一种地网测量专用的大功率变频信号源制造技术

本实用新型专利技术涉及一种地网测量专用的大功率变频信号源，涉及测量技术领域。包括电源输入端子、缓启动电路、整流滤波单元、逆变单元、隔离变压器、驱动保护单元、电流采样及过流保护单元、电压采样及负反馈单元、输出电压调节单元、输出频率调节单元、中央处理单元、参数显示单元、数据存储单元、报警及复位单元、变频输出端子等。本实用新型专利技术可以较小体积重量产生数十千瓦的逆变功率。同时输出波形为纯正正弦波，波形畸变率(THID)小于2％。其输出频率由专用的分频电路控制，可达到很高的稳定度和精度。大大提高了变频法测量大型地网时的输出功率和测试电流，对于强干扰背景下的变电站、电厂接地网的准确测量有着重要的意义。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术涉及一种地网测量专用的大功率变频信号源，涉及测量
。包括电源输入端子、缓启动电路、整流滤波单元、逆变单元、隔离变压器、驱动保护单元、电流采样及过流保护单元、电压采样及负反馈单元、输出电压调节单元、输出频率调节单元、中央处理单元、参数显示单元、数据存储单元、报警及复位单元、变频输出端子等。本技术可以较小体积重量产生数十千瓦的逆变功率。同时输出波形为纯正正弦波，波形畸变率(THID)小于2％。其输出频率由专用的分频电路控制，可达到很高的稳定度和精度。大大提高了变频法测量大型地网时的输出功率和测试电流，对于强干扰背景下的变电站、电厂接地网的准确测量有着重要的意义。【专利说明】一种地网测量专用的大功率变频信号源
本技术涉及电力行业中的测量设备，具体是指一种用于接地装置测量的大功率变频信号源。
技术介绍
发电厂、变电站接地网除了为各种电气设备提供公共参考地，更重要地，在系统发生接地故障或遭受雷击时起到快速有效地泄放故障电流，改善接地网和场区地表地电位分布，保障一、二次设备和人员安全的作用，是维护电力系统安全可靠运行、保障人员和设备安全的重要措施。接地阻抗(习惯称为“接地电阻”，实为带感性分量的阻抗值)是反映接地网性能和状态好坏最重要的参数，其准确测量的重要意义是不言而喻的。DL/T475-2006《接地装置特性参数测量导则》对接地阻抗的定义是:接地装置对远方电位零点的阻抗。数值上为接地装置与远方电位零点间的电位差，与通过接地装置流入地中的电流的比值。按冲击电流求得的接地阻抗称为冲击接地阻抗；按工频电流求得的接地阻抗称为工频接地阻抗。一般未经特别说明的均指工频接地阻抗。大型变电站、电厂的接地网接地阻抗较小，性能良好的接地网一般都在0.5 Ω以下。假设一个大型地网接地阻抗按0.5 Ω计算，对该地网注入IA的电流，则其相对远方电位零点的电位升为0.5V。现场测量接地阻抗也是这个原理，对地网注入电流I，测量地网的电位升U,计算得到接地阻抗Z = U/I。由于变电站、电厂环境中存在很强的50Hz干扰，最大可达数十伏。所以现场微弱的测试信号往往因干扰强烈而带来很大的误差甚至无法测量。目前常用的接地阻抗测量仪从测量原理上来说，分为如下几种:(I)直流小电流测试法:测试电流为mA级的直流电流。该方法优点是设备体积小，成本低，技术简单。缺点是从原理来说测得是直流电阻，而非阻抗。且测试电流很小，数据容易受到干扰而出现很大的偏差。(2)高频交流小电流测试法:仪器输出IOOHz以上的交流小电流进行测量。该方法优点同直流小电流测试法。缺点是与50Hz工频阻抗等效性不够好，强干扰下数据不准确。(3)工频大电流法:利用大容量调压器和隔离变压器，对地网注入50A以上的大电流，使得地网的电位变化足够明显。该方法优点是测试电流较大，电位变化较明显便于测量。缺点是测试电流与现场的50Hz干扰同频，测试信号与干扰信号无法分离。(4)异频小电流法:异频小电流法采用变频技术，对地网注入I?5A异频小电流，然后采用基于硬件电路的滤波技术，滤除部分50Hz干扰。该方法大大提高了测量准确性和抗干扰能力，逐步成为大型地网测试的主要装备。但异频小电流法在测试一些大型、超大型地网时，一方面由于地网本身的接地阻抗较小，注入I?5A电流时，所引起的电位升仅为0.1?2V左右，另一方面现场强烈的50Hz干扰可达数十伏；而仪器的抗干扰能力不足在如此低的信噪比下准确测量。所以在针对干扰较强的大型地网时，该方法仍然存在一定的不足。综合以上几种方法的优缺点，本技术提出了一种新型的地网测量专用的大功率变频信号源，其采用新型的变频控制技术和算法，可以在体积重量较轻满足现场人力搬运的前提下，输出5?50A变频大电流,输出功率可达到20KW或更大，大大提高信噪比；可达到在强烈干扰下，准确测量接地阻抗很小的大型地网的目的。为达到以上目的，本技术采用模块化设计，同时应用了将仪器的各个功能分解为各个相对独立又相互关联的模块，由中央处理单元来控制协调各模块之间的功能和输入输出。本技术并未采用以往常用的晶体管线性放大的正弦波变频技术方案，而是采用输出功率密度大的IGBT作为逆变功率单元，同时采用了软开关技术，输出波形负反馈技术，算法智能快速补偿等新技术，使得成套系统达到了在较小的体积重量内，达到输出纯正正弦波的目的。以往要获得正弦波变频信号，一般都采用晶体管线性放大方式，该方式转化的效率较低，且体积和重量较大，所以适合工程现场人力搬运的设备一般输出功率较小，无法输出很大的测试电流。本技术采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为功率器件。IGBT是由BJT (双极型三极管)和MOS (绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点，可在很小的体积内实现大功率逆变。
技术实现思路
本技术提供一种地网测量专用的大功率变频信号源，目的在于克服目前现有技术中的不足，设计一种大功率的地网测量专用的变频信号源。该变频信号源采用了软开关技术，输出波形负反馈技术，算法智能快速补偿等技术，在测量大型地网时可产生5-50A的变频大电流，在保持人力搬运便携性能的前提下(60Kg以下)，输出功率可达20KW，同时输出波形为纯正正弦波，波形畸变率小于2%，大大提高了大型地网现场测量的信噪比和准确度。为解决上述问题，本技术采用如下技术方案:一种地网测量专用的大功率变频信号源，包括电源输入端子、缓启动电路、整流滤波单元、逆变单元、隔离变压器、驱动保护单元、电流采样及过流保护单元、电压采样及负反馈单元、输出电压调节单元、输出频率调节单元、中央处理单元、参数显示单元、数据存储单元、报警及复位单元、变频输出端子坐寸ο电源输入端子连到缓启动电路，缓启动电路由一个交流接触器和一组大功率充电电阻组成。上电后，先经过充电电阻限流，给后面的整流滤波电路中的大电容充电，经过数十秒后电容接近充满，此时由中央处理单元或延时继电器控制交流接触器闭合，充电电阻退出工作。这样的目的是为了避免开机时的冲击大电流。缓启动电路后端连着整流滤波单元，整流滤波单元由整流桥高压电解电容组成，其作用是将交流电流转化为平稳的直流电流。输出到逆变单元。逆变单元是由大功率IGBT组成的全桥逆变电路，其输出由驱动及保护单元控制。IGBT输出具有功率大、体积小、效率高等优点，单只IGBT电压电流可达1200V，1000A以上，由此可大大减小逆变单元体积和重量。但以往IGBT逆变一般采用高频硬开关方式驱动，其输出为调制方波，且带有很大的高频干扰，无法输出纯正的正弦波。本技术采用了谐振软开关技术，基本消除了 IGBT开关带来的高频干扰EMI影响。IGBT的后端加电感和电容组成一个低通滤波器，可进一步平滑波形，达到输出光滑正弦波的目的。电流互感器穿在变频输出端子之前，电流互感器的输出连到电流采样及过流保护单元，电流采样及过流保护单元的输出分别连到中央处理单元、驱动及保护单元。电压采样及负反馈单元的输入连到变频输出端子，输出连到中央处理单元。中央处理单元还连着输出电压调节单元、输出频率调节单元、参数显示单元、驱动及保护单元、数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地网测量专用的大功率变频信号源，包括电源输入端子、缓启动电路、整流滤波单元、逆变单元、隔离变压器、驱动及保护单元、电流采样及过流保护单元、电压采样及负反馈单元、输出电压调节单元、输出频率调节单元、中央处理单元、参数显示单元、数据存储单元、报警及复位单元、变频输出端子，其特征在于， 电源输入端子经过缓启动电路后连到整流滤波单元，整流滤波单元输出连到逆变单元，逆变单元输出连到隔离变压器，隔离变压器输出连到变频输出端子，逆变单元同时连着驱动及保护单元； 电流互感器穿在变频输出端子之前，电流互感器的输出连到电流采样及过流保护单元，电流采样及过流保护单元的输出分别连到中央处理单元、驱动及保护单元，电压采样及负反馈单元的输入连到变频输出端子，输出连到中央处理单元； 中央处理单元还连着输出电压调节单元、输出频率调节单元、参数显示单元、驱动及保护单元、数据存储单元； 驱动及保护单元还连着报警及复位单元。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李谦，王东烨，肖磊石，邵健康，
申请(专利权)人：上海大帆电气设备有限公司， 广东电网公司电力科技研究院，
类型：新型
国别省市：上海;31