[发明专利]一种基于FPGA的高压交联电缆测试电源

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压测试电源领域，尤其涉及一种在采用串联谐振型电路基础上的高压交联电缆测试电源。

 

背景技术

随着城市改造工程的不断实施，高电压等级的电力电缆使用的也越来越多，其中以交联聚乙烯电缆为主要代表的橡塑绝缘电缆应用的最为普遍。它是利用化学方法使线型分子结构的聚乙烯转变为立体网状结构的交联聚乙烯，从而大大的提高了电缆的机械-热性能，同时也保持了电缆良好的电气性能。XPLE电缆是交联聚乙烯绝缘电缆的简称。交联聚乙烯电缆具有重量很轻，安装方便, 热性能很好, ,传输容量大，允许工作温度比较高，维护容易,无漏油，可靠性高,故障率低，工艺简单,等许多优点，正由于交联聚乙烯(XLPE)电缆具有这些种种的优点，从而成为以后高压电缆发展的主要方向,在配电网中已经逐步取代了油纸电缆，成为了大型工程中高压电缆选取的主流品种。虽然交联聚乙烯电缆在出厂前，都已经过了非常严格的试验,但在运输、安装等过程中，很可能对电缆造成许多新的损伤。所以在安装好后，必须对新安装的电缆进行再次的安全检测试验。

目前, 高压电缆耐压测试的方法主要有直流耐压测试、超低频耐压测试、振荡波耐压测试、工频串联谐振以及调频谐振耐压测试等方法。直流耐压试验中，XLPE电缆在直流电压下会产生“记忆”效应，电缆内部会存储直流残余电荷，叠加在工频电压峰值上，导致电缆绝缘层被击穿；XLPE电缆绝缘层内部容易产生水树枝，在直流电压下，会迅速的发展成电树枝，从而导致介质绝缘性能严重损坏。超低频(0.1Hz)耐压试验方法有很多优点，但目前开发出来的超低频试验设备最高输出电压不是很高，无法满足较高压电缆的试验要求。振荡波耐压测试由于每相电缆试验时，放电次数为50次，试验时间较长，放电响声较大，对30kV或35kV中压电缆，此方法显得比较繁琐。工频串联谐振试验靠调节电抗器电感值来达到调节电路谐振频率的目的，电感值变化有一定范围，所带的容性负载也就有相应的范围限制，由于交联聚乙烯绝缘电缆从几十米到几十千米都有可能，测试电缆的容量也会随之变化，工频串联谐振试验很难满足实际试验条件。

对于系统中控制部分来说，目前国内采用模拟模块实现PWM输出已经比较成熟了，并且因为其使用简单、方便、集成度高等优点在国内得到广泛应用。但是这类芯片最大的缺点就是波形不稳定，会受到电磁场和工作环境的影响，漂移现象严重，而且不易用微处理器控制，动态调节频率和功率困难。同时，当逆变器负载固有频率发生变化时，如果此时逆变器的工作频率不能随之改变，就会使逆变器偏离最佳工作点，这不仅使逆变器桥臂上的开关器件开关损耗增加，而且当逆变器偏离负载谐振点较远时，在一定的Q值下，还会使负载阻抗增大，使逆变器的功率容量不能充分利用，工作效率下降。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明采用串联谐振型电路，提供了一种基于FPGA的高压交联电缆测试电源。

本发明的技术解决方案是：一种基于FPGA的高压交联电缆测试电源，由控制电路、逆变电路、滤波电路、整流电路、控制继电器、整流滤波电路、励磁变压器、谐振电抗器、电缆试品电容组成，工作原理为：交流电源经变频器输出可调的交流电压，输入到励磁变压器，升压后，输入由高压谐振电抗器、电缆试品电容组成的谐振回路。

控制继电器可以实时判断系统故障并及时做出反应。为了减小系统控制的复杂度，所述整流电路采用单相桥式不可控整流电路；所述滤波电路是由电容和电感组成的π型滤波电路；所述逆变电路是由4个IGBT组成的全桥逆变电路，前级逆变电路的控制电路实现调压功能，后级逆变电路的控制电路实现调频功能，这就满足了电缆耐压测试电源中电压和频率同时可调的要求；所述控制电路具有自动频率跟踪功能，核心是全数字化的锁相环。

逆变器刚开始工作的时候需要驱动脉冲，因此必须先给一个他激频率信号，经过死区产生环节和PWM产生环节产生四路PWM波形来驱动全桥逆变，此时选择器的开关信号为0；当逆变电路工作使得负载侧电流达到一定的值后，选择器开关信号变为1，电路由他激模式转换为自激模式，取样负载侧电流经过数字锁相环后再产生四路PWM波来驱动全桥逆变。