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30kV交流振荡波电子器件成功研发

2016-11-15 11:41
Radow
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  中国电工技术学会定于2016年7月10~11日在北京铁道大厦举办“2016第十一届中国电工装备创新与发展论坛”,主题为“电工行业十三五规划研究与解读”。

  广西电网有限责任公司电力科学研究院、西安交通大学的研究人员李婧、黄晨曦等,在2015年第12期《电气技术》杂志上撰文,设计了一种适用于阻尼交流振荡波测试系统的高压半导体开关。此开关由两个开关模块和一个辅助供电系统组成,每个开关模块又由10个相同的开关单元串联组成。

  其中,每个开关单元又可分为三部分:IGBT芯片及其均压电路,IGBT门极驱动和隔离供电电源。单个开关模块单独工作时可耐受20kV直流电压;两个开关盘串联工作耐压可达40kV;开通时间小于250ns。通过一套新型松耦合式的反激电压变换器为每个开关模块单独供电,在精简空间的同时实现了多路输出之间的高电压隔离。

  最后,将其应用于30kV振荡波测试系统中,实验结果表明本开关具有优良的性能,可应用于30kV以下试品的振荡波测试中。

  对电力电缆进行局放测试是一种行之有效的电缆绝缘状态评估方法。阻尼交流振荡波测试系统(DOVTS)由于具有体积小,重量轻,且与交流电压试验具有很好的等效性等优点,现已广泛应用于电力电缆的现场测试中。

  如图1所示,阻尼交流振荡波测试系统由高压直流电源,高压开关,空心电抗器,电容性试品及高压测量单元构成,其中,高压开关是DOVTS中的最重要组成部分。

  试验开始时,先通过高压直流电源对电容性试品(XLPE电缆等)充电至预设电压;然后闭合高压开关,同时切断高压直流电源,此时,电容性试品通过空心电抗器经高压开关放电,电抗器与电容性试品组成串联谐振电路,在试品上产生衰减振荡的交流电压,通常该振荡电压将持续几十个周期,约数百毫秒。当试品上电压降为零后,断开高压开关,接通直流高压电源,即可进行下一次试验。

图1 阻尼振荡交流电压试验回路示意图

  目前常用的几种高压开关由于功率小,开关速度慢,开断过程不稳定或开关体积过大等原因,并不适用于阻尼交流振荡波测试系统。随着半导体技术的不断发展,基于晶闸管、MOSFET和IGBT等元件的电力电子开关发展迅速。

  最近20年里,不同种类的半导体开关大量应用于脉冲功率,核聚变,静态无功补偿器(STATCOM)和牵引应用。但是,上述多种高压开关体积和重量都很大,因此并不能满足阻尼交流振荡波现场试验的要求。

  本文着重介绍了一种新型高压电子开关的设计过程和使用方法。此高压开关由2个开关模块和一个辅助供电电源组成,每个开关模块又由10个相互隔离的开关单元串联组成。与传统的高压开关相比,此开关通过松耦合变压器实现了各路IGBT之间的隔离供电。最终,实现的开关具有体积小,重量轻,价格低等优点,便于进行现场试验。

 
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