一種電力設(shè)備局部放電檢測用弱阻尼交流高壓發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電力設(shè)備局部放電檢測用弱阻尼交流高壓發(fā)生器，包括：與交流電源相連的大功率直流電源，與直流電源相連的高壓半導(dǎo)體開關(guān)，與高壓半導(dǎo)體開關(guān)相連的電抗器單元，與電抗器并聯(lián)的阻容分壓器以及與阻容分壓器并聯(lián)的電容單元。該裝置可將變壓器和電抗器等感性設(shè)備直接代替電抗器單元；或?qū)㈦娏﹄娎|等大容量試品的電容代替電容單元，通過調(diào)節(jié)裝置中主LC諧振回路中的電感和電容元件，可對多種電力設(shè)備進(jìn)行局部放電測量。整套裝置具有裝置輕便、工作可靠，安全性高等優(yōu)點(diǎn)，屬于無損的局部放電弱阻尼交流高壓測試裝置。該發(fā)生器可對各種容性和感性設(shè)備進(jìn)行局部放電測試，適用于變壓器、電抗器、電容器及電纜等多種電力設(shè)備的現(xiàn)場測試。
【專利說明】—種電力設(shè)備局部放電檢測用弱阻尼交流高壓發(fā)生器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力設(shè)備絕緣狀態(tài)檢測技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域，特別是涉及一種用于電力設(shè)備局部放電檢測用的高壓弱阻尼交流電壓發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002]局部放電檢測及定位測試屬于電力電纜的現(xiàn)場交接試驗(yàn)以及狀態(tài)檢修工作的重要內(nèi)容。對于具有大電容量的電力設(shè)備，其現(xiàn)場試驗(yàn)所需的工頻高壓電源的體積和重量通常都很大，運(yùn)輸困難，難以滿足現(xiàn)場測試需求。近些年來，一種先進(jìn)的阻尼交流電壓測試技術(shù)在電力企業(yè)獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。此類設(shè)備便攜型強(qiáng)，操作方便，與工頻交流電壓具有良好的等效性，適用于各類大電容量電力設(shè)備的現(xiàn)場試驗(yàn)。
[0003]然而，目前的阻尼交流電壓測試技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中還存在若干技術(shù)問題尚待解決:1)阻尼交流電壓發(fā)生器的關(guān)鍵部件高壓半導(dǎo)體開關(guān)處于LC串聯(lián)諧振回路之中，而半導(dǎo)體開關(guān)的通流能力制約了振蕩波測試技術(shù)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。同時開關(guān)及其附屬電路的性能也會對振蕩波形及測試效果產(chǎn)生影響；2)傳統(tǒng)的阻尼交流電壓測試系統(tǒng)在測試時需要使用高壓直流電源對主回路電容和待測設(shè)備充電，這使得待測設(shè)備在經(jīng)受阻尼振蕩波前先得承受較長時間的直流高壓，影響了阻尼振蕩波電壓與工頻交流電壓局部放電測試結(jié)果的等效性。3)傳統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要求阻尼交流電壓測試系統(tǒng)必須具有高壓直流電源，且空心電抗器的兩端都需要較高的絕緣設(shè)計，這些因素也增大了現(xiàn)有測試設(shè)備的體積和重量，降低了設(shè)備的便攜性。4)傳統(tǒng)的阻尼交流電壓測試系統(tǒng)只適用于具有大電容量的電力設(shè)備，對于低電容量或感性設(shè)備無法開展局部放電測試工作。因此，如何設(shè)計和制作一種安全、便攜、高效的新型弱阻尼交流高壓發(fā)生器，解決目前基于阻尼交流電壓技術(shù)的電力設(shè)備局部放電監(jiān)測系統(tǒng)所面臨的現(xiàn)實(shí)問題，實(shí)屬當(dāng)前業(yè)界的重要研究課題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種具有新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的弱阻尼交流高壓發(fā)生器，且具有安全性高、便攜性強(qiáng)、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)，以克服現(xiàn)有技術(shù)的監(jiān)測系統(tǒng)在電力企業(yè)的應(yīng)用實(shí)踐中技術(shù)方面存在的不足和困難。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種電力設(shè)備局部放電檢測用弱阻尼交流高壓發(fā)生器，該高壓發(fā)生器主要包含下述單元:
[0006]大功率直流電源S11，與工頻交流電源相連，用于給整個發(fā)生器供電；
[0007]高壓半導(dǎo)體開關(guān)K11，與直流電源連接，用于對發(fā)生器的充電回路進(jìn)行控制；
[0008]電抗器單元L11，其一端與高壓半導(dǎo)體開關(guān)Kll相連接，另一端接地，為整個發(fā)生器的儲能和振蕩單元；
[0009]阻容分壓器VII，與電抗器單元Lll并聯(lián)，用于測量待測設(shè)備兩端的高壓阻尼振蕩波形和相應(yīng)的局部放電信號；
[0010]電容單元C11，與阻容分壓器Vll并聯(lián)，參與主回路振蕩并調(diào)節(jié)振蕩頻率。[0011]優(yōu)選地，所述大功率直流電源進(jìn)一步包括:
[0012]大電流整流橋B21，其兩個輸入端與交流220V相連接，輸出端的一端接地；
[0013]第一電容C21，其兩端分別與整流橋的兩個輸出端并聯(lián)；
[0014]高速電子開關(guān)K21，其一端與第一電容C21相連接，另一端與第二電容C22相連接；
[0015]第二電容C22，其一端與所述的電子開關(guān)K21的相連接，另一端接地；
[0016]電感L21，其一端與所述第二電容C22相連接，且另一端與第三電容C23相連接；
[0017]第三電容C23，其一端為直流電源的輸出端，與所述電感L21相連接，另一端接地。
[0018]優(yōu)選地，當(dāng)現(xiàn)場無工頻交流電源時，發(fā)生器中的大功率直流電源Sll可由大容量的可充電電池代替。
[0019]優(yōu)選地，所述電抗器單元Lll與待測設(shè)備并聯(lián)，且具有保證阻尼交流電壓波形的緩慢衰減的低內(nèi)阻值。
[0020]優(yōu)選地，所述電抗器單元Lll繞組由漆包銅線分段繞置于環(huán)氧骨架上，且相鄰兩段繞組間使用絕緣擋板隔離固定，具有良好的耐壓性能。
[0021]優(yōu)選地，所述高壓半導(dǎo)體開關(guān)Kll由多個低電壓等級的模塊串聯(lián)而成，每個單元模塊分別由高壓隔離變壓器、IGBT驅(qū)動板、IGBT模塊及相應(yīng)的緩沖保護(hù)電路依次連接構(gòu)成。
[0022]優(yōu)選地，所述高壓半導(dǎo)體開關(guān)Kll的輸入端與220V交流相連，IGBT的驅(qū)動板通過光纖傳遞控制信號。
[0023]優(yōu)選地，所述高壓半導(dǎo)體開關(guān)Kll僅在充電回路中工作，不參與主回路的振蕩。
[0024]本發(fā)明與以往裝置相比，高壓半導(dǎo)體開關(guān)不參與主回路的振蕩過程，且充電回路無需高壓直流電源，所產(chǎn)生的阻尼交流高壓波形的起始時刻接近于地電位，使得整套系統(tǒng)具有裝置輕便、工作可靠，安全性高等優(yōu)點(diǎn)，屬于無損的局部放電弱阻尼交流高壓測試裝置。同時通過調(diào)整裝置主振蕩回路中的電感和電容單元，該發(fā)生器可對各種容性和感性設(shè)備進(jìn)行局部放電測試，適用于變壓器、電抗器、電容器及電纜等多種電力設(shè)備的現(xiàn)場測試。
[0025]實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例，具有如下有益效果:
[0026]1、本發(fā)明中的弱阻尼交流高壓發(fā)生器采用新型的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，整個裝置工作可靠，操作方便，便攜性強(qiáng)，適用于各類電力設(shè)備的現(xiàn)場局部放電試驗(yàn)；
[0027]2、本發(fā)明的高壓半導(dǎo)體開關(guān)僅處于供電回路，不參與高壓阻尼交流電壓主回路的振蕩過程，有利于延長開關(guān)的使用壽命，同時也提升了系統(tǒng)測試容量并改善測試效果；
[0028]3、本測試系統(tǒng)中的空心電抗器與待測設(shè)備并聯(lián)，一端直接接地，不需要兩端都進(jìn)行滿足系統(tǒng)要求的高壓絕緣設(shè)計，大為簡化了電抗器的設(shè)計及使用方法；
[0029]4、本發(fā)明實(shí)施例的弱阻尼交流高壓發(fā)生器在進(jìn)行現(xiàn)場局部放電監(jiān)測時，有很多情況下現(xiàn)場沒有交流電源可用，此時只需接入30V/10A的鋰電池直流電源即可開展測試工作，使用方式靈活；
[0030]5、本發(fā)明實(shí)施例的弱阻尼交流高壓發(fā)生器在進(jìn)行現(xiàn)場局部放電監(jiān)測時，操作人員只需在低壓側(cè)控制充電回路即可產(chǎn)生所需的阻尼交流高壓。與現(xiàn)有的測試裝置相比:在主回路的儲能充電階段，施加在待測設(shè)備兩端的直流電壓接近于地電位，可以更好的等效工頻交流電壓，尤其對于一些不適合進(jìn)行高壓直流試驗(yàn)的試品(例如，交聯(lián)聚乙烯電纜)，具有明顯的優(yōu)勢。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0032]圖1是本發(fā)明一種電力設(shè)備局部放電檢測用弱阻尼交流高壓發(fā)生器的一個實(shí)施例的主電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖2是本發(fā)明一種電力設(shè)備局部放電檢測用弱阻尼交流高壓發(fā)生器的一個實(shí)施例中大功率直流電源的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖3是本發(fā)明一種電力設(shè)備局部放電檢測用弱阻尼交流高壓發(fā)生器的一個實(shí)施例中空心電抗器繞組結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖4是本發(fā)明一種電力設(shè)備局部放電檢測用弱阻尼交流高壓發(fā)生器的一個實(shí)施例中高壓半導(dǎo)體開關(guān)組成方框示意圖。
[0036]圖5是本發(fā)明一種電力設(shè)備局部放電檢測用弱阻尼交流高壓發(fā)生器的一個實(shí)施例中待測設(shè)備兩端的高壓信號波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0038]如圖1所示，是本發(fā)明一種電力設(shè)備局部放電檢測用弱阻尼交流高壓發(fā)生器的一個實(shí)施例。該發(fā)生器主要包括:大功率直流電源SI 1、高壓半導(dǎo)體開關(guān)Kll、電抗器單元Lll、阻容分壓器Vl I和電容單元Cl I。
[0039]其中，大功率直流電源Sll與工頻交流電源相連，用于給整個系統(tǒng)供電，在一個實(shí)施例中其最高輸出直流電壓小于500V，輸出電流小于50A。
[0040]高壓半導(dǎo)體開關(guān)K11，其兩端分別與直流源和空心電抗器的非地端相連，用于對整個裝置的充電回路進(jìn)行控制，同時當(dāng)主回路產(chǎn)生阻尼交流高壓時保護(hù)直流電源等低壓側(cè)元件。在一個實(shí)施例中，開關(guān)速度小于I μ S，耐壓大于25kV，額定電流大于80Α的半導(dǎo)體開關(guān)模塊。
[0041 ] 電抗器單元LI I采用空心電抗器，其一端與高壓半導(dǎo)體開關(guān)Kl I相連接，另一端接地，為整個裝置的儲能和振蕩單元。即當(dāng)高壓半導(dǎo)體開關(guān)Kll閉合時，電抗器中流過一定的直流電流，電流大小由充電電壓、電源內(nèi)阻和電抗器的內(nèi)阻決定；當(dāng)高壓半導(dǎo)體開關(guān)Kll斷開后，電抗器將與其并聯(lián)的電容諧振，產(chǎn)生阻尼交流高壓。在一個實(shí)施例中空心電抗器可以選用內(nèi)阻為2Ω，電感量為600mH，瞬時通流能力大于50A的細(xì)線空心電抗器。
[0042]阻容分壓器VII，與空心電抗器Lll并聯(lián)，用于測量待測設(shè)備兩端的阻尼交流電壓波形。在一個實(shí)施例中，可以選用耐壓50kV，分壓比為1:10000的高壓阻容分壓器，電容臂的總串聯(lián)電容小于InF，電阻臂的總串聯(lián)電阻為50ΜΩ。
[0043]電容單元Cll選用低損耗高壓大電容，與阻容分壓器Vll并聯(lián)，其一端為裝置的輸出端，參與振蕩回路并調(diào)節(jié)振蕩頻率，Cll的選取由待測電力設(shè)備的等效電容或電感以及測試電壓的頻率所決定。在一個實(shí)施例中，Cl I可以選用luF，耐壓30kV的低損耗無感聚丙烯膜(CBB)電容。
[0044]其具體工作過程為:首先閉合高壓半導(dǎo)體開關(guān)K11，逐漸增大大功率直流電源Sll的輸出電壓，當(dāng)電抗器單元Lll中的電流達(dá)到預(yù)設(shè)值時，斷開高壓半導(dǎo)體開關(guān)K11，則電抗器單元Lll和電容單元Cll將構(gòu)成LC諧振回路。當(dāng)電抗器單元Lll及LC諧振回路內(nèi)阻較小時，待測設(shè)備或阻容分壓器Vll兩端將產(chǎn)生弱阻尼交流高壓。通過調(diào)節(jié)裝置中主LC諧振回路中的電感和電容元件，該發(fā)生器可對多種電力設(shè)備進(jìn)行局部放電測量。具體而言，對于變壓器和電抗器等感性設(shè)備，可將待測設(shè)備直接代替發(fā)生器中的電抗器單元LI I，然后根據(jù)振蕩頻率要求，選擇合適的電容單元Cll ;當(dāng)待測設(shè)備為電力電纜等大容量試品時，可用試品自身的電容代替發(fā)生器中的電容單元Cl I，電抗器單元則選用低內(nèi)阻值的空心電抗器，而當(dāng)試品的電容量較小時，則可并接合適的補(bǔ)償電容調(diào)節(jié)振蕩頻率。
[0045]如圖2所示,是本發(fā)明一個實(shí)施例中大功率直流電源的電路結(jié)構(gòu)示意圖。優(yōu)選地，大功率直流電源進(jìn)一步包括:大電流整流橋B21，其輸入端與交流220V相連接，輸出端的一端接地；第一電容C21，其兩端分別與整流橋的兩個輸出端并聯(lián)；高速電子開關(guān)K21，其一端與第一電容C21的相連接，另一端與第二電容C22的相連接；第二電容C22，其一端與所述的電子開關(guān)K21的相連接，另一端接地；電感L21，其一端與所述第二電容C22相連接，且另一端與第三電容C23相連接；第三電容C23，其一端為直流電源的輸出端，與所述電感L21相連接，另一端接地。
[0046]在一個實(shí)施例中，上述各元件的參數(shù)取值可選為:B21為耐壓不小于500V(AC)，通流不小于50A的高壓整流橋；電容C21=C22=C23=100uF，且耐壓大于500V ；電感L21=100uH，通流不小于50A ;其中的高速電子開關(guān)K21采用MOSFET電力電子器件，耐壓不小于500V，電流不小于100A，其控制信號由相應(yīng)的脈沖寬度調(diào)制(PWM)電路提供。
[0047]當(dāng)測試現(xiàn)場無工頻交流電源時，發(fā)生器中的大功率直流電源Sll由大容量的可充電電池代替。
[0048]如圖3所示，是本發(fā)明一個實(shí)施例中空心電抗器繞組結(jié)構(gòu)示意圖。圖中I為電抗器繞組，2為分段絕緣擋板。優(yōu)選地，所述空心電抗器采用漆包銅線分段繞制與環(huán)氧骨架上，相鄰兩段繞組間使用絕緣擋板隔離固定，此種繞組結(jié)構(gòu)可使得電抗器在保證電氣性能的前提下具有較小的體積。
[0049]在一個實(shí)施例中，電抗器的繞組采用直徑2_的漆包銅線，分4段進(jìn)行繞制，繞組總高度為30cm，總匝數(shù)為1500匝。各分段繞組之間采用厚度為IOmm的聚四氟乙烯板進(jìn)行隔離。
[0050]電抗器耐壓可達(dá)30kV (局部放電量小于10pC)。
[0051]電抗器單元Lll與待測設(shè)備并聯(lián)，且具有保證阻尼交流電壓波形的緩慢衰減的低內(nèi)阻值。
[0052]如圖4所示，是本發(fā)明一個實(shí)施例中高壓半導(dǎo)體開關(guān)組成方框示意圖。優(yōu)選地，所述高壓半導(dǎo)體開關(guān)Kll僅在充電回路中工作，不參與主回路的振蕩。其具體結(jié)構(gòu)由多個低電壓等級的模塊串聯(lián)而成，每個模塊分別由高壓隔離變壓器、IGBT驅(qū)動板、IGBT模塊及相應(yīng)的緩沖保護(hù)電路依次連接構(gòu)成。高壓隔離變壓器的輸入端與220V交流相連，IGBT的驅(qū)動板由光纖傳遞控制信號。
[0053]在一個實(shí)施例中，可使用10個低等級的開關(guān)模塊進(jìn)行串聯(lián)，每個單元模塊選用的IGBT耐壓3.3kV，電流不小于100A的模塊；高壓隔離變壓器選用隔離電壓30kV，功率20w ；為保證開關(guān)的一致性，各路選用相同長度(2m)的光纖傳遞控制信號；緩沖保護(hù)電路可選用RCD型電路進(jìn)行保護(hù)，具體參數(shù)為:R=10 Ω，C=InF (耐壓不小于4kV)，D選用3只1.2kV的
快恢復(fù)肖特基二極管串聯(lián)。
[0054]如圖5所示，是本發(fā)明一個實(shí)施例中(具體參見圖1介紹)的弱阻尼交流高壓的輸出波形。從該圖可以看出，當(dāng)按圖1中所述實(shí)施例的參數(shù)進(jìn)行選取后，本發(fā)明所述發(fā)生器可以產(chǎn)生幅值達(dá)20kV的高壓阻尼振蕩波，且該波形初始時刻起始值接近于地電位，振蕩周期為ms級,可等效工頻交流高壓。
[0055]以上所揭露的僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，然不能以此來限定本發(fā)明的權(quán)利范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用上述揭露的技術(shù)內(nèi)容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電力設(shè)備局部放電檢測用弱阻尼交流高壓發(fā)生器，其特征在于，該高壓發(fā)生器主要包含下述單元: 大功率直流電源SI I，與工頻交流電源相連，用于給整個發(fā)生器供電； 高壓半導(dǎo)體開關(guān)Kl I，與直流電源連接，用于對發(fā)生器的充電回路進(jìn)行控制； 電抗器單元L11，其一端與高壓半導(dǎo)體開關(guān)Kll相連接，另一端接地，為整個發(fā)生器的儲能和振蕩單元； 阻容分壓器VII，與電抗器單元Lll并聯(lián)，用于測量待測設(shè)備兩端的高壓阻尼振蕩波形和相應(yīng)的局部放電信號； 電容單元C11，與阻容分壓器Vll并聯(lián)，參與主回路振蕩并調(diào)節(jié)振蕩頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的一種電力設(shè)備局部放電檢測用弱阻尼交流高壓發(fā)生器，其特征在于，所述大功率直流電源Sll進(jìn)一步包括: 大電流整流橋B21，其兩個輸入端與交流220V相連接，輸出端的一端接地； 第一電容C21，其兩端分別與大電流整流橋B21的兩個輸出端并聯(lián)； 高速電子開關(guān)K21，其一端與第一電容C21相連接，另一端與第二電容C22相連接； 第二電容C22，其一端與所述的電子開關(guān)K21的相連接，另一端接地； 電感L21，其一端與所述第二電容C22相連接，且另一端與第三電容C23相連接； 第三電容C23，其一端為直流電源的輸出端，與所述電感L21相連接，另一端接地。
3.如權(quán)利要求2所述的一種電力設(shè)備局部放電檢測用弱阻尼交流高壓發(fā)生器，其特征在于，當(dāng)測試現(xiàn)場無工頻交流電源時，發(fā)生器中的大功率直流電源Sll由大容量的可充電電池代替。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電力設(shè)備局部放電檢測用弱阻尼交流高壓發(fā)生器，其特征在于，所述電抗器單元Lll與待測設(shè)備并聯(lián)，且具有保證阻尼交流電壓波形的緩慢衰減的低內(nèi)阻值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種電力設(shè)備局部放電檢測用弱阻尼交流高壓發(fā)生器，其特征在于，所述電抗器單元Lll繞組分段繞置于環(huán)氧骨架上，且相鄰兩段繞組間用絕緣擋板隔離固定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電力設(shè)備局部放電檢測用弱阻尼交流高壓發(fā)生器，其特征在于，所述高壓半導(dǎo)體開關(guān)Kll由多個低電壓等級的模塊串聯(lián)而成，每個單元模塊分別由高壓隔離變壓器、IGBT驅(qū)動板、IGBT模塊及相應(yīng)的緩沖保護(hù)電路依次連接構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種電力設(shè)備局部放電檢測用弱阻尼交流高壓發(fā)生器，其特征在于，所述高壓半導(dǎo)體開關(guān)Kll的輸入端與220V交流相連，IGBT的驅(qū)動板通過光纖傳遞控制信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種電力設(shè)備局部放電檢測用弱阻尼交流高壓發(fā)生器，其特征在于，所述高壓半導(dǎo)體開關(guān)Kll僅在充電回路中工作，不參與主回路的振蕩過程。
【文檔編號】G01R1/28GK103543305SQ201310476684
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】張偉, 侯喆, 李洪杰, 黃志偉, 薛榮 申請人:西安交通大學(xué), 深圳供電局有限公司