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交流电压范文1
众所周知，油浸纸绝缘电力电缆的现场试验一般都采用直流电压。试验时可以同时测量泄漏电流，由泄漏电流的变化或者泄漏电流与试验电压的关系，可用以判断绝缘状况。数十年对油浸纸绝缘电力电缆采用直流耐压试验的实践，已证明其作为现场定期预防性试验项目能得出满意的试验结果，这也就是充油和压气电缆用直流电压进行现场试验的理由。这个试验方法也同样用于高压XLPE绝缘电缆，它似乎是唯一可行的方法。
1 XLPE绝缘电缆线路用直流耐压试验的缺点
高压XLPE电缆线路的运行试验表明，现场采用直流耐压试验不能有效地检出有缺陷的XLPE绝缘电缆及附件。各国运行经验发现通过直流耐压试验的XLPE绝缘电缆及附件在投入运行后有击穿故障发生。
为此，CIGRE WG21-09工作组(高压挤包绝缘电缆试验)于1984年向世界各国电缆制造商和电力公司调查，并组织进行模拟结构样品试验，进一步确认高压XLPE绝缘电缆采用直流耐压试验是不恰当的，其存在以下明显的缺点：
a)直流电压下绝缘电场分布与交流电压下电场分布不同，前者按电阻率分布，而后者按介电系数分布，尤其在电缆终端和接头等高压电缆附件中，直流电场强度的分布与交流电场强度分布完全不同。这往往造成交流工作电压下有缺陷部位在直流耐压的现场试验时不会击穿而被检出，或者在交流工作电压下绝不会产生问题的部位，而在直流耐压现场试验时发生击穿。
b)XLPE自身的固有场强高，要用很高的直流试验电压甚至严重损伤电缆才能检出。例如，20 kV XLPE电缆绝缘的50%处有金属尖端，结果却在10 U0的直流电压下才能使其击穿。再者，在接头内有金属尖端或密封电缆头周围有严重的缺陷，即使用12 U0～16 U0直流电压试验也不可能检出。
c)由于XLPE的高绝缘电阻和相应的空间电荷效应，尚不能排除在直流电压下会造成XLPE电缆绝缘非故意的预先损伤。直流耐压试验时形成的空间电荷，可造成电缆在投入交流工作电压运行时击穿，或附件界面因积聚电荷而沿界面滑闪。
2 调频串联谐振装置实例
传统的直流电压试验存在着严重缺点，必须寻求新的较为有效的试验方法。非常自然的、符合绝缘机理的倾向，是采用交流电压试验方法，关键是要开发新型的交流电压试验设备。本文将详细介绍由西门子柏林电力电缆厂等研制的8 MVA，160 kV调频串联谐振试验装置。
2.1 移动式
调频串联谐振装置设计的首要目的是试验安全、简便和快速，整个试验设备均安装在低底架的大卡车上。最重的组件是电抗器，重156.8 kN。车辆总重量约400 kN。
2.2 试验电压连接线
电源电压经OHL门架的户外终端和变压器的输出端或气体绝缘开关(GIS)而馈电至用户的电缆线路。通常连接到试验设备的电抗器，包括可接至户外套管或试验电缆的插入式浇注树脂绝缘管。内部绝缘为SF6，以便能够快速、安全和干燥地装配。
1—带有固定电感的电抗器，并可改变电压输出；2—户外终端；3—已装在电缆盘上的试验电缆，带有符合IEC859的开关设备的密封终端；4—馈电连接电缆；5—SF6气体充气站；6—用液压驱动的起吊机；7—控制室；8—户外终端运输用的贮存器
2.3 户外套管
户外套管的户外部分有防水硅橡胶裙边，并模铸在耐压的增强玻璃纤维塑料支撑管上。户外套管的内部，导体是用交联聚乙烯绝缘并用硅橡胶电容式应力锥来控制场强。附加的内部绝缘为SF6。这种结构使安装比较容易，此外，试验也不会受天气的影响。
户外套管装在电抗器上，用柔软的铜导线接至被试电缆线路的户外密封终端。如果该铜导线很长或沿着曲折的途径，则应采用绝缘子来支撑。
2.4 GIS馈电的试验电缆
如果被试电缆和系统端接在GIS(气体绝缘开关设备)内，则电源馈电线可接至为试验而特殊安装的连接器壳体，壳体尺寸符合IEC 859要求。
两端都有密封终端的试验电缆绕在电缆盘(安装在车上)上，而且可拉开至70 m长。用电子器件控制电缆盘的传动机构使敷设试验电缆时达到灵活而且支撑牢固。用试验电缆可接至现场GIS附近的任何地方。
试验电缆的密封终端，与户外套管一样都是充以SF6气体，确保装配工作简易和安全。
2.5 初级电源的连接电缆
在大多数使用场合，试验电源均从用户的系统获取。根据被试电缆的长度和电容，视在功率可能需要达200 kVA。但是，在很多的试验场合下，可能仅仅需要电源视在功率小于50 kVA。为此，运输车还有装在电缆盘上的连接电缆，长度200 m。
在所接入的电源负荷较大的场合或者馈电位置远离公用电源系统时，本移动式大容量调频串联谐振装置还添加有可灵活移动的发电机。
2.6 绝缘气体源的环境安全
运输车上有SF6气体充气站，提供所需的SF6气体以及充气至密封终端的真空和压力系统，并提供可排气和再充气5 MPa的压力容器。
2.7 在运输车上起吊工作
户外终端或试验电缆密封终端安装至电抗器需要质量达100 kg的起重机。起重机也安装在拖车上。这样，在用户的现场就可直接进行工作而不受其他任何辅助设备的限制。
在开始安装的时候，通常不可能与用户的电网相连接。因此，起重机由直流电动机液压驱动，直流电动机由拖车上的蓄电池供电。这样，进行试验的准备工作不会有任何延误。
2.8 设备控制和用户操作室
运输车是按成套移动式调频串联装置而设计的，适用于户外使用。因此，也装有宽敞的测试间。其内包括电子器件控制设备，计算机控制的联机装置以及容纳操作和观察人员的足够空间。用户能在各种气候条件下从事试验，而且便于试验时做记录或试验全部结束后立即编写试验报告。
3 运行经验
本试验装置自研制成功后，已用于110 kV XLPE绝缘电缆线路的现场试验，并取得初步有效运行经验。
自从1996年以来，已在高压电缆线路进行交流电压试验。大约80%的试验连接是经由户外密封终端而进行的，约20%则是经由GIS开关装置进行。在已试验的电缆线路中，长度最长的约3.8 km，最高试验电压为160 kV，仅利用试验设备最大功率的50%。这意味着还可以试验更长的电缆线路。
经由户外密封终端可方便地把交流电压馈电至被试电缆线路。接线方式如图2所示。利用铜导线把电抗器的电压输出接至电缆密封终端。
4 结束语
用于长距离电缆线路的交流电压试验，需要相当大和重的试验设备。为此，以往的XLPE电缆都是采用直流电压试验。高压XLPE电缆线路的运行经验表明，采用直流电压耐压试验不能有效地检出XLPE电缆缺陷，特别是有缺损的XLPE电缆附件。这一点已取得国际共识，采用更有效的试验方法势在必行。
通过对工频串联谐振试验装置的研究和试制，已获得一种适合于XLPE绝缘电缆和附件的试验方法，即施加工频或接近工频的交流电压，在电缆及附件上产生的电场分布与实际运行工作电压下的电场分布相同，能够比较有效地检出XLPE电缆及附件缺陷，并逐步成为各国用作XLPE绝缘电缆线路的现场试验方法。
本文所介绍的新型调频串联谐振试验装置，是把供电电源、产生试验能量的主设备、连接至电缆线路的专用连接线和控制单元等所有组件全部安装在低底架的拖车上。这样就能机动灵活便于运作。迄今，最频繁使用的是把试验电压接至户外密封终端，也进行过把交流电压经由试验电缆而馈电至符合IEC 859的GIS开关设备。运行经验表明，该装置的电气系统和连接技术两者的研制都是令人满意的，而且可对高压XLPE绝缘电缆线路进行既可靠又经济的交流电压试验。
综上所述，开发并应用适合现场试验的交流高压试验装置具有现实意义。我们要借助国外的经验，加强试验设备研制开发，加强试验技术的研究，希望高压XLPE绝缘电缆线路的现场试验会有突破性成就。
参考文献
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交流电压范文2
关键词：职业教育；单相交流电动机；节电器；工作原理；空载
中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1008-3561（2016）23-0072-01
交流电动机（特别是小功率交流电动机）在空载或轻载时，激磁电流比例大，功率因数低，存在一定的有功损耗，用电效率低。为了节电，必须设法改善这种不经济的运动状态。如果空载时间比较长，无疑应采用空载自停装置为好，但对于负载变动大空载或轻载，满载频繁交替出现的场合，显然采用一种能及时跟随负载轻重变化，自动调整电动机供电电压的调压装置则是合理的。电动机电压降低，电流就减少，随之激磁功率和有功损耗均减少，即提高了功率因数和用电效率，从而获得一定的节电效果。经实测，一台小功率交流电动机采用自动调压节电器后，空载电流由原来的0.25安下降到0.1安左右，即下降了60%之多。
一、引导学生了解电路工作原理
自动调压节电器原理电路见图①。它由主电路和触发控制电路两部分组成。主电路包括电动机D，电流互感器LH初级，双向可控硅SCR。它们互相串连后接到220伏交流电源上。触发控制电路可分成三部分：电流互感器LH次级及电阻R1，整流二极管D1，滤波电容C1，电位器W1构成的电流信号检测电路；以三极管T1为核心及有关电阻R2，R3，电位器W2构成的直流放大器；以单结晶体管T2为核心及有关电阻R4，R5，电容C3二极管D3，脉冲变压器MB构成的移相触发电路。
单结晶体管T2的同步工作电压，从220伏电源经电容C4，电阻R6降压，二极管D4-D7全波整流，稳压管DW限幅后获得。直流放大器的工作电源，则从稳压管两端极管D2隔离，电容C2滤波后获得。自动调压节电器的工作原理，是利用电流正反馈作用自动调节可控制硅导通的大小来改变电动机的供电电压。电路的具体工作过程如下：当电动机负载加重，电流增大时从电位器W1输出的信号电压U1，从而使T1甚极电流Ib，集电极电流Ic，电容C3充电加快，T2发出的触发脉冲提前，可控硅导通角增大，电动机电压上升。当电动机负载减轻电流减小时，自动调节作用与上述相反。调整T1发射及电位器W2的阻值，可改变电流正反馈强度。在电动机空载时，输入电压信号U1最小，T1甚极电位将高于由电阻R2和R3分压所确定的发射极电位，T1处于截止状态。此时电容C3的充电电流仅由电阻R4的阻值R4提供，因此R4的阻值决定了可控硅的最小导通角，也决定了空载电压的大小。各元件的参数图①均已标出，脉冲变压器可选天津东方变压器厂生产的MB-1型。电流互感器需自制：铁芯截面尺寸为15×15毫米，次级用0.2毫米漆包铜丝绕200匝，初级用适当截面的多股塑料线绕若干匝，具体匝数与电动机容量有关，需通过调试来确定。
二、引导学生进行认真调试
电路安装完毕，经检查接线无误后，应注重引导学生按下列顺序进行调试，以便获得较好的节能效果。
（1）首先确定电阻R4的值。将电位器W1滑动触电调至最上端，T1得不到输入信号电压U1而保持截止状态。调整R4的数值，使电动机的空载电压有最低允许值，一般选取100伏左右。
（2）确定电流互感器的初级匝数和电阻R1的值。用直流电压表测量电容C1两端的信号电压，要求在4伏左右。若小于或大于此值而又相差较多时，应增减电流互感器初级匝数，相差不多时，可通过改变R1的阻值来调整。
（3）电位器W1的整定。电动机仍保持空载运行状态，在将W2调至最大值后，调节W1使输入电压信号U1逐渐增大，当观察到电动机电压由100伏上升到110伏时，说明T1已由截止状态进入了放大状态，给C3提供了一部分充电电流。这时W1暂时保持不动，待W2调整后，再回来细调。
（4）最后进行W2的整定。上述三步调试完成后，人为地给电动机增加负载，通过并联在电动机两端的电压表可以看到负载增加时，电压上升，负载减小时，电压下降的变化规律。逐渐调节W2减小其阻值增强电流正反馈作用，使电动机满载时，电动机电压能接近220伏额定值。特别要注意W2不宜调得过小，否则因电流正反馈作用过强会产生所谓“自保持”现象，即电动机空载后，电压不能回降到110伏而继续保持满载电压220伏左右。W2调整后，对空载电压也有一定影响，将出现高于110伏的情况，这时再调W1适当减小输入信号电压，使电动机空载电压回到110伏。W1调整后还需根据满载要求调整W2，这样反复调整W1和W2几次，就可达到空载电压为110伏，满载电压接近220伏的要求。自动调压节电器的工作特性如图②所示，在它的控制下电动机能取得较理想的节电效果。这样理论结合实践进行教学，提高了职校学生的动手操作能力。
参考文献：
交流电压范文3
关键词:数字电压表;自动量程转换;单片机;AD574
中图分类号:TM930文献标识码:B
文章编号:1004-373X(2009)19-191-04
Design of Alternating Digital Voltage Meter
MIN Xiangna1,MA Jianjian2,WEI Haiyan1,LI Haitao3
(1.Jiangxi Vocational and Technical College of Communication,Nanchang,330013,China;
2.Hebei Dekai Railway Signal Equipment Co.Ltd.,Cangzhou,061000,China;3.Southwest Jiaotong University,Chengdu,610031,China)
Abstract:An automatic range-changing voltage meter based on AT89C51 is proposed.It is a completed measurement system based on the AT89C51 and AD574,by using operational amplifiers and multi-channel analog integrated circuit switches to realize to switch the range automatically.The voltage meter can measure the voltage ranging from 0V to 500V precisely and automatically.This digital voltage meter enjoys the reputation of small volume,low current-driven,fast rolling,concise structure and easy handle,which can be used in the experimental and practical teaching.
Keywords:digital voltage meter;automatic range-changing;single chip computer;AD574
0 引 言
传统的电压表在测量电压时需要手动切换量程,不仅不方便,而且要求不能超过该量程。如果在测量时忘记改变量程,则会出现很大的测量误差,甚至有将电压表烧坏的可能。
本文中采用运算放大器和集成多路模拟开关电路设计了电压表量程自动切换技术,通过单片机检测可实现电压表量程的自动转换。它具有体积小,驱动电流小,动作快,结构简单,操作方便的优点,可用于实验教学中。
1 技术要求
电压测量范围:0~500 V;
测量精度:0.5%;
量程自动切换;
采用LED显示;
可用现场提供的220 V交流电源。
2 基本原理
基本原理如图1所示,信号经过衰减处理后通过采样保持器采样保持,由A/D转换成数字信号,再由单片机控制和计算后将结果送LED显示。量程的自动切换由单片机通过程序控制多路模拟开关来完成。由于要求采用现场的220 V交流电源,所以本文设计了电源电路,将220 V交流电转换成电路可用的低压直流电。
图1 交流数字电压表原理框图
3 硬件系统设计
在硬件电路设计中多次采用了电容滤波来消除干扰信号,同时采用了跟随器,跟随器的输入阻抗很大,可以解决信号传输中的衰减问题。又考虑到单片机的驱动能力很小,在设计中加入了7407用来驱动LED显示。整个硬件系统主要由以下几部分组成:
(1) 电压信号衰减电路:将输入的0～500 V被测电压信号衰减成0～5 V。
(2) 量程自动切换电路:完成信号量程选择及其小数点位置选择。
(3) 采样保持器:对模拟信号进行采样并保持。
(4) 模数转换及控制电路:完成对采集的数据处理和对系统的控制。
(5) 显示器:由74LS164和数码管组成,将测量的电压信号显示出来。
(6) 整流电路:将交流电整流成直流电,作为电源给数字电压表供电。
3.1 电压信号衰减电路
电压信号衰减电路如图2所示[1]。为了在输入大电压时不损坏电压表内部器件先对电压进行衰减,该设计中用阻抗进行1∶100衰减,为防止衰减后信号电压过小又通过运算放大电路以及多路开关CD4052进行信号放大,其中的51 V稳压管起过压保护作用。
图2 电压衰减电路
3.2 量程自动切换电路
量程的自动切换由初设量程开始,直至选出最佳的量程为止。量程自动切换电路如图3所示[2],控制开关的闭合和断开都有一个短暂的过程,为解决这个问题系统中采用软件延时,然后再进行测量与判断。为了避免相邻两量程交叉点上可能出现的跳动,在程序中把低量程的上限比较值和高量程的下限比较值之间设计了一定的重叠范围。该单元中运算放大器与多路模拟开关CD4052的其中一组开关执行相应量程的选择,另一组开关接LED的小数点,选择不同量程时分别点亮相应LED的小数点位。CD4052的A、B以及INH分别接单片机P21,P20,P22。
图3 量程自动切换电路
3.3 采样保持器
在测量交流电压时,A/D转换器的转换误差与信号的频率成正比。为了提高模拟量输入的频率范围,故选用采样保持器。在此设计中采用LF398作采样保持器,采样保持器的原理结构图如图4所示,保持电容CH 取值和采样频率以及精度有关,常选510~1 000 pF。一般选用聚苯乙烯,聚四氟乙烯等高质量的电容器。
图4 采样保持器结构图
3.4 A/D转换电路
A/D转换器是将模拟信号转换成数字信号的器件或装置,是一种模拟系统和计算机之间的接口,在数据采集和控制系统中得到了广泛的应用。常用的A/D转换方式有逐次逼近式和双斜积分式,考虑到前者转换时间短,因此选用逐次逼近式A/D转换器。AD574为12位逐次逼近式A/D转换器,分辨率为1/212,转换时间25 μs。在本系统中的量程选用双极性-5～+5 V,与AT89C51的接口电路如图5所示[3,4]。AD574的12/8引脚接+5 V,一次输出12位转换结果,3,5脚分别接至单片机控制总线的P3.1,P3.2,CE接单片机的P30,状态引脚(STATUS)接单片机的P1.7。AD574的12引脚和10引脚接两个0.1 kΩ的电位器,分别用于零点调整和满刻度调整。 AD574的数据输出线与单片机数据总线的连接时,12位分别接单片机的P0.0～P0.7和P1.0～P1.3。
3.5 显示电路
显示电路如图6所示[5],电路采用了简单的软件译码移位输出的方法,串行数据经单片机的P3.6输出至74LS164,四个74LS164将串行数据转换成并行数据送数码管字型口显示,74LS164的时钟信号由单片机的P3.7提供。数码管选用共阴极型。
3.6 整流电路
数字电压表的设计电路中用到了两个直流电压5 V和12 V,而设计要求采用现场提供的交流220 V电源,因此需要经过整流电路把220 V交流电源转化为5 V和12 V直流电源。本系统中采用了单相桥式整流电路,如图7所示[6],为了减小纹波以及消除高频谐波电路中加入了电容滤波。
图5 A/D转换器和AT89C51接口电路
图6 显示电路
图7 整流电路
4 系统软件设计
系统的软件由主程序和显示子程序两部分组成。交流电压有效值的计算在主程序中实现,是根据有效值计算公式通过对一个周期内的采样点计算得到的[7]。离散量电压有效值计算公式如式 (1)所示。
U1T∑Nm=1u2mΔTm
(1)
式中:ΔTm为相邻两次采样的时间间隔;um为第m-1个时间间隔的电压采样瞬时值;N为一个周期的采样点数。若相邻两采样的时间间隔相等,即ΔTm为常数ΔT,考虑到N=(T/ΔT)+1,则有:
U=1N-1∑Nm=1u2m
(2)
根据式(2)可以由一个周期内各采样瞬时值及每周期采样点数计算电压信号的有效值。为了提高系统的抗干扰能力,除了在硬件上采取相应的措施外,软件上采用冗余计算法即重复重要的指令,以防止程序跳飞而死机。
系统的程序流程图如图8所示。
图8 系统软件流程图
5 结 语
本文采用程控放大器实现量程的自动转换。用
AT89C51进行数据控制、处理,送到显示器显示,硬件
结构简单,软件采用C语言实现,程序简单可读写性强,效率高。与传统的电路相比,具有方便操作、处理速度快、稳定性高、性价比高的优点,具有一定的使用价值。本设计在超量程时会显示特定的值,即超量程显示,如想更直观的显示,可加入声光报警电路,在超量程操作时可进行声光报警。
参考文献
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交流电压范文4
关键词：交流滤波器 断路器 操作过电压 选相合闸
中图分类号：TM51 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）11（a）-0091-01
交流滤波器断路器主要采用SF6交流断路器，由开断元件、支撑绝缘件、传动元件、基座及操动机构五个基本部分组成。奉贤换流站交流滤波器断路器采用液压弹簧储能机构，当小组交流滤波器投入时，通过选相合闸装置下达命令，以减少投入时对交流电压产生的短暂波动。
1 操作过电压过程分析
电力系统中的电容、电感为储能元件，当操作或故障使其工作状态发生变化时，将有过渡过程产生。在过渡过程中，由于电源继续供给能量，而且储存在电感中的磁能会在某一瞬间转变为静电场能量的形式储存在系统的电容中，可产生数倍与电源电压的操作过电压，持续时间几毫秒到几十毫秒。电源中性点接地系统开断中性点不接地的电容器组时，会产生操作过电压。开关断开时的过电压被称为瞬变恢复电压，其值为1.7～2个电弧熄灭时的断路器上的电压瞬间值，会引起电弧重燃。限制操作过电压的根本方法是提高断路器的灭弧能力以及降低断路器触头间的恢复电压。
2 操作过电压限制方法
提高断路器的灭弧能力和分合同期、加装选相合闸装置、加装并联电阻、加强外绝缘可有效限制操作过电压。奉贤换流站内的现场改造条件分析如下。
2.1 选相合闸装置改造
断路器的合闸时间为断路器本身的机械特性，较为稳定，偏差在±1ms左右。在带电合闸时，合闸时间还与断路器内部的预击穿时间有关。奉贤换流站内交流滤波器场断路器配备了STITCHSYNC F236选相合闸装置，如图1，斜线为合闸过程中SF6绝缘强度下降率。如设定S点为断路器理想合闸时刻，由于合闸过程中SF6气体绝缘强度下降，在a点位置便发生预击穿，此时电压仍处于高位，再考虑断路器本身动作特性的离散性，预击穿位置还可能早于a点位置发生，这样会引起交流电压的剧烈波动。
考虑到断路器本身存在±1ms的合闸时间偏差，假设断路器目标合闸值为S点，当出现提前1ms合闸时，实际预计穿将发生在S-18°的角度上，在S-a之间的直线中。此时断口电压接近高电压，将使小组滤波器在电压接近高点充电，对交流电压的影响将非常大。
如图2所示，按断路器合闸动作离散性±1.5 ms计算，当在理想位置合闸时，关合滞后电压零点相角为约1ms（约18°），合闸时间提前1.5ms时，关合滞后电压零点为0.3ms（约5.4°），当合闸滞后1.5ms时，关合滞后电压零点约1.7ms（约30.6°）。这样可以保证预击穿都发生在较小电压值范围内，避免电压剧烈波动现象的发生。
2.2 并联电阻安装
奉贤换流站交流断路器对应合闸电阻静触头及其组件装在合闸电阻瓷套右侧，合闸电阻动触头及其组件装在左侧。合闸电阻动触头及灭弧断口由绝缘拉杆操动。合闸操作时，在灭弧室动触头合闸前，合闸电阻动触头先合闸，合闸电阻投入时间约半个工频周期，以降低过电压。分闸操作时，在灭弧室动触头的超行程阶段，合闸电阻动触头断开，在分闸操作时合闸电阻不通电。根据这种结构，合闸电阻只在合闸操作中起到降低过电压作用，分闸操作中不起作用。根据设备情况，奉贤换流站安装的断路器可以加装合闸电阻，但需打开灭弧室进行改造，现场不满足改造条件，需返厂改造。考虑运输及改造时间，1台断路器改造时间为3个月。
2.3 加强外绝缘
涂刷RTV涂料或加装硅橡胶防污伞裙套可有效增强设备外绝缘，且工期较短，交流滤波器轮停期间即满足工作条件。断路器操作过电压可通过多项手段进行限制：选相合闸装置可有效地解决断路器合闸动作离散性，但设备本身存在问题，应在设备设计制造过程中尽量避免；选相合闸装置自适应算法可有效地解决断路器运行期间分合闸时间变化，应在今后加以应用；从现场改造条件考虑，喷涂RTV涂料为较为有效的改造方法。
参考文献
[1] 王新军.浅谈真空断路器的操作过电压及其抑制措施[J].科技资讯，2009（15）：421.
交流电压范文5
关键词：电力机车 辅助变压器 局部放电
中图分类号：TM406 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）003-033-02
1 概述
近年来，我国铁路高速发展，电力机车由直流传动技术全面上升到了交流传动技术。交流传动电力机车辅助变流系统中通常安装1-2台辅助变压器，该变压器连接在机车辅助逆变器和辅助设备电源之间，为机车辅助设备提供80～440V/10～60Hz三相交流电源。辅助变压器通常为Nomex纸绝缘非包封的真空压力浸漆干式变压器，该种变压器的局部放电的控制是产品设计和制造中需要高度重视的问题。
2 机车辅助变压器特点
机车辅助变压器以Nomex纸为主要绝缘材料。Nomex纸具有低烟无卤阻燃的防火性能，电气强度高而介电常数低，使变压器具备了优越的电气性能。该变压器采用非包封结构，提高了变压器的过载能力，采用整体真空压力浸漆，能抵御可能遭受的雨水侵蚀，达到IP55防护等级。机车辅助变压器外形结构见图1，绕组及铁心结构见图2。
3 变压器局部放电原因分析及危害
在电场作用下，绝缘系统中只有部分区域发生放电但尚未击穿，这种现象即为局部放电。
3.1 变压器局部放电产生的原因
引起变压器局部放电的原因一般有两个：（1）变压器中存在局部电场强度的集中，导致局部放电；（2）绝缘材料中存在空气，由于空气的击穿电场强度和介电常数都比固体介质的小，在一定电压的作用下，气体和周围固体中的电场强度基本和介电常数成反比，因此，绝缘内部气体中的电场强度超过其允许承受的电场强度而引起气体放电。
3.2 局部放电的危害
局部放电对于变压器绝缘的破坏一般要经过长期、缓慢的发展过程才会显现，如同“滴水穿石”，但是一旦爆发将造成贯穿性放电、绝缘击穿等故障，引发严重的绝缘事故。
3.3 机车辅助变压器局部放电要求
国家标准《GB/1094.11-2007 电力变压器 第11部分：干式变压器》规定，对40.5kV及以下的干式变压器需进行局部放电测量，且局部放电测量应在Um≥3.6kV的绕组上测量。
机车辅助变压器电压等级较低，绕组最高电压Um2kV，国家及行业标准未规范此类变压器的局部放电。但在我国交流传动电力机车技术引进时，技术转让方西门子等公司，出于对机车特殊运行环境及安全运行的考虑，要求把局部放电作为考核辅助变压器绝缘强度的重要指标，并提出了变压器一、二次绕组在放电终止电压高于标准值时，局部放电量必须≤50PC的考核标准。
在干式变压器内部绝缘结构中产生局部放电时，会伴随产生电脉冲、超声波、电磁辐射、光，并引起局部发热等现象，由于信号频谱非常宽，因而相应出现了电脉冲测量、超声波测量、光测量、红外线析测和介质损耗析测等方法，但有的因为灵敏度不高而未广泛应用，目前较多采用的是脉冲电流法。
机车辅助变压器局部放电测量通常采用脉冲电流法，某型号辅助变压器局部放电测量结果为合格的图片见图3、图4。
图3 一次绕组局部放电测试结果
图4 二次绕组局部放电测试结果
4 控制机车辅助变压器局部放电的对策
控制机车辅助变压器局部放电，应努力提高设计和制造工艺水平，并改善生产环境。
4.1 设计保证措施
（1）选配合适绝缘材料。
在选择变压器材料时应考虑材料的相互配合，为了使电场趋于均匀，需选择介电常数比较接近的材料。机车辅助变压器周围介质是空气，介电常数 0接近于1，所以机车辅助变压器所选绝缘材料的介电常数越小越好。干式变压器常用绝缘材料相对介电常数如表1。
表1 干式变压器常用绝缘材料相对介电常数
Nomex纸绝缘材料虽然价格较高，但是介电常数低且电气强度高，同时有很好的机械强度，所以机车辅助变压器选用Nomex纸绝缘材料是比较合适的。
机车辅助变压器撑条采用整体引拔件，有较好的机械强度和电气强度，介电常数在3-4之间，整体引拔可以保证撑条端面平整，圆角平滑，避免尖端放电。忌用环氧玻璃布板和介电常数较大的材料。
为了提高变压器的绝缘性能、防水性能和整体机械强度，机车辅助变压器可采用TJ1160无溶剂快干浸渍漆进行整体压力浸漆处理。TJ1160漆是以二苯醚聚酯及耐温交联剂为主体的C级绝缘漆，具有较强的粘接力和较好的机械强度，而且工艺性能和固化物流平性好，平整无气泡。TJ1160漆介电常数约为3，从控制局部放电角度考虑也是比较合适的。
（2）优化整体结构。
变压器整体结构应尽量设计合理，使电场均匀分布，避免局部放电。机车辅助变压器线圈可采用多层层式线圈，层式线圈的层间电容大大超过对地电容，沿线圈起始电压分布基本均匀；变压器的引线可适当加大绝缘距离的设计，并且采用冷压接，避免引线焊接产生飞溅焊渣。为避免金属结构件在高场强下产生悬浮电位，机车辅助变压器应尽量减少金属结构件的使用，引线支撑、安装等部件可采用非金属结构件。对于必须使用的金属结构件，则可采用可靠接地等措施消除悬浮电位。
（3）改善电场形状。
电场均匀度越大，放电电压越高。在机车辅助变压器电场强度较大的部位，图样施工设计时应尽可能地改善电极的形状，避免结构件出现尖角、突起等尖锐电极。对变压器中的金属和非金属结构件，均应该进行倒圆处理，必要时可采取电屏蔽的方法，减少电场的集中程度。
4.2 工艺保证措施
（1）防尘控制。试验结果表明， 1.5 m的金属颗粒，在电场作用下可能产生远大于500pc的放电量。无论是金属还是非金属粉尘存在，都会产生集中电场。因此，在变压器制造过程中，保持环境和变压器的洁净非常重要。需建立防尘厂房，装配及转运过程中注意清洁防护并及时清除粉尘。
（2）控制硅钢片加工毛刺。铁心片在纵剪、横剪过程中，如果切口部位存在较大毛刺，在铁轭装配或变压器转运震动时，可能掉落在变压器上发生放电。铁心片毛刺应进行有效控制。
（3）引线压接与绝缘包扎。引线压接时应尽量避免产生的尖角，如有尖角毛刺必须用细齿锉刀锉平，作业时需注意防护，避免金属屑污染变压器。引线包扎可用Nomex皱纹纸包扎紧实，尽量减少空气间隙。
（4）变压器干燥与防潮。采用严格的干燥工艺实施变压器干燥处理，尽量缩短变压器干燥处理后浸漆前的整理时间，同时要保证在干燥洁净的环境中实施变压器整理作业。如果整理时间延长导致变压器温度较低时，则必须回炉重新干燥。
（5）真空压力浸漆。变压器浸漆前通过抽真空排除各部位的空气，在高真空状态下注入浸渍漆，并保持一段时间的真空，使浸渍漆渗透到变压器的缝隙中，解除真空后施加正压并保压一段时间，将浸渍漆压入到变压器每一个细小的缝隙中，排除空气间隙。
5 结束语
交流传动电力机车辅助变压器具备良好的安全特性，已在我国铁路领域得到广泛运用。研究交流传动电力机车辅助变压器局部放电的危害及产生原因，并提出其解决对策，具有一定的实践价值和借鉴意义。
参考文献：
交流电压范文6
【关键词】：交流耐压 变频谐振 电缆试验 注意的问题
中图分类号：TM247 文献标识码： A 文章编号：
1 问题的提出
1.1 问题及现状
随着天津地区经济的快速发展110kV及220 kV的XLPE交联聚乙烯绝缘的电力电缆大量使用，其交流耐压试验问题就显得非常突出。在2006年之前天津地区110kV及220 kV交联电缆因无试验设备而无法对其进行交流耐压试验。因此只能使用直流耐压的试验方法。但近年来国际、国内的很多研究机构的研究成果表明直流耐压试验对XLPE交联聚乙烯电缆有不同程度的损害。有的研究观点认为XLPE结构具有存储积累单极性残余电荷的能力，当在直流试验后，如不能有效的释放掉直流残余电荷，投运后在直流残余电荷加上交流电压峰值将可能致使电缆发生击穿。国内一些研究机构认为，交联聚乙烯电缆的直流耐压试验中，由于空间电荷效应，绝缘中的实际电场强度可比电缆绝缘的工作电场强度高达11倍。交联聚乙烯绝缘电缆即使通过了直流耐压试验不发生击穿，也会引起绝缘的严重损伤。其次，由于施加的直流电压场强分布与运行的交流电压场强分布不同，直流耐压试验也不能真实模拟运行状态下的电缆承受的过电压，不能有效的发现电缆及电缆接头本身和施工工艺上的缺陷。因此， XLPE交联电缆投入运行前有效的耐压试验成为了人们越来越关注的焦点。
1.2现行采用的交流耐压试验频率
（1）0.1 Hz超低频频率交流耐压试验在目前仅能满足中压电缆的试验要求。国内该设备还不完善有待进一步的开发。
（2）试验频率采用20～300Hz的交流耐压试验，该频率使用范围较宽。在这个频率范围内的变频串联谐振耐压试验设备容易实现，而且具有低噪音、体积小和灵活的组合方式而被优先采用。
1.3 试验标准
天津市电力公司在《电力设备交接试验规程》2007版中,电缆主绝缘耐压试验一项中增加了电缆的20～300Hz交流耐压试验标准。
20～300Hz谐振耐压试验
2 试验设备
2.1简介
由于交联聚乙烯电力电缆容量大，因此在进行交流耐压试验时相应的需要试验设备容量也大。对于采用50Hz的工频试验设备来讲，在现场进行较大容量的电力电缆交流耐压试验在现有技术条件下几乎是不可能的。而采用30-300Hz的变频串联谐振系统用于现场交流耐压试验是一个比较好的办法。天津送变电工程公司于2005年底订购了一套国产的变频串联谐振交流耐压设备。通过一年来的试用，现已成功的进行了吴八、吴海等多条220kV交联聚乙烯电缆线路和多条110 kV交联聚乙烯电缆线路的交接及预试工作以及部分220 kV GIS的现场交流耐压试验。并取得了一些比较好的经验。
2.2设备基本参数介绍
30～300Hz变频串联谐振试验装置相对于常规的50Hz工频交流耐压试验设备和调感调容谐振系统来说具有品质因数高、需用功率小、体积小、重量轻的突出优点而被广泛推广使用。实践证明这种试验方法是最有效的方法。
CHX（f）-8000kVA/440kV变频串联谐振试验装置参数如下：
（1） 额定容量：8000kVA；
（2） 额定电压：110kV，220kV，440kV；
（3） 额定电流：（组合）72.7A，54.6A，36.4A，18.2A；
（4） 输入电源：三相380V；
（5） 工作频率范围：30～300Hz
（6） 装置品质因数 Q>90
（7） 额定容量下允许连续试验时间60min
（8） 单节电抗器L=26H
该变频串联谐振试验装置是我们综合电力电缆和220kVGIS设备的具体情况而设计订做的。220kV如按1.4U0试验标准最长可试验0.2μf/km的220kV的电力电缆约10 km。其他试验电力电缆系统部分的主要性能参数见表1。
3．变频串联谐振原理
图 1变频串联谐振原理
B-励磁变压器 L-电抗器 Cx-试品 R-回路等效电阻
根据谐振原理可知当改变频率使其：ωL=时电路形成谐振。
此时；
UL=UC=I*ωL= I*
U=I*［R+j（ωL-）］= I*R
则品质因数Q==== (1)
谐振频率f0= （Hz） (2)
UC=UL=QU (3)
4．L、CX、f0对应关系
从上表可以看出110kV电力电缆试验用电抗器可组合电感量为26H、13H、8.67H、6.5H等4种组合，220kV电力电缆试验用电抗器可用电感量为26H、52H等2种组合。根据电抗器的额定电流来考虑，其计算如下：
I=ωCXUC CX=
（1）110kV电力电缆按规程要求耐压为1.7U0=109kV则被试电缆最大电容量为:
单节按f0=30Hz，I=18.2A则CXmax≤0.87μf
两节并按f0=30Hz，I=36.4A则CXmax=≤1.71μf
三节并按f0=30Hz，I=54.5A则CXmax≤2.57μf
四节并按f0=30Hz，I=72.8A则CXmax≤3.42μf
（2）220kV电力电缆按规程要求耐压为1.4U0=178kV
两节串按f0=30Hz，I=18.2A则CXmax≤0.87μf
两串两并按f0=30Hz，I=36.4A则CXmax≤1.71μf
根据上述计算结果即可求出被试电缆长度：L=CXmax/单位长度
电容量计算结果见表1：
表1
上表的计算电缆长度为本设备极限值，当考虑6000Pf的电容分压器时被试电缆长度还应适当的减少一点。因此试验时应尽量避免使用到极限值，并保留一定的余度。
5．现场试验中应注意的几个问题
5．1试验电压升不上去
我们在试验过程中发现被试品上的电压上不去，达不到规程要求值。经分析其原因有以下几个方面原因：（1）电抗器到被试品的引线过长，造成谐振回路等效电阻R增大，致使Q值降低造成的。解决办法就是尽量减少引线长度，用截面积大的导线即可解决。（2）用一般的试验引线在较高电压下会产生电晕效应，当天气情况较差时电晕效应会更严重。由于电晕放电会产生能量损耗，能量损耗加大也可使Q值降低。造成升压困难。因此当试验电压较高时宜采用管状试验线或截面较大的试验线。
5．2试验频率问题
变频电源频率为30～300Hz，试验频率可选范围较宽，当试验频率较低时即接近30Hz时励磁变压器损耗增大温升较快，因此选择电抗器时应该考虑这一点，尽量避免试验频率太低接近30Hz的频率。建议使用频率为35～75Hz之间为好，使其频率比较接近工频50Hz，这样试验更接近实际运行情况，试验结果更有实际意义。
5．3电缆的接地问题
试验前应检查全部交叉互联箱临时接地线是否可靠接地，防止没接地或接地不良造成的互联箱放电击穿问题。试验完毕后应仔细检查临时接地线是否拆除，交叉互联箱是否恢复正常的连接方式。
5．4试验中其他应注意的问题
由于试验设备低端螺栓带电，其电压最高可达25kV，因此在地面情况较差情况下电抗器下面应垫上厂家提供的垫圈，使之与地面保持足够的安全距离。在不使用大垫圈时应注意电抗器底面带电螺栓与地面保持足够的安全距离。防止放电或接地短路。
