高壓交流試驗失諧保護裝置研究

李秉研 孫逸文 王燕 樊斌

摘要：一種數(shù)字控制的高壓交流試驗失諧保護裝置，用于與串聯(lián)諧振高壓試驗設(shè)備相配合，在出現(xiàn)高壓失諧狀態(tài)時，保護試驗系統(tǒng)。試驗系統(tǒng)包括輸入的交流電壓、整流電路、 逆變電路、隔離放大電路、諧振升壓電路、高壓輸出、高壓取樣電路、A/D電路、調(diào)壓電路、失諧判斷電路及單片機控制系統(tǒng)，一旦被試品被高壓擊穿或高壓放電時，失諧判斷電路輸出信號有效保護高壓試驗設(shè)備，同時讓單片機準(zhǔn)確判斷試驗結(jié)果。

關(guān)鍵詞：失諧保護;判斷電路;調(diào)壓電路;諧振升壓

中圖分類號：TM77? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ?文章編號：1007-9416（2018）10-0000-00

1 引言

串聯(lián)諧振試驗在電力行業(yè)大量現(xiàn)場試驗中顯示出優(yōu)越性，得到了廣泛的應(yīng)用。目前國內(nèi)外在對不同電壓等級、不同截面、不同長度的電纜進行交流耐壓試驗，以及對GIS、斷路器、隔離開關(guān)、互感器、電機、發(fā)電機定子繞組等設(shè)備進行交流耐壓試驗時，均采用串聯(lián)諧振高壓試驗設(shè)備。

串聯(lián)諧振高壓試驗設(shè)備由整流電路、逆變電路、隔離放大電路、諧振升壓電路、高壓輸出、高壓取樣電路、A/D電路，單片機、調(diào)壓電路、失諧判斷電路，通過改變諧振升壓電路的電感、電容量，在諧振頻率點上獲得待測試品耐壓試驗所需的正弦交流高壓，通過穩(wěn)壓控制電路使該輸出高壓穩(wěn)定，并保持一段時間，來測試被試驗樣品的耐壓性能。

由于高壓試驗電壓高、容量，系統(tǒng)諧振電抗器和試品中能量，一旦試品被擊穿，如果不做好防護措施，會損壞試驗設(shè)備。

2 設(shè)計方案

2.1 設(shè)計方案要求

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種能夠在串聯(lián)諧振高壓試驗時，試驗失敗試品擊穿或高壓放電時有效保護高壓試驗設(shè)備，同時讓單片機判斷試驗結(jié)果防護裝置。

2.2 設(shè)計方案的確定

技術(shù)方案是：其用于與串聯(lián)諧振高壓試驗設(shè)備相配合，串聯(lián)諧振高壓試驗設(shè)備包括輸入的交流電壓、與交流電壓相連接的整流電路、與整流電路相連接的逆變電路、與逆變電路相連接的隔離放大電路、與隔離放大電路相連接的諧振升壓電路、與諧振升壓電路相連接的高壓輸出、與高壓輸出相連接的高壓取樣電路、與高壓取樣電路相連接的A/D電路，與所述A/D電路相連接的單片機、與所述單片機相連接的調(diào)壓電路;

與高壓取樣電路相連接的還有失諧判斷電路，失諧判斷電路與所述的調(diào)壓電路相連接、調(diào)壓電路與整流電路相連接。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)整體設(shè)計

圖1為高壓串聯(lián)諧振耐壓試驗失諧保護裝置各部分連接框圖。其中交流電壓1輸出為50Hz220伏交流信號，整流電路2將該交流信號整流成直流信號，該直流信號的幅度受調(diào)壓電路8的輸出電壓信號控制，逆變電路3將整流電路2送來的直流信號再轉(zhuǎn)變成方波交流信號，該方波交流信號經(jīng)隔離放大電路4升壓，再經(jīng)諧振升壓電路5進一步升壓，在被試品上得到高壓輸出6，該交流高壓經(jīng)高壓取樣電路7分壓，得到與高壓成比例的低壓，該低壓信號分兩路，一路經(jīng)A/D電路10轉(zhuǎn)成數(shù)字信號被單片機9讀取用于顯示控制，所述單片機9根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果控制調(diào)壓電路8;高壓取樣信號的另一路進入失諧判斷電路11監(jiān)控整個試驗系統(tǒng)是否出現(xiàn)失諧現(xiàn)象，一旦出現(xiàn)失諧現(xiàn)象隨即給出信號通過所述調(diào)壓電路8關(guān)斷整流電路2的輸出，從而關(guān)閉整個系統(tǒng)高壓。

諧振升壓電路5是電感電容串聯(lián)電路，在試驗頻率達到電感、電容串聯(lián)諧振頻率時，可在電容上獲得很高的電壓，這個電壓可以用作被試品的高壓耐壓試驗。試驗中使用的電感為耐高壓、大容量的電抗器，電容即為被試品如長電纜、GIS等等。在高壓試驗過程中，一旦出現(xiàn)被試品被高壓擊穿或高壓放電，被試品電容值不能滿足諧振條件，被試品上的高壓馬上消失，這種情況稱為“失諧”。

3.2 失諧判斷單路設(shè)計

該電路由兩部分組成：微分電路及電壓比較電路。微分電路由電容C1及電阻R1組成;電壓比較電路由運算放大器U1、電阻R4、電阻R2、電阻R5、電位器R3組成，運算放大器第8腳接+15V電源、第4腳接-15V電源。

微分電路的電容C1的輸接高壓取樣端，從圖1所述高壓取樣電路7的輸出接入高壓取樣信號，微分電路C1、R1的輸出接運算放大器的第2腳，微分電路的輸出電壓取決于其輸入電壓的變化率，即運算放大器第2腳的電位取決于高壓取樣電壓的變化率，當(dāng)取樣電壓不變時，微分電路輸出電位為0，當(dāng)取樣電壓上升時微分電路輸出為正，當(dāng)取樣電壓下降時微分電路輸出為負(fù)。

電壓比較電路中電阻R4、R2、電位器R3組成分壓電路，調(diào)節(jié)電位器R3，可以在運算放大器第3腳得到穩(wěn)定的直流電壓，運算放大器第2腳及第3腳的電位進行比較，比較結(jié)果從第1腳輸出，若第3腳電位大于第2腳電位，則第1腳輸出正的高電平，若第2腳電位大于第1腳電位，則第1腳輸出負(fù)的低電平。

串聯(lián)諧振高壓試驗時，調(diào)節(jié)運算放大器第3腳為負(fù)電壓，試驗時高壓基本平穩(wěn)，微分電路輸出為0，此時運算放大器第1腳輸出為負(fù)的低電平，一旦試驗出現(xiàn)失諧，高電壓突然消失，運算放大器第2腳會出現(xiàn)較大的負(fù)電平，形成第2腳電平小于第3腳電平，從而第1腳電平反轉(zhuǎn)，變成正的高電平，從失諧判斷電路的輸出電位端輸出，觸發(fā)圖1所述調(diào)壓電路8，使其關(guān)閉圖1整流電路2的輸出。

4 結(jié)語

本文研究了高壓交流試驗失諧保護裝置，串聯(lián)諧振高壓試驗中一旦試驗失敗試品放電，本文所述的失諧判斷電路會及時給出一個信號，切斷高壓，同時通知單片機試驗失敗類型，以便系統(tǒng)硬件、軟件及時處理，保護試驗設(shè)備，輸出試驗結(jié)果，應(yīng)該有良好的市場前景。

Research on detuning protection device in high voltage AC test

Li Bingyan， Sun Yiwen， Wang Yan， Fan Bin

（Suzhou University of Science and Technology，Suzhou Jiangsu? 215009）

Abstract：A digitally controlled detuning protection device for high-voltage AC test is used to protect the test system in the event of high-voltage detuning in conjunction with series resonant high-voltage test equipment. The test system includes input AC voltage， rectifier circuit， inverter circuit， isolation amplifier circuit， resonant boost circuit， high-voltage output， high-voltage sampling circuit， A / D circuit， voltage regulating circuit， detuning judgment circuit and single-chip computer control system. Once the test sample is broken down by high voltage or discharged by high voltage， the detuning judgment circuit output signal will protects the high-voltage test equipment effectively and allows the single-chip computer to judge the test result accurately.

Keyword：detuning protection;judgment circuit;voltage regulation circuit; resonance boosting.