專利名稱：一種交流疊加直流的合成電壓試驗(yàn)電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于高電壓與絕緣技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種交流疊加直流的合成電壓 試驗(yàn)電源裝置。
背景技術(shù)：
我國已成為世界直流輸電大國，正在建設(shè)世界上直流輸電電壓等級(jí)最高的“云 南-廣東”，“向家壩-上海”士SOOkV直流輸電工程(世界目前最高為士600kV)，和直流有關(guān) 的工程、研究項(xiàng)目越來越受到關(guān)注。已有工程經(jīng)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明高壓直流輸電系統(tǒng)中， 換流變壓器、套管等眾多關(guān)鍵一次設(shè)備的絕緣問題是制約設(shè)計(jì)和引起現(xiàn)場事故最主要的因 素。CIGRE高壓直流分委會(huì)WG B4. 04工作組統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，高壓直流輸電系統(tǒng)設(shè)備事故率 是交流系統(tǒng)的2倍以上。我國1984年開工建設(shè)的首個(gè)士500kV“葛-上”直流輸電工程中，第一批次換流變 壓器主絕緣試驗(yàn)中多次出現(xiàn)閥側(cè)繞組、引線、分接開關(guān)等多個(gè)部位的絕緣問題，在后續(xù)運(yùn)行 過程中也多次出現(xiàn)絕緣問題。目前，我國建設(shè)中的“云廣士SOOkV直流輸電工程”首臺(tái)換流 變壓器由西門子公司負(fù)責(zé)生產(chǎn)制造，“向上士SOOkV直流輸電工程”首臺(tái)換流變壓器由ABB 設(shè)計(jì)制造。西門子、ABB在換流變壓器制造領(lǐng)域處于國際最領(lǐng)先水平，但在西門子、ABB首臺(tái) 士SOOkV換流變?cè)囼?yàn)過程中均出現(xiàn)了絕緣故障。由于國內(nèi)外制造廠及科研單位在制造、研究換流變壓器絕緣材料過程中，僅能分 別通過單獨(dú)的交流電壓、直流電壓試驗(yàn)進(jìn)行考核，而在工程實(shí)際中，尤其在高壓直流輸電系 統(tǒng)中，大量設(shè)備運(yùn)行中承受交流疊加直流電壓的共同作用，由于試驗(yàn)過程中無法模擬實(shí)際 工況對(duì)設(shè)備可靠性進(jìn)行有效考核，導(dǎo)致設(shè)備事故率相對(duì)較高。高電壓技術(shù)是以試驗(yàn)研究為基礎(chǔ)的應(yīng)用技術(shù)，試驗(yàn)裝置是開展高壓技術(shù)領(lǐng)域研究 的前提和基礎(chǔ)。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，主要的高電壓試驗(yàn)電源包括工頻(交流)電壓發(fā)生器、 直流電壓發(fā)生器、沖擊電壓發(fā)生器等，還沒有交流、直流疊加在一起的試驗(yàn)電源系統(tǒng)?，F(xiàn)階 段，IEC及國內(nèi)換流變?cè)囼?yàn)標(biāo)準(zhǔn)中，均分別使用交流耐受電壓、直流耐壓考核換流變的絕緣 性能，國內(nèi)外沒有關(guān)于交流疊加直流的無局放電源系統(tǒng)的相關(guān)報(bào)道。

實(shí)用新型內(nèi)容為了克服以上缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提供一種交流疊加直流的合成電壓試 驗(yàn)電源。其對(duì)研究交直流混合場強(qiáng)下的局部放電產(chǎn)生的機(jī)理、交直流分量對(duì)擊穿應(yīng)力的影 響、換流變?cè)囼?yàn)應(yīng)力有效性的選擇等方面的研究具有重要意義。為此，本實(shí)用新型提出了一種交流疊加直流的合成電壓試驗(yàn)電源裝置，包括倍壓 整流電路A，高壓電容c2、c3，高壓電阻r3、r4，高壓硅堆d3，高壓交流電源V_ac2和回路中 的連接節(jié)點(diǎn)nl2、nl3、nl5、nl6，其特征在于所述倍壓整流電路的一端接地，另一端與c2并聯(lián)于nl2節(jié)點(diǎn)，nl2節(jié)點(diǎn)后級(jí)與高 壓電阻r3串聯(lián)后再與一直流分壓器B并聯(lián)于nl3節(jié)點(diǎn)，nl3節(jié)點(diǎn)后級(jí)與高壓硅堆d3串聯(lián)后輸出至nl6節(jié)點(diǎn)；高壓交流電源V_ac2 —端接地，另一端與高壓電阻r4串聯(lián)于nl5節(jié)點(diǎn)，串聯(lián)后的 回路再與一交流分壓器C并聯(lián)于nl5節(jié)點(diǎn)，nl5節(jié)點(diǎn)后級(jí)再與高壓電容器c3串聯(lián)，最終實(shí) 現(xiàn)將交流電壓分量輸出至nl6節(jié)點(diǎn)，nl6節(jié)點(diǎn)后級(jí)串聯(lián)接入試品，從而為試品N提供不同的 交-直流電壓分量。其中，所述倍壓整流電路A包括高壓交流電源V_acl，高壓電容Cl和高壓硅堆d2、 dl ；所述高壓交流電源V_acl的一端接地、另一端與高壓電容cl串聯(lián)后與高壓硅堆d2并 聯(lián)，然后再與高壓硅堆dl串聯(lián)；所述倍壓整流電路將高壓交流電源￥_皿1的交流電壓轉(zhuǎn)化 為直流電壓。其中，所述直流分壓器B包括串聯(lián)的高壓電阻r 1和r2。其中，所述交流分壓器C包括串聯(lián)的高壓電容c4和c5。所述nl6節(jié)點(diǎn)的輸出電壓可包含純交流電壓、純直流電壓以及交流疊加直流的合 成電壓，輸出交流分量、直流分量分別獨(dú)立可調(diào)，可根據(jù)需要輸出不同分量的交流疊加直流 電壓波形，電壓調(diào)節(jié)過程中，從0開始升高高壓交流電源V_acl的輸出電壓，則系統(tǒng)的直流 電壓分量開始增加，直流輸出電壓分量滿足V_nl6dc = -0. 7009862065743-0. 4185165047986*V_ ac2_0. 3042724513701*V_ nl3 ；其中V_nl6dc為試驗(yàn)電源系統(tǒng)輸出nl6節(jié)點(diǎn)上的直流電壓分量有效值，V_nl3dc為nl3 節(jié)點(diǎn)的直流電壓；在電壓調(diào)節(jié)過程中，從0開始升高交流電源V_ac2的輸出電壓，則系統(tǒng)的交流 分量峰峰值相應(yīng)0開始增加，其中輸出交流分量與V_acl上的輸出電壓滿足V_nl6aC = 1. 024+0. 995*V_acl的相關(guān)關(guān)系，其中V_nl6aC為試驗(yàn)電源系統(tǒng)輸出nl6節(jié)點(diǎn)上的交流電壓
分量有效值。在上述結(jié)構(gòu)的合成電壓試驗(yàn)電源裝置的正、負(fù)兩極間接入試驗(yàn)樣品N即可構(gòu)成合 成電壓試驗(yàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可用于針板、球板和/或平板的典型電極的絕緣特性試驗(yàn)研究，以 及進(jìn)行懸浮放電和/或局部放電的絕緣特性試驗(yàn)研究等領(lǐng)域。本實(shí)用新型的有益效果在于隨著高壓直流輸電的快速發(fā)展，換流變壓器等直流設(shè)備的絕緣問題越來越受到關(guān) 注，而本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的試驗(yàn)電源能夠?qū)崿F(xiàn)在絕緣材料及模型、產(chǎn)品上同時(shí)施加交流疊加 直流試驗(yàn)電壓，更真實(shí)的模擬了換流變運(yùn)行過程中的電壓應(yīng)力，進(jìn)而研究直流輸電系統(tǒng)中 的絕緣問題，填補(bǔ)了國內(nèi)外在該研究領(lǐng)域的空白。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。

圖1是本實(shí)用新型的交直流合成電壓試驗(yàn)電源裝置原理圖；圖2是交直流電源電壓的實(shí)測輸出波形圖；圖3是典型針板試驗(yàn)?zāi)Ｐ?；圖4示出了直流擊穿電壓與預(yù)加交流電壓的關(guān)系圖；圖5示出了交流擊穿電壓與預(yù)加直流電壓的關(guān)系圖；圖6示出了不同預(yù)加電壓對(duì)擊穿特性的影響；[0026]圖7是交直流電壓下的局放實(shí)驗(yàn)電路圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的試驗(yàn)電源做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。如圖1所示，本實(shí)用新型所述的試驗(yàn)電源包括高壓電容(31、(2、(33、(34、(35;高壓電 阻rl、r2、r3、r4 ；高壓硅堆dl、d2、d3 ；高壓交流電源V_acl、V_ac2以及回路中的連接節(jié)點(diǎn) nll、n12、n13、n15、nl6。所述高壓交流電源V_acl的一端接地、其另一端與高壓電容cl串 聯(lián)，串聯(lián)后的回路與d2并聯(lián)于nil節(jié)點(diǎn)，nil節(jié)點(diǎn)后級(jí)與高壓硅堆dl串聯(lián)后再與高壓電容 c2并聯(lián)于nl2節(jié)點(diǎn)，nl2節(jié)點(diǎn)后級(jí)與高壓電阻r3串聯(lián)后再與rl、r2串聯(lián)組成的直流分壓器 B并聯(lián)于nl3節(jié)點(diǎn)，nl3節(jié)點(diǎn)后級(jí)再串聯(lián)高壓硅堆d3輸出至nl6節(jié)點(diǎn)；所述高壓交流電源 V_ac2的一端接地，另一端與高壓電阻r4串聯(lián)于nl5節(jié)點(diǎn)；串聯(lián)后的回路再與C4、C5串聯(lián) 組成的交流分壓器C并聯(lián)于nl5節(jié)點(diǎn)；nl5節(jié)點(diǎn)后級(jí)再與高壓電容器c3串聯(lián)，最終實(shí)現(xiàn)將交 流電壓分量輸出至nl6節(jié)點(diǎn)，nl6節(jié)點(diǎn)后級(jí)串聯(lián)接入試品，從而為試品N提供不同的交-直 流電壓分量；所述由高壓交流電源V_acl、高壓電容cl及高壓硅堆d2、dl構(gòu)成的倍壓整流 回路A將高壓交流電源V_acl的交流電壓轉(zhuǎn)化為直流電壓，倍壓整流回路A可替換為各種 通用的通過改變級(jí)數(shù)可形成不同電壓等級(jí)的直流電壓發(fā)生器。所述高壓電容c2與高壓電阻r3在系統(tǒng)中起改善nl2點(diǎn)輸出直流電壓紋波和限制 短路電流的作用；所述高壓電阻rl與高壓電阻r2串聯(lián)構(gòu)成直流分壓器B，用于測量nl3節(jié) 點(diǎn)的直流電壓；所述高壓硅堆d3連接在節(jié)點(diǎn)nl3和nl6之間，起到隔離交流分量，有效阻止 交流電壓傳入直流回路；所述高壓交流電源V_ac2與高壓電阻r4串聯(lián)構(gòu)成交流電源，高壓 電阻r4起著限制高壓交流電源￥_皿2在試品短路時(shí)產(chǎn)生的短路電流的作用；所述高壓電容 c4與高壓電容c5串聯(lián)構(gòu)成交流分壓器C，用于交流電源輸出端nl5節(jié)點(diǎn)的交流電壓分量的 測量；所述高壓電容c3聯(lián)接在nl5節(jié)點(diǎn)和nl6節(jié)點(diǎn)間，可以隔離nl6節(jié)點(diǎn)上的直流電壓進(jìn) 入nl5節(jié)點(diǎn)及地之間的交流電源系統(tǒng)。圖2是由圖1所示交直流復(fù)合電源試驗(yàn)裝置輸出的實(shí)測電壓波形圖，圖2中可以 看出交流波形沒有畸變，且交流、直流電源可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立加壓且互不影響。實(shí)施例1下面以利用本實(shí)用新型的交流疊加直流的合成電壓試驗(yàn)電源裝置開展的針板條 件下絕緣油擊穿特性為例，試驗(yàn)布局如圖3所示，由0. Imm的針尖和直徑300mm的圓形不銹 鋼板共同構(gòu)成。在圖3的針板模型上同時(shí)施加交流、直流合成試驗(yàn)電壓，測量擊穿特性。試驗(yàn)過程 中，首先施加固定分量的交流電壓，再逐步增加直流電壓直至試品擊穿；試驗(yàn)結(jié)果如圖4所 示，橫坐標(biāo)為交流電源電壓、縱坐標(biāo)為直流電源電壓。首先施加固定分量的直流電壓，再按 逐步增加交流電壓至試品擊穿，試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示，圖5中結(jié)果為不同交流、直流分量疊 加后的擊穿電壓。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著交流電壓的升高，直流擊穿電壓隨線性降低；隨著直 流電壓的升高，交流電壓也呈線性降低，這一結(jié)論是在國內(nèi)外首次揭示交-直流電壓對(duì)擊 穿特性影響的規(guī)律。將圖5中試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行逆變換(橫縱坐標(biāo)轉(zhuǎn)換)，可以得到圖6所示試驗(yàn)結(jié)果。在 絕緣設(shè)計(jì)領(lǐng)域，普遍認(rèn)為，油質(zhì)絕緣擊穿特性主要受電場強(qiáng)度影響。在預(yù)加不同電壓時(shí)，絕緣擊穿時(shí)的電場強(qiáng)度應(yīng)該一致。但從圖6中可以看出，在同一直流電壓下，預(yù)加交流電壓下 的模型擊穿電壓較預(yù)加直流條件下約高8%。因此，預(yù)加電壓對(duì)交直流擊穿強(qiáng)度有明顯影 響，這一結(jié)論對(duì)直流條件下的絕緣試驗(yàn)、絕緣考核具有重要指導(dǎo)意義。此外，這一結(jié)論在國 內(nèi)外均未見相關(guān)報(bào)道，在沒有本裝置的前提下難以通過理論分析得到相關(guān)規(guī)律，因此，本裝 置的研制具有重要意義。通過使用本實(shí)用新型中的試驗(yàn)裝置，開展針板、球板、平板典型電極以及懸浮放 電、局部放電等絕緣特性試驗(yàn)試驗(yàn)研究，能夠取得大量珍貴、具有原創(chuàng)性、創(chuàng)新性的研究成
^ ο實(shí)施例2參看圖7，下面以交直流電壓下的局部放電實(shí)驗(yàn)研究為例，介紹本實(shí)用新型交直流 電源系統(tǒng)的應(yīng)用。圖中3個(gè)框圖分別為框圖1為交直流電源系統(tǒng)，為本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的 交-直流電源系統(tǒng)，原理圖如圖1所示；框圖2中Cx為試驗(yàn)試品，與試驗(yàn)電源并聯(lián)；框圖3 為試驗(yàn)測量系統(tǒng)，主要由分壓器Ck、檢測阻抗Zm組成，通過電纜連接檢測阻抗及局部放電 檢測儀，實(shí)現(xiàn)局部放電監(jiān)測。試品Cx與測量系統(tǒng)并聯(lián)后再與交直流電源系統(tǒng)并聯(lián)，即交直 流電源系統(tǒng)輸出電壓直接作用在試品及測量系統(tǒng)上。電源系統(tǒng)可根據(jù)試驗(yàn)的不同要求提供純交流電壓、純直流電壓和各種不同電壓分 量的復(fù)合電壓，施加在試品上后利用框圖3中的局放測量系統(tǒng)進(jìn)行觀察，得到試品在交流 電壓、直流電壓和交直流復(fù)合電壓下的放電特征，通過對(duì)比分析進(jìn)而得到試品在不同電壓 下的絕緣特性。本實(shí)用新型的主要意義體現(xiàn)在首次提出了一種可同時(shí)輸出交流、直流合成電壓 的電源系統(tǒng)，交、直流電壓分量獨(dú)立可調(diào)。為開展交流、直流合成電壓下的絕緣特性研究、試 驗(yàn)考核、絕緣擊穿機(jī)理研究等具有重要意義。特別是目前，在國內(nèi)外對(duì)換流變壓器等大型電 力裝備絕緣失效機(jī)理、絕緣特性研究不全面，設(shè)備故障率高的情況下，本裝置的研究具有重 要的學(xué)術(shù)和工程意義。此處已經(jīng)根據(jù)特定的示例性實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了描述。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人 員來說在不脫離本實(shí)用新型的范圍下進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶鎿Q或修改將是顯而易見的。示例性的實(shí) 施例僅僅是例證性的，而不是對(duì)本實(shí)用新型的范圍的限制，本實(shí)用新型的范圍由所附的權(quán) 利要求定義。
權(quán)利要求一種交流疊加直流的合成電壓試驗(yàn)電源裝置，包括倍壓整流電路A，高壓電容c2、c3，高壓電阻r3、r4，高壓硅堆d3，高壓交流電源V_ac2和回路中的連接節(jié)點(diǎn)n12、n13、n15、n16，其特征在于所述倍壓整流電路的一端接地，另一端與c2并聯(lián)于n12節(jié)點(diǎn)，n12節(jié)點(diǎn)后級(jí)與高壓電阻r3串聯(lián)后再與一直流分壓器B并聯(lián)于n13節(jié)點(diǎn)，n13節(jié)點(diǎn)后級(jí)與高壓硅堆d3串聯(lián)后輸出至n16節(jié)點(diǎn)；高壓交流電源V_ac2一端接地，另一端與高壓電阻r4串聯(lián)于n15節(jié)點(diǎn)，串聯(lián)后的回路再與一交流分壓器C并聯(lián)于n15節(jié)點(diǎn)，n15節(jié)點(diǎn)后級(jí)再與高壓電容器c3串聯(lián)，最終實(shí)現(xiàn)將交流電壓分量輸出至n16節(jié)點(diǎn)，n16節(jié)點(diǎn)后級(jí)串聯(lián)接入試品，從而為試品N提供不同的交 直流電壓分量。
2.如權(quán)利要求1所述的合成電壓試驗(yàn)電源裝置，其特征在于所述倍壓整流電路A包 括高壓交流電源￥_%1，高壓電容cl和高壓硅堆d2、dl ；所述高壓交流電源V_acl的一端接 地、另一端與高壓電容cl串聯(lián)后與高壓硅堆d2并聯(lián)，然后再與高壓硅堆dl串聯(lián)；所述倍壓 整流電路將高壓交流電源V_acl的交流電壓轉(zhuǎn)化為直流電壓。
3.如權(quán)利要求1或2所述的合成電壓試驗(yàn)電源裝置，其特征在于所述直流分壓器B包 括串聯(lián)的高壓電阻rl和r2。
4.如權(quán)利要求1或2所述的合成電壓試驗(yàn)電源裝置，其特征在于所述交流分壓器C包 括串聯(lián)的高壓電容c4和c5。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種交流疊加直流的合成電壓試驗(yàn)電源裝置，包括倍壓整流電路A，高壓電容c2、c3，高壓電阻r3、r4，高壓硅堆d3，高壓交流電源V_ac2和回路中的連接節(jié)點(diǎn)n12、n13、n15、n16。本實(shí)用新型所述試驗(yàn)電源的輸出電壓可包含純交流電壓、純直流電壓以及交流疊加直流的合成電壓。輸出交流分量、直流分量分別獨(dú)立可調(diào)，可根據(jù)需要輸出不同分量的交流疊加直流電壓波形。
文檔編號(hào)G01R31/14GK201724964SQ200920277469
公開日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2009年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月2日
發(fā)明者孫倩, 張書琦, 李光范, 李博, 李金忠, 程渙超, 鄧俊宇 申請(qǐng)人:中國電力科學(xué)研究院