CN104300827A - 一种2400kV、30mA移动式无局放直流高压发生器 - Google Patents

一种2400kV、30mA移动式无局放直流高压发生器 Download PDF

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金涛
谢齐家
贺家慧
王瑞珍
周凯
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Abstract

一种2400kV、30mA移动式无局放直流高压发生器,包括依次连接的交流线性变频电源、升压变压器、倍压组件、均压环。交流线性变频电源用于将正弦波信号经过三级放大后输出变频电源信号,升压变压器用于将变频电源信号进一步升压为高压交流电源信号,倍压组件的输出端与高频阻流电感的一端连接,高频阻流电感的另一端通过滤波电容与倍压组件的接地端连接,高频阻流电感与滤波电容的节点作为倍压组件的高压输出端与接地端接入电压测量模块,电压测量模块的信号输出端与上位机的信号输入端连接,上位机的控制信号输出端与交流线性变频电源的控制信号输入端连接。本发明可以在减小装置的体积和重量的同时控制装置整体的局部放电量水平,完成2400kV/30mA的直流输出。

Description

—种2400kV、30mA移动式无局放直流高压发生器
技术领域
[0001] 本发明涉及电力技术领域,具体是一种2400kV、30mA移动式无局放直流高压发生器。
背景技术
[0002] 特高压直流输电技术具有送电容量大、距离远等特点,是大容量、远距离送电的关键技术之一。特高压设备尤其是特高压电力变压器,因体积重量庞大,将逐步采取现场组装现场试验的工程建设模式。这对大型电力设备的现场试验提出了更高的要求。在此背景下,完善直流输变电工程相关试验手段,尤其是提高直流电晕试验及直流耐压试验能力,对促进特高压直流输电技术具有重要意义。
[0003]目前便携式直流高压发生器通常采用中(高)频倍压电路,和PWM脉宽调制技术及大功率IGBT (绝缘栅双极型功率管)器件,虽然体积较小,但缺点是电源容量小、无线电干扰大,导致直流高压发生器本体局部放电量大。现场进行变压器直流耐压及局放测量试验时,若电源(直流高压发生器)本体局放量大,则试验无法正常开展。因此,这种便携式直流高压发生器无法完全满足特高压工程现场直流耐压试验和相关研究的要求。
[0004] 大型的直流高压发生器设备采用50Hz工频电源做整流源,可实现大容量高电压输出,如保定天威保变电气股份有限公司的2400kV/20mA直流高压发生器,特变电工沈变集团公司的2250kV/20mA的直流高压发生器等。这些直流高压发生器本体局放小,电源容量大,可作为电力变压器出厂的直流耐压试验的电源。但是这些均为固定式试验装置,采用工频电源经调压器供电至倍压系统,装置体积庞大,控制复杂且精度较差,无法用于变电站现场。
[0005] 制约输变电工程现场直流电晕试验及直流耐压试验的技术瓶颈在于直流高压发生器本身。在保证设备容量的情况下,直流高压发生器本体体积过大,局部放电量超标以及泄露电流过大,均是制约现场试验技术发展的瓶颈。
[0006] 因此,研发一套大容量且局放水平低的直流高压发生器,能获取高质量的直流高压,并能够在现场实现快速拆装的成套装置至关重要。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于提供一种2400kV、30mA移动式无局放直流高压发生器,可以减小装置的体积和重量的同时控制装置整体的局部放电量水平。
[0008] 一种2400kV、30mA移动式无局放直流高压发生器,包括依次连接的交流线性变频电源、升压变压器、倍压组件、均压环,所述交流线性变频电源用于将正弦波信号经过三级放大后输出变频电源信号,所述升压变压器用于将所述变频电源信号进一步升压为高压交流电源信号,所述倍压组件用于将高压交流电源信号倍压整流成为高压直流信号,倍压组件的输出端与高频阻流电感的一端连接,高频阻流电感的另一端通过滤波电容与倍压组件的接地端连接,高频阻流电感与滤波电容的节点作为倍压组件的高压输出端与接地端接入电压测量模块,电压测量模块的信号输出端与上位机的信号输入端连接,上位机的控制信号输出端与交流线性变频电源的控制信号输入端连接。
[0009] 进一步的,所述电压测量模块采用电阻式分压器。
[0010] 进一步的,所述倍压组件由6节结构完全相同的倍压单元串联而成,每节倍压单元装有1.5级即3倍压整流电路。
[0011] 本发明2400kV、30mA移动式无局放直流高压发生器利用无局放交流变频电源配合倍压整流电路输出2400kV直流电压和30mA电流,采用交流线性变频电源较常规的工频电源相比,频率增高后,装置体积和重量均可缩小,便于现场使用时安装拆卸;同时,选择合适的工作频率,可降低装置本体的局部放电量;在高压端输出装设高频阻流电感和滤波电容分别减小电流脉冲和电压波形,从而进一步降低装置的局放量。
附图说明
[0012] 图1是本发明2400kV、30mA移动式无局放直流高压发生器的整体结构图;
[0013] 图2是本发明2400kV、30mA移动式无局放直流高压发生器中交流线性变频电源的电路结构框图;
[0014] 图3是本发明2400kV、30mA移动式无局放直流高压发生器的电路原理图;
[0015] 图4是本发明2400kV、30mA移动式无局放直流高压发生器中单节倍压组件结构图。
[0016] 图中:1 一交流线性变频电源,2—升压变压器,3—倍压组件,4一均压环,5—电压测量模块,6—高频阻流电感,7—滤波电容,8—上位机,32—直流柱,33—测量及滤波柱,34—交流柱,35一娃柱。
具体实施方式
[0017] 下面将结合本发明中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0018] 图1所示为本发明2400kV、30mA移动式无局放直流高压发生器的结构示意图,所述2400kV、30mA移动式无局放直流高压发生器包括交流线性变频电源1、升压变压器2、倍压组件3、均压环4。
[0019] 所述交流线性变频电源I的电路结构如图2所示。所述交流线性变频电源I实际上是一个功率放大器,它将一个微弱的正弦波信号,放大为一个功率达到数千瓦的电源信号。在这个功率放大器中,正弦波信号失真度很小,而且其频率可以调节,同时还可以进行输出电压的调节。在此功率放大器中,每个部分的功率从前面一级获得信号,然后通过直流电源的提供实现放大。整个放大器分为三级:初级放大;前级放大;后级放大。初级放大仅仅是正弦波信号的初始放大,信号获得的功率很小,而且输出电压也很低,这个部分可以实现频率调节和电压的调节。前级放大是将初级放大的信号进一步放大,前级放大回路完成从信号源到初始功率输出,其输出功率很小(〈100W),便于调频和升压控制。后级放大回路也是主回路,后级放大回路接受到信号,完成功率放大。这个回路中使用的组件数量很多,主要是通过放大回路大功率三极管并联实现。
[0020] 本发明使用交流线性变频电源I可减小直流高压发生器装置的体积重量,同时通过合理设置频率控制本体的局部放电量。与普通的利用工频源相比,利用线性变频电源时,频率增加后倍压回路里所有电容件体积重量均可成比例缩小,减小了装置的体积重量;同时,线性变频电源突破了常规直流发生器逆变输出为方波的模式,设计为正弦波输出,避免了因电压突变而产生的暂态现象,有效控制了电磁干扰,降低装置的局放水平。进一步的,变频电源的工作频率升高,则出口电压增大,纹波系数及谐波比均减小;但充电频率过高后,谐波比反而增大;因此,本发明通过对工作频率的优化设计,在保证输出电压的基础上,优化了波形输出,减小了后续谐波和纹波通过倍压组件所产生的高频脉冲,从而减小了装置本体的局部放电量。本发明设计工作频率为30Hz〜300Hz范围内可调,现场试验时,可结合实际局放水平,在此范围内调节工作频率。
[0021] 交流线性变频电源I的输出端与升压变压器2连接,所述升压变压器2可采用完全相同的两台升压变压器进行初级升压,低压并联,高压串联完成对称加压。本实施例中升压变压器的参数为:额定容量10kVA,额定频率150Hz,额定电压(0.35±0.025) kV/150kV,空载损耗490W,空载电流0.23%,短路阻抗15.6%,运行时长8小时,温升85K。
[0022] 本实施例中倍压组件3有6节倍压单元,每节倍压单元结构完全相同。倍压组件的目的是为了实现从较低交流电压到较高直流电压的倍压整流变换。单节倍压单元的结构如图4所示。每节倍压单元装有1.5级即3倍压整流电路。图4中32为直流柱,33为交流柱(交流柱有两柱),34为测量、滤波柱,35为硅堆。其中直流柱32、交流柱33以及测量、滤波柱34的外部采用伞裙式设计,利用硅橡胶合成绝缘子每节爬距为7050mm,Imin工频干耐受电压为480kV(AC);内部均采用充油结构;直流柱32和交流柱33内部为高压电容构成,每级电压为267kV,每节电压为400kV,每节高度约2300mm。
[0023] 请参考图3,交流线性变频电源1、升压变压器2、倍压组件3依次连接,倍压组件3的输出端与高频阻流电感6的一端连接,高频阻流电感6的另一端通过滤波电容7与倍压组件3的接地端连接,高频阻流电感6与滤波电容7的节点作为倍压组件3的高压输出端与接地端接入电压测量模块5,电压测量模块5的信号输出端与上位机8的信号输入端连接,上位机8的控制信号输出端与交流线性变频电源I的控制信号输入端连接。预先设定输出电压,当电压测量模块5反馈的输出电压达到设定值时,上位机8控制交流线性变频电源I稳定在当前电压值上。在现场试验时通过局放仪监测局放水平,若局放量偏高,则手工设定交流线性变频电源I的工作频率使之降低,从而减少局放量。如频率调到最低时,局放还没见小,则说明局放是由现场其他因素引起的,不是装置本身。
[0024] 所述电压测量模块5采用电阻式分压器,其中包括测量和屏蔽两个回路。考虑到分压器的发热和直流高压源的负载能力,并保证测量系统的准确度,测量回路的电流为500uA,屏蔽回路电流为250uA,两个回路的阻抗分别为4800 Ω和9600 Ω,因此测压系统总阻抗为3200 Ω,总电流为750uA,总消耗功率为1800W。电阻式分压器采用内置分节方式,即分压器高压臂分为六节安装在倍压组件体内。
[0025] 高频阻流电感6和滤波电容7的作用是为了进一步减小装置本体的局放量。高频阻流电感6可以减小电流脉冲,滤波电容7可以减小电压波动,而电流脉冲和电压波动都会导致装置的局放量增加。但高频阻流电感和滤波电容的值不易过大,否则影响电源的带负载能力。高频阻流电感和滤波电容的具体数值可通过实验确定,具体试验方法是选择不同的高频阻流电感和滤波电容,保持高压输出恒定,测量装置的不同频率下的输出电流和局放量,当局放量减至最小但输出电流不会明显跌落时,即可确定合适的高频阻流电感和滤波电容值。本实施例中选取IH的高频阻流电感和2000pF的滤波电容。
[0026] 为了方便试验装置现场快速拆装,对每个模块专门设计了吊具。同时对直流发生器顶部均压环表面平整、光滑,在每柱金属法兰连接处外侧均配备均压环做防晕处理。
[0027] 直流高压发生器的测量和控制由上位机8完成。测量与控制系统运用工控专业组态软件编程设计成便于操作的控制工作界面,在上位机8可以完成直流高压系统的所有设定、运行、测量等参数,即可设定直流充电电压、耐受时间等,并监控和测量其运行状态。上位机8主要功能有:(一)连续调节交流线性变频电源I的输出电压,包含自动或手动两种方式;(二)实现主电源开关的操作;(三)显示直流电压、电流及变频电源输出电压、电流;(四)通过升、降压旋钮及指示灯实现升压和降压;(五)设置并显示升压值、耐压时间,升压方式可实现自动化;(六)实现电源闭锁控制。
[0028] 以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种2400kV、30mA移动式无局放直流高压发生器,其特征在于:包括依次连接的交流线性变频电源(I)、升压变压器(2)、倍压组件(3)、均压环(4),所述交流线性变频电源(I)用于将正弦波信号经过三级放大后输出变频电源信号,所述升压变压器(2)用于将所述变频电源信号进一步升压为高压交流电源信号,所述倍压组件(3)用于将所述高压交流电源信号倍压整流成为高压直流信号,倍压组件(3)的输出端与高频阻流电感¢)的一端连接,高频阻流电感¢1)的另一端通过滤波电容(7)与倍压组件(3)的接地端连接,高频阻流电感(6)与滤波电容(7)的节点作为倍压组件(3)的高压输出端与接地端接入电压测量模块(5),电压测量模块(5)的信号输出端与上位机(8)的信号输入端连接,上位机(8)的控制信号输出端与交流线性变频电源(I)的控制信号输入端连接。
2.如权利要求1所述的2400kV、30mA移动式无局放直流高压发生器,其特征在于:所述电压测量模块(5)采用电阻式分压器。
3.如权利要求1所述的2400kV、30mA移动式无局放直流高压发生器,其特征在于:所述倍压组件(3)由6节结构完全相同的倍压单元串联而成,每节倍压单元装有1.5级即3倍压整流电路。
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CN106443267A (zh) * 2016-10-18 2017-02-22 苏州华电电气股份有限公司 一种特高压直流无局放试验装置塔结构
CN110308390A (zh) * 2019-07-22 2019-10-08 国网江苏省电力有限公司苏州供电分公司 一体化工频耐压试验装置

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