一种交流叠加直流的合成电压试验电源装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种交流叠加直流的合成电压试验电源装置。输出电压可包含纯交流电压、纯直流电压以及交流叠加直流的合成电压。输出交流分量、直流分量分别独立可调，可根据需要输出不同分量的交流叠加直流电压波形。本发明专利技术的技术方案对研究交直流混合场强下的局部放电产生的机理、交直流分量对击穿应力的影响、换流变试验应力有效性的选择等方面的研究都具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高电压与绝缘
，尤其涉及一种交流叠加直流的合成电压试验电源装置。输出电压可包含纯交流电压、纯直流电压以及交流叠加直流的合成电压。输出 交流分量、直流分量分别独立可调，可根据需要输出不同分量的交流叠加直流电压波形。
技术介绍
我国已成为世界直流输电大国，正在建设世界上直流输电电压等级最高的云 南-广东，向家坝-上海士800kV直流输电工程(世界目前最高为士600kV)，和直流有关 的工程、研究项目越来越受到关注。已有工程经验和统计结果表明高压直流输电系统中， 换流变压器、套管等众多关键一次设备的绝缘问题是制约设计和引起现场事故最主要的因 素。CIGRE高压直流分委会WG B4.04工作组统计结果表明，高压直流输电系统设备事故率 是交流系统的2倍以上。 我国1984年开工建设的首个士500kV葛-上直流输电工程中，第一批次换流变 压器主绝缘试验中多次出现阀侧绕组、引线、分接开关等多个部位的绝缘问题，在后续运行 过程中也多次出现绝缘问题。目前，我国建设中的云广士800kV直流输电工程首台换流 变压器由西门子公司负责生产制造，向上士800kV直流输电工程首台换流变压器由ABB 设计制造。西门子、ABB在换流变压器制造领域处于国际最领先水平，但在西门子、ABB首台 士800kV换流变试验过程中均出现了绝缘故障。 由于国内外制造厂及科研单位在制造、研究换流变压器绝缘材料过程中，仅能分 别通过单独的交流电压、直流电压试验进行考核，而在工程实际中，尤其在高压直流输电系 统中，大量设备运行中承受交流叠加直流电压的共同作用，由于试验过程中无法模拟实际 工况对设备可靠性进行有效考核，导致设备事故率相对较高。 高电压技术是以试验研究为基础的应用技术，试验装置是开展高压
研究 的前提和基础。在现有技术条件下，主要的高电压试验电源包括工频(交流)电压发生器、 直流电压发生器、冲击电压发生器等，还没有交流、直流叠加在一起的试验电源系统。现阶 段，IEC及国内换流变试验标准中，均分别使用交流耐受电压、直流耐压考核换流变的绝缘 性能，国内外没有关于交流叠加直流的无局放电源系统的相关报道。
技术实现思路
为了克服以上缺陷，本专利技术的目的是提供一种交流叠加直流的合成电压试验电 源。其对研究交直流混合场强下的局部放电产生的机理、交直流分量对击穿应力的影响、换 流变试验应力有效性的选择等方面的研究具有重要意义。 该电源装置的原理图如图1所示。本专利技术设计的交直流合成电压试验电源装置 原理如图1所示，包括高压电容cl、 c2、 c3、 c4、 c5 ;高压电阻rl、 r2、 r3、 r4 ;高压硅堆dl、 d2、 d3 ;高压交流电源V—acl、 V—ac2 ;和回路中的连接节点nll、 n12、 n13、 n15、 nl6，其特征 在于 高压交流电源V_acl —端接地，另一端与高压电容C1串联，串联后的回路再与d2 并联于nil节点；nll节点后级再串联高压硅堆dl后与rl、r2串联组成的直流分压器并联 于n13节点；nl3节点后级再串联高压硅堆输出至n16节点； 高压交流电源V—ac2—端接地，另一端与高压电阻r4串联于nl5节点；串联后的 回路再与C4、C5组成的交流分压器并联于nl5节点；nl5节点后级再与高压电容器C3串联， 最终实现将交流电压分量输出至n16节点，nl6节点后级串联接入试品，从而为试品N提供 不同的交-直流电压分量。 高压交流电源V_acl与高压电容cl串联后与高压硅堆d2并联再与高压硅堆dl 串联，由此构成倍压整流回路，从而将高压交流电源V_acl的交流电压转化为直流电压； 高压电容c2与高压电阻r3在系统中起改善n12点输出直流电压纹波和限制短路 电流的作用； 高压电阻rl与高压电阻r2串联构成直流电压分压器，用于测量n13节点的直流 电压； 高压硅堆d3连接在节点n13和n16之间，起到隔离交流分量，有效阻止交流电压 传入直流回路； 高压交流电源V—ac2与高压电阻r4串联构成交流电源，高压电阻r4起着限制高 压交流电源V_ac2在试品短路时产生的短路电流的作用； 高压电容c4与高压电容c5串联构成交流分压器，用于交流电源输出端nl5节点 的交流电压分量的测量； 高压电容c3联接在n15节点和n16节点间，可以隔离n16节点上的直流电压进入 n15节点及地之间的交流电源系统。 其中，nl6节点的输出电压可包含纯交流电压、纯直流电压以及交流叠加直流的合 成电压，输出交流分量、直流分量分别独立可调，可根据需要输出不同分量的交流叠加直流 电压波形，电压调节过程中，从0开始升高高压交流电源V_acl的输出电压，则系统的直流 电压分量开始增加，直流输出电压分量满足 V_nl6dc = _0. 7009862065743-0. 4185165047986*V_ac2_0. 3042724513701*V_ n13 ;其中V_nl6dc为试验电源系统输出n16节点上的直流电压分量有效值，V_nl3dc为nl3 节点的直流电压； 在电压调节过程中，从0开始升高交流电源V_a c 2的输出电压，则系统的交流 分量峰峰值相应0开始增加，其中输出交流分量与V_acl上的输出电压满足V_nl6aC = 1. 024+0. 995*V_acl的相关关系，其中V_nl6ac为试验电源系统输出n16节点上的交流电压 分量有效值。 其中，倍压整流回路可替换为各种通用的通过改变级数可形成不同电压等级的直 流电压发生器，所述倍压整流回路由高压交流电源V—acl与高压电容cl串联后与高压硅堆 d2并联再与高压硅堆dl串联构成。 本专利技术还提供了 一种使用上述的合成电压试验电源装置的合成电压试验系统，其 是在上述的合成电压试验电源装置的正负两极间接入实验样品N。 其中，将该系统用于包括针板、球板和/或平板的典型电极的绝缘特性试验研究， 以及进行悬浮放电和/或局部放电的绝缘特性试验研究。 图2是由图1所示交直流复合电源试验装置输出的实测电压波形图，图2中可以看出交流波形没有畸变，且交流、直流电源可实现独立加压且互不影响。 本专利技术的有益效果是 随着高压直流输电的快速发展，换流变压器等直流设备的绝缘问题越来越受到关 注，而本专利技术设计的电源系统能够实现在绝缘材料及模型、产品上同时施加交流叠加直流 试验电压，更为真实的模拟了换流变运行过程中的电压应力，进而研究直流输电系统中的 绝缘问题，填补了国内外在该研究领域的空白。附图说明 下面结合附图对本专利技术进一步说明。 图1是本专利技术的交直流合成电压试验电源装置原理图； 图2是交直流电源电压的实测输出波形图； 图3是典型针板试验模型； 图4示出了直流击穿电压与预加交流电压的关系图； 图5示出了交流击穿电压与预加直流电压的关系图； 图6示出了不同预加电压对击穿特性的影响； 图7是交直流电压下的局放实验电路图。具体实施例方式本专利技术的装置的主要意义体现在首次提出了一种可同时输出交流、直流合成电压的电源系统，交、直流电压分量独立可调。为开展交流、直流合成电压下的绝缘特性研究、试验考核、绝缘击穿机理研究等具有重要意义。特别是目前，在国内外对换流变压器等大型电力装备绝缘失效机理、绝缘特性研究不全面，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交流叠加直流的合成电压试验电源装置，包括高压电容ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４、ｃ５；高压电阻ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４；高压硅堆ｄ１、ｄ２、ｄ３；高压交流电源Ｖ＿ａｃ１、Ｖ＿ａｃ２；和整个电源装置回路中的连接节点ｎ１１、ｎ１２、ｎ１３、ｎ１５、ｎ１６，其特征在于：高压交流电源Ｖ＿ａｃ１一端接地，另一端与高压电容Ｃ１串联，串联后的回路再与ｄ２并联于ｎ１１节点；ｎ１１节点后级再串联高压硅堆ｄ１后与ｒ１、ｒ２串联组成的直流分压器并联于ｎ１３节点；ｎ１３节点后级再串联高压硅堆输出至ｎ１６节点；高压交流电源Ｖ＿ａｃ２一端接地，另一端与高压电阻ｒ４串联于ｎ１５节点；串联后的回路再与Ｃ４、Ｃ５组成的交流分压器并联于ｎ１５节点；ｎ１５节点后级再与高压电容器Ｃ３串联，最终实现将交流电压分量输出至ｎ１６节点，ｎ１６节点后级串联接入试品，从而为试品Ｎ提供不同的交－直流电压分量。高压交流电源Ｖ＿ａｃ１与高压电容ｃ１串联后与高压硅堆ｄ２并联再与高压硅堆ｄ１串联，由此构成倍压整流回路，从而将高压交流电源Ｖ＿ａｃ１的交流电压转化为直流电压；高压电容ｃ２与高压电阻ｒ３在系统中起改善ｎ１２点输出直流电压纹波和限制短路电流的作用；高压电阻ｒ１与高压电阻ｒ２串联构成直流电压分压器，用于测量ｎ１３节点的直流电压；高压硅堆ｄ３连接在节点ｎ１３和ｎ１６之间，起到隔离交流分量，有效阻止交流电压传入直流回路；高压交流电源Ｖ＿ａｃ２与高压电阻ｒ４串联构成交流电源，高压电阻ｒ４起着限制高压交流电源Ｖ＿ａｃ２在试品短路时产生的短路电流的作用；高压电容ｃ４与高压电容ｃ５串联构成交流分压器，用于交流电源输出端ｎ１５节点的交流电压分量的测量；高压电容ｃ３联接在ｎ１５节点和ｎ１６节点间，可以隔离ｎ１６节点上的直流电压进入ｎ１５节点及地之间的交流电源系统。...

【技术特征摘要】
一种交流叠加直流的合成电压试验电源装置，包括高压电容c1、c2、c3、c4、c5；高压电阻r1、r2、r3、r4；高压硅堆d1、d2、d3；高压交流电源V_ac1、V_ac2；和整个电源装置回路中的连接节点n11、n12、n13、n15、n16，其特征在于高压交流电源V_ac1一端接地，另一端与高压电容C1串联，串联后的回路再与d2并联于n11节点；n11节点后级再串联高压硅堆d1后与r1、r2串联组成的直流分压器并联于n13节点；n13节点后级再串联高压硅堆输出至n16节点；高压交流电源V_ac2一端接地，另一端与高压电阻r4串联于n15节点；串联后的回路再与C4、C5组成的交流分压器并联于n15节点；n15节点后级再与高压电容器C3串联，最终实现将交流电压分量输出至n16节点，n16节点后级串联接入试品，从而为试品N提供不同的交-直流电压分量。高压交流电源V_ac1与高压电容c1串联后与高压硅堆d2并联再与高压硅堆d1串联，由此构成倍压整流回路，从而将高压交流电源V_ac1的交流电压转化为直流电压；高压电容c2与高压电阻r3在系统中起改善n12点输出直流电压纹波和限制短路电流的作用；高压电阻r1与高压电阻r2串联构成直流电压分压器，用于测量n13节点的直流电压；高压硅堆d3连接在节点n13和n16之间，起到隔离交流分量，有效阻止交流电压传入直流回路；高压交流电源V_ac2与高压电阻r4串联构成交流电源，高压电阻r4起着限制高压交流电源V_ac2在试品短路时产生的短路电流的作用；高压电容c4与高压电容c5串联构成交流分压器，用于交流电源输出端n15节点的交流电压分量的测量；高压电容c3联接在n15节点和n16节点间，可以隔离n16节...

【专利技术属性】
技术研发人员：李博，李光范，李金忠，程涣超，张书琦，孙倩，邓俊宇，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]