CN102495316B - 直流避雷器谐波特性试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种直流避雷器谐波特性试验装置，包括高压变频电源、主控柜及干燥箱；所述高压变频电源用于输出正弦电压；干燥箱中设有第一电阻片，第一电阻片与第一电流取样电阻串联；电阻分压器和第一电阻片与第一电流取样电阻的串联支路并联于高压变频电源两端；主控柜中设有采集电阻分压器的电压和电压频率，以及第一电阻片与第一电流取样电阻串联支路的电流的数据采集卡。本发明填补了直流避雷器谐波特性试验装置及其研究领域的空白；可为国内外的相关直流避雷器产品提供谐波特性试验。
Description
技术领域
本发明属于避雷器试验技术领域；特别涉及一种直流避雷器用氧化锌电阻片谐波特性的试验装置。
背景技术
目前，在大型超高压直流换流站内，有非常多的不同类型的电气设备，如换流阀、滤波器等，为保护这些设备的安全运行，需要有不同功能的避雷器，而这些避雷器不仅要承受正常的系统持续运行电压，还要承受系统内部不同频率的谐波电压等。避雷器的CCOV(持续运行电压峰值)值是指不包括换向过冲的最高持续运行电压的峰值。避雷器的CCOV值是交流正弦波形、多脉冲直流波形，以及各种形状的畸变波形的叠加。
对于承受任意波形电压作用的避雷器来说，在试验设备上很难模拟，在评价避雷器性能时，希望能使用产生与实际波形相同功耗的等效的简单波形，其电压值我们定为等效持续运行电压(即ECOV)。在《高压直流换流站无间隙金属氧化物避雷器使用导则》中指出ECOV值为在实际运行电压(CCOV)下能在ZnO阀片内产生相同功耗的电压值。因而如果能证实功耗等于或大于实际值，则CCOV电压波形就不重要了。出于使用考虑，在验证热崩溃或热稳定的试验回路中，我们把ECOV波形选用为工频电压波形，以便于不同实验室、制造企业进行进一步的试验验证。
根据实际直流工程的不同，带有谐波的CCOV值也必须通过函数计算等效为特定频率下(例如，600Hz)的电压值，再通过变频谐波试验装置测量在该频率、该电压下的功耗值，该功耗值即是确定工频下ECOV的功耗值。
本发明是为了确定ECOV而研制的，能为各类避雷器提供一种谐波特性试验装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直流避雷器谐波特性试验装置，用于研究各种直流避雷器在不同频次谐波下的特性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种直流避雷器谐波特性试验装置，其特征在于，包括高压变频电源、主控柜及干燥箱；
所述高压变频电源用于输出正弦电压；
干燥箱中设有第一电阻片，第一电阻片与第一电流取样电阻串联；电阻分压器和第一电阻片与第一电流取样电阻的串联支路并联于高压变频电源两端；
主控柜中设有采集电阻分压器的电压和电压频率，以及第一电阻片与第一电流取样电阻的串联支路电流的数据采集卡。
本发明进一步的改进在于：高压变频电源包括依次连接的音频信号源、前级放大器、正弦脉宽调制放大器、MOSFET管、低通滤波器和高频升压器。
本发明进一步的改进在于：MOSFET管的工作频率为200KHz。
本发明进一步的改进在于：高压变频电源输出的正弦电压的电压为0.1～8kV，频率为50～3000Hz。
本发明进一步的改进在于：第一电阻片为氧化锌电阻片。
本发明进一步的改进在于：干燥箱中还设有第二电阻片和第三电阻片；第二电阻片与第二电流取样电阻串联；第三电阻片与第三电流取样电阻串联；第一电阻片与第一电流取样电阻的串联支路、第二电阻片与第二电流取样电阻的串联支路和第三电阻片与第三电流取样电阻的串联支路并联；数据采集卡连接第二电阻片与第二电流取样电阻的串联支路和第三电阻片与第三电流取样电阻的串联支路。
本发明进一步的改进在于：所述数据采集卡位32位数据采集卡。
本发明进一步的改进在于：数据采集卡分两步进行数据采集：第一步进行电压频率测量，频率测量时采集卡工作频率为100KHZ，工作通道为电压通道，每次采集最少2个周波；第二步根据第一步采集的电压频率设置采集卡，以确保不同频率下采集的周波有完整的两个周波。
本发明进一步的改进在于：主控柜还包括CPU、存储单元、电源控制单元和显示器；电源控制单元连接CPU和高压变频电源，用于控制高压变频电源输出的正弦电压的电压和频率；数据采集卡通过A/D转换模块连接CPU；CPU连接存储单元和显示器。
本发明进一步的改进在于：所述主控柜还包括采集干燥箱温度的温度传感器，该温度传感器连接显示器。
相对于现有技术，本发明具有以下优点：本发明填补了直流避雷器谐波特性试验装置及其研究领域的空白；可为国内外的相关直流避雷器产品提供谐波特性试验。
附图说明
图1为本发明试验装置结构示意图；
图2为本发明主控柜的结构框图；
图3为数据采集卡的采集顺序图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的技术方案。
请参阅图1至图3所示，本发明直流避雷器谐波特性试验装置主要包括：高压变频电源、主控柜及干燥箱。
高压变频电源：采用(IGBT)音频信号源输出可调频正弦信号，经过前级放大后输出至正弦脉宽调制放大器SPWM。正弦信号通过脉宽调制放大器叠加在高频脉宽调制波上驱动若干大功率MOSFET进行功率变换，为减小输出波形的畸变率，MOSFET工作频率为200KHz(远高于3000Hz)，输出的大功率脉宽调制信号通过低通滤波器衰减掉高频脉宽调制波，就可以得到波形畸变率≤3％的正弦电压。该正弦电压通过高频升压变压器实现0.1-8kV高压输出。该方法也称为D类功率放大。
高压变频电源采用的D类功率放大，相对传统的线形放大(A类，AB类)，功率器件工作在饱和区，而非线性区，每只功率管的损耗远低于传统工作模式。所以该形式具有工作效率高，设备体积小，无须复杂的散热手段等优点。并能输出高电压、大功率、宽调频范围、低失真的正弦波电压波形，特别是同时能够满足阻性、感性、容性负载满功率输出的要求，是一种高性能特种电源。
电阻分压器支路、电阻片Rx1与电流取样电阻R1的串联支路、电阻片Rx2与电流取样电阻R2的串联支路、电阻片Rx3与电流取样电阻R3的串联支路并联于高压变频电源两端。电阻分压器包括高压臂电阻Rd1和低压臂电阻Rd2。
主控柜上设有4条连接主控柜中的数据采集卡的数据采集线，数据采集线包括连接于电阻分压器Rd1、Rd2之间的第一数据采集线，连接于电阻片Rx1与电流取样电阻R1之间的第二数据采集线，连接于电阻片Rx2与电流取样电阻R2之间的第三数据采集线，连接于电阻片Rx3与电流取样电阻R3之间的第四数据采集线。
电阻片Rx1、电阻片Rx2和电阻片Rx3位于干燥箱内。
主控柜包括CPU、数据采集卡、存储单元和电源控制单元；电源控制单元连接CPU和高压变频电源，用于控制高压变频电源输出的正弦电压的电压和频率。数据采集卡通过A/D转换模块连接CPU；CPU连接存储单元和显示器。
主控柜中还设有用于实时采集干燥箱温度的温度传感器，该温度传感器连接显示器，用于显示采集的干燥箱温度。
由高压变频电源输出0.1～8kV，50～3000Hz的正弦波电压信号至试验用干燥箱内的避雷器用氧化锌电阻片上，主控柜通过32位的数据采集卡分两步进行数据采集：第一步进行电压频率测量，频率测量时采集卡工作频率为100KHZ，采样点数4000个，工作通道为电压通道，以保证从50～3000HZ下每个波形至少30个点，每次采集最少2个周波，从而可以准确测量频率。第二步根据采集的频率测量设置采集卡，以确保不同频率下采集的周波有尽可能多的取样点和完整的两个周波。这个过程采集卡依次开启两个通道同时采集各路试验回路的电压和电流信号。采集数据的过程见图3所示，先采集电压和频率，然后依次采集第一路电流、第二路电流和第三路电流；数据采集卡采集的电流、电压和频率数据经过A/D转换模块转换后传输给CPU，CPU利用数据采集卡采集的电流、电压和频率数据进行计算功耗等各参数随时间变化的值并存储模块进行储存，通过显示器进行曲线显示。
Claims (6)
1.一种直流避雷器谐波特性试验装置，其特征在于，包括高压变频电源、主控柜及干燥箱；
所述高压变频电源用于输出0.1～8kV,50～3000Hz的正弦电压；
干燥箱中设有第一电阻片（Rx1），第一电阻片（Rx1）与第一电流取样电阻（R1）串联；电阻分压器和第一电阻片（Rx1）与第一电流取样电阻（R1）的串联支路并联于高压变频电源两端；
主控柜中设有采集电阻分压器的电压和电压频率，以及第一电阻片（Rx1）与第一电流取样电阻（R1）的串联支路电流的数据采集卡；
高压变频电源包括依次连接的音频信号源、前级放大器、正弦脉宽调制放大器、MOSFET管、低通滤波器和高频升压器；
干燥箱中还设有第二电阻片（Rx2）和第三电阻片（Rx3）；第二电阻片（Rx2）与第二电流取样电阻（R2）串联；第三电阻片（Rx3）与第三电流取样电阻（R3）串联；第一电阻片（Rx1）与第一电流取样电阻（R1）的串联支路、第二电阻片（Rx2）与第二电流取样电阻（R2）的串联支路和第三电阻片（Rx3）与第三电流取样电阻（R3）的串联支路并联；数据采集卡连接第二电阻片（Rx2）与第二电流取样电阻（R2）的串联支路和第三电阻片（Rx3）与第三电流取样电阻（R3）的串联支路；
数据采集卡分两步进行数据采集：第一步进行电压频率测量，频率测量时采集卡工作频率为100KHZ，工作通道为电压通道，每次采集最少2个周波；第二步根据第一步采集的电压频率设置采集卡，以确保不同频率下采集的周波有完整的两个周波。
2.根据权利要求1所述的一种直流避雷器谐波特性试验装置，其特征在于，MOSFET管的工作频率为200KHz。
3.根据权利要求1所述的一种直流避雷器谐波特性试验装置，其特征在于，第一电阻片（Rx1）为氧化锌电阻片。
4.根据权利要求1所述的一种直流避雷器谐波特性试验装置，其特征在于，所述数据采集卡位32位数据采集卡。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种直流避雷器谐波特性试验装置，其特征在于，主控柜还包括CPU、存储单元、电源控制单元和显示器；电源控制单元连接CPU和高压变频电源，用于控制高压变频电源输出的正弦电压的电压和频率；数据采集卡通过A/D转换模块连接CPU；CPU连接存储单元和显示器。
6.根据权利要求5所述的一种直流避雷器谐波特性试验装置，其特征在于，所述主控柜还包括采集干燥箱温度的温度传感器，该温度传感器连接显示器。
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