基于30kV變壓器電橋矢量算法及裝置的應(yīng)用研究

文峰　呂良飛

摘要：某供電局在對500kV斷路器斷口電容器進(jìn)行介質(zhì)損耗測量試驗時發(fā)現(xiàn)，在10kV試驗電壓等級B相線路側(cè)介質(zhì)損耗值遠(yuǎn)超過電容器注意值，然而在相同試驗條件下進(jìn)行橫向比較試驗時，其他相及母線側(cè)電容器均未超出注意值，通過比對試驗，最終得出B相線路側(cè)電容器在10kV試驗電壓等級下產(chǎn)生Garton效應(yīng)。

關(guān)鍵詞：諧振高頻高壓變壓器；高壓變頻逆變；交直交控制；變壓器電橋矢量；介質(zhì)損耗因素 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM301 文章編號：1009-2374（2016）02-0059-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.02.029

1 概述

某供電局在對1臺500kV斷路器斷口電容器進(jìn)行介質(zhì)損耗測量試驗，該端口電容器在10kV電壓等級下試驗，試驗發(fā)現(xiàn)端口電容器介質(zhì)損耗值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出注意值，經(jīng)多次橫縱向試驗分析得出，500kV斷路器斷口電容器在10kV電壓等級下試驗時發(fā)生Carton效應(yīng)，Carton效應(yīng)引起10kV電壓等級介質(zhì)損耗試驗裝置tanδ值測量不準(zhǔn)確，因此如何提高介質(zhì)損耗因數(shù)現(xiàn)場測量的穩(wěn)定性及測量精度成為高壓試驗工作亟需解決的重要課題。

2 高壓變壓器電橋矢量算法裝置組成及原理

高壓變壓器電橋矢量算法裝置由交流輸入保護(hù)模塊、降壓穩(wěn)壓功率因素控制模塊、DC AC逆變功率模塊、諧振高頻高壓變壓器、變壓器矢量算法模塊、FPGA光纖數(shù)據(jù)采集采集控制模塊等組成。

2.1 交流輸入保護(hù)模塊

圖2所示的交流輸入保護(hù)模塊主要是實(shí)現(xiàn)輸入電源過流、過壓保護(hù)、浪涌及抑制電網(wǎng)引入的共模信號EMI干擾。

2.2 降壓穩(wěn)壓功率因素控制模塊

圖3降壓穩(wěn)壓功率因素控制模塊電路主要通過R1、R2、R3、R4及R5、C7、R6電流采樣反饋網(wǎng)絡(luò)反饋的電壓電流信號傳輸?shù)紸DC采集模塊作降壓穩(wěn)壓模塊均流控制控制來實(shí)現(xiàn)裝置輸出高壓紋波、諧波失真、功率因素調(diào)節(jié)，通過功率因素有效控制來減小裝置功率器件及感性器件的熱功耗。

2.3 DC AC逆變功率模塊

逆變功率模塊主要由電壓互感器PT1、IGBT FS150R12KE3G模塊、緩沖電容（C1、C2、C3、C4）、隔離IGBT驅(qū)動模塊等組成。

電壓互感器PT1主要是測量母線VBUCK電壓，VBUCK電壓經(jīng)電壓互感器后轉(zhuǎn)化為0～5V，轉(zhuǎn)化后的電壓傳輸?shù)紽PGA數(shù)據(jù)采集模塊的ADC進(jìn)行模擬信號到數(shù)字信號變換，該反饋電壓主要用于閉環(huán)調(diào)節(jié)AC1、AC2輸出電壓脈沖幅值。

2.4 諧振高頻高壓變壓器

諧振高頻高壓變壓器由LCC諧振電路、高頻高壓變壓器、LCL濾波電路組成。LCC諧振電路主要是吸收高頻高壓變壓器初級漏感產(chǎn)生的能量，從而保護(hù)全橋IGBT模塊。LCC諧振電路由諧振電感L1、諧振電容、并聯(lián)電容Cp組成，電路中L1的電感量應(yīng)小于漏感Llkp電感量，LCC諧振電路的諧振頻率如下公式計算：

2.5 變壓器矢量算法模塊

2.5.1 變壓器矢量算法模塊原理簡述。變壓器矢量算法模塊如圖6示，其由35kV/50pf標(biāo)準(zhǔn)電容器Cs、35kV/30nf測試電容器Cn，磁通補(bǔ)償式電流比較器（CT1、CT2）、FPGA光纖數(shù)據(jù)采集控制器等組成。

電容器Cs、Cn主要是在AC 30kV/50Hz電源作用下產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)電流及試品電流，Cs產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)電流Ips，Ips主要是為變壓器電橋提供標(biāo)準(zhǔn)參考信號源，Cn產(chǎn)生試品電流Ipn。磁通補(bǔ)償式電流比較器主要是由初級線圈及次級測量線圈、補(bǔ)償線圈組成，磁通補(bǔ)償式電流比較器能有效地規(guī)避CT和互感器引入的不確定因素，同時此比較器具有高壓隔離作用。

FPGA光纖數(shù)據(jù)采集控制器主要實(shí)現(xiàn)電流比較器輸入信號的采集計算，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量算法分析處理后，處理后的數(shù)據(jù)通過控制器上DAC模塊輸出注入到電流比較器的補(bǔ)償線圈進(jìn)行磁通補(bǔ)償，同時通過FPGA光纖轉(zhuǎn)換器發(fā)送到后臺主機(jī)顯示保存。

2.5.2 變壓器矢量算法。對試品電壓和電流相位的計算是通過矢量分離計算出各自基波的初相位和幅值來得到的，這種方法能有效提高測量系統(tǒng)的抗干擾能力。本系統(tǒng)的矢量分離運(yùn)算是在FPGA光纖數(shù)據(jù)采集控制器中進(jìn)行，具體的計算過程如下所述：

3 基于30kV變壓器電橋矢量算法裝置現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)對比

某供電局采用10kV介質(zhì)損耗測量裝置對1臺500kV斷路器電容器進(jìn)行介質(zhì)損耗測試試驗時，發(fā)現(xiàn)10kV下B相線路側(cè)介質(zhì)損耗值為1.176%，超過南方電網(wǎng)公司預(yù)防性試驗規(guī)程所規(guī)定的500kV斷路器斷口間電容器如采用油紙絕緣，tanδ≤0.5%的注意值。而橫向比較，其他相及母線側(cè)電容器均未超出注意值。

為了排除Garton效應(yīng)對斷路器電容器的介質(zhì)損耗值產(chǎn)生的影響，將此電容器使用基于30kV變壓器電橋矢量算法裝置，其測試數(shù)據(jù)見表2：

從表1中測量的數(shù)據(jù)可看出，使用10kV介質(zhì)損耗儀來對500kV斷路器斷口均壓電容器進(jìn)行測試時出現(xiàn)嚴(yán)重的數(shù)據(jù)失真問題。從表2中測量的數(shù)據(jù)可看出，使用基于30kV變壓器電橋矢量算法裝置通過改變試驗電壓進(jìn)行試驗后得出，當(dāng)試驗電壓大于30kV時，500kV斷路器斷口均壓電容器介質(zhì)損耗值未超出注意值。

4 基于30kV變壓器電橋矢量算法裝置思考

基于30kV變壓器電橋矢量算法裝置測量穩(wěn)定性及測量精度高，但是在裝置設(shè)計過程中需要考慮問題有：如何設(shè)計雙層屏蔽磁補(bǔ)償小信號電流互感器來真實(shí)有效地反映測試樣品輸入小信號；如何解決高壓絕緣問題；高壓保護(hù)及高壓反饋電壓調(diào)節(jié)過程中保護(hù)；如何解決數(shù)據(jù)通信傳輸穩(wěn)定性及測量控制過程中抗干擾問題，以上問題是我們設(shè)計過程中必須充分考慮的。

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作者簡介：文峰（1980-），男，貴州興義人，貴州省興義供電局高壓電氣試驗高度技師，研究方向：高壓試驗。

（責(zé)任編輯：陳 潔）