作者:姚宏宇

    摘要：随着国民经济的发展，城市供电中越来越多的运用交联聚乙烯（xlpe）电缆来代替原有的架空线，以节省空间并减少电磁噪声的污染。对于电缆来说，如不定期进行预防性实验，则可能会发生绝缘事故，影响电网正常供电。而传统的直流耐压实验会对电缆的绝缘造成破坏，0.1hz的超低频高压实验有代替直流耐压实验的趋势。提供了一种基于igct的0.1hz连续可调高压方波电源设计方案，用可控开关来代替传统的阀片控制，提高了控制精度，实现了输出电压的连续可调。

    关键词：集成门极换相晶闸管；超低频高压电源；绝缘检测 　

    0 引言

    随着国民经济的发展，城网供电中越来越多采用交联聚乙烯（xlpe）绝缘电力电缆，这使得xlpe电缆的绝缘检测问题越来越重要。在直流耐压实验中，电缆内部各介质的电场分布是按介质的体积电阻率分配的，而在交流耐压实验时，介质的电场是按介质的介电常数分布的，并集中于电缆终端和接线盒等附件中，这些地方直流电压往往不易击穿，发生直流击穿处在交流条件下却不会击穿；直流耐压实验中，电缆绝缘层的“水树枝”容易迅速变为“电树枝”，“水树枝”在交流耐压下还能保持相当的耐压值并持续一段时间；直流耐压时，会有电子注入到聚合物介质内部，形成空间电荷，使该处易被击穿[1]。由于上述原因，直流耐压检测合格的电缆在运行一段时间后常会发生击穿事故。研究表明，0.1hz的电源可以对电缆的绝缘进行检测并不会对电缆造成破坏。

    电力电子器件制造技术的飞速发展，使得利用更为简易的电路实现原有复杂设备的功能成为可能。igct最早是由瑞士abb公司开发并投放市场的，它是将gto芯片与反并二极管和门极驱动电路集成在一起，再与其门极驱动器在外围以低电感方式连接，结合了晶体管的稳定关断能力和晶闸管的低通态损耗两大优点，在功率、可靠性、开关速度、效率、重量和体积等方面都取得了重大进展[2]。特别重要的是，igct的开通损耗可以忽略不计，由于igct具有“硬”门极驱动，能在1μs内从pnpn的擎住状态进入pnp模式，完全以晶体管模式关断，消除了任何擎住现象，关断过程同步，特别适合于器件的串联应用，这使得将igct用于高压控制领域成为可能。

    本文提供了一种基于igct的超低频高压正负方波电源的设计，较阀片而言，igct是全控型器件，因此，可以实现输出电压的连续可调。

    1 主电路设计

    主电路主要包括两部分，即整流部分和逆变部分，整流部分采用倍压整流电路，使得可以利用较低电压的变压器得到较高的直流输出电压；逆变部分采用igct串联，平板式igct失效后自身形成短路，在igct串联中采用冗余设计，增强了设备的可靠性。

    1.1 主电路原理

    主电路原理框图如图1所示。

    在图1中，50hz的交流经过第一次整流和逆变实现变频，将50hz的交流变换为1khz的交流，以减小倍压整流输出的脉动率，1khz的交流经调压后输出到倍压整流电路，倍压整流电路的输出经过由igct构成的逆变电路后得到所需要的实验电压。

    具体电路原理图如图2所示。

    1.2 整流部分电路设计

    整流部分的输出作为逆变电路的电源，因此，整流部分的直流输出应尽可能地稳定，即脉动率要尽可能地小，而且选择倍压电路串联级数及电容值时应注意配合。

    整流部分主电路图如图3所示。

    在这个电路中，如果需要得到更高的电压，可以采用增加串联倍压电路级数的方法来实现，但级数过多会导致输出电压的脉动率和电压降增加，因此，应综合考虑级数和电容的配合。

    脉动电压可以用式（1）近似表示

    式中：n为倍压电路的级数；

    ip为输出平均电流；

    f为交流电源频率；