一種2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】一種2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發(fā)生器，包括依次連接的交流線性變頻電源、升壓變壓器、倍壓組件、均壓環(huán)。交流線性變頻電源用于將正弦波信號經(jīng)過三級放大后輸出變頻電源信號，升壓變壓器用于將變頻電源信號進(jìn)一步升壓為高壓交流電源信號，倍壓組件的輸出端與高頻阻流電感的一端連接，高頻阻流電感的另一端通過濾波電容與倍壓組件的接地端連接，高頻阻流電感與濾波電容的節(jié)點(diǎn)作為倍壓組件的高壓輸出端與接地端接入電壓測量模塊，電壓測量模塊的信號輸出端與上位機(jī)的信號輸入端連接，上位機(jī)的控制信號輸出端與交流線性變頻電源的控制信號輸入端連接。本發(fā)明可以在減小裝置的體積和重量的同時控制裝置整體的局部放電量水平，完成2400kV/30mA的直流輸出。
【專利說明】—種2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發(fā)生器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002]特高壓直流輸電技術(shù)具有送電容量大、距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，是大容量、遠(yuǎn)距離送電的關(guān)鍵技術(shù)之一。特高壓設(shè)備尤其是特高壓電力變壓器，因體積重量龐大，將逐步采取現(xiàn)場組裝現(xiàn)場試驗(yàn)的工程建設(shè)模式。這對大型電力設(shè)備的現(xiàn)場試驗(yàn)提出了更高的要求。在此背景下，完善直流輸變電工程相關(guān)試驗(yàn)手段，尤其是提高直流電暈試驗(yàn)及直流耐壓試驗(yàn)?zāi)芰?，對促進(jìn)特高壓直流輸電技術(shù)具有重要意義。
[0003]目前便攜式直流高壓發(fā)生器通常采用中(高)頻倍壓電路，和PWM脈寬調(diào)制技術(shù)及大功率IGBT (絕緣柵雙極型功率管)器件，雖然體積較小，但缺點(diǎn)是電源容量小、無線電干擾大，導(dǎo)致直流高壓發(fā)生器本體局部放電量大?，F(xiàn)場進(jìn)行變壓器直流耐壓及局放測量試驗(yàn)時，若電源(直流高壓發(fā)生器)本體局放量大，則試驗(yàn)無法正常開展。因此，這種便攜式直流高壓發(fā)生器無法完全滿足特高壓工程現(xiàn)場直流耐壓試驗(yàn)和相關(guān)研究的要求。
[0004]大型的直流高壓發(fā)生器設(shè)備采用50Hz工頻電源做整流源，可實(shí)現(xiàn)大容量高電壓輸出，如保定天威保變電氣股份有限公司的2400kV/20mA直流高壓發(fā)生器，特變電工沈變集團(tuán)公司的2250kV/20mA的直流高壓發(fā)生器等。這些直流高壓發(fā)生器本體局放小，電源容量大，可作為電力變壓器出廠的直流耐壓試驗(yàn)的電源。但是這些均為固定式試驗(yàn)裝置，采用工頻電源經(jīng)調(diào)壓器供電至倍壓系統(tǒng)，裝置體積龐大，控制復(fù)雜且精度較差，無法用于變電站現(xiàn)場。
[0005]制約輸變電工程現(xiàn)場直流電暈試驗(yàn)及直流耐壓試驗(yàn)的技術(shù)瓶頸在于直流高壓發(fā)生器本身。在保證設(shè)備容量的情況下，直流高壓發(fā)生器本體體積過大，局部放電量超標(biāo)以及泄露電流過大，均是制約現(xiàn)場試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展的瓶頸。
[0006]因此，研發(fā)一套大容量且局放水平低的直流高壓發(fā)生器，能獲取高質(zhì)量的直流高壓，并能夠在現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)快速拆裝的成套裝置至關(guān)重要。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發(fā)生器，可以減小裝置的體積和重量的同時控制裝置整體的局部放電量水平。
[0008]一種2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發(fā)生器，包括依次連接的交流線性變頻電源、升壓變壓器、倍壓組件、均壓環(huán)，所述交流線性變頻電源用于將正弦波信號經(jīng)過三級放大后輸出變頻電源信號，所述升壓變壓器用于將所述變頻電源信號進(jìn)一步升壓為高壓交流電源信號，所述倍壓組件用于將高壓交流電源信號倍壓整流成為高壓直流信號，倍壓組件的輸出端與高頻阻流電感的一端連接，高頻阻流電感的另一端通過濾波電容與倍壓組件的接地端連接，高頻阻流電感與濾波電容的節(jié)點(diǎn)作為倍壓組件的高壓輸出端與接地端接入電壓測量模塊，電壓測量模塊的信號輸出端與上位機(jī)的信號輸入端連接，上位機(jī)的控制信號輸出端與交流線性變頻電源的控制信號輸入端連接。
[0009]進(jìn)一步的，所述電壓測量模塊采用電阻式分壓器。
[0010]進(jìn)一步的，所述倍壓組件由6節(jié)結(jié)構(gòu)完全相同的倍壓單元串聯(lián)而成，每節(jié)倍壓單元裝有1.5級即3倍壓整流電路。
[0011]本發(fā)明2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發(fā)生器利用無局放交流變頻電源配合倍壓整流電路輸出2400kV直流電壓和30mA電流，采用交流線性變頻電源較常規(guī)的工頻電源相比，頻率增高后，裝置體積和重量均可縮小，便于現(xiàn)場使用時安裝拆卸；同時，選擇合適的工作頻率，可降低裝置本體的局部放電量；在高壓端輸出裝設(shè)高頻阻流電感和濾波電容分別減小電流脈沖和電壓波形，從而進(jìn)一步降低裝置的局放量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發(fā)生器的整體結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖2是本發(fā)明2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發(fā)生器中交流線性變頻電源的電路結(jié)構(gòu)框圖；
[0014]圖3是本發(fā)明2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發(fā)生器的電路原理圖；
[0015]圖4是本發(fā)明2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發(fā)生器中單節(jié)倍壓組件結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖中:1 一交流線性變頻電源，2—升壓變壓器，3—倍壓組件，4一均壓環(huán)，5—電壓測量模塊，6—高頻阻流電感，7—濾波電容，8—上位機(jī)，32—直流柱，33—測量及濾波柱，34—交流柱，35一娃柱。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面將結(jié)合本發(fā)明中的附圖，對本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0018]圖1所示為本發(fā)明2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖，所述2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發(fā)生器包括交流線性變頻電源1、升壓變壓器2、倍壓組件3、均壓環(huán)4。
[0019]所述交流線性變頻電源I的電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。所述交流線性變頻電源I實(shí)際上是一個功率放大器，它將一個微弱的正弦波信號，放大為一個功率達(dá)到數(shù)千瓦的電源信號。在這個功率放大器中，正弦波信號失真度很小，而且其頻率可以調(diào)節(jié)，同時還可以進(jìn)行輸出電壓的調(diào)節(jié)。在此功率放大器中，每個部分的功率從前面一級獲得信號，然后通過直流電源的提供實(shí)現(xiàn)放大。整個放大器分為三級:初級放大；前級放大；后級放大。初級放大僅僅是正弦波信號的初始放大，信號獲得的功率很小，而且輸出電壓也很低，這個部分可以實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)和電壓的調(diào)節(jié)。前級放大是將初級放大的信號進(jìn)一步放大，前級放大回路完成從信號源到初始功率輸出，其輸出功率很小(〈100W)，便于調(diào)頻和升壓控制。后級放大回路也是主回路，后級放大回路接受到信號，完成功率放大。這個回路中使用的組件數(shù)量很多，主要是通過放大回路大功率三極管并聯(lián)實(shí)現(xiàn)。
[0020]本發(fā)明使用交流線性變頻電源I可減小直流高壓發(fā)生器裝置的體積重量，同時通過合理設(shè)置頻率控制本體的局部放電量。與普通的利用工頻源相比，利用線性變頻電源時，頻率增加后倍壓回路里所有電容件體積重量均可成比例縮小，減小了裝置的體積重量；同時，線性變頻電源突破了常規(guī)直流發(fā)生器逆變輸出為方波的模式，設(shè)計為正弦波輸出，避免了因電壓突變而產(chǎn)生的暫態(tài)現(xiàn)象，有效控制了電磁干擾，降低裝置的局放水平。進(jìn)一步的，變頻電源的工作頻率升高，則出口電壓增大，紋波系數(shù)及諧波比均減小；但充電頻率過高后，諧波比反而增大；因此，本發(fā)明通過對工作頻率的優(yōu)化設(shè)計，在保證輸出電壓的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了波形輸出，減小了后續(xù)諧波和紋波通過倍壓組件所產(chǎn)生的高頻脈沖，從而減小了裝置本體的局部放電量。本發(fā)明設(shè)計工作頻率為30Hz?300Hz范圍內(nèi)可調(diào)，現(xiàn)場試驗(yàn)時，可結(jié)合實(shí)際局放水平，在此范圍內(nèi)調(diào)節(jié)工作頻率。
[0021]交流線性變頻電源I的輸出端與升壓變壓器2連接，所述升壓變壓器2可采用完全相同的兩臺升壓變壓器進(jìn)行初級升壓，低壓并聯(lián)，高壓串聯(lián)完成對稱加壓。本實(shí)施例中升壓變壓器的參數(shù)為:額定容量10kVA,額定頻率150Hz，額定電壓(0.35±0.025) kV/150kV,空載損耗490W，空載電流0.23%，短路阻抗15.6%，運(yùn)行時長8小時，溫升85K。
[0022]本實(shí)施例中倍壓組件3有6節(jié)倍壓單元，每節(jié)倍壓單元結(jié)構(gòu)完全相同。倍壓組件的目的是為了實(shí)現(xiàn)從較低交流電壓到較高直流電壓的倍壓整流變換。單節(jié)倍壓單元的結(jié)構(gòu)如圖4所示。每節(jié)倍壓單元裝有1.5級即3倍壓整流電路。圖4中32為直流柱，33為交流柱(交流柱有兩柱)，34為測量、濾波柱，35為硅堆。其中直流柱32、交流柱33以及測量、濾波柱34的外部采用傘裙式設(shè)計，利用硅橡膠合成絕緣子每節(jié)爬距為7050mm，Imin工頻干耐受電壓為480kV(AC);內(nèi)部均采用充油結(jié)構(gòu)；直流柱32和交流柱33內(nèi)部為高壓電容構(gòu)成，每級電壓為267kV，每節(jié)電壓為400kV，每節(jié)高度約2300mm。
[0023]請參考圖3，交流線性變頻電源1、升壓變壓器2、倍壓組件3依次連接，倍壓組件3的輸出端與高頻阻流電感6的一端連接，高頻阻流電感6的另一端通過濾波電容7與倍壓組件3的接地端連接，高頻阻流電感6與濾波電容7的節(jié)點(diǎn)作為倍壓組件3的高壓輸出端與接地端接入電壓測量模塊5，電壓測量模塊5的信號輸出端與上位機(jī)8的信號輸入端連接，上位機(jī)8的控制信號輸出端與交流線性變頻電源I的控制信號輸入端連接。預(yù)先設(shè)定輸出電壓，當(dāng)電壓測量模塊5反饋的輸出電壓達(dá)到設(shè)定值時，上位機(jī)8控制交流線性變頻電源I穩(wěn)定在當(dāng)前電壓值上。在現(xiàn)場試驗(yàn)時通過局放儀監(jiān)測局放水平，若局放量偏高，則手工設(shè)定交流線性變頻電源I的工作頻率使之降低，從而減少局放量。如頻率調(diào)到最低時，局放還沒見小，則說明局放是由現(xiàn)場其他因素引起的，不是裝置本身。
[0024]所述電壓測量模塊5采用電阻式分壓器，其中包括測量和屏蔽兩個回路?？紤]到分壓器的發(fā)熱和直流高壓源的負(fù)載能力，并保證測量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度，測量回路的電流為500uA，屏蔽回路電流為250uA，兩個回路的阻抗分別為4800 Ω和9600 Ω，因此測壓系統(tǒng)總阻抗為3200 Ω，總電流為750uA，總消耗功率為1800W。電阻式分壓器采用內(nèi)置分節(jié)方式，即分壓器高壓臂分為六節(jié)安裝在倍壓組件體內(nèi)。
[0025]高頻阻流電感6和濾波電容7的作用是為了進(jìn)一步減小裝置本體的局放量。高頻阻流電感6可以減小電流脈沖，濾波電容7可以減小電壓波動，而電流脈沖和電壓波動都會導(dǎo)致裝置的局放量增加。但高頻阻流電感和濾波電容的值不易過大，否則影響電源的帶負(fù)載能力。高頻阻流電感和濾波電容的具體數(shù)值可通過實(shí)驗(yàn)確定，具體試驗(yàn)方法是選擇不同的高頻阻流電感和濾波電容，保持高壓輸出恒定，測量裝置的不同頻率下的輸出電流和局放量，當(dāng)局放量減至最小但輸出電流不會明顯跌落時，即可確定合適的高頻阻流電感和濾波電容值。本實(shí)施例中選取IH的高頻阻流電感和2000pF的濾波電容。
[0026]為了方便試驗(yàn)裝置現(xiàn)場快速拆裝，對每個模塊專門設(shè)計了吊具。同時對直流發(fā)生器頂部均壓環(huán)表面平整、光滑，在每柱金屬法蘭連接處外側(cè)均配備均壓環(huán)做防暈處理。
[0027]直流高壓發(fā)生器的測量和控制由上位機(jī)8完成。測量與控制系統(tǒng)運(yùn)用工控專業(yè)組態(tài)軟件編程設(shè)計成便于操作的控制工作界面，在上位機(jī)8可以完成直流高壓系統(tǒng)的所有設(shè)定、運(yùn)行、測量等參數(shù)，即可設(shè)定直流充電電壓、耐受時間等，并監(jiān)控和測量其運(yùn)行狀態(tài)。上位機(jī)8主要功能有:(一)連續(xù)調(diào)節(jié)交流線性變頻電源I的輸出電壓，包含自動或手動兩種方式；(二)實(shí)現(xiàn)主電源開關(guān)的操作；(三)顯示直流電壓、電流及變頻電源輸出電壓、電流；(四)通過升、降壓旋鈕及指示燈實(shí)現(xiàn)升壓和降壓；(五)設(shè)置并顯示升壓值、耐壓時間，升壓方式可實(shí)現(xiàn)自動化；(六)實(shí)現(xiàn)電源閉鎖控制。
[0028]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何屬于本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發(fā)生器，其特征在于:包括依次連接的交流線性變頻電源(I)、升壓變壓器(2)、倍壓組件(3)、均壓環(huán)(4)，所述交流線性變頻電源(I)用于將正弦波信號經(jīng)過三級放大后輸出變頻電源信號，所述升壓變壓器(2)用于將所述變頻電源信號進(jìn)一步升壓為高壓交流電源信號，所述倍壓組件(3)用于將所述高壓交流電源信號倍壓整流成為高壓直流信號，倍壓組件(3)的輸出端與高頻阻流電感￠)的一端連接，高頻阻流電感￠1)的另一端通過濾波電容(7)與倍壓組件(3)的接地端連接，高頻阻流電感(6)與濾波電容(7)的節(jié)點(diǎn)作為倍壓組件(3)的高壓輸出端與接地端接入電壓測量模塊(5)，電壓測量模塊(5)的信號輸出端與上位機(jī)(8)的信號輸入端連接，上位機(jī)(8)的控制信號輸出端與交流線性變頻電源(I)的控制信號輸入端連接。
2.如權(quán)利要求1所述的2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發(fā)生器，其特征在于:所述電壓測量模塊(5)采用電阻式分壓器。
3.如權(quán)利要求1所述的2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發(fā)生器，其特征在于:所述倍壓組件(3)由6節(jié)結(jié)構(gòu)完全相同的倍壓單元串聯(lián)而成，每節(jié)倍壓單元裝有1.5級即3倍壓整流電路。
【文檔編號】H02M9/06GK104300827SQ201410641260
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】汪濤, 高得力, 金濤, 謝齊家, 賀家慧, 王瑞珍, 周凱 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院