基于30kV變壓器電橋矢量算法及裝置的應用研究

文峰　呂良飛

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

關鍵詞：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；介質損耗因素 文獻標識碼：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行介質損耗測量試驗，該端口電容器在10kV電壓等級下試驗，試驗發現端口電容器介質損耗值遠遠超出注意值，經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生Carton效應，Carton效應引起10kV電壓等級介質損耗試驗裝置tanδ值測量不準確，因此如何提高介質損耗因數現場測量的穩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模塊、降壓穩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光纖數據采集采集控制模塊等組成。

2.1 交流輸入保護模塊

圖2所示的交流輸入保護模塊主要是實現輸入電源過流、過壓保護、浪涌及抑制電網引入的共模信號EMI干擾。

2.2 降壓穩壓功率因素控制模塊

圖3降壓穩壓功率因素控制模塊電路主要通過R1、R2、R3、R4及R5、C7、R6電流采樣反饋網絡反饋的電壓電流信號傳輸到ADC采集模塊作降壓穩壓模塊均流控制控制來實現裝置輸出高壓紋波、諧波失真、功率因素調節，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電壓經電壓互感器后轉化為0～5V，轉化后的電壓傳輸到FPGA數據采集模塊的ADC進行模擬信號到數字信號變換，該反饋電壓主要用于閉環調節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生的能量，從而保護全橋IGBT模塊。LCC諧振電路由諧振電感L1、諧振電容、并聯電容Cp組成，電路中L1的電感量應小于漏感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標準電容器Cs、35kV/30nf測試電容器Cn，磁通補償式電流比較器（CT1、CT2）、FPGA光纖數據采集控制器等組成。

電容器Cs、Cn主要是在AC 30kV/50Hz電源作用下產生標準電流及試品電流，Cs產生標準電流Ips，Ips主要是為變壓器電橋提供標準參考信號源，Cn產生試品電流Ipn。磁通補償式電流比較器主要是由初級線圈及次級測量線圈、補償線圈組成，磁通補償式電流比較器能有效地規避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光纖數據采集控制器主要實現電流比較器輸入信號的采集計算，將采集到的數據進行矢量算法分析處理后，處理后的數據通過控制器上DAC模塊輸出注入到電流比較器的補償線圈進行磁通補償，同時通過FPGA光纖轉換器發送到后臺主機顯示保存。

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的抗干擾能力。本系統的矢量分離運算是在FPGA光纖數據采集控制器中進行，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場測試數據對比

某供電局采用10kV介質損耗測量裝置對1臺500kV斷路器電容器進行介質損耗測試試驗時，發現10kV下B相線路側介質損耗值為1.176%，超過南方電網公司預防性試驗規程所規定的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，其他相及母線側電容器均未超出注意值。

為了排除Garton效應對斷路器電容器的介質損耗值產生的影響，將此電容器使用基于30kV變壓器電橋矢量算法裝置，其測試數據見表2：

從表1中測量的數據可看出，使用10kV介質損耗儀來對500kV斷路器斷口均壓電容器進行測試時出現嚴重的數據失真問題。從表2中測量的數據可看出，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行試驗后得出，當試驗電壓大于30kV時，500kV斷路器斷口均壓電容器介質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定性及測量精度高，但是在裝置設計過程中需要考慮問題有：如何設計雙層屏蔽磁補償小信號電流互感器來真實有效地反映測試樣品輸入小信號；如何解決高壓絕緣問題；高壓保護及高壓反饋電壓調節過程中保護；如何解決數據通信傳輸穩定性及測量控制過程中抗干擾問題，以上問題是我們設計過程中必須充分考慮的。

參考文獻

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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。

（責任編輯：陳 潔）