极性转换超低频耐压试验系统设计

摘要

由于直流耐压试验会使交联聚乙烯(XLPE)电缆产生空间电荷，如果试验完毕后，放电不够充分而投入运行，就会使残存的空间电荷(电场)与运行中电压的电场叠加，可能造成电缆的击穿，所以直流耐压试验不适用于交联聚乙烯电缆的试验。而交流工频耐压试验虽然最为有效，但是试验的设备功率大，质量重，所以很难在交联聚乙烯电缆现场耐压试验中得到广泛应用。针对以上问题，本文设计了一种新型极性转换超低频耐压试验系统。由于该系统的工作频率只有0.1Hz，相当于工频的1/500，所以设备的容量比工频耐压试验系统的容量小，并且其试验方法与直流耐压试验和工频交流耐压试验具有等效性。试验电路输出的最高电压为30KV，能够适用于10KV及以下高压电容性负载试验。
　　本文主要完成了电源主电路和控制系统两大部分的设计。其中电源主电路包括不可控整流电路、直流斩波调压电路、逆变电路、高倍压整流电路和极性转换试验电路；控制系统主要包括斩波调压电路控制、极性转换试验电路控制、开关电源保护控制和电源启动限流控制等。
　　系统主电路中不可控整流电路采用了由二极管组成的全桥整流电路，升压电路采用了BOOST升压电路和高倍压升压电路相结合的方式，极性转换试验电路采用了高压开关和GTO组合开关设计方式。在控制电路中利用斩波调压电路的输出电压和输入电压的差值产生控制斩波器的脉冲，利用周期为0.0014s的脉冲控制方波逆变电路的工作，利用周期为10s的脉冲控制极性转换试验电路的工作，并且在调压过程中采用了PI闭环控制，使输出电压可调，实现了极性转换超低频耐压试验系统的自动化。
　　最后，通过PSIM进行仿真，且仿真结果表明极性转换超低频耐压试验系统的极性转换后电压波动范围不大于0.04％，极性转化时间在5ms以内，符合超低频高压发生器的试验标准。另外由于本系统采用了现代电力电子变频技术，所以具有体积小、重量轻以及方便灵活的优点。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 超低频耐压试验国内外研究现状

1.3 论文主要研究问题

1.4 论文的主要内容

第2章 XLPE电缆试验方法

2.1 工频直接交流耐压试验方法

2.2 变频串联谐振试验方法

2.2.1 变频串联谐振系统的组成

2.2.2 变频串联谐振原理的分析

2.3 振荡冲击耐压试验

2.4 超低频(0.1Hz)耐压试验

2.4.10.1Hz超低频正弦波试验

2.4.20.1Hz超低频余弦方波试验

2.4.3 超低频耐压试验方法同其它耐压方法的比较

2.5 本章小结

第3章 极性转换超低频耐压试验系统设计

3.1 系统的总体设计

3.2 电源主电路设计

3.2.1 电源主电路总体设计

3.2.2 整流电路

3.2.3 斩波调压电路

3.2.4 方波逆变电路

3.2.5 多倍压整流电路设计

3.2.6 极性转换试验电路的设计

3.3 极性转换系统控制器设计

3.3.1 直流斩波电路的调压控制设计

3.3.2 输入电源的保护控制设计

3.3.3 极性转换试验电路控制设计

3.4 本章小节

第4章 基于PSIM的电路设计和系统仿真

4.1 PSIM软件介绍

4.1.1 PSIM简介

4.1.2 PSIM使用方法

4.2 基于PSIM的电路设计

4.2.1 电源保护电路

4.2.2 斩波调压主电路和调压电路

4.2.3 方波逆变电路和8倍压整流电路

4.2.4 极性转换试验电路

4.3 系统仿真结果分析

4.4 系统保护的验证

4.5 本章小节

结论与展望

致谢

参考文献