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一种高功率直流电器设备检测方法.pdf

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一种 功率 直流 电器设备 检测 方法
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摘要
申请专利号:

CN201610898522.7

申请日:

2016.10.14

公开号:

CN106483408A

公开日:

2017.03.08

当前法律状态:

实审

?#34892;?#24615;:

审中

法?#19978;?#24773;: 实质审查的生效IPC(主分类):G01R 31/00申请日:20161014|||公开
IPC分类号: G01R31/00 主分类号: G01R31/00
申请人: 中国科学院合肥物质科学研究院
发明人: 傅鹏; 王旭东; 许留伟; 张秀青
地址: 230031 安徽省合肥市蜀山湖路350号
优?#28909;ǎ?/td>
专利代理机构: 安徽合肥华信知识产权代理有限公司 34112 代理人: 余成俊
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法律状态
申请(专利)号:

CN201610898522.7

授权公告号:

|||

法律状态公告日:

2017.04.05|||2017.03.08

法律状态类型:

实质审查的生效|||公开

摘要

本发明公开了一种高功率直流电器设备检测方法。通过110kV电网供电,利用全桥整流装置输出直流供给电器检测。根据电器设备额定电压预设整流器空载电压;根据系统回路参数和试验波形要求,配置串联电阻和电抗器。投入整流器输出直流电流;达到预设分断电流峰值后,分断电器设备;监测电器设备相关指标,退出整流器,完成试验。实现了长时间、连续工作,输出功率连续可调,重复开断试验间隔时间短。可以进行短时承受能力、高瞬态电流、?#24459;?#30701;路开断能力等多项试验。

权利要求书

1.一种高功率直流电器设备检测方法,其特征在于:采用多个自耦合变压器、数量与自
耦合变压器相同的多个整流变压器,多个自耦合变压器输入端?#30452;?#25509;入110kV高压大容量
电网,由110kV高压大容量电网供电,多个自耦合变压器的输出端一一对应与多个整流变压
器的输入端连接,每个整流变压器?#30452;?#37197;置有两个同相逆并联整流装置,同一组的两个同
相逆并联整流装置各自第一个交流输入端?#30452;?#19982;对应的整流变压器的输出端连接,每组中
两个同相逆并联整流装置各自第二个交流输入端?#30452;?#25509;入同一控制器,由同一控制器控制
每个同相逆并联整流装置,每个同相逆并联整流装置第一个直流输出端?#30452;?#36890;过环流电抗
器连接有隔离开关,?#19968;?#27969;电抗器上?#30452;?#24182;联有分流电阻,每个同相逆并联整流装置第二
个直流输出端?#30452;?#30452;接连接有隔离开关,且每组?#26800;?#19968;个同相逆并联整流装置的第二个直
流输出端还通过隔离开关与第二个同相逆并联整流装置的第一个直流输出端上环流电抗
器、隔离开关之间连接,由各个隔离开关构成开关阵列,多个同相逆并联整流装置通过隔离
开关相互连接,构成相互并联的连接结构、或相互串联的连接结构、或两两串联再两两并联
的多串多并的连接结构,多个同相逆并联整流装置构成的连接结构一端通过串联电阻与待
检测的电器设备一个电源端连接,多个同相逆并联整流装置构成的连接结构另一端与待检
测的电器设备另一个电源端连接,?#20197;?#24453;检测电器设备上连接可短路分断待检测电器设备
的隔离开关;
110kV高压大容量电网输出的电压经过自耦变压器降压,然后再经过整流变压器移相
和降压,最后经过同相逆并联整流装置逆变后输出直流至待检测电器设备,利用控制器控
制各个同相逆并联整流装置的直流输出,利用隔离开关组成的开关阵列,可使多台同相逆
并联整流装置实现相互并联、或相互串联、或两两串联再两两并联?#26800;娜我?#19968;种输出模式,
通过不同的输出模式可满足不同检测范围需求;具体检测过程如下:
(1)、检测前首先选择多台同相逆并联整流装置的一种输出模式,并根据待检测电器设
备的额定电压值,预设控制器输出触发角,从而预设各个同相逆并联整流装置的空载电压
并使空载电压满足待检测电器设备需求;
(2)、然后使待测电器设备短接,并使各个同相逆并联整流装置在选择的输出模式下工
作,测量并计算待测电器设备的预期分断电流IA和检测要求的时间常数τ,根据预期分断电
流IA和检测要求的时间常数τ?#28304;?#27979;电器设备其中一个电源端?#31995;?#20018;联电阻、各个同相逆
并联整流装置第一个直流输出端?#31995;?#29615;流电抗器进行调整;
(3)、接着各个同相逆并联整流装置继续正常工作,并检测各个同相逆并联整流装置在
选择的输出模式下的输出电流,以及回路总输出电流,即整定电流波形,当输出电流达到峰
值电流后,使各个同相逆并联整流装置逆变输出,直到输出电流降为0,并由控制器封锁触
发信号;然后对整定波形进行分析,判断峰值电流是否等于待测电器设备的额定短路分断
电流值,时间常数τ是否满足检测要求,若?#29615;?#21512;检测要求,则?#28304;?#27979;电器设备其中一个电
源端?#31995;?#20018;联电阻、各个同相逆并联整流装置第一个直流输出端?#31995;?#29615;流电抗器进行进一
步调整,直至满足检测要求;
(4)、最后使各个同相逆并联整流装置正常工作,并使待检测电器设备正常工作、或短
路、或分断,进行待检测电器设备的检测。
2.根据权利要求1所述的一种高功率直流电器设备检测方法,其特征在于:所述同相逆
并联整流装置为大功率晶闸管组成的同相逆并联三相全桥整流器。
3.根据权利要求1所述的一种高功率直流电器设备检测方法,其特征在于:所述当多个
同相逆并联整流装置工作在相互串联的模式?#29575;保?#22312;各个同相逆并联整流装置的两直流输
出端之间?#30452;?#25509;有双向可控硅旁通支路,利用旁通支路先进行续流,再依次开通各个同相
逆并联整流装置。
4.根据权利要求1所述的一种高功率直流电器设备检测方法,其特征在于:步骤(2)中,
预期分断电流IA=U0/R,检测要求的时间常数τ=L/R,其中R为回路等效电阻,由待测电器设备
其中一个电源端?#31995;?#20018;联电阻阻抗和变压器漏?#26800;?#25928;阻抗构成,L是回路等效电感,由各个
同相逆并联整流装置第一个直流输出端?#31995;?#29615;流电抗器电感以及直流侧等效回路电感构
成。

说明书

一种高功率直流电器设备检测方法

技术领域

本发明涉及电器设备检测技术领域,具体是一种高功率直流电器设备检测方法。

背景技术

随着电力技术的发展,断路器、开关、变压器和电抗器等电器设备趋向于大电流和
大容量化。针对低压电器应用领域,对直流开关设备通断电流的要求越来越高。对于直流电
器的开发和定型,都必须进行短时承受能力、高瞬态电流和?#24459;?#31561;项试验。尤其是直流开
关,还要进行短路开断能力试验。因此,就需要设计相应的高功率直流电器设备检测方法以
满足以上试验要求。目前高功率直流电器设备检测方法主要有两种:(1)、电容器组短路放
电检测方法。(2)、短路冲击发电机检测方法。

在目前所使用的直流电器检测技术中?#28304;?#22312;一些问题:(1)、因为电容器组的放电
特性,其提供的短路放电电流接近于正弦波,与电器设备实际工况下的短路电流相差较大,
需要控制多组电容器进行多波次输出,提供短路电流。最后,还需要给电容器组提供专门的
充电电源,要反复充电、放电试验,都增加了检测方法的复?#26377;裕档?#20102;系统可靠性。(2)、目
前,国内的高功率直流电器检测均采用短路冲击发电机供电。短路发电机不同于常规发电
机,其需要在短路工况下运行,尽可能输出大的短路电流。为补偿短路电流的衰减及?#25351;?#30005;
压数值,短路发电机需要进行强励磁,所需的励磁倍数大、调节范围广。这些都导致电机控
制算法复杂,检测步骤繁琐;建设成本、维护成本也异常高昂。并且短路电动机的性质决定
了其提供短路电流时间短,不能连续输出电功率。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足,本发明提出一种基于晶闸管整流系统的高功率直
流电器设备检测方法。提供了一种结构简单、?#32479;?#26412;、持续工作、输出功率连续可调的高功
率直流电器设备检测方法。

为了达到上述目的,本发明所采用的技术方案为:

一种高功率直流电器设备检测方法,其特征在于:采用多个自耦合变压器、数量与
自耦合变压器相同的多个整流变压器,多个自耦合变压器输入端?#30452;?#25509;入110kV高压大容
量电网,由110kV高压大容量电网供电,多个自耦合变压器的输出端一一对应与多个整流变
压器的输入端连接,每个整流变压器?#30452;?#37197;置有两个同相逆并联整流装置,同一组的两个
同相逆并联整流装置各自第一个交流输入端?#30452;?#19982;对应的整流变压器的输出端连接,每组
中两个同相逆并联整流装置各自第二个交流输入端?#30452;?#25509;入同一控制器,由同一控制器控
制每个同相逆并联整流装置,每个同相逆并联整流装置第一个直流输出端?#30452;?#36890;过环流电
抗器连接有隔离开关,?#19968;?#27969;电抗器上?#30452;?#24182;联有分流电阻,每个同相逆并联整流装置第
二个直流输出端?#30452;?#30452;接连接有隔离开关,且每组?#26800;?#19968;个同相逆并联整流装置的第二个
直流输出端还通过隔离开关与第二个同相逆并联整流装置的第一个直流输出端上环流电
抗器、隔离开关之间连接,由各个隔离开关构成开关阵列,多个同相逆并联整流装置通过隔
离开关相互连接,构成相互并联的连接结构、或相互串联的连接结构、或两两串联再两两并
联的多串多并的连接结构,多个同相逆并联整流装置构成的连接结构一端通过串联电阻与
待检测的电器设备一个电源端连接,多个同相逆并联整流装置构成的连接结构另一端与待
检测的电器设备另一个电源端连接,?#20197;?#24453;检测电器设备上连接可短路分断待检测电器设
备的隔离开关;

110kV高压大容量电网输出的电压经过自耦变压器降压,然后再经过整流变压器
移相和降压,最后经过同相逆并联整流装置逆变后输出直流至待检测电器设备,利用控制
器控制各个同相逆并联整流装置的直流输出,利用隔离开关组成的开关阵列,可使多台同
相逆并联整流装置实现相互并联、或相互串联、或两两串联再两两并联?#26800;娜我?#19968;种输出
模式,通过不同的输出模式可满足不同检测范围需求;具体检测过程如下:

(1)、检测前首先选择多台同相逆并联整流装置的一种输出模式,并根据待检测电
器设备的额定电压值,预设控制器输出触发角,从而预设各个同相逆并联整流装置的空载
电压并使空载电压满足待检测电器设备需求;

(2)、然后使待测电器设备短接,并使各个同相逆并联整流装置在选择的输出模式
下工作,测量并计算待测电器设备的预期分断电流IA和检测要求的时间常数τ,根据预期分
断电流IA和检测要求的时间常数τ?#28304;?#27979;电器设备其中一个电源端?#31995;?#20018;联电阻、各个同
相逆并联整流装置第一个直流输出端?#31995;?#29615;流电抗器进行调整;

(3)、接着各个同相逆并联整流装置继续正常工作,并检测各个同相逆并联整流装
置在选择的输出模式下的输出电流,以及回路总输出电流,即整定电流波形,当输出电流达
到峰值电流后,使各个同相逆并联整流装置逆变输出,直到输出电流降为0,并由控制器封
锁触发信号;然后对整定波形进行分析,判断峰值电流是否等于待测电器设备的额定短路
分断电流值,时间常数τ是否满足检测要求,若?#29615;?#21512;检测要求,则?#28304;?#27979;电器设备其中一
个电源端?#31995;?#20018;联电阻、各个同相逆并联整流装置第一个直流输出端?#31995;?#29615;流电抗器进行
进一步调整,直至满足检测要求;

(4)、最后使各个同相逆并联整流装置正常工作,并使待检测电器设备正常工作、
或短路、或分断,进行待检测电器设备的检测。

所述的一种高功率直流电器设备检测方法,其特征在于:所述同相逆并联整流装
置为大功率晶闸管组成的同相逆并联三相全桥整流器。

所述的一种高功率直流电器设备检测方法,其特征在于:所述当多个同相逆并联
整流装置工作在相互串联的模式?#29575;保?#22312;各个同相逆并联整流装置的两直流输出端之间分
别接有双向可控硅旁通支路,利用旁通支路先进行续流,再依次开通各个同相逆并联整流
装置。

所述的一种高功率直流电器设备检测方法,其特征在于:步骤(2)中,预期分断电
流IA=U0/R,检测要求的时间常数τ=L/R,其中R为回路等效电阻,由待测电器设备其中一个
电源端?#31995;?#20018;联电阻阻抗和变压器漏?#26800;?#25928;阻抗构成,L是回路等效电感,由各个同相逆并
联整流装置第一个直流输出端?#31995;?#29615;流电抗器电感以及直流侧等效回路电感构成。

本发明利用110kV高压大容量电网供电,经过自耦变压器降压,然后再使用整流变
压器移相和降压,最后利用大功率晶闸管组成的同相逆并联整流装置实现输出直流。每台
同相逆并联整流装置可输出额定电压500V、额定电流30kA或瞬时电流100kA(<3s)。利用隔
离开关K1~K11组成开关阵列,可使多台同相逆并联整流装置实现相互串联、相互并联或两
两串联再并联的多串多并等不同连接形式。可以适用不同的试验场合,满足相关检测试验。

本发明高功率直流电器设备检测方法:根据电器设备额定电压预设整流器空载电
压;根据系统回路参数和试验波形要求,配置串联电阻和电抗器。投入整流器输出直流电
流;达到预设分断电流峰值后,分断电器设备;监测电器设备相关指标,退出整流器,完成试
验。

本发明提出的一种高功率直流电器设备检测方法,与现有技术相比具有以下优
点:1、本发明改变了传统技术结构复杂的特点,替代了短路发电机的机械部分,大大?#26723;?#20102;
研发周期,生产和维护成本,简化了试验结构。2、采用隔离开关阵列和多台整流装置组合,
电?#26041;?#26500;简单、操作方便。实现了多种输出状态切换,扩大了电器检测范围。3、本发明所用
装置可实现长时间、连续工作,克服了短路发电机短时、断续工作的缺点。4本发明提出的检
测方法,流程简洁高效,对短时承受能力、高瞬态电流、?#24459;?#21644;开关通断能力等项试验,具有
普遍适用性。全部可以通过软件实现控制和监测,调整试验参数方便快捷。

附图说明

图1为本发明装置的原理图。

图2为直流短?#26041;?#36890;和分断能力检测方法流程图。

图3为直流短?#26041;?#36890;和分断能力检测波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明检测方法做进一步说明。

如图1本发明装置的原理图所示,本发明检测装置包括自耦变压器T1和T2,整流变
压器T3和T4,同相逆并联整流装置C1、C2、C3和C4,双向可控硅旁通支路BP1、BP2、BP3和BP4,
环流电抗器L1、L2、L3和L4,分流电阻R1、R2、R3和R4,串联电阻R5,限制?#25910;?#30005;流电阻器R6,
熔断元件F,隔离开关K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8、K9、K10、K11、K12和K13,短路开关K14,电
流传感器CS,电压传感器VS,被测设备D(包括金属网或外壳),还有同相逆并联整流装置的
控制器。110kV三相交流电压经过自耦变压器T1和T2降压,再经过整流变压器T3和T4移相和
降压,最后通过整流装置C1~C4整流,输出直流。通过同相逆并联整流装置的控制器,控制
每台同相逆并联整流装置触发脉冲,从而控制其输出电压。隔离开关阵列切换不同开断模
式,可以控制系统的输出模式。闭合隔离开关K1、K3、K6、K9、K11,与此同时断开隔离开关K2、
K4、K5、K7、K8、K10,实现4台同相逆并联整流装置串联输出;闭合隔离开关K1、K2、K4、K5、K7、
K8、K10、K11,同时断开隔离开关K3、K6、K9,实现4台同相逆并联整流装置并联输出;闭合隔
离开关K1、K3、K5、K7、K9、K11,同时断开隔离开关K2、K4、K8、K10,实现同相逆并联整流装置
两两串联再并联的2串2并输出模式。通过变换不同的输出模式,可以满足不同的检测范围,
具体检测范围见表1。

表1不同输出模式检测范围表

输出状态
稳态连续输出
脉冲输出
4台并联
0~120kA,500V
0~400kA,350V
2串2并
0~60kA,1kV
0~200kA,700V
4台串联
0~30kA,2kV
0~100kA,1.4kV

对于直流电器设备检测,国家标准化管理委?#34987;?#25552;出了一系?#26800;?#22269;家标准,对产
品检测做了全面细致的规范。如GB14048.1-2006低压开关设备和控制设备,对于低压开关
设备的?#24459;?#35797;验、接通和分断能力实验、短时耐受电流试验等都做了详细说明和规范。本发
明提出的直流电器检测方法是基于相关国家标准建立,完全符合相关国家检测标准的步骤
和流程。下面以直流开关的短?#26041;?#36890;和分断能力试验的检测方法为例对本发明的检测方法
做详细说明。以4台同相逆并联整流装置串联输出模式为例,具体检测流程如图2直流短路
接通和分断能力检测方法流程图所?#23613;?br />

步骤1:根据检测范围,配置隔离开关阵列。本例采用4台同相逆并联整流装置串联
输出,闭合隔离开关K1、K3、K6、K9、K11,与此同时断开隔离开关K2、K4、K5、K7、K8、K10。根据
待测电器设备额定电压值,预先设置控制器输出触发角,得到相应同相逆并联整流装置输
出空载电压值。

步骤2:在进行电器检测之前,首先要进行试验电路整定。闭合K13,断开K14,将待
测电器设备短接。根据检测要求对串联电阻R5进行调整。具体依据1、预期分断电流IA=U0/
R。2、检测要求的时间常数,τ=L/R。R为回路等效电阻,主要是串联电阻R5和变压器漏?#26800;?br />效阻抗。L是回路等效电感,主要是电感L1~L4以及直流侧等效回路电感。

步骤3:接下来就要进行整定试验。如果同时开通同相逆并联整流装置C1~C4,因
为晶闸管延迟导通导致的非同步性,可能会使延迟导通的晶闸管两?#30636;?#29983;过电压,从而损
坏开关管,造成事?#30465;?#25152;以需要先开通一台同相逆并联整流装置,再利用双向可控硅旁通支
路先进行续流,最后依次开通整流器,从而避免了开关管的过电压。首先触发双向可控硅旁
通支路BP2、BP3和BP4,运行同相逆并联整流装置C1。待电流建立之后(如大于100A),封锁双
向可控硅旁通支路BP2、BP3和BP4,运行同相逆并联整流装置C2、C3和C4。

步骤4:达到峰值电流后,进入退出模式,将4台同相逆并联整流装置逆变输出,待
到输出电流降为0,封锁触发信号。然后对整定波形进行分析,主要是使峰值电流等于额定
短路分断电流值,时间常数τ满足检测要求。若?#29615;?#21512;检测要求,需要对串联电阻R5进行调
整,再进行步骤3,整定试验。直至满足检测要求即可。

步骤5:整定试验结束后,进行短?#26041;?#36890;和分断能力试验。断开K13,闭合K14和被测
开关设备。系统启动过程如同步骤3,首先触发双向可控硅旁通支路BP2、BP3和BP4,运行同
相逆并联整流装置C1。待电流建立之后(如大于100A),封锁旁通BP2、BP3、和BP4,运行同相
逆并联整流装置C2、C3和C4。设置的分断电流要小于整定电流峰值,当达到设置分断电流值
时,分断被测开关。此时监测开关电压电流值,正常分断情况下,开关电流下降,电压上升,
会产生一个尖峰电压,直至电流降为0,开关两端电压降为系统输出空载电压。若开关电压
电流出现异常,立即进入?#25910;?#22788;理,封锁同相逆并联整流装置触发信号,同?#22791;?#26049;通触发信
号。

步骤6:?#34892;?#20135;品对接通和分断能力试验次数有规定。完成试验正常退出后,按规
定间隔时间再重复步骤5,完成规定试验次数。试验结束后,检测电器设备状态是否符合相
关产品标准规定。

以上检测方法是基于4台同相逆并联整流装置串联输出设计的。当采用同相逆并
联整流装置4并或2串2并输出时,不存在开关管开通延迟造成的开关管反向电压过高导致
的?#25910;?#38382;题。因此在以上两种输出模式下,就不需要通过旁通支路续流,直接开通所有整流
器即可,进一步简化了检测流程。

在进行短时承受能力、高瞬态电流和?#24459;?#31561;项试验时,检测流程基本和步骤3和4
的整定试验相同,检测方法具有普遍适用性。

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