一種2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發生器的製造方法
2023-05-26 21:47:26
一種2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發生器的製造方法
【專利摘要】一種2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發生器，包括依次連接的交流線性變頻電源、升壓變壓器、倍壓組件、均壓環。交流線性變頻電源用於將正弦波信號經過三級放大後輸出變頻電源信號，升壓變壓器用於將變頻電源信號進一步升壓，倍壓組件的輸出端與高頻阻流電感的一端連接，高頻阻流電感的另一端通過濾波電容與倍壓組件的接地端連接，高頻阻流電感與濾波電容的節點作為倍壓組件的高壓輸出端與接地端接入電壓測量模塊，電壓測量模塊的信號輸出端與上位機的信號輸入端連接，上位機的控制信號輸出端與交流線性變頻電源的控制信號輸入端連接。本實用新型可以在減小裝置的體積和重量的同時控制裝置整體的局部放電量水平，完成2400kV/30mA的直流輸出。
【專利說明】—種2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發生器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電力【技術領域】，具體是一種2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發生器。
【背景技術】
[0002]特高壓直流輸電技術具有送電容量大、距離遠等特點，是大容量、遠距離送電的關鍵技術之一。特高壓設備尤其是特高壓電力變壓器，因體積重量龐大，將逐步採取現場組裝現場試驗的工程建設模式。這對大型電力設備的現場試驗提出了更高的要求。在此背景下，完善直流輸變電工程相關試驗手段，尤其是提高直流電暈試驗及直流耐壓試驗能力，對促進特高壓直流輸電技術具有重要意義。
[0003]目前可攜式直流高壓發生器通常採用中(高)頻倍壓電路，和PWM脈寬調製技術及大功率IGBT (絕緣柵雙極型功率管)器件，雖然體積較小，但缺點是電源容量小、無線電幹擾大，導致直流高壓發生器本體局部放電量大。現場進行變壓器直流耐壓及局放測量試驗時，若電源(直流高壓發生器)本體局放量大，則試驗無法正常開展。因此，這種可攜式直流高壓發生器無法完全滿足特高壓工程現場直流耐壓試驗和相關研究的要求。
[0004]大型的直流高壓發生器設備採用50Hz工頻電源做整流源，可實現大容量高電壓輸出，如保定天威保變電氣股份有限公司的2400kV/20mA直流高壓發生器，特變電工沈變集團公司的2250kV/20mA的直流高壓發生器等。這些直流高壓發生器本體局放小，電源容量大，可作為電力變壓器出廠的直流耐壓試驗的電源。但是這些均為固定式試驗裝置，採用工頻電源經調壓器供電至倍壓系統，裝置體積龐大，控制複雜且精度較差，無法用於變電站現場。
[0005]制約輸變電工程現場直流電暈試驗及直流耐壓試驗的技術瓶頸在於直流高壓發生器本身。在保證設備容量的情況下，直流高壓發生器本體體積過大，局部放電量超標以及洩露電流過大，均是制約現場試驗技術發展的瓶頸。
[0006]因此，研發一套大容量且局放水平低的直流高壓發生器，能獲取高質量的直流高壓，並能夠在現場實現快速拆裝的成套裝置至關重要。
實用新型內容
[0007]本實用新型的目的在於提供一種2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發生器，可以減小裝置的體積和重量的同時控制裝置整體的局部放電量水平。
[0008]一種2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發生器，包括依次連接的交流線性變頻電源、升壓變壓器、倍壓組件、均壓環，所述交流線性變頻電源用於將正弦波信號經過三級放大後輸出變頻電源信號，所述升壓變壓器用於將所述變頻電源信號進一步升壓為高壓交流電源信號，所述倍壓組件用於將高壓交流電源信號倍壓整流成為高壓直流信號，倍壓組件的輸出端與高頻阻流電感的一端連接，高頻阻流電感的另一端通過濾波電容與倍壓組件的接地端連接，高頻阻流電感與濾波電容的節點作為倍壓組件的高壓輸出端與接地端接入電壓測量模塊，電壓測量模塊的信號輸出端與上位機的信號輸入端連接，上位機的控制信號輸出端與交流線性變頻電源的控制信號輸入端連接。
[0009]進一步的，所述電壓測量模塊採用電阻式分壓器。
[0010]進一步的，所述倍壓組件由6節結構完全相同的倍壓單元串聯而成，每節倍壓單元裝有1.5級即3倍壓整流電路。
[0011]本實用新型2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發生器利用無局放交流變頻電源配合倍壓整流電路輸出2400kV直流電壓和30mA電流，採用交流線性變頻電源較常規的工頻電源相比，頻率增高后，裝置體積和重量均可縮小，便於現場使用時安裝拆卸；同時，選擇合適的工作頻率，可降低裝置本體的局部放電量；在高壓端輸出裝設高頻阻流電感和濾波電容分別減小電流脈衝和電壓波形，從而進一步降低裝置的局放量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發生器的整體結構圖；
[0013]圖2是本實用新型2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發生器中交流線性變頻電源的電路結構框圖；
[0014]圖3是本實用新型2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發生器的電路原理圖；
[0015]圖4是本實用新型2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發生器中單節倍壓組件結構圖。
[0016]圖中:1 一交流線性變頻電源，2—升壓變壓器，3—倍壓組件，4一均壓環，5—電壓測量模塊，6—高頻阻流電感，7—濾波電容，8—上位機，32—直流柱，33—測量及濾波柱，34—交流柱，35一娃柱。
【具體實施方式】
[0017]下面將結合本實用新型中的附圖，對本實用新型中的技術方案進行清楚、完整地描述。
[0018]圖1所示為本實用新型2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發生器的結構示意圖，所述2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發生器包括交流線性變頻電源1、升壓變壓器2、倍壓組件3、均壓環4。
[0019]所述交流線性變頻電源I的電路結構如圖2所示。所述交流線性變頻電源I實際上是一個功率放大器，它將一個微弱的正弦波信號，放大為一個功率達到數千瓦的電源信號。在這個功率放大器中，正弦波信號失真度很小，而且其頻率可以調節，同時還可以進行輸出電壓的調節。在此功率放大器中，每個部分的功率從前面一級獲得信號，然後通過直流電源的提供實現放大。整個放大器分為三級:初級放大；前級放大；後級放大。初級放大僅僅是正弦波信號的初始放大，信號獲得的功率很小，而且輸出電壓也很低，這個部分可以實現頻率調節和電壓的調節。前級放大是將初級放大的信號進一步放大，前級放大迴路完成從信號源到初始功率輸出，其輸出功率很小(〈100W)，便於調頻和升壓控制。後級放大迴路也是主迴路，後級放大迴路接受到信號，完成功率放大。這個迴路中使用的組件數量很多，主要是通過放大迴路大功率三極體並聯實現。
[0020]本實用新型使用交流線性變頻電源I可減小直流高壓發生器裝置的體積重量，同時通過合理設置頻率控制本體的局部放電量。與普通的利用工頻源相比，利用線性變頻電源時，頻率增加後倍壓迴路裡所有電容件體積重量均可成比例縮小，減小了裝置的體積重量；同時，線性變頻電源突破了常規直流發生器逆變輸出為方波的模式，設計為正弦波輸出，避免了因電壓突變而產生的暫態現象，有效控制了電磁幹擾，降低裝置的局放水平。進一步的，變頻電源的工作頻率升高，則出口電壓增大，紋波係數及諧波比均減小；但充電頻率過高后，諧波比反而增大；因此，本實用新型通過對工作頻率的優化設計，在保證輸出電壓的基礎上，優化了波形輸出，減小了後續諧波和紋波通過倍壓組件所產生的高頻脈衝，從而減小了裝置本體的局部放電量。本實用新型設計工作頻率為30Hz?300Hz範圍內可調，現場試驗時，可結合實際局放水平，在此範圍內調節工作頻率。
[0021]交流線性變頻電源I的輸出端與升壓變壓器2連接，所述升壓變壓器2可採用完全相同的兩臺升壓變壓器進行初級升壓，低壓並聯，高壓串聯完成對稱加壓。本實施例中升壓變壓器的參數為:額定容量10kVA,額定頻率150Hz，額定電壓(0.35±0.025) kV/150kV,空載損耗490W，空載電流0.23%，短路阻抗15.6%，運行時長8小時，溫升85K。
[0022]本實施例中倍壓組件3有6節倍壓單元，每節倍壓單元結構完全相同。倍壓組件的目的是為了實現從較低交流電壓到較高直流電壓的倍壓整流變換。單節倍壓單元的結構如圖4所示。每節倍壓單元裝有1.5級即3倍壓整流電路。圖4中32為直流柱，33為交流柱(交流柱有兩柱)，34為測量、濾波柱，35為矽堆。其中直流柱32、交流柱33以及測量、濾波柱34的外部採用傘裙式設計，利用矽橡膠合成絕緣子每節爬距為7050mm，Imin工頻幹耐受電壓為480kV(AC);內部均採用充油結構；直流柱32和交流柱33內部為高壓電容構成，每級電壓為267kV，每節電壓為400kV，每節高度約2300mm。
[0023]請參考圖3，交流線性變頻電源1、升壓變壓器2、倍壓組件3依次連接，倍壓組件3的輸出端與高頻阻流電感6的一端連接，高頻阻流電感6的另一端通過濾波電容7與倍壓組件3的接地端連接，高頻阻流電感6與濾波電容7的節點作為倍壓組件3的高壓輸出端與接地端接入電壓測量模塊5，電壓測量模塊5的信號輸出端與上位機8的信號輸入端連接，上位機8的控制信號輸出端與交流線性變頻電源I的控制信號輸入端連接。預先設定輸出電壓，當電壓測量模塊5反饋的輸出電壓達到設定值時，上位機8控制交流線性變頻電源I穩定在當前電壓值上。在現場試驗時通過局放儀監測局放水平，若局放量偏高，則手工設定交流線性變頻電源I的工作頻率使之降低，從而減少局放量。如頻率調到最低時，局放還沒見小，則說明局放是由現場其他因素引起的，不是裝置本身。
[0024]所述電壓測量模塊5採用電阻式分壓器，其中包括測量和屏蔽兩個迴路。考慮到分壓器的發熱和直流高壓源的負載能力，並保證測量系統的準確度，測量迴路的電流為500uA，屏蔽迴路電流為250uA，兩個迴路的阻抗分別為4800 Ω和9600 Ω，因此測壓系統總阻抗為3200 Ω，總電流為750uA，總消耗功率為1800W。電阻式分壓器採用內置分節方式，即分壓器高壓臂分為六節安裝在倍壓組件體內。
[0025]高頻阻流電感6和濾波電容7的作用是為了進一步減小裝置本體的局放量。高頻阻流電感6可以減小電流脈衝，濾波電容7可以減小電壓波動，而電流脈衝和電壓波動都會導致裝置的局放量增加。但高頻阻流電感和濾波電容的值不易過大，否則影響電源的帶負載能力。高頻阻流電感和濾波電容的具體數值可通過實驗確定，具體試驗方法是選擇不同的高頻阻流電感和濾波電容，保持高壓輸出恆定，測量裝置的不同頻率下的輸出電流和局放量，當局放量減至最小但輸出電流不會明顯跌落時，即可確定合適的高頻阻流電感和濾波電容值。本實施例中選取IH的高頻阻流電感和2000pF的濾波電容。
[0026]為了方便試驗裝置現場快速拆裝，對每個模塊專門設計了吊具。同時對直流發生器頂部均壓環表面平整、光滑，在每柱金屬法蘭連接處外側均配備均壓環做防暈處理。
[0027]直流高壓發生器的測量和控制由上位機8完成。測量與控制系統運用工控專業組態軟體編程設計成便於操作的控制工作界面，在上位機8可以完成直流高壓系統的所有設定、運行、測量等參數，即可設定直流充電電壓、耐受時間等，並監控和測量其運行狀態。上位機8主要功能有:(一)連續調節交流線性變頻電源I的輸出電壓，包含自動或手動兩種方式；(二)實現主電源開關的操作；(三)顯示直流電壓、電流及變頻電源輸出電壓、電流；(四)通過升、降壓旋鈕及指示燈實現升壓和降壓；(五)設置並顯示升壓值、耐壓時間，升壓方式可實現自動化；(六)實現電源閉鎖控制。
[0028]以上所述，僅為本實用新型的【具體實施方式】，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何屬於本【技術領域】的技術人員在本實用新型揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。
【權利要求】
1.一種2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發生器，其特徵在於:包括依次連接的交流線性變頻電源(I)、升壓變壓器(2)、倍壓組件(3)、均壓環(4)，所述交流線性變頻電源(I)用於將正弦波信號經過三級放大後輸出變頻電源信號，所述升壓變壓器(2)用於將所述變頻電源信號進一步升壓為高壓交流電源信號，所述倍壓組件(3)用於將所述高壓交流電源信號倍壓整流成為高壓直流信號，倍壓組件(3)的輸出端與高頻阻流電感￠)的一端連接，高頻阻流電感￠1)的另一端通過濾波電容(7)與倍壓組件(3)的接地端連接，高頻阻流電感(6)與濾波電容(7)的節點作為倍壓組件(3)的高壓輸出端與接地端接入電壓測量模塊(5)，電壓測量模塊(5)的信號輸出端與上位機(8)的信號輸入端連接，上位機(8)的控制信號輸出端與交流線性變頻電源(I)的控制信號輸入端連接。
2.如權利要求1所述的2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發生器，其特徵在於:所述電壓測量模塊(5)採用電阻式分壓器。
3.如權利要求1所述的2400kV、30mA移動式無局放直流高壓發生器，其特徵在於:所述倍壓組件(3)由6節結構完全相同的倍壓單元串聯而成，每節倍壓單元裝有1.5級即3倍壓整流電路。
【文檔編號】H02M9/06GK204119082SQ201420678374
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年11月13日 優先權日:2014年11月13日
【發明者】汪濤, 李政, 謝齊家, 賀家慧, 高得力, 何清, 童歆 申請人:國家電網公司, 國網湖北省電力公司電力科學研究院