专利名称：变频式串联谐振工频耐压试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于测量变压器、互感器、断路器、负荷开关、电缆、电容器、电抗器等电气设备主绝缘强度的试验装置，尤其是一种应用串联谐振原理进行测量的变频式串联谐振工频耐压试验装置。
背景技术：
在电阻、电容、电感相串联的电路中发生的谐振叫做串联谐振，其谐振条件是供电电源频率与电路电感之乘积等于供电电源频率与电路电容之乘积的倒数，可见，在电源的频率、电路的电感、电路的电容三者之间，任意调节一个，都可使三者之间满足谐振条件，达到谐振。现有串联谐振工频耐压试验技术中应用串联谐振电路原理来达到降低试验电源容量的方法通常都是以调节电路的电感和电容为主，但是其引发的问题是在通过调节电路的电感、电容实现调谐时，存在调节电容只能进行跳跃式调谐，不能实现连续调谐；而用拖动机构调节电感实现连续调谐时，电感铁心漏磁大、噪声大、不利于试验监听，波形畸变严重，不能满足对试验电源的要求。
实用新型内容为了克服现有串联谐振工频耐压试验技术中存在的通过调节电路的电感、电容进行调谐时无法实现连续调谐的不足，本实用新型提供一种变频式串联谐振工频耐压试验装置，该种变频式串联谐振工频耐压试验装置具有对试验电源容量需求小、体积小重量轻、装置组成元件数量少、抗干扰能力强、可靠性高、试验设备无油干式环保、可实现连续调谐、噪声小、利于试验监听的特点。
本实用新型的技术方案是该种变频式串联谐振工频耐压试验装置，包括变频器、干式励磁变压器、高压电抗器、电容分压器，其中变频器的交流电压输出端与干式励磁变压器的交流电压输入端间相电连接，干式励磁变压器的交流电压输出端与高压电抗器的输入接线端子间相电连接，高压电抗器的输出接线端子与电容分压器的上极板间相电连接，电容分压器的下极板接地。
此外，该种变频式串联谐振工频耐压试验装置，其变频器由整流、高压逆变、调频、调压、输出单元组成；其高压电抗器为组合式高压电抗器。
本实用新型具有如下有益效果由于应用本实用新型所述的技术方案可以使得所要求的试验电源容量比传统试验变压器容量小25～45倍，因而对试验电源容量需求小，现场容易得到；系统组成组合式、简单化、集成化，使得装置重量轻、体积小、配置设备数量减少；变频式串联谐振工频耐压试验变频电源是一个变频式电源滤波电路，对现场电源进行再次处理，消除高次谐波，输出某一频率的合格波形，在电路谐振点输出该频率的正弦电压波形，波形畸变率≤1％，其远小于GB14549-1993规定的0.38kV电压总谐波畸变率≤5％的要求，因此能够提供理想的试验电源，保证了试验数据的可靠性、真实性，使得供电质量适应性强、抗干扰能力强；变频式串联谐振工频耐压试验应用串联谐振电路原理，消除了不可控制的自激磁现象，消除了传统试验装置容升现象的大系统误差，控制计量全部使用数字表计，使得测量精度高、可靠性高；当被试品闪络或击穿时，由于谐振条件被破坏，试品电压在两个周波内将迅速下降，而且击穿电流小，只有试品正常试验电流的1/(25～45)，避免了因被试品击穿而造成较大的设备、人身安全事故；调频调谐提供连续的、输出频率可调、输出电压可调的电源，满足了准确调谐、连续调谐的需要，缩短了试验周期，此外其噪声小、利于试验监听。


附图1是本实用新型的组成示意图；附图2是本实用新型变频器单元的工作原理图；附图3是利用本实用新型进行测试时的试验原理图；附图4是现有技术中调感式串联谐振耐压试验测量原理图；附图5是现有技术中调容式串联谐振耐压试验测量原理图；图中1-电源，2-变频器，3-干式励磁变压器，4-高压电抗器，5-试品，6-电容分压器。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明如图1所示，该种变频式串联谐振工频耐压试验装置，包括变频器2、干式励磁变压器3、高压电抗器4、电容分压器6，其中变频器2的交流电压输出端与干式励磁变压器3的交流电压输入端间相电连接，干式励磁变压器3的交流电压输出端与高压电抗器4的输入接线端子间相电连接，高压电抗器4的输出接线端子与电容分压器6的上极板间相电连接，电容分压器6的下极板接地，在实际进行测试时被测试品5的绝缘层与导电体分别与高压电抗器4的输出接线端子和地线相连接。
此外，该种变频式串联谐振工频耐压试验装置，如图2所示其变频器2由整流、高压逆变、调频、调压、输出单元组成，由该变频器所构成的变频式串联谐振工频耐压试验电源是一个变频式电源滤波电路，它可以对现场电源进行再次处理，消除高次谐波，输出某一频率的合格波形，在电路谐振点输出该频率的正弦电压波形，波形畸变率≤1％，远小于GB14549-1993规定的0.38kV电压总谐波畸变率≤5％的要求，能够提供理想的试验电源，保证了试验数据的可靠性、真实性，这是调容、调感谐振方式无法达到的高技术指标。
现有串联谐振应用技术原理如图4、图5所示，其主要是以调节电路的电感和电容为主，但是通过调节电路的电感、电容实现调谐时，存在一些问题，即调节电容只能跳跃式调谐，不能实现连续调谐；用拖动机构调节电感实现连续调谐时，电感铁心漏磁大、噪声大、不利于试验监听，波形畸变严重，不能满足对试验电源的要求。
本实用新型中所述的技术方案，其原理如图3所示，即通过调整电源的频率，使之配合电路的电感、电路的电容的固有谐振频率，使三者之间满足谐振条件供电电源频率与电路电感之乘积等于供电电源频率与电路电容之乘积的倒数，达到串联谐振的目的。谐振回路中存在一个品质因数，试品上的电压等于试验电压与该品质因数的乘积，由于品质因数可达到25～45之间，因此试验电压远小于试品上的电压，相应供电变压器和调压器的容量也可相应缩小25～45倍，由此可实现试验电源容量小，试验设备无油干式环保，体积小、重量轻免吊运、噪声低，系统组成组合式、简单化、集成化，适合流动作业的发明目的。
按照国标GB2900.19-94《电工术语 高电压试验技术和绝缘配合》规定，工频耐压试验电源的频率不低于80％额定频率，最好在45～65Hz之间，其电压波形应接近正弦(两个半波完全一样，且峰值与有效值之比等于√2±0.07，或者诸谐波有效值不大于基波有效值的5％)，因此，在高压工频耐压试验中在一定范围内调整频率是可行的，在本发明中通过调频调谐也是可行的。
通过调频调谐适应了谐振电路的频率选择性，由于谐振电路本质上是一个二阶滤波电路，它可以根据频率去选择某些需要的信号，而排除其他频率的干扰信号，在实践上使用变频器配合能够达到非常优良的效果。与调感调谐、调容调谐相比，调频调谐能够做到微调、连续调整，准确地找到谐振点，谐振输出波形质量优良，无噪音，具有无可比拟的优势。
在实现调频调谐过程中，离不开电力电子技术的支持，离不开质量优良的大电流、高电压、可控制电子元器件的保证。在本发明中应用电力电子技术成熟的变频电源控制技术，使用近年来发展日益完善的大电流、高电压、可关断、综合性能优良的绝缘栅双极型晶体管IGBT电子元件，并在电源侧设置一阶滤波电路及可随负载变化需要而设定的电压保护、电流保护，并将调压器与变频电源部分合成，组成变频电源操作箱，提供连续的、输出频率可调、输出电压可调的电源，满足了连续调谐的需要。因此用调频调谐可实现供电质量适应性强、抗干扰能力强，高精度，高可靠性，低设备安全风险，低人身安全风险的发明目的。
变频调压控制箱集调压器及控制、变频器及控制、过压保护及设定、过流保护及设定、一阶滤波于一体，是多功能、集成化的电源操作箱；变频器中使用性能稳定可靠的大电流、高电压、可关断、综合性能优良的绝缘栅双极型晶体管IGBT电子元件，使变频器实现谐振过程中高电压、通过负载电流情况下仍能调整频率；干式励磁变压器通过变频电源输出的方波电压，必须在低磁密即小于等于1.1特斯拉的条件下设计；干式励磁变压器输入端设有多组电压比端子(2000V/200V、3000V/200V、4000V/200V、5000V/200V)，使用中按系统谐振参数匹配选用；在实际使用中选用多组高压电抗器，使用中按系统谐振参数匹配选择组数及串联或并联连接方式；利用串联谐振电路频率选择性原理，使用变频电源提供某一频率的方波电压，该频率与系统高压电抗器、被试品电容的固有谐振频率相同，使得在发生谐振时，被试品获得正弦波形的交流高电压，并获得交流正弦电压波形畸变率≤1％的高品质技术指标；在实际应用中，按表1进行电感量电容量匹配，变频谐振系统参数达到品质因数25～45，频率为45～65Hz。
表1电感量电容量的匹配

应用串联谐振变频调谐电路原理，在实现手段上应用电力电子技术变频电源控制技术，两者优势互补，完成了高压工频绝缘试验领域新技术应用的研究工作，开发了新型试验设备，实现安全准确试验，圆满地完成了发明目的。
在应用本实用新型进行耐压测试时，应按被试品的电容量、耐压标准、电流值，设定过压、过流保护，选择接线方式，接好地线、电源线、励磁变压器、高压电抗器、试品及电容分压器的结线。
然后接通电源，调整频率旋钮使输出频率接近于计算的谐振频率范围，调整励磁变压器输出电压至50V左右，仔细调节输出频率，使试品电压达到最高点，用升压旋钮升高励磁变压器的电压直至被试品达到预试耐压值。
本实用新型所具有的有益效果可通过下面的实验数据来加以证实①、传统的工频耐压试验装置应用例试验变压器容量100kVA，电压比100kV/220V，电流比1A/454.5A，试品电流Icx＝ωUC，f-50Hz，U-试验电压，C-试品对地电容；电源电流I＝454.5Icx。
②、变频式串联谐振工频耐压试验装置应用实例试品电流Icx＝ωUC，f-45～65Hz，U-试验电压，C-试品对地电容，电源电流I可用表计直接读取(经计算校核相符)，额定供电电压220V，50Hz。


通过两表数字对比表明，同等电容量受试电压相同情况下，变频式串联谐振工频耐压试验装置所需电源电流平均降低22.5倍，所需的电源有效功率同时降低22.5倍，上述试验完全可以使用日用电源完成，这是变频式串联谐振工频耐压试验装置推广使用的最有利因素。当在变频调压电源进行补偿后，试验电源容量比传统试验变压器小25～50倍。
③、在野外作业、新建变电所施工场地，电源为临时电源，存在大量非线性负载，电源波形畸变严重，内含高次谐波率超过偏差范围，使试验的供电质量恶化，造成试验不能正常进行。如在2003年多次发生新建变电所施工场地电源波形畸变严重现象(经示波器波形测试验证波形畸变率达到15％)，传统的工频耐压试验装置不能完成试验，而使用变频式串联谐振工频耐压试验装置替代后非常顺利地完成了试验。
应用串联谐振变频调谐电路原理，在实现手段上应用电力电子技术变频电源控制技术，两者优势互补，完成了高压工频绝缘试验领域新技术应用的研究工作，开发了新型试验设备，实现安全准确试验，圆满地完成了发明目的。
权利要求1.一种变频式串联谐振工频耐压试验装置，包括变频器(2)、干式励磁变压器(3)、高压电抗器(4)、电容分压器(6)，其特征在于变频器(2)的交流电压输出端与干式励磁变压器(3)的交流电压输入端间相电连接，干式励磁变压器(3)的交流电压输出端与高压电抗器(4)的输入接线端子间相电连接，高压电抗器(4)的输出接线端子与电容分压器(6)的上极板间相电连接，电容分压器(6)的下极板接地。
2.根据权利要求1所述的一种变频式串联谐振工频耐压试验装置，其特征在于变频器(2)由整流、高压逆变、调频、调压、输出单元组成。
3.根据权利要求1或2所述的一种变频式串联谐振工频耐压试验装置，其特征在于高压电抗器(4)为组合式高压电抗器。
专利摘要一种用于测试电气设备在工频高压下的绝缘性能的变频式串联谐振工频耐压试验装置。主要解决现有的串联谐振工频耐压试验装置不能实现连续调谐的问题。其特征在于变频器(2)的交流电压输出端与干式励磁变压器(3)的交流电压输入端间相电连接，干式励磁变压器(3)的交流电压输出端与高压电抗器(4)的输入接线端子间相电连接，高压电抗器(4)的输出接线端子与电容分压器(6)的上极板间相电连接，电容分压器(6)的下极板接地。具有对试验电源容量需求小、体积小重量轻、装置组成元件数量少、抗干扰能力强、可靠性高、试验设备无油干式环保、可实现连续调谐、噪声小、利于试验监听的特点。
文档编号G01R31/12GK2672667SQ20032012658
公开日2005年1月19日 申请日期2003年12月8日 优先权日2003年12月8日
发明者王勇, 王光宇, 应俊 申请人:大庆石油管理局