基于30kV变压器电桥矢量算法及装置的应用研究论文

2016-12-02

基于30kV变压器电桥矢量算法及装置的应用研究全文如下：

摘要：某供电局在对500kV断路器断口电容器进行介质损耗测量试验时发现，在10kV试验电压等级B相线路侧介质损耗值远超过电容器注意值，然而在相同试验条件下进行横向比较试验时，其他相及母线侧电容器均未超出注意值，通过比对试验，最终得出B相线路侧电容器在10kV试验电压等级下产生Garton效应。

关键词：谐振高频高压变压器;高压变频逆变;交直交控制;变压器电桥矢量;介质损耗因素

1 概述

某供电局在对1台500kV断路器断口电容器进行介质损耗测量试验，该端口电容器在10kV电压等级下试验，试验发现端口电容器介质损耗值远远超出注意值，经多次横纵向试验分析得出，500kV断路器断口电容器在10kV电压等级下试验时发生Carton效应，Carton效应引起10kV电压等级介质损耗试验装置tanδ值测量不准确，因此如何提高介质损耗因数现场测量的稳定性及测量精度成为高压试验工作亟需解决的重要课题。

2 高压变压器电桥矢量算法装置组成及原理

高压变压器电桥矢量算法装置由交流输入保护模块、降压稳压功率因素控制模块、DC AC逆变功率模块、谐振高频高压变压器、变压器矢量算法模块、FPGA光纤数据采集采集控制模块等组成。

2.1 交流输入保护模块

图2所示的交流输入保护模块主要是实现输入电源过流、过压保护、浪涌及抑制电网引入的共模信号EMI干扰。

2.2 降压稳压功率因素控制模块

图3降压稳压功率因素控制模块电路主要通过R1、R2、R3、R4及R5、C7、R6电流采样反馈网络反馈的电压电流信号传输到ADC采集模块作降压稳压模块均流控制控制来实现装置输出高压纹波、谐波失真、功率因素调节，通过功率因素有效控制来减小装置功率器件及感性器件的热功耗。

2.3 DC AC逆变功率模块

逆变功率模块主要由电压互感器PT1、IGBT FS150R12KE3G模块、缓冲电容(C1、C2、C3、C4)、隔离IGBT驱动模块等组成。

电压互感器PT1主要是测量母线VBUCK电压，VBUCK电压经电压互感器后转化为0～5V，转化后的电压传输到FPGA数据采集模块的ADC进行模拟信号到数字信号变换，该反馈电压主要用于闭环调节AC1、AC2输出电压脉冲幅值。

2.4 谐振高频高压变压器

谐振高频高压变压器由LCC谐振电路、高频高压变压器、LCL滤波电路组成。LCC谐振电路主要是吸收高频高压变压器初级漏感产生的能量，从而保护全桥IGBT模块。LCC谐振电路由谐振电感L1、谐振电容、并联电容Cp组成，电路中L1的电感量应小于漏感Llkp电感量，LCC谐振电路的谐振频率如下公式计算：

2.5 变压器矢量算法模块

2.5.1 变压器矢量算法模块原理简述。变压器矢量算法模块如图6示，其由35kV/50pf标准电容器Cs、35kV/30nf测试电容器Cn，磁通补偿式电流比较器(CT1、CT2)、FPGA光纤数据采集控制器等组成。

电容器Cs、Cn主要是在AC 30kV/50Hz电源作用下产生标准电流及试品电流，Cs产生标准电流Ips，Ips主要是为变压器电桥提供标准参考信号源，Cn产生试品电流Ipn。磁通补偿式电流比较器主要是由初级线圈及次级测量线圈、补偿线圈组成，磁通补偿式电流比较器能有效地规避CT和互感器引入的不确定因素，同时此比较器具有高压隔离作用。

FPGA光纤数据采集控制器主要实现电流比较器输入信号的采集计算，将采集到的数据进行矢量算法分析处理后，处理后的数据通过控制器上DAC模块输出注入到电流比较器的补偿线圈进行磁通补偿，同时通过FPGA光纤转换器发送到后台主机显示保存。

2.5.2 变压器矢量算法。对试品电压和电流相位的计算是通过矢量分离计算出各自基波的初相位和幅值来得到的，这种方法能有效提高测量系统的抗干扰能力。本系统的矢量分离运算是在FPGA光纤数据采集控制器中进行，具体的计算过程如下所述：

3 基于30kV变压器电桥矢量算法装置现场测试数据对比

某供电局采用10kV介质损耗测量装置对1台500kV断路器电容器进行介质损耗测试试验时，发现10kV下B相线路侧介质损耗值为1.176%，超过南方电网公司预防性试验规程所规定的500kV断路器断口间电容器如采用油纸绝缘，tanδ≤0.5%的注意值。而横向比较，其他相及母线侧电容器均未超出注意值。

为了排除Garton效应对断路器电容器的介质损耗值产生的影响，将此电容器使用基于30kV变压器电桥矢量算法装置，其测试数据见表2：

从表1中测量的数据可看出，使用10kV介质损耗仪来对500kV断路器断口均压电容器进行测试时出现严重的数据失真问题。从表2中测量的数据可看出，使用基于30kV变压器电桥矢量算法装置通过改变试验电压进行试验后得出，当试验电压大于30kV时，500kV断路器断口均压电容器介质损耗值未超出注意值。

4 基于30kV变压器电桥矢量算法装置思考

基于30kV变压器电桥矢量算法装置测量稳定性及测量精度高，但是在装置设计过程中需要考虑问题有：如何设计双层屏蔽磁补偿小信号电流互感器来真实有效地反映测试样品输入小信号;如何解决高压绝缘问题;高压保护及高压反馈电压调节过程中保护;如何解决数据通信传输稳定性及测量控制过程中抗干扰问题，以上问题是我们设计过程中必须充分考虑的。

参考文献

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