專利名稱：變頻式串聯(lián)諧振工頻耐壓試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于測量變壓器、互感器、斷路器、負荷開關(guān)、電纜、電容器、電抗器等電氣設(shè)備主絕緣強度的試驗裝置，尤其是一種應(yīng)用串聯(lián)諧振原理進行測量的變頻式串聯(lián)諧振工頻耐壓試驗裝置。
背景技術(shù)：
在電阻、電容、電感相串聯(lián)的電路中發(fā)生的諧振叫做串聯(lián)諧振，其諧振條件是供電電源頻率與電路電感之乘積等于供電電源頻率與電路電容之乘積的倒數(shù)，可見，在電源的頻率、電路的電感、電路的電容三者之間，任意調(diào)節(jié)一個，都可使三者之間滿足諧振條件，達到諧振?，F(xiàn)有串聯(lián)諧振工頻耐壓試驗技術(shù)中應(yīng)用串聯(lián)諧振電路原理來達到降低試驗電源容量的方法通常都是以調(diào)節(jié)電路的電感和電容為主，但是其引發(fā)的問題是在通過調(diào)節(jié)電路的電感、電容實現(xiàn)調(diào)諧時，存在調(diào)節(jié)電容只能進行跳躍式調(diào)諧，不能實現(xiàn)連續(xù)調(diào)諧；而用拖動機構(gòu)調(diào)節(jié)電感實現(xiàn)連續(xù)調(diào)諧時，電感鐵心漏磁大、噪聲大、不利于試驗監(jiān)聽，波形畸變嚴重，不能滿足對試驗電源的要求。
實用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有串聯(lián)諧振工頻耐壓試驗技術(shù)中存在的通過調(diào)節(jié)電路的電感、電容進行調(diào)諧時無法實現(xiàn)連續(xù)調(diào)諧的不足，本實用新型提供一種變頻式串聯(lián)諧振工頻耐壓試驗裝置，該種變頻式串聯(lián)諧振工頻耐壓試驗裝置具有對試驗電源容量需求小、體積小重量輕、裝置組成元件數(shù)量少、抗干擾能力強、可靠性高、試驗設(shè)備無油干式環(huán)保、可實現(xiàn)連續(xù)調(diào)諧、噪聲小、利于試驗監(jiān)聽的特點。
本實用新型的技術(shù)方案是該種變頻式串聯(lián)諧振工頻耐壓試驗裝置，包括變頻器、干式勵磁變壓器、高壓電抗器、電容分壓器，其中變頻器的交流電壓輸出端與干式勵磁變壓器的交流電壓輸入端間相電連接，干式勵磁變壓器的交流電壓輸出端與高壓電抗器的輸入接線端子間相電連接，高壓電抗器的輸出接線端子與電容分壓器的上極板間相電連接，電容分壓器的下極板接地。
此外，該種變頻式串聯(lián)諧振工頻耐壓試驗裝置，其變頻器由整流、高壓逆變、調(diào)頻、調(diào)壓、輸出單元組成；其高壓電抗器為組合式高壓電抗器。
本實用新型具有如下有益效果由于應(yīng)用本實用新型所述的技術(shù)方案可以使得所要求的試驗電源容量比傳統(tǒng)試驗變壓器容量小25～45倍，因而對試驗電源容量需求小，現(xiàn)場容易得到；系統(tǒng)組成組合式、簡單化、集成化，使得裝置重量輕、體積小、配置設(shè)備數(shù)量減少；變頻式串聯(lián)諧振工頻耐壓試驗變頻電源是一個變頻式電源濾波電路，對現(xiàn)場電源進行再次處理，消除高次諧波，輸出某一頻率的合格波形，在電路諧振點輸出該頻率的正弦電壓波形，波形畸變率≤1％，其遠小于GB14549-1993規(guī)定的0.38kV電壓總諧波畸變率≤5％的要求，因此能夠提供理想的試驗電源，保證了試驗數(shù)據(jù)的可靠性、真實性，使得供電質(zhì)量適應(yīng)性強、抗干擾能力強；變頻式串聯(lián)諧振工頻耐壓試驗應(yīng)用串聯(lián)諧振電路原理，消除了不可控制的自激磁現(xiàn)象，消除了傳統(tǒng)試驗裝置容升現(xiàn)象的大系統(tǒng)誤差，控制計量全部使用數(shù)字表計，使得測量精度高、可靠性高；當被試品閃絡(luò)或擊穿時，由于諧振條件被破壞，試品電壓在兩個周波內(nèi)將迅速下降，而且擊穿電流小，只有試品正常試驗電流的1/(25～45)，避免了因被試品擊穿而造成較大的設(shè)備、人身安全事故；調(diào)頻調(diào)諧提供連續(xù)的、輸出頻率可調(diào)、輸出電壓可調(diào)的電源，滿足了準確調(diào)諧、連續(xù)調(diào)諧的需要，縮短了試驗周期，此外其噪聲小、利于試驗監(jiān)聽。


附圖1是本實用新型的組成示意圖；附圖2是本實用新型變頻器單元的工作原理圖；附圖3是利用本實用新型進行測試時的試驗原理圖；附圖4是現(xiàn)有技術(shù)中調(diào)感式串聯(lián)諧振耐壓試驗測量原理圖；附圖5是現(xiàn)有技術(shù)中調(diào)容式串聯(lián)諧振耐壓試驗測量原理圖；圖中1-電源，2-變頻器，3-干式勵磁變壓器，4-高壓電抗器，5-試品，6-電容分壓器。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明如圖1所示，該種變頻式串聯(lián)諧振工頻耐壓試驗裝置，包括變頻器2、干式勵磁變壓器3、高壓電抗器4、電容分壓器6，其中變頻器2的交流電壓輸出端與干式勵磁變壓器3的交流電壓輸入端間相電連接，干式勵磁變壓器3的交流電壓輸出端與高壓電抗器4的輸入接線端子間相電連接，高壓電抗器4的輸出接線端子與電容分壓器6的上極板間相電連接，電容分壓器6的下極板接地，在實際進行測試時被測試品5的絕緣層與導電體分別與高壓電抗器4的輸出接線端子和地線相連接。
此外，該種變頻式串聯(lián)諧振工頻耐壓試驗裝置，如圖2所示其變頻器2由整流、高壓逆變、調(diào)頻、調(diào)壓、輸出單元組成，由該變頻器所構(gòu)成的變頻式串聯(lián)諧振工頻耐壓試驗電源是一個變頻式電源濾波電路，它可以對現(xiàn)場電源進行再次處理，消除高次諧波，輸出某一頻率的合格波形，在電路諧振點輸出該頻率的正弦電壓波形，波形畸變率≤1％，遠小于GB14549-1993規(guī)定的0.38kV電壓總諧波畸變率≤5％的要求，能夠提供理想的試驗電源，保證了試驗數(shù)據(jù)的可靠性、真實性，這是調(diào)容、調(diào)感諧振方式無法達到的高技術(shù)指標。
現(xiàn)有串聯(lián)諧振應(yīng)用技術(shù)原理如圖4、圖5所示，其主要是以調(diào)節(jié)電路的電感和電容為主，但是通過調(diào)節(jié)電路的電感、電容實現(xiàn)調(diào)諧時，存在一些問題，即調(diào)節(jié)電容只能跳躍式調(diào)諧，不能實現(xiàn)連續(xù)調(diào)諧；用拖動機構(gòu)調(diào)節(jié)電感實現(xiàn)連續(xù)調(diào)諧時，電感鐵心漏磁大、噪聲大、不利于試驗監(jiān)聽，波形畸變嚴重，不能滿足對試驗電源的要求。
本實用新型中所述的技術(shù)方案，其原理如圖3所示，即通過調(diào)整電源的頻率，使之配合電路的電感、電路的電容的固有諧振頻率，使三者之間滿足諧振條件供電電源頻率與電路電感之乘積等于供電電源頻率與電路電容之乘積的倒數(shù)，達到串聯(lián)諧振的目的。諧振回路中存在一個品質(zhì)因數(shù)，試品上的電壓等于試驗電壓與該品質(zhì)因數(shù)的乘積，由于品質(zhì)因數(shù)可達到25～45之間，因此試驗電壓遠小于試品上的電壓，相應(yīng)供電變壓器和調(diào)壓器的容量也可相應(yīng)縮小25～45倍，由此可實現(xiàn)試驗電源容量小，試驗設(shè)備無油干式環(huán)保，體積小、重量輕免吊運、噪聲低，系統(tǒng)組成組合式、簡單化、集成化，適合流動作業(yè)的發(fā)明目的。
按照國標GB2900.19-94《電工術(shù)語 高電壓試驗技術(shù)和絕緣配合》規(guī)定，工頻耐壓試驗電源的頻率不低于80％額定頻率，最好在45～65Hz之間，其電壓波形應(yīng)接近正弦(兩個半波完全一樣，且峰值與有效值之比等于√2±0.07，或者諸諧波有效值不大于基波有效值的5％)，因此，在高壓工頻耐壓試驗中在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率是可行的，在本發(fā)明中通過調(diào)頻調(diào)諧也是可行的。
通過調(diào)頻調(diào)諧適應(yīng)了諧振電路的頻率選擇性，由于諧振電路本質(zhì)上是一個二階濾波電路，它可以根據(jù)頻率去選擇某些需要的信號，而排除其他頻率的干擾信號，在實踐上使用變頻器配合能夠達到非常優(yōu)良的效果。與調(diào)感調(diào)諧、調(diào)容調(diào)諧相比，調(diào)頻調(diào)諧能夠做到微調(diào)、連續(xù)調(diào)整，準確地找到諧振點，諧振輸出波形質(zhì)量優(yōu)良，無噪音，具有無可比擬的優(yōu)勢。
在實現(xiàn)調(diào)頻調(diào)諧過程中，離不開電力電子技術(shù)的支持，離不開質(zhì)量優(yōu)良的大電流、高電壓、可控制電子元器件的保證。在本發(fā)明中應(yīng)用電力電子技術(shù)成熟的變頻電源控制技術(shù)，使用近年來發(fā)展日益完善的大電流、高電壓、可關(guān)斷、綜合性能優(yōu)良的絕緣柵雙極型晶體管IGBT電子元件，并在電源側(cè)設(shè)置一階濾波電路及可隨負載變化需要而設(shè)定的電壓保護、電流保護，并將調(diào)壓器與變頻電源部分合成，組成變頻電源操作箱，提供連續(xù)的、輸出頻率可調(diào)、輸出電壓可調(diào)的電源，滿足了連續(xù)調(diào)諧的需要。因此用調(diào)頻調(diào)諧可實現(xiàn)供電質(zhì)量適應(yīng)性強、抗干擾能力強，高精度，高可靠性，低設(shè)備安全風險，低人身安全風險的發(fā)明目的。
變頻調(diào)壓控制箱集調(diào)壓器及控制、變頻器及控制、過壓保護及設(shè)定、過流保護及設(shè)定、一階濾波于一體，是多功能、集成化的電源操作箱；變頻器中使用性能穩(wěn)定可靠的大電流、高電壓、可關(guān)斷、綜合性能優(yōu)良的絕緣柵雙極型晶體管IGBT電子元件，使變頻器實現(xiàn)諧振過程中高電壓、通過負載電流情況下仍能調(diào)整頻率；干式勵磁變壓器通過變頻電源輸出的方波電壓，必須在低磁密即小于等于1.1特斯拉的條件下設(shè)計；干式勵磁變壓器輸入端設(shè)有多組電壓比端子(2000V/200V、3000V/200V、4000V/200V、5000V/200V)，使用中按系統(tǒng)諧振參數(shù)匹配選用；在實際使用中選用多組高壓電抗器，使用中按系統(tǒng)諧振參數(shù)匹配選擇組數(shù)及串聯(lián)或并聯(lián)連接方式；利用串聯(lián)諧振電路頻率選擇性原理，使用變頻電源提供某一頻率的方波電壓，該頻率與系統(tǒng)高壓電抗器、被試品電容的固有諧振頻率相同，使得在發(fā)生諧振時，被試品獲得正弦波形的交流高電壓，并獲得交流正弦電壓波形畸變率≤1％的高品質(zhì)技術(shù)指標；在實際應(yīng)用中，按表1進行電感量電容量匹配，變頻諧振系統(tǒng)參數(shù)達到品質(zhì)因數(shù)25～45，頻率為45～65Hz。
表1電感量電容量的匹配

應(yīng)用串聯(lián)諧振變頻調(diào)諧電路原理，在實現(xiàn)手段上應(yīng)用電力電子技術(shù)變頻電源控制技術(shù)，兩者優(yōu)勢互補，完成了高壓工頻絕緣試驗領(lǐng)域新技術(shù)應(yīng)用的研究工作，開發(fā)了新型試驗設(shè)備，實現(xiàn)安全準確試驗，圓滿地完成了發(fā)明目的。
在應(yīng)用本實用新型進行耐壓測試時，應(yīng)按被試品的電容量、耐壓標準、電流值，設(shè)定過壓、過流保護，選擇接線方式，接好地線、電源線、勵磁變壓器、高壓電抗器、試品及電容分壓器的結(jié)線。
然后接通電源，調(diào)整頻率旋鈕使輸出頻率接近于計算的諧振頻率范圍，調(diào)整勵磁變壓器輸出電壓至50V左右，仔細調(diào)節(jié)輸出頻率，使試品電壓達到最高點，用升壓旋鈕升高勵磁變壓器的電壓直至被試品達到預試耐壓值。
本實用新型所具有的有益效果可通過下面的實驗數(shù)據(jù)來加以證實①、傳統(tǒng)的工頻耐壓試驗裝置應(yīng)用例試驗變壓器容量100kVA，電壓比100kV/220V，電流比1A/454.5A，試品電流Icx＝ωUC，f-50Hz，U-試驗電壓，C-試品對地電容；電源電流I＝454.5Icx。
②、變頻式串聯(lián)諧振工頻耐壓試驗裝置應(yīng)用實例試品電流Icx＝ωUC，f-45～65Hz，U-試驗電壓，C-試品對地電容，電源電流I可用表計直接讀取(經(jīng)計算校核相符)，額定供電電壓220V，50Hz。


通過兩表數(shù)字對比表明，同等電容量受試電壓相同情況下，變頻式串聯(lián)諧振工頻耐壓試驗裝置所需電源電流平均降低22.5倍，所需的電源有效功率同時降低22.5倍，上述試驗完全可以使用日用電源完成，這是變頻式串聯(lián)諧振工頻耐壓試驗裝置推廣使用的最有利因素。當在變頻調(diào)壓電源進行補償后，試驗電源容量比傳統(tǒng)試驗變壓器小25～50倍。
③、在野外作業(yè)、新建變電所施工場地，電源為臨時電源，存在大量非線性負載，電源波形畸變嚴重，內(nèi)含高次諧波率超過偏差范圍，使試驗的供電質(zhì)量惡化，造成試驗不能正常進行。如在2003年多次發(fā)生新建變電所施工場地電源波形畸變嚴重現(xiàn)象(經(jīng)示波器波形測試驗證波形畸變率達到15％)，傳統(tǒng)的工頻耐壓試驗裝置不能完成試驗，而使用變頻式串聯(lián)諧振工頻耐壓試驗裝置替代后非常順利地完成了試驗。
應(yīng)用串聯(lián)諧振變頻調(diào)諧電路原理，在實現(xiàn)手段上應(yīng)用電力電子技術(shù)變頻電源控制技術(shù)，兩者優(yōu)勢互補，完成了高壓工頻絕緣試驗領(lǐng)域新技術(shù)應(yīng)用的研究工作，開發(fā)了新型試驗設(shè)備，實現(xiàn)安全準確試驗，圓滿地完成了發(fā)明目的。
權(quán)利要求1.一種變頻式串聯(lián)諧振工頻耐壓試驗裝置，包括變頻器(2)、干式勵磁變壓器(3)、高壓電抗器(4)、電容分壓器(6)，其特征在于變頻器(2)的交流電壓輸出端與干式勵磁變壓器(3)的交流電壓輸入端間相電連接，干式勵磁變壓器(3)的交流電壓輸出端與高壓電抗器(4)的輸入接線端子間相電連接，高壓電抗器(4)的輸出接線端子與電容分壓器(6)的上極板間相電連接，電容分壓器(6)的下極板接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種變頻式串聯(lián)諧振工頻耐壓試驗裝置，其特征在于變頻器(2)由整流、高壓逆變、調(diào)頻、調(diào)壓、輸出單元組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種變頻式串聯(lián)諧振工頻耐壓試驗裝置，其特征在于高壓電抗器(4)為組合式高壓電抗器。
專利摘要一種用于測試電氣設(shè)備在工頻高壓下的絕緣性能的變頻式串聯(lián)諧振工頻耐壓試驗裝置。主要解決現(xiàn)有的串聯(lián)諧振工頻耐壓試驗裝置不能實現(xiàn)連續(xù)調(diào)諧的問題。其特征在于變頻器(2)的交流電壓輸出端與干式勵磁變壓器(3)的交流電壓輸入端間相電連接，干式勵磁變壓器(3)的交流電壓輸出端與高壓電抗器(4)的輸入接線端子間相電連接，高壓電抗器(4)的輸出接線端子與電容分壓器(6)的上極板間相電連接，電容分壓器(6)的下極板接地。具有對試驗電源容量需求小、體積小重量輕、裝置組成元件數(shù)量少、抗干擾能力強、可靠性高、試驗設(shè)備無油干式環(huán)保、可實現(xiàn)連續(xù)調(diào)諧、噪聲小、利于試驗監(jiān)聽的特點。
文檔編號G01R31/12GK2672667SQ20032012658
公開日2005年1月19日 申請日期2003年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月8日
發(fā)明者王勇, 王光宇, 應(yīng)俊 申請人:大慶石油管理局