一、技術(shù)背景
隨著(zhù)電力事業(yè)的不時(shí)發(fā)展，變壓器、發(fā)電機、斷路器、GIS110kV及220kV交聯(lián)聚乙烯電纜等高壓電力設備的應用越來(lái)越廣泛。根據《電氣裝置裝置工程電氣設備交接試驗規范》GB5015091和《電力設備預防性試驗規程》DLT0961996要求，此類(lèi)高壓電力設備的裝置驗收和年度檢修中，均需進(jìn)行交流耐壓試驗項目。
交流耐壓試驗電源主要有以下三種方式產(chǎn)生:
1、變壓器式：帶彌補電抗器的激進(jìn)試驗變壓器，工頻。
2、調感式：可調電感式諧振系統，工頻。
3、調頻式：固定電抗器諧振系統，通過(guò)變頻器將一可調頻電壓加到試品上，改變頻率以達到諧振。
諧振耐壓試驗方法是通過(guò)改變試驗系統的電感量和試驗頻率，使回路處于諧振狀態(tài)，這樣試驗回路中試品上的大部分容性電流與電抗器上的感性電流相抵消，電源供給的能量?jì)H為回路中消耗的用功功率，為試品容量的1/為系統的諧振倍數因此試驗電源的容量在降低，重量大大減輕。諧振耐壓試驗系統按調節方式分為調感式和調頻式兩種。
可調電感型諧振試驗系統可以滿(mǎn)足耐壓要求，但由于重量大，可移動(dòng)性差，主要用于試驗室。變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗是利用電抗器的電感與被試品電容實(shí)現諧振，被試品上獲得高電壓，當前高電壓試驗的一種新的方法與潮流，國內外已經(jīng)得到廣泛的應用。
變頻串聯(lián)諧振是諧振式電流濾波電路，能改善電源波形畸變，獲得較好的正弦電壓波形，有效防止諧波峰值對被試品的誤擊穿。變頻串聯(lián)諧振工作在諧振狀態(tài)，當被試品的絕緣點(diǎn)被擊穿時(shí)，電流立即脫諧，回路電流迅速下降為正常試驗電流的數十分之一。發(fā)生閃絡(luò )擊穿時(shí)，因失去諧振條件，除短路電流立即下降外，高電壓也立即消失，電弧即可熄滅。其恢復電壓的再建立過(guò)程很長(cháng)，很容易在再次達到閃絡(luò )電壓斷開(kāi)電源，所以適用于高電壓、大容量的電力設備的絕緣耐壓試驗。
二、國內技術(shù)發(fā)展現狀
目前國內串聯(lián)諧振變頻電源主要采用以下三種技術(shù)方案：
1.PWM控制技術(shù)
調頻調壓控制技術(shù)發(fā)展早期多使用PAM方法，因此，變頻電源逆變器輸出交流電壓波形僅僅能是方波，改變方波有效值，僅僅能通過(guò)改變方波幅值，即中間直流電壓幅值來(lái)完成。隨著(zhù)全控型開(kāi)關(guān)元件IGBTIGCTMOSFET等出現，才逐漸發(fā)展為PWM方法。由于調節PWM波占空比就能調節電壓幅值，所對逆變環(huán)節可同時(shí)完成調壓與調頻任務(wù)，整流器無(wú)需控制，設備構造更簡(jiǎn)單，控制更方便?；谠摷夹g(shù)可以在諧振電容(試品)上獲得THD<1%正弦波。方波變頻電源主電路如下所示。
2.基于高速I(mǎi)C和直接數字頻率合成(DDS技術(shù)
采用該方案頻率分辨率可達到0.01Hz頻率穩定度高，很容易對信號實(shí)現全數字式調制。其控制框圖和實(shí)現原理如下圖所示。
由DSP處置器控制正弦波芯片發(fā)生頻率在30Hz~300Hz連續可調(幅值也可調)規范正弦波信號，經(jīng)過(guò)三級功率放大后再經(jīng)過(guò)上千只大功率三極管組成的橋式放大電路放大，正弦信號最終達到所需要的設計功率，輸出電壓連續可調。此時(shí)正弦波信號經(jīng)勵磁變壓器升壓供給諧振電路獲取需要的高壓。
該方案輸出的正弦波失真度較小，輸出電壓中高頻信號引起的局部放電干擾小，但由于大功率三極管的溫度特性較差，較大功率輸出時(shí)，溫升較快，三極管的放大倍數增加，會(huì )導致輸出電壓漂移，并且電路復雜、不易維護。
3.基于SPWM控制技術(shù)
采用SPWM技術(shù)的新型調頻式諧振試驗電源由大功率開(kāi)關(guān)器件IGBT組成的電路來(lái)代替傳統的模擬信號源及其功率放大電路直接發(fā)生大功率規范正弦波。系統結構圖如下圖所示，主要由三相PWM整流電路(或不控整流電路)H橋逆變電路、輸出濾波器、檢測單元、DSP控制器及人機接口鍵盤(pán)、液晶組成。T為中間勵磁升壓變壓器，RL為試驗回路諧振電感的等效內阻，C為試驗回路等效電容，包括被試品電容及試驗回路諧振電容。整個(gè)試驗電源輸出電壓的調節通過(guò)控制三相PWM整流電路輸出側電容電壓大小來(lái)實(shí)現;當C3上電壓穩定在設定值以后,系統開(kāi)始頻率調節,通過(guò)控制逆變電路開(kāi)關(guān)器件IGBT通斷頻率來(lái)實(shí)現，輸出濾波器濾除系統輸出信號的毛刺從而得到符合要求的正弦波形。
該方案輸出波形較激進(jìn)模擬方式稍差，輸出在低電壓下諧波含量較激進(jìn)方式大，但電路較為簡(jiǎn)單，容易維護，但控制較為復雜。
三、結論
1.可同時(shí)用于局放和交流耐壓試驗的串聯(lián)諧振電源所采用的技術(shù)方案以傳統模擬方式(逐級放大)最好，該方案可直接輸出正弦波，且失真度較小，輸出電壓中高頻信號引起的局部放電干擾≤5pc但電路較為復雜、不易維護，利息較高;
2.用于交流耐壓試驗的串聯(lián)諧振變頻電源普遍采用SPWM方式，其輸出波形較激進(jìn)方式差，干擾引起的局放較大，只適合于交流耐壓試驗(限于手上資料的限制，沒(méi)發(fā)現有應用于局放試驗的該技術(shù)方案控制較為復雜，但其硬件較激進(jìn)方式簡(jiǎn)單，利息較低，體積和重量較小，易于維護。
3.PWM控制方式可滿(mǎn)足交流耐壓試驗的要求，其輸出為方波電壓，系統輸出為正弦波，但在非諧振狀態(tài)時(shí)波形較差，實(shí)現相對容易，利息也較低。