CN101349734A - 一种用于电气设备试验用的振荡波产生装置 - Google Patents

Abstract

一种用于电气设备试验用振荡波产生装置，由电源AC、开关K₁、电容C和电感L组成，开关K₁闭合前，由电源AC、电容C和电感L为一串联回路；开关K₁闭合后，由开关K₁、电容C和电感L形成LC衰减振荡回路，其中电源内阻为R，电感内阻为R₀。其特征在于：该装置中的电源AC采用调频调压电源，开关K₁为电子开关。本发明的优点在于：采用电压较低的交流电源激励，使LC串联回路谐振，获得谐振高电压，由电工学原理知道，谐振高电压的电压大小为交流激励电压的Q倍，Q为LC串联谐振回路的品质因素。由于交流激励电源的电压较低，它的电子开关工作电压也可以较低。

Description

一种用于电气设备试验用的振荡波产生装置

技术领域

本发明涉及一种基于交流激励的振荡波产生装置，尤其是一种用于电气设备试验用振荡波产生装置。

背景技术

对电气设备进行正弦波耐压及局部放电量测量是衡量电气设备绝缘性能的基本检测方法，一般情况采用试验变压器直接加压，但当被试品等效电容量很大和它的试验电压很高时，则试验变压器的容量会很大，导致现场无法完成试验。近年来国内外采用振荡波对电气设备进行正弦波耐压及局部放电试验，可以减小试验设备的容量。

目前，用于检测的振荡波是采用直流激励的方式产生，以容性电气设备为例，其基本原理如图1所示：主要包括直流充电电源BT、限流电阻R、电感L、电感L的内阻R₀、被测试电气设备的等效电容C和电子开关K。电子开关K闭合前，直流充电电源BT通过限流电阻R、L向等效电容C充电，当C充电到预定电压值时，电子开关K迅速闭合，由于电感L存在内阻R₀，在L、C的串联回路产生一个逐渐衰减的振荡波f(t)，该振荡波直接加在电气设备的等效电容C上，就可以实现对被测试电气的正弦波耐压试验和局部放电量的测量。

采用直流激励的方式获得振荡波主要存在以下问题：第一振荡波f(t)的最高峰值等于直流充电电源BT的电压值，当振荡波f(t)的电压很高时，直流充电电源BT的电压也要相应很高。第二它的转换开关K承受的工作电压为直流充电电源BT的电压。

基于上述存在的问题，采用直流激励的方式来获得振荡波，由于成本和技术的原因，目前只能做到200kV以下的振荡波产生装置。如德国SEBAKMT公司OWTS HV150型用于局部放电检测用的直流激励振荡波产生装置，它的试验电压也只能做到150kV，在中国市场销售价高达600万人民币，非常昂贵。

国内外至今还没有高于200kV甚至1000kV的振荡波产生装置，随着电网电压等级的提高，如何提高用于电气设备试验用的振荡波产生装置的电压，是电力检测部门迫切需要解决的课题。

发明内容

本发明的目的在于：针对目前用于电气设备试验用振荡波产生装置存在的上述问题，提供一种新的交流激励振荡波产生装置，它采用电压较低的交流激励电源和电子开关，就可以产生高电压振荡波。

本发明的目的是这样实现的：一种用于电气设备试验用振荡波产生装置，由电源、开关、电容C和电感L组成，开关闭合前，由电源、电容C和电感L为一串联回路；开关闭合后由开关、电容C和电感L形成LC衰减振荡回路，其特征在于：该装置中的电源采用调频调压电源，开关为电子开关。

在本发明中：所述的串联回路由电感L与被测试电气设备的等效电容C组成。

在本发明中：所述的串联回路由电容C与被测试电气设备的等效电感L组成。

在本发明中：所述的调频调压电源是：由IGBT组成的桥式逆变电路，将市电整流后与桥式逆变电路的供电回路连接，每个IGBT上并联有续流二极管，IGBT的驱动单元电路由单片机MCU控制。

在本发明中：调频调压电源与LC串联谐振回路之间设有隔离变压器T。

在本发明中：在调频调压电源中，市电整流后经过电子开关K₂与调频调压电源的供电回路连接。

在本发明中：隔离变压器的初级侧或次级侧设有电子开关K₁。

在本发明中：所述的电子开关为真空类开关，或半导体固态开关。

在本发明中：所述的电子开关由IGBT组成，IGBT上并联有续流二极管，电子开关的驱动受单片机MCU的控制。

在本发明中：所述的电子开关K₁是由两只单向可控硅并联组成，两个可控硅反向并联，电子开关的触发信号受单片机MCU控制。

本发明的优点在于：采用电压较低的交流激励电源，通过LC串联回路的谐振获得谐振高电压，由电工学原理知道，谐振高电压的电压大小为交流激励电压的Q倍，Q为LC串联谐振回路的品质因素。由于交流激励电源的电压较低，所以转换开关的工作电压也可以较低。

附图说明

图1是现有电气设备试验用的直流激励振荡波产生装置的基本原理图；

图2是本发明的基本原理图；

图3是本发明的一种应用方式原理图；

图4是本发明的另一种应用方式原理图；

图5是图4应用方式的一个具体实施例；

图6是图4应用方式的另一个具体实施例；

图7是图3应用方式的一个具体实施例；

图8是图3应用方式的另一个具体实施例；

图9是本发明用于电气设备做局部放电量测量的具体应用。

具体实施方式

附图非限制性地公开了本发明的基本原理图及其具体实施例的实施方式，下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

由图2可见，本实施例是以容性电气设备为被测试验品，其基本原理是：当K₁开路时，由交流激励电源AC给电感L和被测试电气设备的等效电容C构成的串联回路，提供一个电压较低的交流激励电压，当激励电源AC的输出频率与电感L和电容C的谐振频率相同时，电感L和电容C回路谐振，产生谐振高电压，调节激励电源AC的输出电压，使被测试电气设备的等效电容C上的谐振电压达到预定值，将电子开关K₁短路，由于电感L存在内阻R₀，在电容C上产生了阻尼振荡波f(t)。

由图3可见，将图2的原理在实际应用的一种方式是，在交流激励电源AC和电容C电感L形成的串联谐振电路之间设有隔离变压器T，并在隔离变压器T次级侧并联电子开关K₁。激励电源AC的输出通过隔离变压器T，使电容C电感L回路谐振，调节激励电源AC的输出幅值，使电容C上的电压达到预定值，电子开关K₁短路，相当于变压器的次级短路，就可以在被测试电气设备C上得到一个阻尼振荡波f(t)。

由图4可见，将图2的原理在实际应用的另一种方式是，在激励电源AC和电容C电感L回路电路之间设有隔离变压器T，它与图3的区别仅在于：将电子开关K₁并联在隔离变压器T初级侧。激励电源AC通过隔离变压器T，与电感L和电容C回路谐振，电容C上的谐振电压达到预定值，电子开关K1闭合，就可以在被测试电气设备C上得到一个阻尼振荡波f(t)。

图5是图4应用方式的一个具体电路的电原理图，本实施例是以感性电气设备为被测试验品，其中，调频调压电源AC包括：整流二极管D_1～6组成的三相全桥整流电路、整流后接滤波电容C₁，Q_1～4逆变桥由IGBT组成，四只IGBT分别并联一个续流二极管DQ_1～4，IGBT的驱动单元电路DR_1～2由单片机MCU控制；在隔离变压器T的初级侧并联一个电子开关K₁，K₁的Q_5～6由两只IGBT组成，IGBT分别并联一个续流二极管D_5～6，其驱动单元电路DR₃与IGBT逆变桥的驱动单元电路DR_1～2由单片机MCU控制；隔离变压器T的次级侧，与C和被测试电气的等效电感L串联回路连接。

在本实施例中：IGBT逆变桥电路的驱动单元电路DR₁的8受控于MCU的1，DR₂的8受控于MCU的4；Q₁受控于DR₁的6，Q₂受控于DR₁的1，Q₃受控于DR₂的6，Q₄受控于DR₂的1。在电子开关K₁中，驱动单元电路DR₃的8受控于MCU的6，Q₅受控于DR₃的6，Q₆受控于DR₃的1。

图6是图4应用方式的另一个具体电路的电原理图，本实施例是以容性电气设备为被测试验品，它与图5的区别仅在于：在整流电路与IGBT逆变桥的供电回路之间串接一个电子开关K₂，K₂的Q₇采用IGBT，Q₇上并联一个续流二极管DQ₇，Q₇的驱动电路DR₄由单片机MCU控制，电子开关K₂是为了防止逆变桥短路三相全桥整流电路设置的。取消了在隔离变压器T的初级侧的电子开关K₁，隔离变压器T初级侧的短路，是通过四个的逆变桥的IGBT全部导通短路来实现的。

在本实施例中：逆变桥的驱动单元电路DR₁的8受控于MCU的3，DR₂的8受控于MCU的5；Q₁受控于DR₁的1，Q₂受控于DR₁的6，Q₃受控于DR₂的1，Q4受控于DR₂的6。在电子转换转换开关K₂中，驱动单元电路DR₄的4受控于MCU的1，Q₇受控于DR₄的1。

图7是图3应用方式的一个具体电路的电原理图，本实施例是以感性电气设备为被测试验品，它与图5的区别在于：电子开关K1位于隔离变压器T的次级侧，T的次级连接由电容C和被测试电气设备的等效电感L组成的串联回路。

在本实施例中：逆变桥的驱动单元电路DR1的8受控于MCU的1，DR₂的8受控于MCU的3；Q₁受控于DR₁的1，Q₂受控于DR₁的6，Q₃受控于DR₂的1，Q₄受控于DR₂的6。在电子开关K₁中，驱动单元电路DR₃的8受控于MCU的5，Q₅受控于DR3的6，Q₆受控于DR₃的1。

图8是图3应用方式的另一个具体电路的电原理图，本实施例是以容性电气设备为被测试验品，它与图7的区别仅在于：在三相全桥整流电路的整流输出与逆变桥的供电回路之间串有电子开关K₂，K₂的Q₇采用IGB，IGBT上并联一个续流二极管DQ₇，Q₇的驱动单元电路DR₄由单片机MCU控制。

在本实施例中：逆变桥变频供电电路中，驱动单元电路DR₁的8受控于MCU的3，DR₂的8受控于MCU的5；Q1受控于DR₁的6，Q₂受控于DR₁的1，Q₃受控于DR₂的6，Q₄受控于DR₂的1。在电子开关K₁中，驱动单元电路DR₃的8受控于MCU的7，Q₅受控于DR₃的6，Q₆受控于DR₃的1；在电子转换转换开关K₂中，驱动单元电路DR₄的4受控于MCU的1，Q₇受控于DR₄的1。

图9是以图8实施例为例，对电气设备做局部放电量测量的应用示意图，由图可见，使用中，局部放电信号耦合传感器CG串联在被测试电气设备C的回路中，CG输出的局部放电信号送给局部放电测量仪PD的输入端口1，PD的端口2为同步信号输入，它受控于单片机MCU的9端，它与MCU端口7的短路触发信号是同步的，该信号控制局部放电仪在振荡波开始时，采集并记录局部放电信号，只要被测设备C上前3～10个振荡波电压的幅值符合局部放电测量的技术规范，对采集并记录局部放电信号，通过计算机对采集信号的非实时分析，就可以计算出该电气设备C的局部放电量的大小，借以衡量判断该电气设备的绝缘状态。

可以利用本发明涉及的装置进行正弦波耐压及局部放电量测量的电气设备包括电力电缆、气体绝缘组合电气GIS、电力变压器和发电机等；本发明装置可以产生1kV～5000 kV的振荡波；它将在高电压设备的正弦波耐压及局部放电量测量有着非常广泛的应用。

具体实施时，所述的电子开关可以采用真空类开关，或半导体固态开关。

Claims (10)

1、一种用于电气设备试验用振荡波产生装置，由电源、开关、电容C和电感L组成，开关闭合前，由电源、电容C和电感L为一串联回路；开关闭合后由开关、电容C和电感L形成LC衰减振荡回路，其特征在于：该装置中的电源采用调频调压电源，开关为电子开关。

2、根据权利要求1所述的用于电气设备试验用振荡波产生装置，其特征在于：所述的串联回路由电感L与被测试电气设备的等效电容C组成。

3、根据权利要求1所述的用于电气设备试验用振荡波产生装置，其特征在于：所述的串联回路由电容C与被测试电气设备的等效电感L组成。

4、根据权利要求1所述的用于电气设备试验用振荡波产生装置，其特征在于：所述的调频调压电源是：由IGBT组成的桥式逆变电路，将市电整流后接桥式逆变电路的供电回路，每个IGBT上并联有续流二极管，IGBT的驱动单元电路由单片机MCU控制。

5、根据权利要求2～4之一所述的用于电气设备试验用振荡波产生装置，其特征在于：调频调压电源与LC串联谐振回路之间设有隔离变压器T。

6、根据权利要求5所述的用于电气设备试验用振荡波产生装置，其特征在于：在调频调压电源中，市电整流后经过电子开关K₂与调频调压电源的桥式逆变电路的供电回路连接。

7、根据权利要求4所述的用于电气设备试验用振荡波产生装置，其特征在于：隔离变压器的初级侧或次级侧设有电子开关K₁。

8、根据权利要求6～7之一所述的用于电气设备试验用振荡波产生装置，其特征在于：所述的电子开关均为真空类开关，或半导体固态开关。

9、根据权利要求8所述的用于电气设备试验用振荡波产生装置，其特征在于：所述的电子开关由IGBT组成，IGBT上并联有续流二极管，电子开关的驱动受单片机MCU的控制。

10、根据权利要求8所述的用于电气设备试验用振荡波产生装置，其特征在于：所述的电子开关K₁是由两只单向可控硅并联组成，两个可控硅反向并联，电子开关的触发信号受单片机MCU控制。

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