0.1Hz超低频正弦波耐压试验系统设计

摘要

随着我国城市电网改造工程的实施，大量交联聚乙烯(XLPE)电力电缆被用于城市电网中，其正常运行影响着整个电力系统的安全稳定。为了保证电力电缆的正常运行，通常采用耐压试验来检测电力电缆的绝缘状态，但是由于电力电缆的等效电容比较大，如果采用传统的交流耐压试验，那么对试验设备的容量要求会很高。为了减少试验设备容量，许多国家开始采用0.1Hz超低耐压试验技术来进行电力电缆耐压试验。0.1Hz超低频耐压试验技术由于试验电压频率低，所以理论上试验设备容量仅为工频耐压试验的1/500，该方法是电力电缆耐压试验检测的重要方法。
　　本文首先介绍了0.1Hz超低频耐压试验方法的发展，并对常用电力电缆耐压试验方法的优缺点进行了比较，然后对级联多电平逆变器以及载波移相SPWM调制算法进行了分析，并在此基础上对0.1Hz超低频正弦波耐压试验系统进行了设计，要求系统能够输出频率为0.1Hz且在0～30kV范围内可调的正弦波高电压，且满足10kv及以下电压等级电力电缆的耐压试验要求。该系统主要包括主电路与控制电路两部分，主电路采用了单相桥式二极管整流电路和级联多电平逆变器来进行设计，并利用LC低通滤波器来设计输出滤波电路。另外，为了实现对主电路输出电压的控制，系统采用了电压反馈PID闭环控制策略，且控制电路采用了DSP和CPLD来进行设计，CPLD主要用来与DSP协作实现载波移相SPWM调制算法并产生SPWM脉冲，DSP则作为系统的主控芯片用来实现试验电路信号采集与系统保护设计等功能。
　　最后利用Matlab/Simlink平台搭建了0.1Hz超低频耐压系统的仿真模型，然后设定相关参数并进行仿真，通过对仿真结果的分析可以知道系统能够给达到设计的预期目标且系统输出的电压能够满足超低频耐压的相关标准。