技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及鐵心電抗器匝間絕緣測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鐵心電抗器匝間絕緣測試用間歇式感應(yīng)耐壓試驗裝置及試驗方法。

背景技術(shù)：
：

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，單線圈的應(yīng)用越發(fā)廣泛，其中單線圈主要為電抗器。無論是鐵心電抗器還是干式空心電抗器，在所有的運行事故中，其線圈匝間絕緣損壞事故占大多數(shù)。為了保證匝間絕緣的可靠性，除了運行部門采取一定的防護(hù)措施，把過電壓限制在一定的幅值以下外，更重要的是電抗器制造部門要提高匝間絕緣的制造質(zhì)量，并采取合理有效的試驗方法、試驗標(biāo)準(zhǔn)和試驗設(shè)備，將有礙電抗器安全運行的具有缺陷的線圈剔除，保證新電抗器有足夠的匝間絕緣水平，減少電抗器燒毀事故的發(fā)生。傳統(tǒng)的鐵心電抗器匝間絕緣試驗方法主要為雷電沖擊法，此方法沖擊起始電壓分布不均勻，影響匝間絕緣試驗的有效性，一旦有匝間絕緣在試驗時出現(xiàn)故障，電抗器總阻抗變化很小，難以及時發(fā)現(xiàn)缺陷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
：

為克服上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種鐵心電抗器匝間絕緣測試用間歇式感應(yīng)耐壓試驗裝置和試驗方法，其是基于dsp和cpld作為主控制器，以絕緣柵雙極晶體管(igbt)作為開關(guān)器件的變頻系統(tǒng)，能夠自由輸出頻率在50-400hz之間實時可調(diào)、電壓幅值穩(wěn)定50kv、試驗電壓分布均勻、初始相位角實時可控的交流電，并可實現(xiàn)對被試品電壓與電流的實時采樣，分析電壓和電流的相角關(guān)系，可實時對被試品優(yōu)劣狀況作出評估。

本發(fā)明的鐵心電抗器匝間絕緣測試用間歇式感應(yīng)耐壓試驗裝置，為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案在于：包括主控單元、驅(qū)動單元及采樣單元，所述主控單元包括cpld和dsp，cpld和dsp由雙口ram進(jìn)行連接，所述dsp連接顯示屏；所述驅(qū)動單元包括逆變電路和全控整流電路，所述cpld分別連接信號多分模塊和全控整流電路，信號多分模塊經(jīng)驅(qū)動電路連接逆變電路，所述采樣單元包括電流檢測電路和電壓檢測電路，電壓檢測電路和電流檢測電路均經(jīng)調(diào)理電路和外部a/d轉(zhuǎn)換電路連接cpld。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述逆變電路連接有濾波電路，濾波電路連接升壓電路。由濾波電路對逆變電路輸出的電壓脈沖進(jìn)行濾波，再由升壓電路對電壓脈沖進(jìn)行升壓后施加到被試電抗器上。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述逆變電路是采用igbt作為開關(guān)器件的單相橋式pwm脈寬調(diào)制電路。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述升壓電路為變壓器t。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述電壓檢測電路為阻容分壓電路，方便得到較低電壓。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述電流檢測電路為電流互感器。

本發(fā)明的鐵心電抗器匝間絕緣測試用間歇式感應(yīng)耐壓試驗方法，采用的技術(shù)方案在于包括以下步驟：

一、通過顯示屏向dsp內(nèi)輸入試驗電抗器所需的試驗電壓，dsp將此試驗電壓的數(shù)據(jù)寫入雙口ram內(nèi)；

二、cpld讀取雙口ram內(nèi)的試驗電壓數(shù)據(jù)，并根據(jù)該數(shù)據(jù)給定試驗電壓，輸出特定幅值和頻率的電壓信號施加在被試電抗器的兩端；

三、由電壓檢測電路和電流檢測電路對被試電抗器的實際電壓和實際電流進(jìn)行采樣后輸送給cpld，cpld將采樣數(shù)據(jù)寫到雙口ram的不同地址中；

四、dsp從雙口ram的另一側(cè)讀取電壓采樣數(shù)據(jù)和電流采樣數(shù)據(jù)，并計算采樣電壓和采樣電流之間的相位關(guān)系，即兩者的相位差，再將此相位差寫回雙口ram內(nèi)；

五、將試驗電壓的大小加壓到30％-50％后由顯示屏向dsp內(nèi)輸入，cpld讀取加壓后的試驗電壓并再次施加到被試電抗器的兩端，同樣由電壓檢測電路和電流檢測電路對加壓后被試電抗器的實際電壓和實際電流進(jìn)行采用并輸送給cpld，cpld再將該采樣數(shù)據(jù)寫到雙口ram的不同地址中，然后dsp再次從雙口ram的另一側(cè)讀取加壓后的電壓采樣數(shù)據(jù)和電流采樣數(shù)據(jù)，并計算加壓后的采樣電壓和采樣電流的相位差，再將此相位差作為標(biāo)準(zhǔn)相位差并寫回雙口ram內(nèi)；

六、將步驟四的相位差和步驟五的標(biāo)準(zhǔn)相位差進(jìn)行比較以判斷被試電抗器絕緣的優(yōu)劣情況。

進(jìn)一步地，所述相位差的計算過程為：

控制器dpld對采集到的電壓信號和電流信號進(jìn)行離散化處理，形成一個由500個離散點組成的標(biāo)準(zhǔn)正弦函數(shù)數(shù)值組sin[500]，離散點間隔為5us，則500個點正好為8倍頻正弦函數(shù)，以第一個點為起點對得到的電壓、電流離散點進(jìn)行數(shù)點操作，得到兩者由負(fù)值到正值過零點時的數(shù)目，分別記為n與n，則兩者的相位差為

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明是以dsp和cpld作為主控制器，利用cpld、dsp與雙口ram進(jìn)行通訊，實現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)交換，在顯示屏中輸入試驗電抗器所需試驗電壓和試驗頻率，根據(jù)實際試驗電壓對buck斬波電路的電壓進(jìn)行調(diào)整，通過調(diào)制法產(chǎn)生pwm波，由驅(qū)動模塊驅(qū)動逆變電路中的igbt的通斷，產(chǎn)生想要的不同頻率的電壓波形，實現(xiàn)試驗電壓實時可控，達(dá)到電抗器匝間絕緣的耐壓測試要求；同時通過檢測電路對被測電抗器的電壓和電流進(jìn)行采樣，并分析計算出電壓和電流的相角關(guān)系，與加壓30％-50％時的相角關(guān)系進(jìn)行比較，從而分析出被試電抗器是否存在缺陷。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢：

1)、裝置耐壓性能良好，穩(wěn)定輸出幅值50kv試驗電壓，頻率50-400hz可調(diào)，且試驗電壓施加在被試品上分布均勻；

2)、本發(fā)明采用間歇式加壓的方式，在1min內(nèi)完成6000次正負(fù)峰值加壓試驗，每次加壓前保證試驗回路電能釋放完全，不會對下一次電壓波形產(chǎn)生影響；

3)有良好的控制策略，能夠?qū)υ囼炿妷簩崟r進(jìn)行控制；

4)擁有完善的檢測系統(tǒng)，可以根據(jù)被試品電壓、電流相角關(guān)系及時發(fā)現(xiàn)缺陷；

5)在被試電抗器旁側(cè)并聯(lián)大容量電容，對電抗器進(jìn)行無功補償，減小試驗容量。

附圖說明：

圖1為控制系統(tǒng)的整體框圖；

圖2為試驗裝置的電氣系統(tǒng)圖；

圖3為試驗裝置的控制流程圖。

圖4為濾波電路的電路圖；

圖5為采用頻率為400hz、試驗時間為0.01s時試驗電壓的波形圖；

圖6為采用頻率為400hz、試驗時間為0.04s時試驗電壓的波形圖。

具體實施方式：

參照圖1，本發(fā)明的鐵心電抗器匝間絕緣測試用間歇式感應(yīng)耐壓試驗裝置，包括主控單元、驅(qū)動單元及采樣單元，所述主控單元包括cpld和dsp，cpld和dsp由雙口ram進(jìn)行連接，所述dsp連接顯示屏；所述驅(qū)動單元包括逆變電路和全控整流電路，所述cpld分別連接信號多分模塊和全控整流電路，信號多分模塊經(jīng)驅(qū)動電路連接逆變電路，所述采樣單元包括電流檢測電路和電壓檢測電路，電壓檢測電路和電流檢測電路均經(jīng)調(diào)理電路和外部a/d轉(zhuǎn)換電路連接cpld。

本試驗裝置是以dsp和cpld作為主控單元，參照圖1，cpld輸出的pwm信號經(jīng)信號多分模塊輸入給驅(qū)動電路，由驅(qū)動電路驅(qū)動逆變電路中igbt的通斷，產(chǎn)生想要的不同頻率的電壓波形，并且實現(xiàn)對電壓的實時控制，達(dá)到電抗器匝間絕緣的耐壓測試要求，參照圖3，電壓波形經(jīng)過濾波和升壓處理后施加到被試電抗器上，再由采樣單元采集電壓信號和電流信號，由調(diào)理電路對此些信號進(jìn)行放大處理后再經(jīng)外部a/d轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)成數(shù)字信號傳送給cpld，參照圖1，利用cpld、dsp與雙口ram進(jìn)行通訊，實現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)交換。

參照圖2，1為電源電路、2為三相全控整流電路、3為pwm逆變電路、4為濾波電路、5為電壓電流檢測電路，電源電路連接三相全控整流電路，三相全控整流電路連接逆變電路，逆變電路連接濾波電路，濾波電路經(jīng)變壓器t連接電壓電流檢測電路。

所述電源電路為三相380v交流電源輸入，通過qf(斷路器)控制一次側(cè)主電路的開通和閉合，斷路器合閘后，通過預(yù)充電電阻ra、rb、rc給支撐電容慢速充電，如果不加預(yù)充電電阻，由于母線電容很大，在上電瞬間的充電電流很大，會對電源、整流器件、電容器造成很大的沖擊，嚴(yán)重影響器件壽命甚至造成損壞，預(yù)充電結(jié)束后，閉合km(交流接觸器)，從而完成一次側(cè)上電過程。

三相全控整流電路采用以晶閘管作為開關(guān)器件的全控整流電路(t)來實現(xiàn)整流輸出，整流輸出電壓ud在一周期內(nèi)脈動六次，且每次脈動波形相同，其輸出連續(xù)電壓的平均值與觸發(fā)角α有關(guān)，當(dāng)α≤60o時，ud＝2.34u2cosα,通過控制觸發(fā)角可實現(xiàn)輸出電壓在257.4v-514.8v范圍內(nèi)的變化。

pwm逆變電路為采用igbt作為開關(guān)器件的單相橋式pwm脈寬調(diào)制技術(shù)，從散熱和輸出電流等多方面考慮，選擇使用4路igbt(v1、v2、v3、v4)并聯(lián)使用來達(dá)到額定電流輸出的目的，每路設(shè)計時將需要的正弦電壓作為調(diào)制波，初步選擇頻率為20倍調(diào)制波頻率的三角波作為載波，采取同步調(diào)制方式，載波比(fs為調(diào)制波頻率，fc為載波頻率)等于常數(shù)。

濾波電路的組成主要包括帶有互感m的電感線圈l1、電感線圈l2、濾波電感l(wèi)、濾波電容c和濾波電阻r，由濾波電路將經(jīng)逆變電路逆變后的方波內(nèi)的高次諧波濾除，實現(xiàn)對50hz-400hz電壓的選擇。參照圖4，互感m對線圈電壓起削弱作用，通過調(diào)節(jié)兩者匝數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對a、b兩點基波與高次諧波感應(yīng)電壓的控制。對基波而言，若兩線圈匝數(shù)相等，線圈間的感應(yīng)磁通能夠?qū)崿F(xiàn)相互抵消，對基波電壓不產(chǎn)生影響；對高次諧波，回路1設(shè)計整體呈現(xiàn)容性，能夠使回路末端電壓升高，通過合理參數(shù)設(shè)置，可實現(xiàn)a、d兩者高次諧波電位相同，此時n點等效為零電位，因此高次諧波在回路1中呈短路狀態(tài)；同時b點由于互感的存在，將在b點感應(yīng)出高次諧波電壓，通過控制兩互感線圈的匝數(shù)(此時基波磁通無法完全抵消)，可實現(xiàn)b點高次諧波電位與d點高次諧波電位接近相等，因此在回路2中形成的高次諧波溢出將會很少，甚至沒有，從而達(dá)到良好的濾波效果。

采樣單元的電路：為了能夠?qū)Ρ辉囯娍蛊鬟M(jìn)行電壓采樣，采用阻容分壓方式對高電壓進(jìn)行分壓，方便得到較低電壓，它的分壓電阻比值應(yīng)該與并聯(lián)的電容比值相同，即必須滿足條件：c1r1＝c2r2；對電流的采樣可以在被試電抗器旁直接以接入的電流互感器來實現(xiàn)。

本發(fā)明的鐵心電抗器匝間絕緣測試用間歇式感應(yīng)耐壓試驗方法，包括以下步驟：

一、通過顯示屏向dsp內(nèi)輸入試驗電抗器所需的試驗電壓，dsp將此試驗電壓的數(shù)據(jù)寫入雙口ram內(nèi)；

二、cpld讀取雙口ram內(nèi)的試驗電壓數(shù)據(jù)，并根據(jù)該數(shù)據(jù)給定試驗電壓，輸出特定幅值和頻率的電壓信號施加在被試電抗器的兩端；

三、由電壓檢測電路和電流檢測電路對被試電抗器的實際電壓和實際電流進(jìn)行采樣后輸送給cpld，cpld將采樣數(shù)據(jù)寫到雙口ram的不同地址中；

四、dsp從雙口ram的另一側(cè)讀取電壓采樣數(shù)據(jù)和電流采樣數(shù)據(jù)，并計算采樣電壓和采樣電流之間的相位關(guān)系，即兩者的相位差，再將此相位差寫回雙口ram內(nèi)；

五、將試驗電壓的大小加壓到30％-50％后由顯示屏向dsp內(nèi)輸入，cpld讀取加壓后的試驗電壓并再次施加到被試電抗器的兩端，同樣由電壓檢測電路和電流檢測電路對加壓后被試電抗器的實際電壓和實際電流進(jìn)行采用并輸送給cpld，cpld再將該采樣數(shù)據(jù)寫到雙口ram的不同地址中，然后dsp再次從雙口ram的另一側(cè)讀取加壓后的電壓采樣數(shù)據(jù)和電流采樣數(shù)據(jù)，并計算加壓后的采樣電壓和采樣電流的相位差，再將此相位差作為標(biāo)準(zhǔn)相位差并寫回雙口ram內(nèi)；

六、將步驟四的相位差和步驟五的標(biāo)準(zhǔn)相位差進(jìn)行比較以判斷被試電抗器絕緣的優(yōu)劣情況。

其中，所述相位差的計算過程為：

控制器dpld對采集到的電壓信號和電流信號進(jìn)行離散化處理，形成一個由500個離散點組成的標(biāo)準(zhǔn)正弦函數(shù)數(shù)值組sin[500]，離散點間隔為5us，則500個點正好為8倍頻正弦函數(shù)，以第一個點為起點對得到的電壓、電流離散點進(jìn)行數(shù)點操作，得到兩者由負(fù)值到正值過零點時的數(shù)目，分別記為n與n，則兩者的相位差為

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)gb1094.3-2003，在進(jìn)行鐵芯電抗器匝間絕緣測試感應(yīng)耐壓試驗時，試驗電壓應(yīng)在額定電壓的兩倍左右，當(dāng)試驗電壓頻率等于或小于2倍額定頻率時，其全電壓下的試驗時間應(yīng)為60s，當(dāng)試驗頻率超過兩倍額定頻率時，試驗時間應(yīng)為：

但不少于15s。

根據(jù)上式的要求標(biāo)準(zhǔn)，在保證滿足充裕試驗時間前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)的最高試驗電壓頻率為400hz，需間歇性完成6000次正負(fù)峰值加壓考核。

以下給定兩個具體的試驗電壓數(shù)值來對本發(fā)明的間歇式加壓方式進(jìn)行分析：

一種是采用頻率為400hz的試驗電壓進(jìn)行試驗時，每次試驗時間0.01s，即加壓時間為0.0025s，通過rlc濾波電路4的放電時間為0.0075s，總共進(jìn)行6000次正負(fù)峰值加壓考核，試驗電壓波形圖如圖5所示；

另一種是采用頻率為400hz的試驗電壓進(jìn)行試驗時，每次試驗時間為0.04s，即總加壓時間為0.01s，期間連續(xù)進(jìn)行4次正負(fù)峰值加壓考核，通過rlc放電時間為0.03s，總共完成6000次正負(fù)峰值加壓考核，試驗電壓波形圖如圖6所示。