一种用于电缆附件或母排的测试系统的制作方法

1.本公开涉及配电技术领域，更具体地，涉及用于电缆附件或母排的测试系统。


背景技术：

2.电缆附件和母排在配电网中有着广泛的应用。电缆附件包括诸如铜接头等可能在电缆中使用的导电部件。母排例如可以被用于美式箱式变电站、欧式箱式变电站和10kv电缆分支箱的主回路。
3.电缆附件和母排在使用中可能发生短路故障。当电缆附件和母排的负载回路发生短路时，将会有相比于正常电流达十几倍或者几十倍的短路电流流过电缆附件或母排。短路电流产生的发热和电动力可能造成电缆附件或母排损坏。因此，为了验证电缆附件和母排在承载短路电流时是否会产生影响使用的过度损坏，可以通过测试或试验来进行检测。然而，电缆附件或母排的短路电流较大(例如可能达到正常电流的几十倍)，并且其试验容量可能到几万千伏安，同时试验时间为秒级。因此，普通试验环境难以实现，通常无法达到要求的电流或容量，这导致测试结果不一定准确反映电缆附件和母排在故障情况下的损坏程度，并且运行时产生大电流会影响为其供电的电网的安全性或稳定性。此外，成本高昂的现有测试系统在针对不同的电缆附件和母排进行测试或试验时具有有限的适用范围，因此实际上其成本效益低下。


技术实现要素：

4.为了至少部分解决上述以及其他可能存在的问题，本公开的实施例提供了用于电缆附件或母排的测试系统，能够有效改善电缆附件和母排的短路测试效果并且能够适用于更大范围的不同电缆附件和母排。
5.根据本公开的一方面，提供了一种用于电缆附件或母排的测试系统，该测试系统包括：第一变压器，包括高压侧和低压侧，电缆附件或母排被耦合在第一变压器的低压侧与接地之间；以及储能电源，被耦合在供电电源与第一变压器的高压侧之间，储能电源被配置为在第一时间长度内从供电电源接收具有第一容量的输入，并且在少于第一时间长度的第二时间长度内提供具有第二容量的输出，第二容量大于第一容量，储能电源包括功率模组，功率模组包括多个相电路，每个相电路包括多个功率单元，每个功率单元包括彼此耦合的储能电容和逆变器，储能电容被配置为存储来自供电电源的电能，逆变器被配置为输出所存储的电能，多个功率单元中的各个逆变器在输出端处依次串联连接，并且储能电源还包括切换装置，切换装置被配置为将多个相电路中的至少两个相电路进行串联和/或并联，以使储能电源与电缆附件或母排的相数和容量相匹配。
6.在本公开的某些实施例中，储能电源还包括第二变压器，第二变压器被配置为从供电电源向功率模组提供升压后的交流功率。
7.在本公开的某些实施例中，多个功率单元中的每个功率单元还包括整流器，整流器被配置为将来自供电电源的交流功率转换为直流功率以提供给对应的储能电容。
8.在本公开的某些实施例中，第一容量小于100千伏安，并且第二容量达到数万千伏安。
9.在本公开的某些实施例中，第一变压器针对电缆附件提供的电压为10伏，以及第一变压器针对母排提供的电压为数十伏。
10.在本公开的某些实施例中，储能电源被配置为接收来自供电电源的380伏的交流电压，并且向第一变压器输出10千伏的交流电压。
11.在本公开的某些实施例中，测试系统还包括：测量装置，被设置在第一变压器与电缆附件或母排之间的线路上，测量装置被配置为检测电压、电流和功率中的至少一种。
12.在本公开的某些实施例中，测试系统还包括：隔离开关，耦合在储能电源与第一变压器之间。
13.在本公开的某些实施例中，测试系统用于实现电缆附件的短路热稳定试验和短路动稳定试验，或者用于实现母排的短时热稳定电流试验和额定动稳定电流试验。
14.提供实用新型内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。实用新型内容部分无意标识本公开的关键特征或主要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
15.通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
16.图1示出了根据本公开的实施例的用于电缆附件或母排的测试系统100。
17.图2示出了根据本公开的实施例的测试系统100的储能电源110的示例性电路框图。
18.图3示出了储能电源110中的功率模组113和切换装置114的详细电路图。
19.图4示出了功率模组113中的每个功率单元的详细电路图。
具体实施方式
20.下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。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选替技术方案。
21.在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
22.本公开的实施例提供了用于电缆附件和母排的改进测试系统。通过实现低容量输入和短时大容量输出的储能电源，可以在不影响供电电源或供电电网的情况下获得高达上万千伏安的试验容量，并且该测试系统的储能电源还能够根据待测试的电缆附件或母排进
行相应调整，以使测试系统与待测试的电缆附件或母排的相数和容量相匹配。由此，本公开的测试系统能够真实再现负载短路状态，从而可靠验证待测试的电缆附件或母排在承载短路电流时的损坏程度，并且该测试系统可以用于例如不同容量和相数的电缆附件或母排的试验，从而相比于现有测试系统现有具有更大的应用范围。
23.图1示出了根据本公开的实施例的用于电缆附件或母排的测试系统100。测试系统100以三相系统示出，但是可以理解的是，图1所示的测试系统100仅仅是示例性的，并且测试系统100也可以根据测试对象的不同而是任何相数的系统。
24.根据本公开的实施例，测试系统100可以包括第一变压器130，第一变压器130包括高压侧和低压侧，电缆附件或母排170被耦合在第一变压器130的低压侧与接地之间。具体而言，第一变压器100可以为降压变压器，从而将输入的高电压变换为低电压，并将输入的低电流变换为接近于短路电流的高电流，以提供给待测试的电缆附件或母排170。在本公开的某些实施例中，第一变压器130针对电缆附件提供的电压为10伏，并且针对母排提供的电压为数十伏。由此，测试系统100可以向电缆附件和母排提供接近于真实短路状况的电压。
25.根据本公开的实施例，测试系统100可以包括储能电源110，该储能电源110可以被耦合在供电电源与第一变压器130的高压侧之间，储能电源110被配置为在第一时间长度内从供电电源接收具有第一容量的输入，并且在少于第一时间长度的第二时间长度内提供具有第二容量的输出，第二容量大于第一容量。具体地，在对电缆附件和母排进行短路测试时，虽然短路电流或者试验所需容量很大，但是处于大电流和大容量状态的持续时间(即试验或测试持续时间)往往较短。因此，储能电源110可以从供电电源(例如配电网)获得较低容量的输入，并且经过一定时间的储能后，在所需的较短时间(例如以秒为量级的时间)内以大容量输出，由此可以在待测试的电缆附件和母排上获得期望的试验容量和电流。
26.在本公开的某些实施例中，第一容量小于100千伏安，第二容量达到数万千伏安。例如，储能电源110可以耦合到低于100千伏安输入的配电网，并且经过较长时间的储能过程，然后在短时间(例如以秒为量级的时间)内以高达数万千伏安的容量输出，从而满足一般的电缆附件和母排的短路测试需求。
27.图2示出了根据本公开的实施例的测试系统100的储能电源110的示例性电路框图。图3示出了储能电源110中的功率模组113和切换装置114的详细电路图。图4示出了功率模组113中的每个功率单元的详细电路图。以下将结合图2、图3和图4描述储能电源110。
28.根据本公开的实施例，储能电源110可以包括功率模组113，功率模组113可以包括多个相电路，每个相电路包括多个功率单元，每个功率单元包括彼此耦合的储能电容1132和逆变器1133，储能电容1132被配置为存储来自供电电源的电能，逆变器1133被配置为输出所存储的电能，多个功率单元中的各个逆变器1133在输出端处依次串联连接。
29.作为示例，功率模组113可以包括功率单元的阵列。参见图4，每个功率单元可以包括实现储能功能的储能电容1132，储能电容1132可以在测试开始前(或测试期间)存储来自供电电源(例如具有较低容量输出的配电网)的足够电能，并且在测试期间(即短时间内)以较大的容量通过逆变器1133输出。逆变器1133可以将直流形式的存储电能转换为交流形式的电能，以便提供到待测试的电缆附件和母排。逆变器1133可以是由半导体开关器件构成的桥式电路，该半导体开关器件可以包括绝缘栅双极晶体管(igbt)、结栅场效应晶体管(jfet)、双极结晶体管(bjt)、金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)、硅mosfet、栅关断
晶闸管(gto)、mos控制晶闸管(mct)、集成栅换流晶闸管(igct)、碳化硅(sic)开关器件或氮化镓(gan)开关器件。作为示例，当半导体开关器件的控制极被施加spwm(正弦脉冲宽度调制)脉冲信号时，逆变器1133的输出端可以得到单相正弦波脉宽调制输出电压，并且改变spwm信号的基波频率可以实现诸如0.01hz到300hz的输出频率，由此可以根据需求而得到不同的输出电压和输出频率。
30.参见图3，在每个相电路中，多个功率单元的各个逆变器在输出端处依次串联连接，由此多个功率单元形成了级联结构。这种布置的好处在于，当每个功率单元输入电压为v1伏并且n个功率单元被形成为级联结构后，可以在首个功率单元首端与最后一个功率单元的尾端之间得到n
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v1伏高压输出，由此，通过选择功率单元的数目，可以组成满足不同电压需求的功率模组113。
31.根据本公开的实施例，储能电源110可以包括切换装置114，切换装置114被配置为将多个相电路中的至少两个相电路进行串联和/或并联，以使储能电源110与电缆附件或母排170的相数和容量相匹配。作为示例，如图3所示，切换装置114可以设置在的功率模组113的输出的两端，由此功率模组113的每个相电路的上输出端和下输出端可以连接到切换装置114，切换装置114可以对多个相电路的串联和并联进行任意的组合。例如，当测试对象是单相设备时，可以将多个相电路并联在一起，以获得更大的输出电流，或者可以将多个相电路串联在一起，以获得更大的输出电压。例如，根据测试需求，还可以将多个相支路中的部分相电路进行串联和并联。切换装置114可以由接触器实现。可以理解的是，切换装置114也可以由其他合适的电气开关实现。通过提供切换装置114，能够更加灵活地配置储能电源110的功率模组113，从而使得包括储能电源110的测试系统100能够具有更大的适用范围和灵活性。
32.在本公开的某些实施例中，储能电源110包括第二变压器112，第二变压器112被配置为从供电电源向功率模组113提供升压后的交流功率。作为示例，第二变压器112可以是升压变压器，从而将来自配电网的较低电压输入转换为较高的电压输出。此外，储能电源110还可以包括输入开关111和输出开关115，其中输入开关111被用于控制储能电源110与供电电源的连接，并且输出开关115被用于控制储能电源110与测试系统100的后方设备(例如第一变压器130)的连接。
33.在本公开的某些实施例中，多个功率单元中的每个功率单元还包括整流器1131，整流器1131被配置为将来自供电电源的交流功率转换为直流功率以提供给对应的储能电容1132。具体地，储能电容1132通常耦合到直流母线，并且接收直流功率输入，而诸如电网的供电电源通常输出交流功率。整流器1131可以将来自交流电源的交流功率整流为直流功率，并且提供给储能电容1132。可以理解的是，根据需要，也可以不提供任何整流器，而直接将适当的直流供电电源耦合到储能电容1132。
34.在本公开的某些实施例中，储能电源110可以被配置为接收来自供电电源的380伏的交流电压，并且向第一变压器130输出10千伏的交流电压。
35.在本公开的某些实施例中，测试系统100还可以包括测量装置，测量装置被设置在第一变压器130与电缆附件或母排170的输入侧之间的线路上，测量装置被配置为检测电压、电流和功率中的至少一种。作为示例，测试装置可以包括电压测量设备140、电流测量设备150以及分析仪160。例如，电压测量设备140可以是分压器，该分压器可以包括上电阻器
rha、rhb和rhc以及下电阻器rla、rlb和rlc；电流测量设备150可以包括罗氏线圈；以及分析仪160可以包括波形记录仪。电压测量设备140和电流测量设备150可以将电压和电流测量结果发送给分析仪160，以记录和分析试验参数是否满足测试或试验的要求。
36.在本公开的某些实施例中，测试系统100还可以包括隔离开关120，隔离开关120被耦合在储能电源110与第一变压器130之间。具体地，隔离开关120可以用于控制是否将储能电源110耦合到待测试的电缆附件或母排170，以便有效控制测试的开始和结束。
37.在本公开的某些实施例中，测试系统100用于实现电缆附件的短路热稳定试验和短路动稳定试验，或者用于实现母排的短时热稳定电流试验和额定动稳定电流试验。测试系统100可以在不影响供电电网的情况下，获得热稳定试验和动稳定试验所需要的大容量输出和高电流并且获取可靠的测试分析结果。
38.在在本公开的实施例中，通过在测试系统中提供能够灵活配置的储能电源，可以在低容量输入的情况下获得接近真实故障状况的高容量输出，并且能够与不同容量和相数的电缆附件和母排相匹配，这扩大了测试系统的应用范围并且改善了测试分析的有效性。
39.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。