高压交流试验失谐保护装置研究

李秉研 孙逸文 王燕 樊斌

摘要：一种数字控制的高压交流试验失谐保护装置，用于与串联谐振高压试验设备相配合，在出现高压失谐状态时，保护试验系统。试验系统包括输入的交流电压、整流电路、 逆变电路、隔离放大电路、谐振升压电路、高压输出、高压取样电路、A/D电路、调压电路、失谐判断电路及单片机控制系统，一旦被试品被高压击穿或高压放电时，失谐判断电路输出信号有效保护高压试验设备，同时让单片机准确判断试验结果。

关键词：失谐保护;判断电路;调压电路;谐振升压

中图分类号：TM77    文献标识码：A     文章编号：1007-9416（2018）10-0000-00

1 引言

串联谐振试验在电力行业大量现场试验中显示出优越性，得到了广泛的应用。目前国内外在对不同电压等级、不同截面、不同长度的电缆进行交流耐压试验，以及对GIS、断路器、隔离开关、互感器、电机、发电机定子绕组等设备进行交流耐压试验时，均采用串联谐振高压试验设备。

串联谐振高压试验设备由整流电路、逆变电路、隔离放大电路、谐振升压电路、高压输出、高压取样电路、A/D电路，单片机、调压电路、失谐判断电路，通过改变谐振升压电路的电感、电容量，在谐振频率点上获得待测试品耐压试验所需的正弦交流高压，通过稳压控制电路使该输出高压稳定，并保持一段时间，来测试被试验样品的耐压性能。

由于高压试验电压高、容量，系统谐振电抗器和试品中能量，一旦试品被击穿，如果不做好防护措施，会损坏试验设备。

2 设计方案

2.1 设计方案要求

为了克服现有技术的不足而提供一种能够在串联谐振高压试验时，试验失败试品击穿或高压放电时有效保护高压试验设备，同时让单片机判断试验结果防护装置。

2.2 设计方案的确定

技术方案是：其用于与串联谐振高压试验设备相配合，串联谐振高压试验设备包括输入的交流电压、与交流电压相连接的整流电路、与整流电路相连接的逆变电路、与逆变电路相连接的隔离放大电路、与隔离放大电路相连接的谐振升压电路、与谐振升压电路相连接的高压输出、与高压输出相连接的高压取样电路、与高压取样电路相连接的A/D电路，与所述A/D电路相连接的单片机、与所述单片机相连接的调压电路;

与高压取样电路相连接的还有失谐判断电路，失谐判断电路与所述的调压电路相连接、调压电路与整流电路相连接。

3 系统设计

3.1 系统整体设计

图1为高压串联谐振耐压试验失谐保护装置各部分连接框图。其中交流电压1输出为50Hz220伏交流信号，整流电路2将该交流信号整流成直流信号，该直流信号的幅度受调压电路8的输出电压信号控制，逆变电路3将整流电路2送来的直流信号再转变成方波交流信号，该方波交流信号经隔离放大电路4升压，再经谐振升压电路5进一步升压，在被试品上得到高压输出6，该交流高压经高压取样电路7分压，得到与高压成比例的低压，该低压信号分两路，一路经A/D电路10转成数字信号被单片机9读取用于显示控制，所述单片机9根据A/D转换的结果控制调压电路8;高压取样信号的另一路进入失谐判断电路11监控整个试验系统是否出现失谐现象，一旦出现失谐现象随即给出信号通过所述调压电路8关断整流电路2的输出，从而关闭整个系统高压。

谐振升压电路5是电感电容串联电路，在试验频率达到电感、电容串联谐振频率时，可在电容上获得很高的电压，这个电压可以用作被试品的高压耐压试验。试验中使用的电感为耐高压、大容量的电抗器，电容即为被试品如长电缆、GIS等等。在高压试验过程中，一旦出现被试品被高压击穿或高压放电，被试品电容值不能满足谐振条件，被试品上的高压马上消失，这种情况称为“失谐”。

3.2 失谐判断单路设计

该电路由两部分组成：微分电路及电压比较电路。微分电路由电容C1及电阻R1组成;电压比较电路由运算放大器U1、电阻R4、电阻R2、电阻R5、电位器R3组成，运算放大器第8脚接+15V电源、第4脚接-15V电源。

微分电路的电容C1的输接高压取样端，从图1所述高压取样电路7的输出接入高压取样信号，微分电路C1、R1的输出接运算放大器的第2脚，微分电路的输出电压取决于其输入电压的变化率，即运算放大器第2脚的电位取决于高压取样电压的变化率，当取样电压不变时，微分电路输出电位为0，当取样电压上升时微分电路输出为正，当取样电压下降时微分电路输出为负。

电压比较电路中电阻R4、R2、电位器R3组成分压电路，调节电位器R3，可以在运算放大器第3脚得到稳定的直流电压，运算放大器第2脚及第3脚的电位进行比较，比较结果从第1脚输出，若第3脚电位大于第2脚电位，则第1脚输出正的高电平，若第2脚电位大于第1脚电位，则第1脚输出负的低电平。

串联谐振高压试验时，调节运算放大器第3脚为负电压，试验时高压基本平稳，微分电路输出为0，此时运算放大器第1脚输出为负的低电平，一旦试验出现失谐，高电压突然消失，运算放大器第2脚会出现较大的负电平，形成第2脚电平小于第3脚电平，从而第1脚电平反转，变成正的高电平，从失谐判断电路的输出电位端输出，触发图1所述调压电路8，使其关闭图1整流电路2的输出。

4 结语

本文研究了高压交流试验失谐保护装置，串联谐振高压试验中一旦试验失败试品放电，本文所述的失谐判断电路会及时给出一个信号，切断高压，同时通知单片机试验失败类型，以便系统硬件、軟件及时处理，保护试验设备，输出试验结果，应该有良好的市场前景。

Research on detuning protection device in high voltage AC test

Li Bingyan， Sun Yiwen， Wang Yan， Fan Bin

（Suzhou University of Science and Technology，Suzhou Jiangsu  215009）

Abstract：A digitally controlled detuning protection device for high-voltage AC test is used to protect the test system in the event of high-voltage detuning in conjunction with series resonant high-voltage test equipment. The test system includes input AC voltage， rectifier circuit， inverter circuit， isolation amplifier circuit， resonant boost circuit， high-voltage output， high-voltage sampling circuit， A / D circuit， voltage regulating circuit， detuning judgment circuit and single-chip computer control system. Once the test sample is broken down by high voltage or discharged by high voltage， the detuning judgment circuit output signal will protects the high-voltage test equipment effectively and allows the single-chip computer to judge the test result accurately.

Keyword：detuning protection;judgment circuit;voltage regulation circuit; resonance boosting.