【《双级智能磁控谐振变压器试验装置案例分析综述》4400字】

双级智能磁控谐振变压器试验装置案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u12066双级智能磁控谐振变压器试验装置案例分析 1102471.1双级智能磁控谐振变压器的基本原理 15911图3-1双级试验变压器方案一和方案二接线示意图 29499图3-2双级智能磁控谐振变压器试验装置结构图 328714图3-3双级智能磁控谐振变压器等效电路图 3234531.2双级磁控变压器的短路电抗计算 528559图3-4三绕组试验变压器的短路试验示意图 615430图3-5双级智能磁控谐振变压器等效回路 6230851.3双级磁控变压器的等效电路 7233611.1.1空载时的等效电路 7212111.1.2带负载时的等效电路 866541.4双级智能磁控谐振变压器试验装置的仿真 980481.4.1仿真模型分析 942141.4.2空载仿真分析 11172781.4.3带负载仿真分析 13随着社会的进步，特高压输电技术迅猛发展，生产生活中所需的电压等级提高，但若对单极的磁控谐振变压器试验装置提出过高的电压要求，绝缘成本也会随着电压的升高而剧增，因此为了即满足生产的需要，又尽量降低生产成本，可以考虑将磁控变压器进行串联，从而得到的总输出电压就为串联变压器的输出电压的叠加，使整个试验装置的总造价、体积及重量减少，就可以实现既降低成本便于运输又实现较高电压等级的要求。1.1双级智能磁控谐振变压器的基本原理本文研究了两种双级智能磁控谐振变压器试验方案，方案一为只有第一级变压器采用智能磁控谐振变压器，第二级变压器则采用普通变压器，该方案的变压器串接方式示意图如图3-1(a)所示，在第一级磁控谐振变压器的原有基础上再增添一个绕组，通过这个绕组去为第二级变压器提供功率。该试验方案只有第一级磁控变压器可以通过控制直流励磁电流来调节励磁电抗，第二级普通变压器不可调，所以方案一的缺点是励磁电抗可调节范围小，但优点是接线更简单，装置的体积和重量会更小。方案二为两级变压器都采用智能磁控谐振变压器，该方案的接线示意图如图3-2(b)所示，第一级磁控变压器新增的三次绕组与第二级磁控变压器的一次绕组并联，为第二级变压器提供功率，第一级的二次绕组与第二级磁控变压器的二次绕组串联，从而实现高压输出电压的叠加，整个双级磁控变压器试验装置的输出电压近似于各级变压器输出电压之和。由于第二级变压器也为磁控谐振变压器，所以第二级变压器的励磁电抗也可调，当第二级变压器的补偿增加时，第一级与第二级变压器的励磁电流将大幅减小，因此第一级对第二级的励磁容量也会变得很小，也就减小了第一级磁控变压器的容量。经过综合比较，本文选择方案二进行双级试验，由两台350kV的磁控变压器串联形成一台700kV的双级磁控变压器。图3-1双级试验变压器方案一和方案二接线示意图双级智能磁控谐振变压器试验装置的结构示意图如图3-2所示，此时直流励磁回路采用自励方式，即通过控制光控晶闸管的脉冲触发信号来改变晶闸管的导通角实现励磁电流的控制，进而实现励磁电抗的调节。图3-2双级智能磁控谐振变压器试验装置结构图双级智能磁控谐振变压器的等效电路图如图3-3所示：图3-3双级智能磁控谐振变压器等效电路图由变压器的磁动势平衡可得到等式：(1.1)其中是低压侧绕组匝数，是高压侧绕组匝数，是第三绕组匝数。按照图3-3中所规定的正方向，由基尔霍夫第二定律，列出各级变压器一次侧和二次侧各个回路的电压方程式：(1.2)其中、、、、分别是各绕组上的感应电动势，、分别为两级变压器各自的励磁电流。两级变压器各绕组上的电压存在变比关系：，，。根据设计，本文使第二级磁控谐振变压器的一次绕组与第一级磁控谐振变压器的三次绕组保持相同匝数，从而保证加到第二级磁控变压器上的输入电压与第一级磁控变压器相同，所以电压变比K=1，所以根据等效电路图3-3可求得电源侧的输入阻抗为(1.3)式中X2，X3的值由如下等式构成：(1.4)XL1和XL2分别是两级磁控谐振变压器的低压侧电抗，XH1和XH2分别是两级磁控谐振变压器的高压侧电抗，XK1是第一级磁控谐振变压器的三次绕组，XM是等效励磁电抗，ZC是分压电容及试品电容的并联值。所以当双级磁控谐振变压器试验装置的等效励磁电抗与等效电容达到并联谐振条件时，可得等式：(1.5)由式1.5可推算出励磁电抗XM的调节范围，进而可以推出该双级智能磁控谐振变压器装置做耐压绝缘试验时的容性高压设备范围。若之后需要进一步设计更多级的串级磁控变压器系统，同样可以利用相同类型的N级串级磁控变压器等效电路及计算方法来得到相应的并联谐振条件，从而得到励磁电抗XM的调节范围。1.2双级磁控变压器的短路电抗计算因为进行耐压绝缘试验的装置大多数为呈容性，故高压试验系统的输出侧一般接容性负载，所以会出现双级试验装置中各级变压器的短路电抗上流过电容性电流时，双级试验装置的高压侧输出电压大于试验变压器的额定输出电压的现象。同时若变压器的短路电抗过大，试验装置的短路容量就会随之急剧下降，这会对绝缘子污闪电压和湿闪电压的测试结果造成较大影响。因此结合以上所述，可以得出结论：变压器的短路电抗不能特别大。通常来说当单极变压器输出侧发生短路时，一次测电流达到额定值所对应的阻抗电压应在10%～15%的范围内。以本文研究的双级磁控谐振变压器试验装置为例，分析推导串级磁控变压器试验装置的等效短路电抗以及各级磁控变压短路电抗之间的关系。由前一章对双级磁控变压器的工作原理分析可知，第一级变压器总共具有三个绕组，分别为一次侧绕组、二次侧绕组及给下一级变压器提供输入功率的三次绕组，第二级变压器则仅有一次侧绕组及二次测绕组。分别用符号L代表一次侧，H代表二次测，K代表三次绕组励磁侧。为了得到各级磁控变压器的短路电抗值，利用图3-4所示的三绕组试验变压器短路试验测量法，通过该短路试验方案，可以得到各侧短路阻抗值，又因为电阻值相对于电抗值较小，所以可以忽略不计，故此时所得到的短路阻抗即为短路电抗。由图3-4(a)的接线方式可得，由图3-4(b)的接线方式可得，由图3-4(c)的接线方式可得。根据上述的数学表达式中各量的符号可知，所求的短路电抗都是折算到二次测的，经过整理可得：(1.6)图3-4三绕组试验变压器的短路试验示意图双级智能磁控谐振变压器等效回路如图3-5所示，若忽略励磁电流，则各级变压器都可看作理想变压器与各绕组侧短路电抗的叠加。图中各参数都为折算到变压器二次测的折算参数。图3-5双级智能磁控谐振变压器等效回路将图3-5进一步化简，得到如图3-6所示的等效电路图。图3-6双级变压器简化后的等效电路图其中为该双级变压器的等效短路电抗。因为电路图等效前后该双级变压器上的短路电抗消耗的无功功率是不变的，所以可以根据等效前后的两个电路图列写出双级变压器的短路电抗无功损耗方程：(1.7)式中，，，，其中，，分别为L1，L2，K1绕组上的电流向二次测折算后的值。将以上的关系式代回式(1.7)。化简后就可得到双级磁控变压器折算到二次侧后的等效短路电抗大小为：(1.8)联立式(1.6)及式(1.8)，可推出：(1.9)若两级串联的磁控变压器参数与结构完全相同，则有，，。结合式(1.8)可得折算到高压侧的等效短路电抗为：(1.10)可见双级磁控变压器的等效短路电抗值比大众惯性认知的要大很多。若想计算更多级的串联磁控变压器折算到高压侧后的等效短路电抗值，可用同样的推导方法。结合式(1.9)，得到n级串联变压器的等效短路电抗计算公式：(1.11)由此可看出，级联变压器的级联级数越多，则等效短路电抗增大得越快，所以级联级数不宜过多。1.3双级磁控变压器的等效电路1.1.1空载时的等效电路空载时高压输出侧开路，则第一级与第二级变压器的高压侧折算到低压侧的阻抗都为无穷大，都视为开路，此时只有低压绕组和三次绕组中有电流流过，故可得到双级磁控变压器的空载等效电路图如图3-7所示：图3-7双级智能磁控谐振变压器空载等效电路图由电路图可列出电路方程及磁动势方程：(1.12)可推出空载时双级磁控变压器试验装置的输入阻抗为：(1.13)分析式(1.13)的结构可推断在空载状态时，双级磁控变压器的励磁阻抗相当于并联状态。1.1.2带负载时的等效电路带负载时，试验装置正常运行，各级磁控变压器各侧绕组均有电流通过，将励磁阻抗折算到二次测时，可以得到等效电路图如图3-8所示：图3-8双级智能磁控谐振变压器带负载等效电路图此时输入阻抗为：(1.13)此时，从双级磁控变压器的高压侧看进去，两台变压器的励磁电抗相当于串联，去与试品电容发生并联谐振。1.4双级智能磁控谐振变压器试验装置的仿真本节搭建的仿真采用了1.1节中的方案二接线方式，由两台智能磁控变压器进行串接，每台磁控变压器的额定输出电压为350kV，因此该双级试验系统的额定输出电压为700kV。运用仿真模型分别进行了空载试验及带负载试验，从而通过仿真结果来对双级智能磁控谐振变压器试验装置的可行性进行分析。1.4.1仿真模型分析双级智能磁控谐振变压器试验装置的仿真模型如图3-9所示，双级均采用磁控变压器，第一级磁控变压器为第二级磁控变压器的输入侧充当交流电源，两级磁控变压器的高压输出端口串接，共同为试品电容提供试验电压。图3-9双级智能磁控谐振变压器试验装置仿真模型双级智能磁控谐振变压器的主要参数如下表3-1所示：表3-1智双级能磁控谐振变压器主要参数参数值第一级变压器/第二级变压器额定容量350kVA/350kVA第一级变压器/第二级变压器额定电压350kV/350kV铁心磁化曲线[0,0;0.01,1.0;1.01,2.0]图3-10为双级磁控变压器试验装置中第一级磁控谐振变压器的子模型，与单极的磁控谐振变压器相似，采用两台饱和多绕组变压器来等效代替变压器的两铁心，直流励磁绕组采用交叉连接的方式，不同的是多出了一组三次绕组去给下一级磁控变压器提供输入电压。图3-10第一级磁控变压器内部电路仿真模型图3-11第一级磁控变压器仿真模型参数设置第二级磁控变压器的内部电路与2.3节中搭建的单极智能磁控谐振变压器完全一致，在这不予重复展示。1.4.2空载仿真分析进行双级磁控变压器空载仿真试验时，保持交流电源输入侧电压大小为380V不变，两级磁控变压器的直流励磁电源电压大小设置为30V。将高压输出侧连接的负载设置为一极大的电阻，电阻值设为45000MΩ，使输出侧相当于开路，可得输入电压电流的波形及有效值如图3-12所示：图3-12双级智能磁控谐振变压器空载试验输入电压、电流两级变压器的直流励磁电流波形相同，都如图3-13所示，结合图3-12可看出，两级磁控变压器的铁心均在3秒左右达到饱和，励磁电流呈线性增大，输入电流保持不变。图3-13直流励磁电流双级磁控变压器的高压输出侧电压、电流波形及有效值如图3-14所示，电流值有效值为15μs，电流值极小，故可判定输出回路达到开路状态，此时输出电压有效值为700kV，此时电压变比为380V：700kV，达到设计要求，且波形无畸变。图3-14双级磁控变压器空载试验高压输出侧电压、电流1.4.3带负载仿真分析经计算，双级磁控变压器试验装置高压侧输出电压达700kV时，若要使输出电流为1A，则所加试品电容值为4550pF，故用4500pF的电容进行仿真试验。设置交流电源侧的电压有效值在0-0.5秒时为19V，在0.5-1.5秒时逐渐线性上升至380V，后保持380V大小不变，同时在直流励磁绕组加入30V的直流励磁电压，可得到相应的