[发明专利]局部放电测量中使用的混合线性放大式兆瓦级谐振电源

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种局部放电测量中使用的混合线性放大式兆瓦级谐振电源。

背景技术

电力系统里的变压器、互感器、电缆等都需要进行耐压及局部放电的测试。为了产生500KV以上测试用的交流超高压，一般使用串联谐振装置，使输出电压能够提升到输入电压的Q倍。Q是串联谐振装置的品质因数，从几十到几百。所以和采用变压器直接升压相比较，可以大大减少设备的体积、重量，便于在现场测试。

为了使LC回路产生谐振，以改变电源频率的方式最方便、谐振效果最好。不过需要使用可变频率的大功率正弦波电源。作为测试局部放电的系统，自身的局部放电量要求不超过5PC(5×10^-12库仑)。所以只能够用线性放大的方法来产生大功率正弦波。

申请人在1986年研发出了输出功率0.1MW数量级的线性放大式谐振电源。并于1988年和合作者张泰石、韩雨江申请了实用新型专利(88210410.1)。该专利技术由当时张泰石任厂长的沈阳高压试验设备厂实施、生产。

该实用新型专利(88210410.1)的特点为：

1、采用大型可控硅短路电源母线的办法来进行过流保护。

2、采用功率输入变压器来驱动末级晶体管；

3、采用直流电源母线分压器来提供末级晶体管的静态工作点(静态偏流)；

4、采用功率采样变压器来驱动负反馈电路；

5、采用双极晶体管作有源器件；

现在国内的一些厂家还在使用该技术来生产相关产品，完全继承了我们的这个专利(88210410.1)的特点，但是，该专利技术存在以下技术问题：

1、保护电路不够灵敏有效

a)该技术采用将直流母线短路，电源电压降为零的方法来过流保护。在直流母线负极串连电阻采样，过流时达到整定值，采样电压即触发大容量晶闸管导通，将母线短路。过流保护整定值的精度完全取决于大功率采样电阻和大容量晶闸管的触发电压的温度特性。以输入三相380V、输出单相450KW的谐振电源为例，要使用2KA左右容量的晶闸管来短路母线。由于满载时的母线电流可达1000多安培。即使在电阻上采1伏特电压，功耗也会达1000多瓦。因此采样电阻温升较高，金属导体阻值会升高，使过流保护的整定值不稳定而且晶闸管的门极触发电压的温度特性恰好随温度升高而下降，所以两个温度效应是叠加的。因此在环境温度高及负载重时容易误保护而环境温度低及负载轻时往往对突如其来的过流不能在整定值处保护，容易烧器件。

b)满载时不能够有效的保护末级晶体管

当满载而总电流还没到过流保护整定值情况下，如果由于各晶体管电流分配的不均衡而出现少量晶体管超过安全工作区出现一次击穿，集电极电流会急剧增加。但由于此时的母线电流为1000多A，即使增加几十上百安培也不会使保护动作，直至过流晶体管集电结出现过热点产生二次击穿损坏。这样在一个桥臂(上或下)出现了短路点，当基极加有驱动信号的情况下会使另一个桥臂导通，这样上下桥臂直通会再次大面积烧管，因此晶体管的容量无法充分利用。再加上双极晶体管存在二次击穿，安全工作区窄，为了提高可靠性，25A电流容量的晶体管实际设计时平均电流只能用到0.3A～0.5A，造成极大的浪费。

c)在满功率输出时，如果放大器的输出线突然断路；或者谐振回路突然失谐而呈现高阻状态时，会出现上下桥臂直通烧管。

d)当输入信号出现瞬变，比如由于输入线接触不好产生冲击；或者突然有高频大信号输入时也会出现下桥臂直通烧管。

由于经常出现烧管，平均无故障工作时间(MTBF)最多几十小时。为了不影响在测试现场的使用，要做到现场更换。生产厂不得不把所有的晶体管安装在一个个插件上。以国内某公司使用该技术生产的输出功率450KW谐振电源为例，每个插件安装将近100支晶体管，共使用了80余个插件，使整机设备的机柜结构非常复杂且成本高。

2、驱动和负反馈都采用了较大功率的变压器，其相移比较大，难以加入深度超过20db的负反馈。因此总谐波失真(THD)指标做不高，且随被放大的频率变化。更主要的是负反馈加不深，放大器的输出阻抗就降不下来。这样不但这电源的负载稳定度提不高，而且这输出阻抗经过升压的中间变压器反射到次级时，被放大了变比的平方倍。比如配合该设备常用的中间变压器为单相350V/35KV，变比为100。这谐振电源的输出阻抗就被放大了10000倍。这被放大了的输出阻抗就串连在谐振回路中，减少了串联谐振回路的品质因数Q值，直接影响了升压效果。