一種校驗直流系統交流竄入的新裝置研究

蔡冰子

（廣東電網有限責任公司惠州供電局，廣東 惠州 516000）

在變電站日常運行中，如果交流電源竄入直流系統，會給站用直流系統帶來極大的危害，一方面造成直流電源系統輸出異常，摻雜交流分量，影響直流負荷運行；另一方面，也會對直流系統的電源模塊造成運行干擾，引起電壓異常。本文描述了研制的一種校驗變電站直流系統發生交流竄入的新裝置。

由于現場應用的不同廠家的直流系統絕緣監測裝置功能參數參差不齊，為了驗證交流竄入直流的保護點正確性、準確性符合行業設計規范，避免直流系統絕緣監測裝置的拒動、誤動而對直流系統的安全運行造成隱患，現在研究一種實用交流竄入直流校驗儀裝置，以用于直流系統絕緣監測裝置的定檢、到貨驗收、工程驗收的必備工具，阻止不合格的裝置產品投入電網運行。

傳統用于直流系統交流竄入測試的方法，需直接采用市電220V交流電接入直流系統內。傳統方法存在以下3個問題。（1）操作風險大，需要人工駁接市電電源，存在人身觸電風險；（2）測試不可靠，人工駁接市電，臨時接線不可靠；（3）測試結果不準確，因為交流竄入門檻值為10V，不能準確校驗門檻值。

現研發制作一套直流系統交流竄入校驗裝置，可以安全可靠的進行交流竄入功能的校驗，并且具備交流調壓功能，可以在10V的門檻值附近精確調壓。克服當前進行交流竄入校驗的3個問題。

該裝置的整體原理是：項目采用IGBT晶體管逆變回路進行直流到交流的轉化，計劃采用9V電池作為裝置電源，通過IGBT晶體管逆變回路，將直流電轉化為交流電，并在輸出端設置交流調壓電路，使輸出電壓在5V-25V直接自由調節。配合試驗電源夾，既可以安全可靠地將交流電加到直流系統內。另外，因為直流系統為帶電系統，需要設置“防止直流反供裝置回路”，克服對裝置的干擾。

該裝置內部原理圖如下所示，主回路采用DC-AC的單相全橋逆變電路拓樸結構，從12V蓄電池或外部電源變換后的12V直流電壓，經推挽電路單元后在高頻變壓器T次級統組得到方波電壓，再經整流濾波變為所需要的直流電壓，經逆變電路后得到的就是所需的頻率和電壓幅值均可調的交流電，推挽電路PWM驅動輸入信號由MCU提供，逆變電路采用全橋逆變電路，橋中的橋臂由四個MOSFET組成，其驅動信號也由MCU提供。

裝置主要功能及技術要點。

（1）設備的結構方式：設計為手持式的設備，輸入輸出電源均不高于人身安全電壓范圍里；（2）供電電源范圍及方式：采用兩種供電模式，常用的是可充電的鋰電池供電模式，但具備可接入市電、直流110、直流220V三種電源的電源接口；（3）輸出電源范圍：輸出電壓從0～36V，多檔輸出；（4）輸出保護需求：儀器內部輸出采用隔離變壓器進行隔離，采用輸出隔離變壓器的目的是實現儀器與輸出的電氣聯接，以減少試驗時的對設備損壞及設備內部對系統的影響；另外，在輸出設計增加隔直流通交流的設計防止高壓直流電壓接入內部電路中；（5）防止正負極短路：在輸出端設計成高阻限流以達到防止正負極短路的目的；（6）輸出檔位控制方式：輸出檔位具備5V、10V、15V、20V四個檔位輸出。輸出檔位控制設計為多檔旋轉開關控制方式，控制旋轉開關只與內部MCU連接通過改變MCU控制信號的方式進行輸出電壓的控制，不與輸出連接；（7）設備顯示方式：采用數字顯示輸出電壓值和電流值。

圖1