高压试验用大功率变频电源及其计算机监控的研究与开发
|
摘要
本文是以研究和开发高压试验用大功率变频电源及其计算机监控的实践为基础所进行的理论总结。文中就当前电力系统中的一些现场高压测试所面临的试验电源问题，这些试验包括变压器的局部放电和交流耐压试验、高压开关、高压交联电缆、GIS等的交流耐压试验，提出采用新型变频电源对高压设备进行测试。根据这些电力系统中的运行设备的特点：一方面导体对地的电容很大，另一方面导体的试验电压很高，深入研究了通过改变试验电压的频率，利用串联谐振和电磁感应等方法，很好的解决了所面临的电源问题。
文中对该变频电源的工作原理及主要硬件作了较详细的介绍；提出利用电力电子器件实现输出大功率。在回路中采用逐级放大的方法，将一个标准的正弦波信号通过前级放大，输出给后级，推动后级放大回路，主要的功率放大回路中采用大功率三极管并联实现功率放大输出。这样逐级放大得到一个功率很大电源，其最高输出功率可以达到300KW，而且能够调节频率和电压。为了保证被试品和人身安全，对于保护回路提出更高的要求，文中针对该变频电源的特点，利用快速可控硅的快速关断特性实现保护过程。采用了多种负反馈回路修正输出波形，使得输出电压波形的失真度很小；并且在电路中有效利用高压高频电容，减小了变频电源输出的电压对局部放电试验时的干扰。文中有效解决了大功率晶体管的在工作时的发热量较大的不利因素，提出改进散热信道和加大散热的接触面积等可行的方法。
在成功研制该变频电源后，还成功研究和开发了此设备的计算机监控系统，提高了该设备的使用过程中的安全性和自动化程度。采用计算机监控，不但能够实现远距离控制，而且更加方便操作。
变频电源在实践中得到多次使用，并很好的解决现场进行高压试验时所遇到的问题，证明了此装置的可靠性高、安全性好、实用性强。创造了较好的社会效益和经济效益。
This paper used the problem on site in electric industry as a clue, and had a resolve according to engineering. This paper introduce, now in electrical system, the high-voltage tests include part-charge test for transformer, AC withstand voltage test for transformer, AC withstand voltage test for switch, AC withstand voltage test for HV cable, when the tests is on, the power sup--ply will be too poor. And this equipment have its characteristic: on the one hand its capacitance is too much from conductor to ground, on the other hand the test voltage is very high for the conductor. In this paper, we come up a way that uses variable frequency source to carry out these tests. And we had a resolve to the test availably. The way of using resonance in series for test can make the HV test easily in electric system.
The paper analyses the principle of variable frequency source and brings forward that using electric electron technology make variable frequency output, and using high power dynatron that is parallel connection magnify power. In the circuit, using the way of step-by-step magnify, a normal sine wave signal through former circuit export for the next circuit, and this signal that have been magnified push the next step. The main magnify circuit use the method of high power dynatron that is parallel connection. So that, we will get a high exporting power source according to the step-by-step magnified circuit, the peak power output can reach 300Kw with variable frequency and variable voltage output. To make sure the safety of the equipment that would be tested and the staff of testing, the protest circuit will reach more demanding. This paper make more use of the fast-cahinet's fast closing character in this kind of variable frequency source. In this circuit, we use many kinds of negative feedback to modify the ou
tput wave, which can decrease the distortion. And we use the high-voltage and high frequency capacitance efficiency, which can decrease the disturbance of output signal of variable frequency source for the test of part discharge. In this paper, we resolve the question of high temperature when these high power transistor, and put forward that improving disseminate path and increasing interface area for disseminate will be achieved.
After research the variable frequency source successfully, we have research and exploit the technology of computer monitor for this variable frequency source. This progress increases safety and automatization for this equipment when it run in electrical system. Using computer monitor can not only control far away from the site but also operate easily.
The variable frequency source have been used on the site for many times, which can resolve much question when test the high equipment. It is prove that this variable frequency source has much character: high reliability, efficiency safety, enough practicability. This equipment can make good society and economy benefit.
文中对该变频电源的工作原理及主要硬件作了较详细的介绍；提出利用电力电子器件实现输出大功率。在回路中采用逐级放大的方法，将一个标准的正弦波信号通过前级放大，输出给后级，推动后级放大回路，主要的功率放大回路中采用大功率三极管并联实现功率放大输出。这样逐级放大得到一个功率很大电源，其最高输出功率可以达到300KW，而且能够调节频率和电压。为了保证被试品和人身安全，对于保护回路提出更高的要求，文中针对该变频电源的特点，利用快速可控硅的快速关断特性实现保护过程。采用了多种负反馈回路修正输出波形，使得输出电压波形的失真度很小；并且在电路中有效利用高压高频电容，减小了变频电源输出的电压对局部放电试验时的干扰。文中有效解决了大功率晶体管的在工作时的发热量较大的不利因素，提出改进散热信道和加大散热的接触面积等可行的方法。
在成功研制该变频电源后，还成功研究和开发了此设备的计算机监控系统，提高了该设备的使用过程中的安全性和自动化程度。采用计算机监控，不但能够实现远距离控制，而且更加方便操作。
变频电源在实践中得到多次使用，并很好的解决现场进行高压试验时所遇到的问题，证明了此装置的可靠性高、安全性好、实用性强。创造了较好的社会效益和经济效益。
This paper used the problem on site in electric industry as a clue, and had a resolve according to engineering. This paper introduce, now in electrical system, the high-voltage tests include part-charge test for transformer, AC withstand voltage test for transformer, AC withstand voltage test for switch, AC withstand voltage test for HV cable, when the tests is on, the power sup--ply will be too poor. And this equipment have its characteristic: on the one hand its capacitance is too much from conductor to ground, on the other hand the test voltage is very high for the conductor. In this paper, we come up a way that uses variable frequency source to carry out these tests. And we had a resolve to the test availably. The way of using resonance in series for test can make the HV test easily in electric system.
The paper analyses the principle of variable frequency source and brings forward that using electric electron technology make variable frequency output, and using high power dynatron that is parallel connection magnify power. In the circuit, using the way of step-by-step magnify, a normal sine wave signal through former circuit export for the next circuit, and this signal that have been magnified push the next step. The main magnify circuit use the method of high power dynatron that is parallel connection. So that, we will get a high exporting power source according to the step-by-step magnified circuit, the peak power output can reach 300Kw with variable frequency and variable voltage output. To make sure the safety of the equipment that would be tested and the staff of testing, the protest circuit will reach more demanding. This paper make more use of the fast-cahinet's fast closing character in this kind of variable frequency source. In this circuit, we use many kinds of negative feedback to modify the ou
tput wave, which can decrease the distortion. And we use the high-voltage and high frequency capacitance efficiency, which can decrease the disturbance of output signal of variable frequency source for the test of part discharge. In this paper, we resolve the question of high temperature when these high power transistor, and put forward that improving disseminate path and increasing interface area for disseminate will be achieved.
After research the variable frequency source successfully, we have research and exploit the technology of computer monitor for this variable frequency source. This progress increases safety and automatization for this equipment when it run in electrical system. Using computer monitor can not only control far away from the site but also operate easily.
The variable frequency source have been used on the site for many times, which can resolve much question when test the high equipment. It is prove that this variable frequency source has much character: high reliability, efficiency safety, enough practicability. This equipment can make good society and economy benefit.
引文
[1]黄俊 半导体变流技术 北京：机械工业出版社 1980年7月
[2]蔡美琴 张为民 沉新群 MCS-51 系列单片机系统及其应用 北京：高等教育出版社 1992年8月
[3]华中工学院 上海交通大学 高电压试验技术 北京：水利电力出版社 1982年11月
[4]朱德恒 严璋 高电压绝缘 北京：清华大学出版社 1992年2月
[5]康华光 电子技术基础(模拟部分) 北京：高等教育出版社 1979年3月
[6]康华光 电子技术基础 (数字部分) 北京：高等教育出版社 1979年3月
[7]邱关源 电路 北京：高等教育出版社 1989年10月
[8]田健 郭会军 王华民 李朝阳 大功率 IGBT 瞬态保护研究 电力电子技术 2000，4：29～35
[9]杨旭 马静 张新武 王兆安 电力电子装置强制风冷散热方式的研究电力电子技术 2000，4：36～38
[10]甘浦烷 张宗正 陈文针 微机控制工频高压试验系统的研究 高电压技2000，26(4)：53～55
[11]黄战华 蔡怀宇 瞿晓红 多相制步进电机电源技术 电力电子技术 2000，6：25～27
[12]王彦武 武力 P. Jacbo M. Held IGBT 模块封装热应力研究 电力电子技术 2000，6：52～54
[13]谢力华 苏彦民 正弦波逆变电源的数字控制技术 电力电子技术 2001，35(6)：52～55
[14]李长胜 崔翔 廖延彪 光纤电压传感器研究综述 高电压技术 2000，26(4)：40～43
[15]支余庆 利用串联谐振耐压现场检出和处理 CIS 缺陷 高电压技术 2000，26(2)：78～79
[16]赵中原 方志 高电压测量用光电系统的设计 高电压技术 2001，27(1)：50～54
[17]朱勇 叶妙元 刘杰 220KV 组合式光学电压电流互感器的设计 高电压技术 2000，26(2)：34～36
[18]李澎森 异频法测量大型地网接地电阻的研究 高电压技术 2000，26(3)：37～39
[19]湖南电力试验研究所 湖南：高压电气设备试验方法导则 1992年 4月
[20]贾逸梅 高压电气设备现场测试技术 北京：水利电力出版社 1994年1月
[21]刘宏 黄锦恩 王离九 大功率晶体管并联研究 电力电子技术 1994，1：26～28
[22]入江俊昭 藤江明雄 山根博基 (日) 高频大功率三极管 北京：国防工业出版社 1976年5月
[23]梁煦东 关志成 陈昌渔 高电压工程 北京：清华大学电机工程与应用电子技术系 2000年1月
[24]罗威 数字式冲击计数器 见：湖南电机学会高电压专委会学术会议论文集 湖南：1998
[25]雷文辉 罗威 王江 交联聚乙烯电缆的现场耐压试验 湖南电力 2000，20(1)：35～37
[26]唐炬 孙才新 徐明英 测试 MOA 阻性电流的微机测试仪 高压电器 1993，123(3)：25～27
[27]张树兵 戴红 陈哲 Visual Basic 6.0(中文版)入门与提高 北京：清华大学出版社 1999年6月
[28]王旭红 罗威 高压异步电机状态监测和故障诊断方法 电力自动化设备 2001，21(7)：21～24
[29]罗威 雷文辉 王江 交联长电缆现场交流耐压试验方法研究 湖南电力 2002，22(1)：45～46
[30]贾振国 许铃“看门狗”电路 DS232 在单片机产品中的应用 见：器件在线 1006-6977(2000) 04-0020-02
[31]ST Microelectronics GROUP OG COOMPANIES TDA2030 14W Hi-Fi AUDIO AMPLIFIER.
[32]Lai Jih-sheng, et al. Multilevel Converters—A New Breed of Power Converters[J]. IEEE Trans. on Indus. Appl. 1996,32(3);509～517.
[33]Nabase A., et al. Anew Neutral-clamped PWM Inverter [C] IEEE IAS'80,1980:761～766.
[34] Leon M. Tolbert, et alMultilevel Converters for Large Electric Drivers[C]. APECS, 2000:530-536．
[35] Meyard T. A. and Foch H. Multilevel conversion :High Voltage Choppers and Voltage Source Inverters[C]. Conference Record of the IEEE PESC' 92, 1992;397-403．
[36] Manjrekar Madhav D, er al. A Hybrid Multilevel Inverter Topology for Drive ApplicationfC]. APEC' 98,998 523-529．
[37] Bernet S., Recent Developments of High Power Converters for Industry and Traction Application[J]. IEEE Trans. On Power Electronics, 2000, 16(6) : 1102-1117．
[38] Motto Keven,et al. Comparison of High-power IGBT' s and Hard-driven GTO' s for High Power Inverters[J]. IEEE Trans, on Indus. Appl., 1999, 35(2) :487-494．
[39] Sirisukprasert Siriroj, et al. Optimum Harmonic Reduction With a Wide Range of Modulation Indexes for Multilevel Converters[C]. IEEE CPES' s 2001:212-217
[40] Seixas P. F., et al Aspace Vector PWM Method for Three-level Voltage Source Inverters[C]. IEEE APEC' 2000:Compact Disc, Data:13-4
[41] Sanyo Electric Co., Ltd. Semiconductor Bussimess Headquaters 2SC3998 Ultrahigh-Definition CRT Display Horizontal Deflection Output Applications D2598HA(KT)/N158Mo, TS No. 2732-1/3 1998
[42] S. Schierig and D. Russwurm HV on-site testing oncables by alternating voltage of variable frequency IEEE Insulated Conductor Committee (ICC) Meeting 2000
[43] Cho Jung-Goo, et al. Zero-Voltage and Zero-CurrentSwitching Full Bridge PWM Converter for High-Power Application[J]. IEEE Trans, on Power Electronics. 1996,11 (4) ;622-627．
[44] Avant R. L., et al. A Unified SCR Model for continuous Topology CADA[J]. IEEE Trans, on Ind. Electron, 1984, 31 (4) :352-361．
[2]蔡美琴 张为民 沉新群 MCS-51 系列单片机系统及其应用 北京：高等教育出版社 1992年8月
[3]华中工学院 上海交通大学 高电压试验技术 北京：水利电力出版社 1982年11月
[4]朱德恒 严璋 高电压绝缘 北京：清华大学出版社 1992年2月
[5]康华光 电子技术基础(模拟部分) 北京：高等教育出版社 1979年3月
[6]康华光 电子技术基础 (数字部分) 北京：高等教育出版社 1979年3月
[7]邱关源 电路 北京：高等教育出版社 1989年10月
[8]田健 郭会军 王华民 李朝阳 大功率 IGBT 瞬态保护研究 电力电子技术 2000，4：29～35
[9]杨旭 马静 张新武 王兆安 电力电子装置强制风冷散热方式的研究电力电子技术 2000，4：36～38
[10]甘浦烷 张宗正 陈文针 微机控制工频高压试验系统的研究 高电压技2000，26(4)：53～55
[11]黄战华 蔡怀宇 瞿晓红 多相制步进电机电源技术 电力电子技术 2000，6：25～27
[12]王彦武 武力 P. Jacbo M. Held IGBT 模块封装热应力研究 电力电子技术 2000，6：52～54
[13]谢力华 苏彦民 正弦波逆变电源的数字控制技术 电力电子技术 2001，35(6)：52～55
[14]李长胜 崔翔 廖延彪 光纤电压传感器研究综述 高电压技术 2000，26(4)：40～43
[15]支余庆 利用串联谐振耐压现场检出和处理 CIS 缺陷 高电压技术 2000，26(2)：78～79
[16]赵中原 方志 高电压测量用光电系统的设计 高电压技术 2001，27(1)：50～54
[17]朱勇 叶妙元 刘杰 220KV 组合式光学电压电流互感器的设计 高电压技术 2000，26(2)：34～36
[18]李澎森 异频法测量大型地网接地电阻的研究 高电压技术 2000，26(3)：37～39
[19]湖南电力试验研究所 湖南：高压电气设备试验方法导则 1992年 4月
[20]贾逸梅 高压电气设备现场测试技术 北京：水利电力出版社 1994年1月
[21]刘宏 黄锦恩 王离九 大功率晶体管并联研究 电力电子技术 1994，1：26～28
[22]入江俊昭 藤江明雄 山根博基 (日) 高频大功率三极管 北京：国防工业出版社 1976年5月
[23]梁煦东 关志成 陈昌渔 高电压工程 北京：清华大学电机工程与应用电子技术系 2000年1月
[24]罗威 数字式冲击计数器 见：湖南电机学会高电压专委会学术会议论文集 湖南：1998
[25]雷文辉 罗威 王江 交联聚乙烯电缆的现场耐压试验 湖南电力 2000，20(1)：35～37
[26]唐炬 孙才新 徐明英 测试 MOA 阻性电流的微机测试仪 高压电器 1993，123(3)：25～27
[27]张树兵 戴红 陈哲 Visual Basic 6.0(中文版)入门与提高 北京：清华大学出版社 1999年6月
[28]王旭红 罗威 高压异步电机状态监测和故障诊断方法 电力自动化设备 2001，21(7)：21～24
[29]罗威 雷文辉 王江 交联长电缆现场交流耐压试验方法研究 湖南电力 2002，22(1)：45～46
[30]贾振国 许铃“看门狗”电路 DS232 在单片机产品中的应用 见：器件在线 1006-6977(2000) 04-0020-02
[31]ST Microelectronics GROUP OG COOMPANIES TDA2030 14W Hi-Fi AUDIO AMPLIFIER.
[32]Lai Jih-sheng, et al. Multilevel Converters—A New Breed of Power Converters[J]. IEEE Trans. on Indus. Appl. 1996,32(3);509～517.
[33]Nabase A., et al. Anew Neutral-clamped PWM Inverter [C] IEEE IAS'80,1980:761～766.
[34] Leon M. Tolbert, et alMultilevel Converters for Large Electric Drivers[C]. APECS, 2000:530-536．
[35] Meyard T. A. and Foch H. Multilevel conversion :High Voltage Choppers and Voltage Source Inverters[C]. Conference Record of the IEEE PESC' 92, 1992;397-403．
[36] Manjrekar Madhav D, er al. A Hybrid Multilevel Inverter Topology for Drive ApplicationfC]. APEC' 98,998 523-529．
[37] Bernet S., Recent Developments of High Power Converters for Industry and Traction Application[J]. IEEE Trans. On Power Electronics, 2000, 16(6) : 1102-1117．
[38] Motto Keven,et al. Comparison of High-power IGBT' s and Hard-driven GTO' s for High Power Inverters[J]. IEEE Trans, on Indus. Appl., 1999, 35(2) :487-494．
[39] Sirisukprasert Siriroj, et al. Optimum Harmonic Reduction With a Wide Range of Modulation Indexes for Multilevel Converters[C]. IEEE CPES' s 2001:212-217
[40] Seixas P. F., et al Aspace Vector PWM Method for Three-level Voltage Source Inverters[C]. IEEE APEC' 2000:Compact Disc, Data:13-4
[41] Sanyo Electric Co., Ltd. Semiconductor Bussimess Headquaters 2SC3998 Ultrahigh-Definition CRT Display Horizontal Deflection Output Applications D2598HA(KT)/N158Mo, TS No. 2732-1/3 1998
[42] S. Schierig and D. Russwurm HV on-site testing oncables by alternating voltage of variable frequency IEEE Insulated Conductor Committee (ICC) Meeting 2000
[43] Cho Jung-Goo, et al. Zero-Voltage and Zero-CurrentSwitching Full Bridge PWM Converter for High-Power Application[J]. IEEE Trans, on Power Electronics. 1996,11 (4) ;622-627．
[44] Avant R. L., et al. A Unified SCR Model for continuous Topology CADA[J]. IEEE Trans, on Ind. Electron, 1984, 31 (4) :352-361．