2011年3月15日
发明者杜建松, 陈奎, 陈道辉 申请人:沈阳变压器研究院股份有限公司