專利名稱：用于特高壓互感器或變壓器局部放電試驗(yàn)的變頻諧振電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型主要涉及到高壓試驗(yàn)裝置領(lǐng)域，特指一種用于特高壓互感器或變壓器局部放 電試驗(yàn)的變頻諧振電源。
背景技術(shù)：
對(duì)于超高壓互感器(電流互感器、電容式電壓互感器)和超高壓變壓器的局放試驗(yàn)，目 前普遍采用中頻發(fā)電機(jī)組給高壓試驗(yàn)變壓器和互感器勵(lì)磁。中頻發(fā)電機(jī)組是一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的、頻 率不可調(diào)的電源裝置，裝置的啟動(dòng)電流很大，配套裝置多且笨重。設(shè)備運(yùn)輸、操作不方便。 現(xiàn)有的諧振局放耐壓裝置主要以Haefely公司生產(chǎn)的試驗(yàn)裝置為代表，其原理大多是利用調(diào) 節(jié)諧振電抗器內(nèi)部的鐵芯間隙距離，改變電感參數(shù)與被試品的電容實(shí)現(xiàn)串聯(lián)諧振，產(chǎn)生高壓 輸出。該裝置重量龐大，維護(hù)困難，只適合試驗(yàn)大廳使用，不適合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。
隨著我國(guó)有關(guān)特高壓輸電技術(shù)的研究取得突破性進(jìn)展， 一系列的特高壓交流試驗(yàn)示范工 程及變電站正在興建，在設(shè)備的生產(chǎn)過程中和工程交接驗(yàn)收時(shí)對(duì)這些高壓電氣設(shè)備進(jìn)行交流 耐壓試驗(yàn)或局部放電試驗(yàn)就提出了更高更嚴(yán)的要求。對(duì)于特高壓1000kV互感器和變壓器進(jìn) 行現(xiàn)場(chǎng)局部放電試驗(yàn)，特別需要解決試驗(yàn)電源容量大、傳統(tǒng)的調(diào)感調(diào)容試驗(yàn)設(shè)備笨重、運(yùn)輸 不便的問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的問題就在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、成本低廉、適用范圍廣、能夠進(jìn)行1000kV及以下電壓等級(jí)的變壓器或互感 器的局部放電試驗(yàn)、交流耐壓試驗(yàn)的用于特高壓互感器或變壓器局部放電試驗(yàn)的變頻諧振電源。
為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提出的解決方案為 一種用于特高壓互感器或變壓器 局部放電試驗(yàn)的變頻諧振電源，其特征在于它包括主控制單元、信號(hào)源、前級(jí)功率放大單 元、后級(jí)功率放大單元、保護(hù)裝置、推動(dòng)變壓器以及測(cè)量高壓表，所述信號(hào)源用來提供可調(diào)
頻的純凈正弦波，主控制單元將其合成輸出后依次經(jīng)前級(jí)功率放大單元、推動(dòng)變壓器、后級(jí) 功率放大單元輸送給用來進(jìn)行特高壓互感器和變壓器局部放電試驗(yàn)的串聯(lián)諧振電路，測(cè)量高
壓表和保護(hù)裝置通過光纖測(cè)量系統(tǒng)與主控制單元的反饋端相連。
所述后級(jí)功率放大單元的輸出端設(shè)有RC濾波單元，所述RC濾波單元包括并聯(lián)于后級(jí) 功率放大單元輸出端兩級(jí)間的第三電容C3以及分別與后級(jí)功率放大單元輸出端兩級(jí)相連的 第一電容Q和第二電容C2，第一電容d和第二電容C2分別與第一電阻R！和第二電阻R2串聯(lián)。
所述光纖測(cè)量系統(tǒng)為光端機(jī)，光端機(jī)包括光端機(jī)發(fā)射端和光端機(jī)接收端。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)就在于
1、 對(duì)于特高壓1000KV變壓器或互感器試驗(yàn)，所需試驗(yàn)容量在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)很難滿足，采用 該裝置通過改變?cè)囼?yàn)回路的試驗(yàn)頻率，進(jìn)行有效補(bǔ)償，即進(jìn)行靜止變頻、調(diào)頻補(bǔ)償?shù)姆绞剑?br> 2、 在實(shí)際1000KV單相變壓器進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，在950KV試驗(yàn)電壓下，變頻柜輸出電壓340V， 輸出電流760A，試驗(yàn)頻率149HZ，補(bǔ)償電感器共用6臺(tái)，若用中頻發(fā)電機(jī)電源裝置，啟動(dòng) 電流非常大，無功補(bǔ)償，完全依靠改變電感量的方式，整體比較重，補(bǔ)償電感多.
3、 無局放變頻諧振電源具有體積小、重量輕、低躁聲，非常適合于現(xiàn)場(chǎng)使用，變頻諧振 電源本身輸出的波形畸變小，接線方便，操作簡(jiǎn)單。
4、 無局放變頻諧振電源產(chǎn)生的信號(hào)是頻率可調(diào)、無諧波、標(biāo)準(zhǔn)波形的正弦波，控制系統(tǒng) 采用全數(shù)字化，調(diào)頻精度達(dá)到0.1HZ，并具有過流、過壓和閃絡(luò)保護(hù)。


圖1是本實(shí)用新型的框架結(jié)構(gòu)示意圖2是本實(shí)用新型中主控制單元的框架原理示意圖3是幅值、頻率調(diào)節(jié)智能控制示意圖4是本實(shí)用新型中光纖信號(hào)無失真?zhèn)鬏敿夹g(shù)及其實(shí)現(xiàn)的示意圖； 圖5是前級(jí)、后級(jí)功率放大單元的框架原理示意圖； 圖6是橋臂T,三極管并聯(lián)電路的示意圖； 圖7是本實(shí)用新型中RC濾波單元的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖8是本實(shí)用新型應(yīng)用于特高壓變壓器局部放電試驗(yàn)時(shí)的示意圖； 圖9是本實(shí)用新型應(yīng)用于特高壓互感器局部放電試驗(yàn)時(shí)的示意圖。
具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本實(shí)用新型的變頻電源可在實(shí)驗(yàn)室或變電現(xiàn)場(chǎng)對(duì)特高壓變壓器或互感器進(jìn)行局部放電試
驗(yàn)，能進(jìn)行1000kV及以下電壓等級(jí)的變壓器或互感器的局部放電試驗(yàn)、交流耐壓試驗(yàn)。
如圖1所示，本實(shí)用新型用于特高壓互感器或變壓器局部放電試驗(yàn)的變頻諧振電源，它
包括主控制單元l、信號(hào)源2、前級(jí)功率放大單元3、后級(jí)功率放大單元4、保護(hù)裝置5、推 動(dòng)變壓器8以及測(cè)量高壓表7，所述信號(hào)源2用來提供可調(diào)頻的純凈正弦波，主控制單元1 將其合成輸出后依次經(jīng)前級(jí)功率放大單元3、推動(dòng)變壓器8、后級(jí)功率放大單元4輸送給用來 進(jìn)行特高壓互感器和變壓器局部放電試驗(yàn)的串聯(lián)諧振電路6，測(cè)量高壓表7和保護(hù)裝置5通過光纖測(cè)量系統(tǒng)9與主控制單元1的反饋端相連。本實(shí)用新型的基本思路是通過信號(hào)源2 (即基于DSP的智能型純凈正弦波發(fā)生器)產(chǎn)生無畸變的可調(diào)頻正弦信號(hào)，經(jīng)由前級(jí)功率放
大單元3、推動(dòng)變壓器8、后級(jí)功率放大單元4，放大后的信號(hào)通過高壓產(chǎn)生電路獲得大小可 調(diào)頻率可變的測(cè)試高壓，檢測(cè)反饋電路可將相關(guān)檢測(cè)量作為反饋經(jīng)光纖測(cè)量系統(tǒng)高速傳輸?shù)?主控制單元1，從而實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)裝置的智能化控制和調(diào)節(jié)。在硬件設(shè)計(jì)方面，主要強(qiáng)調(diào)高可靠 性、高精度控制和實(shí)時(shí)響應(yīng)。主電路經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)和可靠測(cè)試試驗(yàn)，保證裝備的安全運(yùn)行。 采用高性能的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)為核心，采用高可靠性的電子元器件，保證各裝備的 可靠運(yùn)行。在軟件設(shè)計(jì)方面，主要強(qiáng)調(diào)可靠性、低復(fù)雜度、高效率、模塊化，提供友好的人 機(jī)界面，系統(tǒng)擴(kuò)展性好，具備高速準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集、通信能力。軟件主要功能包括數(shù)據(jù)采集 及分析算法、裝備控制算法、與智能終端之間的數(shù)據(jù)通信、人機(jī)交互、系統(tǒng)設(shè)置及數(shù)據(jù)查詢、 統(tǒng)計(jì)、分析等。
如圖2所示，主控制單元1主要包括以下九個(gè)部分。1)系統(tǒng)電源，輸入為正負(fù)12V電 源，DSP工作電源為3.3V， AD轉(zhuǎn)換參考電壓正負(fù)5V，信號(hào)發(fā)生器工作電壓為5V，液晶部 分為5V，液晶部分工作電流最大為650mA，正弦波信號(hào)發(fā)生芯片工作電流為50mA。輸出信 號(hào)為IOV(峰值)IW信號(hào)，電流150mA; AD轉(zhuǎn)換部分作參考電壓不需要很大電流，正負(fù)5V 通過7805、 7905獲得，+5￥需加散熱片，士12V輸入為開關(guān)電源，5V轉(zhuǎn)3.3芯片TPS7333Q。 2) DSP控制器采用TMS320LF2407，采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，低功耗3.3V系統(tǒng)，最高 主頻為40MHz，使得指令周期縮短到25ns，實(shí)時(shí)控制能力強(qiáng)，其最小系統(tǒng)包括，2407、 RAM(61LV128K16L)、 JTAG口、看門狗電路和時(shí)鐘等。3)采樣部分共有直流側(cè)四路電壓信 號(hào)，輸出電壓、電流信號(hào)，特高壓諧振部分經(jīng)光纖傳過來的電壓信號(hào)，風(fēng)機(jī)口溫度信號(hào)共8 路信號(hào)。釆樣信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理送入一塊MAX125采樣，輸入電壓峰值為5V以內(nèi)。調(diào)理電路 有兩種方案， 一是采用輸出為有效值的電壓電流變送器，二是采用有效值芯片AD536將瞬時(shí) 值轉(zhuǎn)化為有效值后處理。風(fēng)機(jī)口溫度通過變送器轉(zhuǎn)成4—20mA電流信號(hào)輸入。4)液晶用10 存儲(chǔ)區(qū)相連接，3.3V電平轉(zhuǎn)換成5V。液晶采用武漢中大科技的TFTs6448b的液晶控制器， 顯示器采用三菱8.4寸真彩色液晶顯示器。5) 4*4矩陣鍵盤用10 口接入，16個(gè)鍵包括0-9 共IO個(gè)數(shù)字鍵，以及上、下、左、右、確定、取消等。6)正弦信號(hào)調(diào)幅釆用增量式旋轉(zhuǎn)編 碼器實(shí)現(xiàn)，100脈沖/轉(zhuǎn)。脈沖信號(hào)由QEP輸入引腳接入，共包括A、 B、電源和地四路信 號(hào)。7)時(shí)鐘芯片選用DS1337，環(huán)境溫度傳感器選用DS1犯20，均串行輸入。8)正弦波通 過DDS芯片AD9832產(chǎn)生，經(jīng)二級(jí)RC有源濾波后通過數(shù)字電位器進(jìn)行粗調(diào)和細(xì)調(diào)，從而對(duì) 幅度進(jìn)行控制，最后通過功放LM1875輸出為1W的信號(hào)。9)保護(hù)信號(hào)共有兩路，采用兩個(gè) IO口OC驅(qū)動(dòng)后，經(jīng)光隔TIL113輸出，分別實(shí)現(xiàn)報(bào)警和跳閘功能。如圖3所示，本實(shí)用新型中調(diào)頻、調(diào)幅智能控制算法的核心思想是利用測(cè)量高壓表7 通過對(duì)高壓測(cè)量電容器低壓臂上電壓信號(hào)^2的反饋采樣，由主控制單元1中的智能校正器 來實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)諧振頻率點(diǎn)/。'的閉環(huán)控制以及頻率變化步長(zhǎng)大小的確定；并以試品上高壓信
號(hào)^的有效值《作為反饋量，通過PI控制器實(shí)現(xiàn)調(diào)幅的目的。
本實(shí)用新型中的光纖測(cè)量系統(tǒng)9采用光端機(jī)，如圖4所示，光端機(jī)包括光端機(jī)發(fā)射端91 和光端機(jī)接收端92，其采用A/D采樣芯片對(duì)其進(jìn)行采樣之后，通過PCM編碼傳輸，在D/A 采樣之后加了一個(gè)截至頻率15K的三階低通有源濾波器，正弦信號(hào)幅值衰減不到0.％。
如圖5所示，信號(hào)源2輸出功率約1W左右，能輸出標(biāo)準(zhǔn)的正弦波電壓IOV，且這一輸 出電壓的頻率在30-300HZ內(nèi)連續(xù)可調(diào)。經(jīng)過第一級(jí)采用TDA2030集成電路功率放大后，使 其輸出功率達(dá)10W左右，輸出電壓O--IOV，并保證波形為標(biāo)準(zhǔn)正弦波。隨后，分別再經(jīng)過第 二級(jí)逆變放大和第三級(jí)逆變放大，使該裝置輸出最終達(dá)到600KW，輸出電壓O--365V。第二 級(jí)逆變放大和第三級(jí)逆變放大均通過推動(dòng)變壓器8的推動(dòng)繞組B1-1、 Bl-2、 Bl-3、 Bl-4與由 若千只大功率管組成的四個(gè)橋臂T1—T4相連，其中B1-1與Bl-4為同名端，Bl-2與Bl-3 為同名端，正半周時(shí)T1和T4臂導(dǎo)通，T2和T3截止，負(fù)半周時(shí)反之，此時(shí)輸出端(M、 N) 可得到一個(gè)完整的正弦波。其中T1—T4均由若干個(gè)高耐壓、大功率的三極管并聯(lián)組成。圖5 中R1-R12為靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)節(jié)電阻，以保證T1一T4工作在乙類放大狀態(tài)，且消除交越失真。 為可用作諧振交流耐壓試驗(yàn)回路的勵(lì)磁電源。圖6給出了橋臂T1中諸三極管的連接情況。
如圖7所示，該實(shí)用新型在后級(jí)功率放大單元4后增加了一個(gè)RC濾波單元10， RC濾 波單元10包括并聯(lián)于后級(jí)功率放大單元4輸出端兩級(jí)間的第三電容C3以及分別與后級(jí)功率 放大單元4輸出端兩級(jí)相連的第一電容d和第二電容C2，第一電容d和第二電容C2分別與
第一電阻^和第二電阻R2串聯(lián)。其中電阻為無感電阻，q和q為聚乙烯電容，q為陶瓷電 容。將濾波單元的公共端與地連接在一起，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是可以使輸出電壓的dv/dt得到對(duì) 稱抑制。這種結(jié)構(gòu)可以把共模干擾濾除掉，從而使得輸出波形為純凈的正弦波。
如圖8所示，為本實(shí)用新型應(yīng)用于特高壓變壓器局部放電試驗(yàn)的示意圖，其中Tl為中間 勵(lì)磁變，Ll、 L2為補(bǔ)償電抗器，Cl為套管電容，T2為被試品特高壓變壓器。圖中，電抗器 采用空芯油浸式結(jié)構(gòu)，不帶鐵芯，有效避免了線圈內(nèi)部因電場(chǎng)不均勻而引起的尖端放電因素， 電抗器額定電壓110kV，額定電流20A，電感量為2H，本體局部放電量小于5pC。 600KW調(diào) 頻電源柜，通過嚴(yán)格的調(diào)試，改善內(nèi)部結(jié)構(gòu)和布線，四個(gè)推動(dòng)繞組B1-1、 Bl-2、 Bl-3、 Bl-4 的輸出線采用雙層屏蔽，對(duì)不同的干擾源加設(shè)相關(guān)的高頻吸收電路，消除內(nèi)部自激，使調(diào)頻 柜的輸出信號(hào)中的局部放電干擾量小于10pC。影響整體局部放電的另一個(gè)重要因素是電暈。
6要達(dá)到局放的設(shè)計(jì)指標(biāo)，就必須保證在相關(guān)的試驗(yàn)電壓下，無電暈放電現(xiàn)象。對(duì)變壓器高壓 套管與中壓套管設(shè)計(jì)合理的防暈罩，以降低電暈。
如圖9所示，為本實(shí)用新型應(yīng)用于500KV電流互感器局部放電試驗(yàn)的示意圖，其中變頻 電源柜600KW調(diào)頻電源，輸出0-356V、 1600A、 30-300HZ，調(diào)頻電感為170H/300KV><4， 諧振電容為3000Pf/300KVx4，分壓器低壓臂電容2.5uf/600V。通過調(diào)節(jié)變頻電源柜的輸 出頻率和輸出電壓達(dá)到1.1Um，電壓為350KV時(shí)測(cè)量其局放量?；ジ衅骶植糠烹娫囼?yàn)需變頻 電源、中間勵(lì)磁變、諧振電抗器、分壓測(cè)量電容。Cx為被試品，CC為對(duì)比互感器，諧振電 抗器與被試品連接采用①300的防暈導(dǎo)線，連接、減少電暈，變頻電源柜輸入電源采用隔離 電源，輸出采取高頻吸收電路，試驗(yàn)在屏蔽試驗(yàn)大廳內(nèi)進(jìn)行，保證本身背景干擾小于2PC。
以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí) 施例，凡屬于本實(shí)用新型思路下的技術(shù)方案均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于 本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些 改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1、一種用于特高壓互感器或變壓器局部放電試驗(yàn)的變頻諧振電源，其特征在于它包括主控制單元(1)、信號(hào)源(2)、前級(jí)功率放大單元(3)、后級(jí)功率放大單元(4)、保護(hù)裝置(5)、推動(dòng)變壓器(8)以及測(cè)量高壓表(7)，所述信號(hào)源(2)用來提供可調(diào)頻的純凈正弦波，主控制單元(1)將其合成輸出后依次經(jīng)前級(jí)功率放大單元(3)、推動(dòng)變壓器(8)、后級(jí)功率放大單元(4)輸送給用來進(jìn)行特高壓互感器和變壓器局部放電試驗(yàn)的串聯(lián)諧振電路(6)，測(cè)量高壓表(7)和保護(hù)裝置(5)通過光纖測(cè)量系統(tǒng)(9)與主控制單元(1)的反饋端相連。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于特高壓互感器或變壓器局部放電試驗(yàn)的變頻諧振電源，其 特征在于所述后級(jí)功率放大單元(4)的輸出端設(shè)有RC濾波單元(10)，所述RC濾波單 元(10)包括并聯(lián)于后級(jí)功率放大單元(4)輸出端兩級(jí)間的第三電容C3以及分別與后級(jí)功率放大單元(4)輸出端兩級(jí)相連的第一電容d和第二電容C2，第一電容Q和第二電容C2分別與第一電阻Ri和第二電阻R2串聯(lián)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于特高壓互感器或變壓器局部放電試驗(yàn)的變頻諧振電源，其 特征在于所述光纖測(cè)量系統(tǒng)(9)為光端機(jī)，光端機(jī)包括光端機(jī)發(fā)射端(91)和光端機(jī)接收 端(92)。
專利摘要一種用于特高壓互感器或變壓器局部放電試驗(yàn)的變頻諧振電源，它包括主控制單元、信號(hào)源、前級(jí)功率放大單元、后級(jí)功率放大單元、保護(hù)裝置、推動(dòng)變壓器以及測(cè)量高壓表，信號(hào)源用來提供可調(diào)頻的純凈正弦波，主控制單元將其合成輸出后依次經(jīng)前級(jí)功率放大單元、推動(dòng)變壓器、后級(jí)功率放大單元輸送給用來進(jìn)行特高壓互感器和變壓器局部放電試驗(yàn)的串聯(lián)諧振電路，測(cè)量高壓表和保護(hù)裝置通過光纖測(cè)量系統(tǒng)與主控制單元的反饋端相連。本實(shí)用新型是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、成本低廉、適用范圍廣、能夠進(jìn)行1000kV及以下電壓等級(jí)的變壓器或互感器的局部放電試驗(yàn)、交流耐壓試驗(yàn)的用于特高壓互感器或變壓器局部放電試驗(yàn)的變頻諧振電源。
文檔編號(hào)G01R31/12GK201355368SQ20092006301
公開日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2009年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月20日
發(fā)明者江 王, 王志仁, 維 鄧, 雷文輝 申請(qǐng)人:湖南省電力公司超高壓管理局;湖南湘超電力科技有限公司