真空有载分接开关谐波电流切换试验回路

技术领域

本申请涉及大容量试验技术领域，特别是涉及一种真空有载分接开关谐波电流切换试验回路。

背景技术

随着大容量试验技术的发展，出现了变压器有载分接开关切换试验的技术，采用工频电压和工频电流进行试验。

现有关于变压器有载分接开关切换试验的技术主要集中在常规工况下，即在标准要求的工频下进行的试验验证，建立的试验回路也是基于工频条件下，缺少真空有载分接开关谐波电流切换能力验证的试验要求。

发明内容

基于此，有必要提供一种用于真空有载分接开关谐波电流切换能力验证的真空有载分接开关谐波电流切换试验回路。

第一方面，本申请提供了一种真空有载分接开关谐波电流切换试验回路，所述真空有载分接开关谐波电流切换试验回路包括：

基波电源模块，用于输出基波电流；

叠加控制装置，连接基波电源模块，叠加控制装置包括与基波电源模块并联的特征谐波发生器；叠加控制装置用于接收基波电流，并将特征谐波发生器输出的特征谐波与基波电流进行叠加，得到谐波电流；

验证装置，验证装置采用负载与真空灭弧室并联的方式布置；验证装置用于接收谐波电流并控制真空灭弧室的闭合和开断，以获取验证结果；验证结果用于表征谐波电流对真空灭弧室性能的影响。

在其中一个实施例中，试验回路还包括：

谐波处理模块，连接在基波电源模块与叠加控制装置之间，用于对谐波电流中的特征谐波进行抑制。

在其中一个实施例中，谐波处理模块包括：

滤波装置，滤波装置的一端连接基波电源模块，滤波装置的另一端连接叠加控制装置。

在其中一个实施例中，基波电源模块包括依次连接的发电机、开关元件、电抗器和第一电阻；

发电机用于输出基波电流，电抗器用于调节基波电流的大小，第一电阻用于调节基波电流的功率因数。

在其中一个实施例中，开关元件包括：

第一开关元件，第一开关元件的一端连接发电机；

第二开关元件，第二开关元件的一端连接第一开关元件的另一端，第二开关元件的另一端连接电抗器。

在其中一个实施例中，叠加控制装置包括特征谐波发生器与算法控制装置；

特征谐波发生器的一端连接谐波处理模块，特征谐波发生器的另一端连接算法控制装置的一端；

算法控制装置的另一端连接验证装置。

在其中一个实施例中，负载包括第二电阻，验证装置包括第二电阻和真空灭弧室；

真空灭弧室连接叠加控制装置，第二电阻与真空灭弧室并联。

在其中一个实施例中，真空灭弧室闭合时，谐波电流流过真空灭弧室，真空灭弧室开断后，谐波电流将流过第二电阻为开断后的真空灭弧室提供恢复电压。

在其中一个实施例中，第二电阻用于调节谐波电流的功率因数。

在其中一个实施例中，真空灭弧室包括被试有载分接开关真空灭弧室。

上述真空有载分接开关谐波电流切换试验回路，采用基波电源模块与特征谐波发生器并联的形式实现真空有载分接开关谐波电流切换能力验证，并且利用验证装置中负载与真空灭弧室并联，根据回路的不同转换过程满足被试有载分接开关真空灭弧室对谐波电流和恢复电压的要求，功率因数在整个试验周期内满足真空有载分接开关实际运行条件，需要调整谐波电流时仅需改变试验回路的特征谐波、电阻值和电抗值即可，最终可满足真空有载分接开关谐波电流切换能力验证的试验要求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一个实施例中真空有载分接开关谐波电流切换试验回路的结构框图；

图2为另一个实施例中真空有载分接开关谐波电流切换试验回路的结构框图；

图3为一个实施例中基波电源模块在真空有载分接开关谐波电流切换试验回路的结构框图；

图4为一个实施例中基波电源模块在真空有载分接开关谐波电流切换试验回路的电路结构图；

图5为一个实施例中叠加控制装置在真空有载分接开关谐波电流切换试验回路的结构框图；

图6为一个实施例中验证装置在真空有载分接开关谐波电流切换试验回路的电路结构图；

图7为一个实施例中真空有载分接开关谐波电流切换试验回路的电路结构图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

目前，换流变有载分接开关是实现换流变压器电压调压的核心部件，也是尚未实现国产化的关键组部件，对保证电力系统电压稳定性起到重要的作用。

换流变压器相比普通交流变压器的显著区别就是其有载分接开关操作频率高，随着调压次数的增加其故障率也相应增加。换流变有载分接开关切换频繁，约为6000次/年，且零部件多(超过400个)，90ms内完成的一次切换需要全部零部件的精密配合，任意1次零部件的异常就可能导致切换失败、引发级间短路，造成换流变故障。由于换流变有载分接开关超高的制造精度要求和高可靠性要求，目前被部分公司所垄断，是少数尚未实现国产化的关键组部件。

基于换流站的运行工况，换流变有载分接开关经常在多次谐波叠加的复杂工况下动作，谐波的叠加导致转移电流半周波缩短，且过零点陡度di/dt增大，对真空有载分接开关中的真空灭弧室转移电流能力提出极大挑战，同时故障率上升。随着柔性直流技术发展，有载分接开关带谐波电流切换的工况日益凸显，对分接开关可靠性提出更高要求，目前IEC(国际电工委员会)、中国国家标准均建立在常规直流系统的研究基础，并未提出带谐波电流的负载切换试验要求。因此有必要开展换流变真空有载分接开关谐波切换能力的试验验证。

然而，传统方式中变压器验证有载分接开关切换电流能力主要采用工频电压和工频电流进行试验，因此试验回路也是建立在工频试验的条件下，而换流变压器在实际运行中存在含有高次谐波的工况，高次谐波的存在会改变开合电流零点的斜率，所以仅在工频下的试验无法验证在电流斜率增加，恢复电压上升较快的情况下，真空有载分接开关在开断过程中是否存在重燃风险的问题。而且IEC(国际电工委员会)、中国国家标准均建立在常规直流系统的研究基础，并未提出针对换流变真空有载分接开关带谐波电流的负载切换试验试验回路的要求。目前国内除本项目外尚未知有针对真空有载分接开关谐波电流切换试验技术的相关研究以及试验回路建立方面的研究。

具体而言，现有关于变压器有载分接开关切换试验的技术主要集中在常规工况下，即在标准要求的工频下进行的试验验证，建立的试验回路也是基于工频条件下。主要存在以下问题：①暂无关于真空有载分接开关谐波电流切换能力验证的试验要求，从而缺少对谐波电流切换试验等价试验回路的要求。②换流变的运行工况与交流系统变压器运行的工况存在显著差异，相比常规的工频试验验证，含有谐波分量的切换试验更加复杂，合理的试验回路是满足等价性试验验证的基础。

本申请涉及一种真空有载分接开关谐波电流切换试验回路，首次采用基波电源模块(大容量短路冲击发电机)与特征谐波发生器并联的形式实现真空有载分接开关的谐波电流切换试验验证，是特征谐波发生器首次在真空有载分接开关切换试验中的应用，并且利用回路的不同转换过程满足被试有载分接开关真空灭弧室对谐波电流和恢复电压的要求，最终可用此等价的试验回路进行真空有载分接开关谐波电流切换试验的验证。为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种真空有载分接开关谐波电流切换试验回路，该试验回路包括：

基波电源模块110，用于输出基波电流；

叠加控制装置120，连接基波电源模块110，叠加控制装置120包括与基波电源模块110并联的特征谐波发生器；叠加控制装置120用于接收基波电流，并将特征谐波发生器输出的特征谐波与基波电流进行叠加，得到谐波电流；

验证装置130，验证装置130采用负载与真空灭弧室并联的方式布置；验证装置130用于接收谐波电流并控制真空灭弧室的闭合和开断，以获取验证结果；验证结果用于表征谐波电流对真空灭弧室性能的影响。

具体而言，如图1所示，基波电源模块110并联特征谐波发生器，基波电源模块110输出的基波电流与特征谐波发生器输出的特征谐波进行叠加，得到谐波电流，其中，基波电流的大小和功率因数可由基波电源模块110进行调整，特征谐波发生器根据实际需求输出相应的特征谐波；验证装置130接收谐波电流并控制对真空有载分接开关的谐波电流切换能力进行验证。

进一步地，谐波电流切换能力可以指有载分接开关应能在要求的谐波电流下，且电流零点斜率di/dt满足要求的情况下正常的实现切换的能力。真空灭弧室可以指开合元件，其中的高压电气触头在高真空的、气密密封的环境中动作。

在其中一个实施例中，如图2所示，试验回路还包括：

谐波处理模块，连接在基波电源模块与叠加控制装置之间，用于对谐波电流中的特征谐波进行抑制。

具体而言，为了降低叠加的特征谐波对基波电源模块产生的危害，将谐波处理模块加入实验回路，对所施加的特征谐波进行抑制，以对基波电源模块进行保护，保证了基波电源模块的安全。

在其中一个实施例中，谐波处理模块包括：

滤波装置，滤波装置的一端连接基波电源模块，滤波装置的另一端连接叠加控制装置。

在一些示例中，滤波装置可以指可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分的装置，例如无源滤波器和有源滤波器，本申请中以无源LC滤波器为例进行说明。其中，滤波器中包括滤波电路，滤波电路能够对接收的直流电进行滤波，防止杂质干扰信号对驱动信号的产生干扰。具体的，滤波电路包括无源滤波电路和有源滤波电路。无源滤波电路可由无源元件(电阻、电容、电感)组成，其主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等)。有源滤波电路也可由有源元件(双极型管、单极型管、集成运放)组成，其主要形式是有源RC滤波。

在其中一个实施例中，如图3所示，基波电源模块包括依次连接的发电机、开关元件、电抗器和第一电阻；

发电机用于输出基波电流，电抗器用于调节基波电流的大小，第一电阻用于调节基波电流的功率因数。

进一步地，为了满足试验时对电源容量的需求，发电机选用大容量短路冲击发电机。本申请采用大容量短路冲击发电机与特征谐波发生器并联的形式实现真空有载分接开关的谐波电流切换试验验证，是特征谐波发生器首次在真空有载分接开关切换试验中的应用。

在其中一个实施例中，如图4所示，开关元件包括：

第一开关元件CB1，第一开关元件CB1的一端连接发电机；

第二开关元件CB2，第二开关元件CB2的一端连接第一开关元件CB1的另一端，第二开关元件CB2的另一端连接电抗器Lt。

具体地，如图4所示，图中的R1为第一电阻，在一些示例中，电抗器Lt可以指在电路中因为存在电磁感应的效果，所以存在一定的电感性，能够起到阻止电流变化的作用的器件，例如，空心电抗器和铁心电抗器，本申请中以空心电抗器为例进行说明。基波电源模块还包括必要的开关元件：第一开关元件CB1和第二开关元件CB2，以及调节基波电流大小的空心电抗器Lt、调节功率因数的功率因数电阻R1，真空有载分接开关谐波电流切换试验回路充分利用常规试验设备相对造价低，节约成本。

在其中一个实施例中，如图5所示，叠加控制装置包括特征谐波发生器与算法控制装置；

特征谐波发生器的一端连接谐波处理模块，特征谐波发生器的另一端连接算法控制装置的一端；

算法控制装置的另一端连接验证装置。

具体而言，叠加控制装置主要包括特征谐波发生器及算法控制装置，最终实现试验所需的含有特征谐波的谐波电流；与常规标准中规定的工频试验方法相比，试验工况将会更加贴近实际运行，通过控制算法改变实验参数，其中，实验参数包括谐波电流；设置简单，易于调节，使得试验等价性高。

在一些示例中，可以使用升压注入式输出谐波电流，即采用单级H桥输出谐波电流，经过变压器升压后注入高压侧，实现特征谐波与基波电流的叠加。

在其中一个实施例中，如图6所示，负载包括第二电阻R2，验证装置包括第二电阻R2和真空灭弧室T0；

真空灭弧室T0连接叠加控制装置，第二电阻R2与真空灭弧室T0并联。

具体而言，利用回路的不同转换过程满足真空灭弧室T0对谐波电流和恢复电压的要求。

在其中一个实施例中，真空灭弧室闭合时，谐波电流流过真空灭弧室，真空灭弧室开断后，谐波电流将流过第二电阻为开断后的真空灭弧室提供恢复电压。

进一步地，真空灭弧室开断后，试验谐波电流将流过并联的第二电阻为开断后的真空灭弧室提供恢复电压，且满足对功率因数的要求，功率因数在整个试验周期内满足真空有载分接开关实际运行条件，即满足功率因数在0.9～1之间。最终可用此等价的真空有载分接开关谐波电流切换试验回路进行真空有载分接开关谐波电流切换试验的验证。

在其中一个实施例中，第二电阻用于调节谐波电流的功率因数。

具体而言，通过不同环节功率因数电阻的投入，使得真空有载分接开关进行谐波电流切换试验在各个试验阶段满足对功率因数的要求，且真空有载分接开关谐波电流切换试验回路简洁易实现、等价性高；其中，功率因数电阻可以指R1和R2。

在其中一个实施例中，真空灭弧室包括被试有载分接开关真空灭弧室。

具体地，有载分接开关真空灭弧室可以指触头通断负载与环流的电弧发生在真空灭弧室中的有载分接开关，且自身放置在绝缘油中，绝缘油起到润滑的作用。从而，基于换流变运行的实际运行工况，本申请提出了一种真空有载分接开关谐波电流切换试验回路，可实现基波电流叠加多次特征谐波电流以满足谐波电流切换试验的等价性要求，且真空有载分接开关谐波电流切换试验回路充分利用常规试验设备相对造价低，节约成本，满足真空有载分接开关谐波电流切换能力验证的试验要求。

进一步地，结合一个具体示例来对真空有载分接开关谐波电流切换试验回路的原理进行解释，如图7所示：

本申请的真空有载分接开关谐波电流切换试验回路主要分为4个部分：

基波电源部分：为了满足试验时对电源容量的需求，基波电源选用大容量短路冲击发电机，还包括基波电源回路所需的必要开关设备CB1、CB2以及调节基波电流大小的空心电抗器Lt、调节功率因数的功率因数电阻R1。

谐波治理部分：为了降低施加的特征谐波对基波电源设备产生的危害，选用无源LC滤波器对试验所施加的特征谐波进行抑制，以对基波电源设备进行保护。

基波与特征谐波叠加部分：本部分主要包括特征谐波发生器、基波与特征谐波叠加控制装置及计算方法，最终实现试验所需的含有谐波分量的谐波电流。

试品布置部分：采用电阻R2与被试有载分接开关单一真空灭弧室并联的方式布置，真空灭弧室闭合时，谐波电流流过被试有载分接开关真空灭弧室，真空灭弧室开断后，谐波电流将流过并联电阻为开断后的真空灭弧室提供恢复电压，且满足对功率因数的要求。

以上，本申请提供的采用短路冲击发电机作为基波电源，并联谐波发生器，经过基波电流与特征谐波的叠加实现运行工况的等价试验条件。真空有载分接开关谐波电流切换试验回路简洁易实现、等价性高，充分利用现有常规设备总体造价低，节约成本，可实现对不同参数国产化真空有载分接开关谐波电流切换能力的验证及技术研究；此外，本申请提供的一种用于真空有载分接开关谐波电流切换能力验证的真空有载分接开关谐波电流切换试验回路，也可通过调节控制算法和设备布置开展其他相关的与谐波电流和电压相关的试验。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。