专利名称：200kV/10mA快速极性转换直流发生器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种200kV/10mA快速极性转换直流发生器，主要应用于72.5kV及以下耦合电容器、电容分压器及直流滤波电容器的极性反转试验。
背景技术：
耦合电容器主要用于我国工频高压及超高压交流输电线路中，以实现载波、通讯、测量、控制、保护及抽取电能之目的。电容分压器主要用于工频电压的测量，受技术条件所限，目前在超高压场合仍大多采用此类分压器。直流滤波电容器主要安装在高压直流输电换流站直流侧，用于直流滤波器的电容器单元和电容器组。根据用户现场反馈的运行情况和国家高压电器产品质量监督检验中心型式试验情况总结发现，上述产品在直流耐受电压试验及极性转换试验中暴露出来的问题较多。直流极性反转试验主要用以考核直流滤波电容器在极端工况下短时极性转换耐受能力。在直流电压作用下，绝缘介质(特别是有机硅橡胶等绝缘材料)具有累积效应，因而在短时极性转换过程中极容易发生内部击穿故障。故对上述产品进行直流极性反转试验对于发现产品潜在缺陷、提高电网运行可靠性具有十分重要的意义。传统的用于72.5kV及以下耦合电容器、电容分压器、直流滤波电容器直流极性转换试验的直流发生器是在输出电压降为零值后通过手动或者控制机构将所有硅堆反向重置来达到极性反转的目的，其换向时间普遍较长，难以满足相关标准的要求。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种200kV/10mA快速极性转换直流发生器，以解决上述技术问题。一种200kV/10mA快速极性转换直流发生器，包括倍压装置、测压电阻、限流电阻、试品电容器、绝缘立杆和驱动电机；所述限流电阻与绝缘立杆固定连接，所述绝缘立杆与驱动电机固定连接；所述倍压装置通过限流电阻连接试品电容器；所述测压电阻一端接地，另一端通过限流电阻连接倍压装置。本实用新型进一步的改进在于:所述倍压装置包括正极性输出倍压装置和负极性输出倍压装置；所述驱动电机用于驱动限流电阻连接正极性输出倍压装置或负极性输出倍压装置。本实用新型进一步的改进在于:所述200kV/10mA快速极性转换直流发生器还包括依次连接的EMI滤波电路、功率因数校正模块、工频整流器、半桥变换器、全桥变换器和高频升压变压器；所述高频升压变压器连接所述倍压装置。本实用新型进一步的改进在于:所述高频升压变压器的变比为1:100。本实用新型进一步的改进在于:所述正极性输出倍压装置和负极性输出倍压装置均为四级倍压整流回路。本实用新型进一步的改进在于:所述测压电阻为250ΜΩ。[0012]本实用新型进一步的改进在于:所述试品电容器为耦合电容器、电容分压器或直流滤波电容器。现对于现有技术，本实用新型具有以下优点:采用已有的中频逆变式直流发生器结合设计巧妙的旋转绝缘立杆结构，通过测压电阻检测当直流电压降低至额定电压30%以下时，利用可旋转绝缘立杆进行快速接地和极性反转，极大地缩短了正负极性转换时间，理论计算表明，其具备Imin内完成200kV直流耐受电压的快速极性转换的能力。
图1系统原理框图；图2快速极性转换直流发生器倍压筒外观示意图；图3倍压筒内部结构示意图；图4电机旋转绝缘立杆及测压电阻；图5极性转换示意图；图6多级倍压整流回路；图7闻压输出关断后放电I旲型；图8极性转换后放电模型。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本实用新型的技术方案。1、系统方案和工作原理本实用新型一种200kV/10mA快速极性转换直流发生器主要由中频整流逆变装置、中频输入及测量装置、正极性输出倍压装置、负极性输出倍压装置、测压电阻、限流电阻、可旋转绝缘立杆以及驱动电机组成，系统工作原理框图如图1所示，为便于现场试验，该系统采用单相220V交流输入。交流输入首先经过EMKElectro Magnetic Interference)滤波电路，然后进入PFC (Power Factor Correction,功率因数校正)模块。EMI滤波电路可防止高频电路产生的大量高次谐波进入电网，也可阻止电网的各种谐波进入整流电路，PFC模块用于提高装置的功率因数。经过PFC环节后是工频整流，交流220V经整流后可得到约300V的直流电压，半桥变换器工作在40kHz，它将整流得到的300V直流变换成(T300V连续可调的稳定的直流电压，通过全桥变换器再将此稳定的直流电压逆变成40kHz的交变方波电压，然后此方波电压经过变比为1:100的高频升压变压器进行初步升压，即可得到最大值约为30kV交变方波电压，初步升压后的交变方波电压经4级倍压回路继续升压，最终得到幅值约为240kV的直流高压。与传统的便携式直流发生器不同，本实用新型所述的快速极性转换直流发生器因具有正、负极性两套倍压装置，如图3所示。其工作原理是一个极性直流耐压结束后，通过测压电阻Rm (250ΜΩ )检测自放电达到30%以下时通过控制电机旋转驱动绝缘立杆，切换极性并通过限流电阻Re和另外一个反极性的倍压装置相连进行快速充电，从而达到正负极性转换并输出，无需等待电压降至零后再换向，也无需人工干预，极大地缩短了换向时间。如图3、图4所示，快速极性转换直流发生器采用中频逆变式直流发生器结合设计巧妙的旋转绝缘立杆结构，将工作频率从50Hz提高到40kHz，频率提高了 800倍，使得变压器体积和重量大大减小，所需滤波电容的电容量也降低为工频下的1/800，同时直流纹波系数也满足标准要求。2、四级倍压整流回路考虑到分布参数的影响，高频升压变压器的变比不可能做的很高，因此设计由变压器和倍压整流回路配合完成升压，倍压整流回路如图6所示。图中ABGH部分为其中一级倍压整流回路，当硅堆I导通时，C1充电到+Um，B点对地电位在(T+2Um间振荡。C2通过硅堆2充电到+2Um，G点获得稳定电位+2Um，电压通过硅堆3加到C3上，并在+U:0之间变化，因而C3被充电至+2Um。E点电位在+2U:+4Um变化，电容器C4通过硅堆4充电至+4Um，因此F点获得稳定的+4Um的电位。以此类推，3级倍压可得到+6Um的输出电压，4级倍压可得到+SUm的输出电压。如前所述，在1:100升压变压器的输出侧得到的是Um为30kV/40kHz的交流方波电压，因此4级倍压可获得8 X 30kV=240kV的直流高压。3、极性转换时间和直流电压纹波系数计算3.1、极性转换时间的估算以正负极性转换为例，当高压输出关断后，放电模型如图7所示:其中:E—初始放电电压(200kV)；C一容性负载(一般地，对于耦合电容器最大电容量为20000pF)；Rni—测压电阻(250M Ω )；根据一阶电路电 容放电公式，试品端电压V=EXe_t/(Sme)当t=RmC时，V=0.37E:即放电达到正极性耐受电压的37% ；当1^=25011 Ω，C=20000pF 时，t=5s ；放电达到正极性耐受电压的30%时仅需6.ls，此时启动极性转换(小于10s)，此时的放电模型如图8所示:其中:R。一限流电阻(1ΜΩ)D—另一个极性的倍压筒此时，放电可在Is内完成，再通过测压电阻检测试品端电压小于耐受电压1%时，可启动负极性的升压过程，按照5kV/s的升压速率，可在40s内升至-200kV。因此总时间T=6.1s (放电至彡30%耐受电压时间)+IOs (极性切换时间)+Is (放电至< 1%耐受电压时间)+40s (升压至反极性耐受电压时间)=57.1s3.2、直流电压纹波系数的计算如图6所示，根据多级倍压回路电压脉动计算公式,."("+η/,,SU = ±-
AfC式中:η-倍压级数；Ιρ-输出平均电流；f_交流电源频率；η-为倍压级数，对于本直流发生器取4级；C-各级电容器的电容量；f 为中频，取 40kHz ; 每级电容器C取4000pF ；Ip为输出平均电流，取额定输出电流IOmA ；[0053]则直流电压脉动:δ U=4X (4+1) X IOX 10_3/(4X40X 103X4000X 10_12)=0.312kV直流纹波系数
权利要求1.一种200kV/10mA快速极性转换直流发生器，其特征在于，包括倍压装置、测压电阻、限流电阻、试品电容器、绝缘立杆和驱动电机；所述限流电阻与绝缘立杆固定连接，所述绝缘立杆与驱动电机固定连接；所述倍压装置通过限流电阻连接试品电容器；所述测压电阻一端接地，另一端通过限流电阻连接倍压装置。
2.根据权利要求1所述的一种200kV/10mA快速极性转换直流发生器，其特征在于，所述倍压装置包括正极性输出倍压装置和负极性输出倍压装置；所述驱动电机用于驱动限流电阻连接正极性输出倍压装置或负极性输出倍压装置。
3.根据权利要求1所述的一种200kV/10mA快速极性转换直流发生器，其特征在于，所述200kV/10mA快速极性转换直流发生器还包括依次连接的EMI滤波电路、功率因数校正模块、工频整流器、半桥变换器、全桥变换器和高频升压变压器；所述高频升压变压器连接所述倍压装置。
4.根据权利要求3所述的一种200kV/10mA快速极性转换直流发生器，其特征在于，所述高频升压变压器的变比为1:100。
5.根据权利要求2所述的一种200kV/10mA快速极性转换直流发生器，其特征在于，所述正极性输出倍压装置和负极性输出倍压装置均为四级倍压整流回路。
6.根据权利要求1所述的一种200kV/10mA快速极性转换直流发生器，其特征在于，所述测压电阻为250ΜΩ。
7.根据权利要求1所述的一种200kV/10mA快速极性转换直流发生器，其特征在于，所述试品电容器为耦合电容器、电容分压器或直流滤波电容器。
专利摘要本实用新型公开一种200kV/10mA快速极性转换直流发生器，包括倍压装置、测压电阻、限流电阻、试品电容器、绝缘立杆和驱动电机；所述限流电阻与绝缘立杆固定连接，所述绝缘立杆与驱动电机固定连接；所述倍压装置通过限流电阻连接试品电容器；所述测压电阻一端接地，另一端通过限流电阻连接倍压装置。采用已有的中频逆变式直流发生器结合设计巧妙的旋转绝缘立杆结构，通过测压电阻检测当直流电压降低至额定电压30%以下时，利用可旋转绝缘立杆进行快速接地和极性反转，极大地缩短了正负极性转换时间，理论计算表明，其具备1min内完成200kV直流耐受电压的快速极性转换的能力。
文档编号H02M7/30GK202940741SQ201220563279
公开日2013年5月15日 申请日期2012年10月30日 优先权日2012年10月30日
发明者李华良, 李博 申请人:中国西电电气股份有限公司