高效大功率无局放试验电源振荡波技术及其经济效益分析

高效大功率无局放试验电源振荡波技术及其经济效益分析

廖杰鸿 杨芳 潘立丰 郭景宇

广东电网有限责任公司清远清城供电局 511500

摘要：现阶段，在相应的电力系统中，多采用便携式试验电源，这类电源设备体积和重量都相对较小，采用SPWM调制技术，通过MOS管或者IGBT开关的方式实现交流220V输出，但是这类电源使用中存在开关噪音，对于振荡波局放试验装置会产生一定的影响，甚至会造成高压开关在闭合的情况下局放有源测量回路的噪声变大，这种噪音一旦高于现场局放信号产生的放电量，相关的试验工作就很难有效开展。对此，研究通过使用有效的无局放功率放大电路设计结构，借助特殊均压均流来促进单体功率管利用率的增长，保证相关装置能够在无局放交流输出中依然有其体积和质量优势，最终实现现场使用中电源的实用性和便携性目标。

关键词：大功率；无局放实验电源；震荡波；工作原理；技术

在当前电力系统中，进行便携式电源设计和应用很有必要，这是确保相关电力工作顺利开展的关键，通过对于这类电源进行相关技术改造，对于实现电能节约，提升经济效益具有重要作用。

高效大功率无局放试验电源振荡波工作原理

1.1无局放试验电源结构

在传统的便携式试验电源设计的基础上，研究实用型便携式无局放试验电源的设计，旨在对于传统便携式试验电源进行进行的改良和优化，促进其实用性和便携性应用目标实现。在震荡波的专用无局放试验电源中，其功率放大电路一般使用的是多级放大的工作原理，其中的专用芯片能够发出信号，相应的信息号在通过功放芯片组成的BTL电路的过程中实现信号的前置放大，在完成一组信号满足的条件下，后级主功率放大模块电流及电压后接祖变压器实施分相和倒相，并向后级功率放大模块进行提供、此外的一组BTL电路前置功放主要负责对于和信号源频率相同相位规定值信号进行输出，传递到局放仪器中，下图1为具体的放大电路结构框架图：

图1 放大电路结构框图

1.2功能及原理

如下图2所示，是变频试验电源功率放大模块的原理图，其中的T1~T4逐一代表变频电源中的四个不同的桥臂，在实际的电源电路中，包含了变频十到千只功率晶体管，这些晶体管的功率大小不一致，切实并联结合，在相应并联电路中，执行相应的均流措施。在相应的图形中可以看出，静态状态下，因为4个晶体管参数是相互对称的，所以最终的输出电压值是0，在在正半周时T1和T4管同时导通，负载上获得正半周信号；负半周时T2和T3同时导通，负载上获得负半周信号，这样就组成了一个结构比较完整的正弦波。这两组电路的输入信号借助相应变压器作用实践倒相。在相关电源、电压稳定且不受外界影响的情况下，设晶体管的压降值是0，这时的桥式放大电路的理想效率值则是78.5%。

图2 桥式放大电路原理图

高效大功率无局放试验电源设计技术

2.1设计优势

在这一试验电源装置的设计中，使用的核心技术即为无局放设计技术，借助大功率晶体管工程的桥式放大电路，确保相应电源是在线性放大区工作的，对于有效避免逆变电源中功率器件在开关状态下工作产生的噪音影响，这一设计中电源本身在实验中证据局放量需要控制在110PC范围内，最理想的控制数值应该是在5PC范围内。设计中借助双重反馈技术应用，确保相关的电压波形失真度降低，避免电压波形畸变率上升，促进整体电压波形的输出稳定性提升。

高效大功率无局放试验电源设计中相关的结构比较严谨，通风通道设计也很人性化，能够满足整机体积小、质量轻的设计要求，这样设计的试验电源和传统的便携式试验电源一样，能够便于携带，搬运和使用过程中都比较便利。

高效大功率无局放试验电源设计中，相应的显示界面通过图形LCD友好化设计，确保了相应的操作过程简单直观，能够便于使用，减少了一些麻烦，简化了操作使用流程。

2.2主要设计技术要点

这一高效大功率无局放试验电源设计的电源装置的可靠性比较高，因此在内部设计中也有相应的保护电路，在一般电源保护电路中，包含的输出过流整定保护、高低压过呀整定保护以及过热保护，这一电源设备也都具备，同时，这一高效大功率无局放试验电源设计中，还增加了高压侧电压峰值保护以及放电击穿保护、输入欠压保护以及漏电保护等多种保护功能，这样即使在使用的过程中，电源装置出现了故障和异常问题，相应的电源装置保护电路可以按照相应故障的类别和性质在短时间内快速切断输出回路以及主回路中的电源开关，这一反应速度达到了10-100us，相对于传统的人力切断电源工作的速度来看，快了很多倍，对于保证相关的实验人员以及实验装置和系统安全性具有重要的作用。

最后，高效大功率无局放试验电源设计的电源装置中，信号源主要是通过专用芯片产生的，其主要的输出频率稳定性比较高，且相关频率分辨率也比传统的芯片高很多，这对于保证相关的输出波形的精准性和高效性具有重要作用。

高效大功率无局放试验电源设计技术难点

在这一高效大功率无局放试验电源设计技术中，需要解决的技术难点主要包含以下几点：

在设计中，要考虑到变频电源的抗电厂干扰能力影响，一般在强电场干扰环境中，能够确保测量精度和控制保护效果，在强电场的影响中，装置的自身局放在10pC范围内；

高效大功率无局放试验电源的保护功能比较强大，在不同负荷条件下的短路试验中也比较适用；

高效大功率无局放试验电源设计技术具有体积小、质量轻的应用优势，在实际的试验工作中，使用起来比较便利。

研究应用价值

研究的这种高效大功率无局放实验电源可用做户外电力设备和线路试验电源，特别是用于局放试验，例如电缆振荡波局放试验。目前广东电网电缆振荡波局放检测设备接近100余台，按照局放试验对环境要求，户外试验应采用无局放电源，假设每台7万元，市场规模在700万左右，因此，该试验电源的市场应用前景比较广阔。此外，这种试验电源还能够减少局放试验长期使用柴油发电机，假设每次用油5升，每升6.5元，每台振荡波局放检测设备每天约进行5单震荡波试验，每年工作两百天，共能节省能源开支约650万，而且还达到绿色环保的目的，因此在节能减耗，节约成本方面，也具有显著的应用优势。

总结：　近年来，我国电网中110千伏及以上高压电缆长度不断延伸，据统计，目前，仅合肥地区110千伏及以上高压电缆长度超过928千米，在全省电网占比超60％。正是由于10千伏及以上高压电缆在电网中地位越来越重要，因此，除了日常科学运维，通过电缆试验的手段来发现其细微隐患的必要性也日益重要。进行“振荡波局放试验”是进行耐压试验的必要措施，对于降低电缆主绝缘产生的危害，同时更为精确的直接定位隐蔽缺陷位置具有重要意义。开展“振荡波局放试验”中，应用到相应的试验电源设备，这对于相关电网新老设备检修工作具有重要意义。高效大功率无局放试验电源设计的便携式电源装置是目前市面上没有的便携式无局放电源，采用无局放设计，选用大功率晶体管组成桥式放大电路并工作在线性放大区，有效避免逆变电源中功率器件工作在开关状态给局放试验带来的不可消除的噪声；这一试验电源采取双重反馈技术，确保输出电压波形的低失真度、低畸变率和较高的输出稳定性。

论文来源：2019年清城供电局职工创新项目031800KK52190106

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