一、技術(shù)背景
隨著電力事業(yè)的不斷發(fā)展，變壓器、發(fā)電機(jī)、斷路器、GIS、110kV及220kV交聯(lián)聚乙烯電纜等高壓電力設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛。根據(jù)《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50150－91）和《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》（DL／T096－1996）的要求，此類高壓電力設(shè)備的安裝驗(yàn)收和年度檢修中，均需進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)項(xiàng)目。
交流耐壓試驗(yàn)電源主要有以下三種方式產(chǎn)生:
(1) 變壓器式：帶補(bǔ)償電抗器的傳統(tǒng)試驗(yàn)變壓器，工頻。
(2) 調(diào)感式：可調(diào)電感式諧振系統(tǒng)，工頻。
(3) 調(diào)頻式：固定電抗器諧振系統(tǒng)，通過變頻器將一可調(diào)頻電壓加到試品上，改變頻率以達(dá)到諧振。
諧振耐壓試驗(yàn)方法是通過改變試驗(yàn)系統(tǒng)的電感量和試驗(yàn)頻率，使回路處于諧振狀態(tài)，這樣試驗(yàn)回路中試品上的大部分容性電流與電抗器上的感性電流相抵消，電源供給的能量僅為回路中消耗的用功功率，為試品容量的1/Q(Q為系統(tǒng)的諧振倍數(shù))；因此試驗(yàn)電源的容量在降低，重量大大減輕。諧振耐壓試驗(yàn)系統(tǒng)按調(diào)節(jié)方式分為調(diào)感式和調(diào)頻式兩種。
可調(diào)電感型諧振試驗(yàn)系統(tǒng)可以滿足耐壓要求，但由于重量大，可移動性差，主要用于試驗(yàn)室。變頻串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)是利用電抗器的電感與被試品電容實(shí)現(xiàn)諧振，在被試品上獲得高電壓，是當(dāng)前高電壓試驗(yàn)的一種新的方法與潮流，在國內(nèi)外已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。
變頻串聯(lián)諧振是諧振式電流濾波電路，能改善電源波形畸變，獲得較好的正弦電壓波形，有效防止諧波峰值對被試品的誤擊穿。變頻串聯(lián)諧振工作在諧振狀態(tài)，當(dāng)被試品的絕緣點(diǎn)被擊穿時(shí)，電流立即脫諧，回路電流迅速下降為正常試驗(yàn)電流的數(shù)十分之一。發(fā)生閃絡(luò)擊穿時(shí)，因失去諧振條件，除短路電流立即下降外，高電壓也立即消失，電弧即可熄滅。其恢復(fù)電壓的再建立過程很長，很容易在再次達(dá)到閃絡(luò)電壓斷開電源，所以適用于高電壓、大容量的電力設(shè)備的絕緣耐壓試驗(yàn)。
二、國內(nèi)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
目前國內(nèi)串聯(lián)諧振變頻電源主要采用以下三種技術(shù)方案：
1.PWM控制技術(shù)
在調(diào)頻調(diào)壓控制技術(shù)發(fā)展早期多使用PAM方法，因此，變頻電源逆變器輸出交流電壓波形僅僅能是方波，改變方波有效值，僅僅能通過改變方波幅值，即中間直流電壓幅值來完成。隨著全控型開關(guān)元件IGBT、IGCT、MOSFET等出現(xiàn)，才逐漸發(fā)展為PWM方法。由于調(diào)節(jié)PWM波占空比就能調(diào)節(jié)電壓幅值，所對逆變環(huán)節(jié)可同時(shí)完成調(diào)壓與調(diào)頻任務(wù)，整流器無需控制，設(shè)備構(gòu)造更簡單，控制更方便�；谠摷夹g(shù)可以在諧振電容（試品）上獲得THD<1%的正弦波。方波變頻電源主電路如下所示。
2.基于高速IC和直接數(shù)字頻率合成（DDS）技術(shù)
采用該方案頻率分辨率可達(dá)到0.01Hz，頻率穩(wěn)定度高，很容易對信號實(shí)現(xiàn)全數(shù)字式調(diào)制。其控制框圖和實(shí)現(xiàn)原理如下圖所示。
由DSP處理器控制正弦波芯片產(chǎn)生頻率在30Hz~300Hz連續(xù)可調(diào)（幅值也可調(diào)）的標(biāo)準(zhǔn)正弦波信號，經(jīng)過第一級功率放大后再經(jīng)過上千只大功率三極管組成的橋式放大電路放大，正弦信號最終達(dá)到所需要的設(shè)計(jì)功率，輸出電壓連續(xù)可調(diào)。此時(shí)正弦波信號經(jīng)勵磁變壓器升壓供給諧振電路獲取需要的高壓。
該方案輸出的正弦波失真度較小，輸出電壓中高頻信號引起的局部放電干擾小，但由于大功率三極管的溫度特性較差，在較大功率輸出時(shí)，溫升較快，三極管的放大倍數(shù)增加，會導(dǎo)致輸出電壓漂移，并且電路復(fù)雜、不易維護(hù)。
3.基于SPWM的控制技術(shù)
采用SPWM技術(shù)的新型調(diào)頻式諧振試驗(yàn)電源由大功率開關(guān)器件IGBT組成的電路來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬信號源及其功率放大電路直接產(chǎn)生大功率標(biāo)準(zhǔn)正弦波。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下圖所示，主要由三相PWM整流電路（或不控整流電路）、H橋逆變電路、輸出濾波器、檢測單元、DSP控制器及人機(jī)接口(鍵盤、液晶)組成。T為中間勵磁升壓變壓器，RL為試驗(yàn)回路諧振電感的等效內(nèi)阻，C為試驗(yàn)回路等效電容，包括被試品電容及試驗(yàn)回路諧振電容。整個(gè)試驗(yàn)電源輸出電壓的調(diào)節(jié)通過控制三相PWM整流電路輸出側(cè)電容電壓大小來實(shí)現(xiàn)；當(dāng)C3上電壓穩(wěn)定在設(shè)定值以后,系統(tǒng)開始頻率調(diào)節(jié),通過控制逆變電路開關(guān)器件IGBT的通斷頻率來實(shí)現(xiàn)，輸出濾波器濾除系統(tǒng)輸出信號的毛刺從而得到符合要求的正弦波形。
該方案輸出波形較傳統(tǒng)模擬方式稍差，輸出在低電壓下諧波含量較傳統(tǒng)方式大，但電路較為簡單，容易維護(hù)，但控制較為復(fù)雜。
三、結(jié)論
1.可同時(shí)用于局放和交流耐壓試驗(yàn)的串聯(lián)諧振電源所采用的技術(shù)方案以傳統(tǒng)模擬方式（逐級放大）最好，該方案可直接輸出正弦波，且失真度較小，輸出電壓中高頻信號引起的局部放電干擾≤5pc，但電路較為復(fù)雜、不易維護(hù)，成本較高；
2.用于交流耐壓試驗(yàn)的串聯(lián)諧振變頻電源普遍采用SPWM方式，其輸出波形較傳統(tǒng)方式差，干擾引起的局放較大，只適合于交流耐壓試驗(yàn)（限于手上資料的限制，沒發(fā)現(xiàn)有應(yīng)用于局放試驗(yàn)的），該技術(shù)方案控制較為復(fù)雜，但其硬件較傳統(tǒng)方式簡單，成本較低，體積和重量較小，易于維護(hù)。
3.PWM控制方式可滿足交流耐壓試驗(yàn)的要求，其輸出為方波電壓，系統(tǒng)輸出為正弦波，但在非諧振狀態(tài)時(shí)波形較差，實(shí)現(xiàn)相對容易，成本也較低。
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