CN107607821A - 一种谐波含量可控的中压xlpe电缆老化试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种谐波含量可控的中压XLPE电缆老化试验装置，涉及电力电缆检测技术领域。所述谐波含量可控的中压XLPE电缆老化试验装置，包括交流电源、多谐波源发生单元、多谐波控制单元、标准电容单元、谐波分析仪以及试验回路单元，通过多谐波控制单元控制多谐波源发生单元同时输出多种频率叠加的谐波电压，并作用于试验回路，实现输出谐波电压的监视和分析，从而实现中压XLPE电缆及其附件同时在多种谐波叠加作用下的绝缘老化试验；本发明通过多谐波控制单元实现PWM整流和逆变的独立控制，确保控制逻辑的准确性和可靠性，实现谐波次数和幅值的精确控制和模拟。
Description
技术领域
本发明属于电力电缆检测技术领域，尤其涉及一种谐波含量可控的中压XLPE电缆老化试验装置。
背景技术
近年来，随着电网技术的飞速发展，多元化用电需求的持续增加，间歇式分布式能源的大量接入，导致用户侧设备的复杂性越来越高，电网谐波问题变得日益严重。目前，城市配电网以及电铁牵引供电系统中存在大量在运的中压XLPE电缆及其附件，而电缆终端事故是导致电缆线路跳闸事故的主要原因，且多谐波源对电缆终端绝缘劣化的影响极为明显。实践证明，一些传统中压XLPE电缆终端在多谐波作用下，其老化明显加剧、寿命大大缩短，甚至导致绝缘事故的发生。
基于此，本发明提出一种谐波含量可控的中压XLPE电缆老化试验装置，用于中压XLPE电缆及其附件的绝缘老化试验，可同时模拟多种谐波特性对中压XLPE电缆及其附件的影响，实现谐波次数和幅值的精确控制和模拟。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种谐波含量可控的中压XLPE电缆老化试验装置。
本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种谐波含量可控的中压XLPE电缆老化试验装置，包括交流电源、多谐波源发生单元、多谐波控制单元、标准电容单元、谐波分析仪以及试验回路单元；所述多谐波源发生单元分别与交流电源、多谐波控制单元以及标准电容单元连接；所述标准电容单元分别与所述谐波分析仪、多谐波控制单元以及试验回路单元连接；所述多谐波源发生单元，用于同时精确输出多种频率叠加的谐波电压；所述多谐波控制单元，用于实现多谐波源发生单元输出谐波电压频率及幅值的精确控制；所述标准电容单元，用于实现输出谐波电压的测量；所述谐波分析仪，用于实现输出谐波电压的监视和分析；所述试验回路单元，用于提供试验回路。
进一步的，所述多谐波源发生单元包括依次连接的输入滤波模块、谐波功率模块以及输出滤波模块；所述谐波功率模块由多个背靠背功率单元通过级联的方式构成，每个所述的背靠背功率单元均包括依次连接的PWM整流桥、直流侧储能电容以及PWM逆变桥；每个所述的背靠背功率单元分别对应一个输入滤波模块，多个输入滤波模块的输出端分别与多个背靠背功率单元的PWM整流桥输入端连接；所述PWM整流桥，用于建立稳定的直流电压，所述PWM逆变桥，用于生成给定的电压信号。通过多个PWM逆变桥逆变侧级联的连接方式构成谐波功率模块的主拓扑结构，采用单极倍频载波移相正弦脉宽调制技术，大幅提高谐波频率，确保高次谐波的精确输出；在提高本发明装置容量的同时，实现了多种频率谐波源的精确控制和模拟，从而有效提高整个装置的谐波输出带宽，使得本发明多谐波源试验装置较好地满足中压XLPE电缆及其附件多谐波源试验的容量和频率要求。
进一步的，所述输出滤波模块和多个输入滤波模块均采用RLC滤波方式。
进一步的，所述多谐波控制单元包括主控制器和单元控制器，所述主控制器包括相连接的主控DSP和主控FPGA；所述主控DSP和主控FPGA分别与所述多谐波源发生单元连接；所述单元控制器分别与所述多谐波源发生单元和主控FPGA相连接；所述主控DSP与上位机连接，用于接收上位机下发的指令和多谐波源发生单元信息的上传，同时还用于系统流程控制、数据处理、多谐波源发生单元主回路保护以及与主控FPGA之间的信息交互；所述主控FPGA，用于实现系统状态量监测、多谐波发生单元逆变控制及其回路保护；所述单元控制器，用于实现整流控制和信息监测，并下发PWM整流与逆变控制信息。多谐波控制单元的这种控制模式充分利用了DSP运算速度快和FPGA逻辑处理强的优点，实现了PWM整流和逆变的独立控制，确保了控制逻辑的准确性和可靠性。
进一步的，所述主控DSP和主控FPGA通过RS485相连接。
进一步的，所述主控DSP和主控FPGA分别通过光纤与所述多谐波源发生单元连接；所述单元控制器通过光纤分别与所述多谐波源发生单元和主控FPGA相连接。
进一步的，所述主控DSP通过RS422四线接口与上位机连接。
进一步的，所述试验回路单元包括两个冷缩式电缆终端、两个GIS气室以及XLPE电缆；所述两个冷缩式电缆终端分别为第一冷缩式电缆终端和第二冷缩式电缆终端；所述两个GIS气室分别为第一GIS气室和第二GIS气室；所述第一冷缩式电缆终端和第二冷缩式电缆终端的一端分别插入所述第一GIS气室和第二GIS气室，另一端通过导线相互连接；所述第一GIS气室和第二GIS气室通过XLPE电缆相互连接。
与现有技术相比，本发明所提供的谐波含量可控的中压XLPE电缆老化试验装置，包括交流电源、多谐波源发生单元、多谐波控制单元、标准电容单元、谐波分析仪以及试验回路单元，通过多谐波控制单元控制多谐波源发生单元同时输出多种频率叠加的谐波电压，并作用于试验回路，实现输出谐波电压的监视和分析，从而实现中压XLPE电缆及其附件同时在多种谐波叠加作用下的绝缘老化试验；本发明通过多谐波控制单元实现PWM整流和逆变的独立控制，确保控制逻辑的准确性和可靠性，实现谐波次数和幅值的精确控制和模拟。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种谐波含量可控的中压XLPE电缆老化试验装置的结构示意图；
图2是本发明多谐波源发生单元主回路的结构示意图；
图3是本发明多谐波控制单元的原理框图；
其中：1-交流电源，2-多谐波源发生单元，3-标准电容单元，4-谐波分析仪，5-试验回路单元，6-第一冷缩式电缆终端，7-第二冷缩式电缆终端，8-第一GIS气室，9-第二GIS气室，10-XLPE电缆，11-多谐波控制单元，12-输入滤波模块，13-谐波功率模块，14-输出滤波模块，15-PWM整流桥，16-PWM逆变桥。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明所提供的一种谐波含量可控的中压XLPE电缆老化试验装置，包括交流电源1、多谐波源发生单元2、多谐波控制单元11、标准电容单元3、谐波分析仪4以及试验回路单元5；多谐波源发生单元2分别与交流电源1、多谐波控制单元11以及标准电容单元3连接；标准电容单元3分别与谐波分析仪4、多谐波控制单元11以及试验回路单元5连接；多谐波源发生单元2，用于同时精确输出多种频率叠加的谐波电压；多谐波控制单元11，用于实现多谐波源发生单元2输出谐波电压频率及幅值的精确控制；标准电容单元3，用于实现输出谐波电压的测量；谐波分析仪4，用于实现输出谐波电压的监视和分析；试验回路单元5，用于提供试验回路。
如图1所示，试验回路单元5包括两个35kV冷缩式电缆终端、两个GIS气室以及35kVXLPE电缆10；两个35kV冷缩式电缆终端分别为第一冷缩式电缆终端6和第二冷缩式电缆终端7；两个GIS气室分别为第一GIS气室8和第二GIS气室9；第一冷缩式电缆终端6和第二冷缩式电缆终端7的一端分别插入第一GIS气室8和第二GIS气室9，另一端通过导线相互连接；第一GIS气室8和第二GIS气室9通过35kV XLPE电缆10相互连接。
如图2所示，多谐波源发生单元2包括依次连接的输入滤波模块12、谐波功率模块13以及输出滤波模块14；谐波功率模块13由多个背靠背功率单元通过级联的方式构成，每个的背靠背功率单元均包括依次连接的PWM整流桥15、直流侧储能电容以及PWM逆变桥16；每个的背靠背功率单元分别对应一个输入滤波模块12，多个输入滤波模块12的输出端分别与多个背靠背功率单元的PWM整流桥15输入端连接；PWM整流桥15，用于建立稳定的直流电压，PWM逆变桥16，用于生成给定的电压信号。通过多个PWM逆变桥16逆变侧级联的连接方式构成谐波功率模块13的主拓扑结构，采用单极倍频载波移相正弦脉宽调制技术，大幅提高谐波频率，确保高次谐波的精确输出；在提高本发明装置容量的同时，实现了多种频率谐波源的精确控制和模拟，从而有效提高整个装置的谐波输出带宽，使得本发明多谐波源试验装置较好地满足中压XLPE电缆及其附件多谐波源试验的容量和频率要求。
如图2所示，输出滤波模块14和多个输入滤波模块12均采用RLC滤波方式，L1···LN为输入滤波电感，R1···RN为输入滤波电阻，C1···CN为输入滤波电容，CD1···CDN为直流侧储能电容，L0为输出滤波电感，R0为输出滤波电阻，C0为输出滤波电容。
如图3所示，多谐波控制单元11包括主控制器和单元控制器，主控制器包括通过RS485相连接的主控DSP和主控FPGA；主控DSP和主控FPGA分别通过光纤与多谐波源发生单元2连接；单元控制器通过光纤分别与多谐波源发生单元2和主控FPGA相连接；主控DSP通过RS422四线接口与上位机连接，用于接收上位机下发的指令和多谐波源发生单元2信息的上传，同时还用于系统流程控制、数据处理、多谐波源发生单元2主回路保护以及与主控FPGA之间的信息交互；主控FPGA，用于实现系统状态量监测、多谐波发生单元逆变控制及其回路保护；单元控制器，用于实现整流控制和信息监测，并下发PWM整流与逆变控制信息。多谐波控制单元11的这种控制模式充分利用了DSP运算速度快和FPGA逻辑处理强的优点，实现了PWM整流和逆变的独立控制，确保了控制逻辑的准确性和可靠性。
本发明谐波含量可控的中压XLPE电缆老化试验装置的工作原理：多谐波控制单元11向多谐波源发生单元2下发谐波发生和控制指令，多谐波源发生单元2按指令同时输出多种频率叠加的谐波电压，并作用于试验回路单元5；标准电容单元3实时测量多谐波源发生单元2的输出谐波电压，一方面将测量值反馈给多谐波控制单元11以实现多谐波源发生单元2输出谐波电压的闭环控制与调节，另一方面将测量值输送至谐波分析仪4以实现输出谐波电压的监视和分析；最终实现中压XLPE电缆及其附件同时在多种谐波叠加作用下的绝缘老化试验。
多谐波源发生单元2中的谐波功率模块13级联的背靠背功率单元数量越多，则本发明的装置输出容量越大，输出电压越高。本实施例采用10个背靠背功率单元级联的方式来模拟产生35kV电网系统的谐波电压扰动，输入滤波电感L1~L10取值为0.4mH，输入滤波电阻R1~R10取值为0.7Ω，输入滤波电容C1~C10取值为15μF，输出滤波电感L0取值为0.5mH，输出滤波电阻R0取值为0.8Ω，输出滤波电容C0取值为20μF，直流侧储能电容CD1~CD10取值为6500μF；输出谐波电压幅值最高为4kV，通过改变多谐波源发生单元2的输出谐波次数与幅值即可调节多谐波源试验装置的最终输出电压。
以上所揭露的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，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种谐波含量可控的中压XLPE电缆老化试验装置，其特征在于：包括交流电源（1）、多谐波源发生单元（2）、多谐波控制单元（11）、标准电容单元（3）、谐波分析仪（4）以及试验回路单元（5）；所述多谐波源发生单元（2）分别与交流电源（1）、多谐波控制单元（11）以及标准电容单元（3）连接；所述标准电容单元（3）分别与所述谐波分析仪（4）、多谐波控制单元（11）以及试验回路单元（5）连接；所述多谐波源发生单元（2），用于同时精确输出多种频率叠加的谐波电压；所述多谐波控制单元（11），用于实现多谐波源发生单元（2）输出谐波电压频率及幅值的精确控制；所述标准电容单元（3），用于实现输出谐波电压的测量；所述谐波分析仪（4），用于实现输出谐波电压的监视和分析；所述试验回路单元（5），用于提供试验回路。
2.如权利要求1所述的谐波含量可控的中压XLPE电缆老化试验装置，其特征在于：所述多谐波源发生单元（2）包括依次连接的输入滤波模块（12）、谐波功率模块（13）以及输出滤波模块（14）；所述谐波功率模块（13）由多个背靠背功率单元通过级联的方式构成，每个所述的背靠背功率单元均包括依次连接的PWM整流桥（15）、直流侧储能电容以及PWM逆变桥（16）；每个所述的背靠背功率单元分别对应一个输入滤波模块（12），多个输入滤波模块（12）的输出端分别与多个背靠背功率单元的PWM整流桥（15）输入端连接；所述PWM整流桥（15），用于建立稳定的直流电压，所述PWM逆变桥（16），用于生成给定的电压信号。
3.如权利要求2所述的谐波含量可控的中压XLPE电缆老化试验装置，其特征在于：所述输出滤波模块（14）和多个输入滤波模块（12）均采用RLC滤波方式。
4.如权利要求1所述的谐波含量可控的中压XLPE电缆老化试验装置，其特征在于：所述多谐波控制单元（11）包括主控制器和单元控制器，所述主控制器包括相连接的主控DSP和主控FPGA；所述主控DSP和主控FPGA分别与所述多谐波源发生单元（2）连接；所述单元控制器分别与所述多谐波源发生单元（2）和主控FPGA相连接；所述主控DSP与上位机连接，用于接收上位机下发的指令和多谐波源发生单元（2）信息的上传，同时还用于系统流程控制、数据处理、多谐波源发生单元（2）主回路保护以及与主控FPGA之间的信息交互；所述主控FPGA，用于实现系统状态量监测、多谐波发生单元逆变控制及其回路保护；所述单元控制器，用于实现整流控制和信息监测，并下发PWM整流与逆变控制信息。
5.如权利要求4所述的谐波含量可控的中压XLPE电缆老化试验装置，其特征在于：所述主控DSP和主控FPGA通过RS485相连接。
6.如权利要求4所述的谐波含量可控的中压XLPE电缆老化试验装置，其特征在于：所述主控DSP和主控FPGA分别通过光纤与所述多谐波源发生单元（2）连接；所述单元控制器通过光纤分别与所述多谐波源发生单元（2）和主控FPGA相连接。
7.如权利要求4所述的谐波含量可控的中压XLPE电缆老化试验装置，其特征在于：所述主控DSP通过RS422四线接口与上位机连接。
8.如权利要求1所述的谐波含量可控的中压XLPE电缆老化试验装置，其特征在于：所述试验回路单元（5）包括两个冷缩式电缆终端、两个GIS气室以及XLPE电缆；所述两个冷缩式电缆终端分别为第一冷缩式电缆终端（6）和第二冷缩式电缆终端（7）；所述两个GIS气室分别为第一GIS气室（8）和第二GIS气室（9）；所述第一冷缩式电缆终端（6）和第二冷缩式电缆终端（7）的一端分别插入所述第一GIS气室（8）和第二GIS气室（9），另一端通过导线相互连接；所述第一GIS气室（8）和第二GIS气室（9）通过XLPE电缆（10）相互连接。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109061401A (zh) * | 2018-11-02 | 2018-12-21 | 国网山西省电力公司电力科学研究院 | 一种电缆缺陷评估系统的建立方法 |
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