【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及電力設(shè)備的絕緣狀態(tài)檢測技術(shù)領(lǐng)域，是一種專門應(yīng)用于電力電纜超低頻絕緣狀態(tài)檢測的裝置。

背景技術(shù)：

配電電纜作為電網(wǎng)運行的大動脈，其安全可靠性與人們的生產(chǎn)生活息息相關(guān)。由于電纜埋于地下，一旦出現(xiàn)故障，其故障查找非常困難、耗時長，造成較大的經(jīng)濟損失，對居民的日常生活、生產(chǎn)部門的日常生產(chǎn)以及其他社會非生產(chǎn)部門的照常運轉(zhuǎn)造成諸多不便。

工程上對電纜的絕緣狀態(tài)檢測主要包括直流耐壓試驗、工頻交流耐壓試驗、工頻諧振耐壓試驗以及超低頻耐壓試驗等。對電纜進行直流耐壓試驗時，常?？梢酝ㄟ^電纜泄漏電流的變化對電纜的絕緣狀態(tài)尤其是集中性缺陷有比較有效的反應(yīng)，不過直流耐壓下對電纜絕緣的考驗不如交流下接近運行實際條件，而且對于xlpe電纜，在直流耐壓試驗后電纜中會存在殘余的空間電荷，以致在投入運行后在工頻交流下引起電場畸變造成不必要的事故。工頻交流耐壓試驗雖然比較實際地反映電纜的絕緣狀態(tài)，但由于電力電纜電容較大，要求交流試驗設(shè)備的容量比較大，體積笨重，不方便現(xiàn)場檢測。超低頻電壓檢測技術(shù)在配電電纜絕緣診斷技術(shù)中具有獨特的優(yōu)勢，在保證測試設(shè)備體積輕便的基礎(chǔ)上，既能充分地激發(fā)出電纜試品的局部放電信號，又能準(zhǔn)確的反映出tanδ的變化，更為重要的是，超低頻下電纜的tanδ值與其水樹枝化程度呈現(xiàn)很好的相關(guān)性，而在較高頻率下兩者的關(guān)系并不明顯。然而，目前現(xiàn)有的超低頻電壓波形存在各種不足和缺陷，超低頻正弦波產(chǎn)生或需要調(diào)制和解調(diào)的過程，對濾波功能要求較高，要么使用旋轉(zhuǎn)電機，體積龐大，不夠靈活；而余弦方波由于本身波形特點，既有直流電壓特性，又有交流特點，其中矩形波部分類似于直流耐壓試驗，而極性轉(zhuǎn)換過程類似于余弦波，可模擬工頻交流下的耐壓試驗，兼顧二者優(yōu)勢。因此，在評估了系統(tǒng)復(fù)雜程度，試驗波形的測試效果等多種因素之后，本發(fā)明提出采用超低頻余弦方波波形的超低頻電壓來進行配電電纜的絕緣狀態(tài)檢測的方法，并研制了激勵裝置，充分的解決了以上所述難題，提高了相關(guān)行業(yè)技術(shù)水平。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種配電電纜絕緣診斷用超低頻余弦方波高壓發(fā)生器及方法，解決當(dāng)前配電電纜絕緣狀態(tài)診斷裝置笨重，電壓等級有限，檢測缺陷不全面等問題。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種配電電纜絕緣診斷用超低頻余弦方波高壓發(fā)生器，包括正極性高壓直流源a、負(fù)極性高壓直流源b、雙向高壓電力電子開關(guān)c、極性轉(zhuǎn)換裝置d、總控單元e，以及l(fā)c電路，其中，雙向高壓電力電子開關(guān)c和極性轉(zhuǎn)換裝置d并聯(lián)連接，雙向高壓電力電子開關(guān)c由第一和第二可控型高壓電力電子開關(guān)單元組成；所述正極性高壓直流源a的輸入為市電，輸出為第一可控型高壓電力電子開關(guān)單元的輸入；所述負(fù)極性高壓直流源b的輸入為市電，輸出為第二可控型高壓電力電子開關(guān)單元的輸入；所述極性轉(zhuǎn)換裝置d輸出的一端串聯(lián)電感后連接在電容的一端，極性轉(zhuǎn)換裝置d輸出的另一端連接在電容的另一端，所述電容并聯(lián)在試品電纜的兩端，檢測時，在試品電纜上施加峰值最大為30kv的0.1hz周期變化的超低頻余弦方波高電壓，通過總控單元控制高壓電力電子開關(guān)的交替通斷對電纜進行正反向充電，利用極性轉(zhuǎn)換裝置對電纜放電以實現(xiàn)電壓極性轉(zhuǎn)換。

所述的正極性高壓直流源a和負(fù)極性高壓直流源b結(jié)構(gòu)相同，均主要由繼電器，升壓變壓器，保護電阻，高壓電容，第一高壓硅堆，限流電阻組成倍壓整流電路。

所述的極性轉(zhuǎn)換裝置d由第三和第四可控型高壓電力電子開關(guān)以及第二高壓硅堆和第三高壓硅堆構(gòu)成，其中，第三可控型高壓電力電子開關(guān)與第二高壓硅堆串聯(lián)后與串聯(lián)的第四可控型高壓電力電子開關(guān)與第三高壓硅堆并聯(lián)連接，所述電感連接在第四可控型高壓電力電子開關(guān)的發(fā)射極。

所述的第一至第四可控型高壓電力電子開關(guān)主要為多個模塊串聯(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)的緩沖保護電路串聯(lián)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。

高壓隔離變壓器采用100w，隔離電壓30kv的高壓隔離變壓器。

所述繼電器最大切斷40a電流；升壓變壓器為220v輸入，15kv輸出，功率500w高壓試驗變壓器；保護電阻采用阻值為2mω的高壓玻璃釉電阻，高壓電容的數(shù)值5000pf/40kv，第一高壓硅堆為耐壓40kv，通流5a的硅堆，限流電阻為阻值5mω的高壓玻璃釉電阻。

第二和第三高壓硅堆為40kv耐壓，通流5a的高壓硅堆；電感采用1h，電容為0.1μf。

一種配電電纜絕緣診斷方法，在試品電纜上施加峰值最大為30kv的0.1hz周期變化的超低頻余弦方波高電壓，當(dāng)波形處于方波階段時模擬直流高電壓對電纜進行直流耐壓試驗，得到試品的泄漏電流，有效反應(yīng)試品的集中性缺陷；在波形處于上升沿和下降沿時，模擬50hz交流高電壓對電纜進行交流試驗，檢測試品介質(zhì)損耗角正切值和局部放電缺陷，從而對試品電纜的絕緣狀態(tài)取得綜合性的評估。

在試品電纜上施加的超低頻余弦方波高電壓的波形頻率為0.1hz，一個周期可分為四個過程，電壓波形分別為：

其中，uo為余弦方波波形激勵源輸出電壓波形，vm為預(yù)設(shè)的電容充電電壓幅值，t0—t1時刻電壓處于正極性，時間為5s,t2—t3時刻電容通過極性轉(zhuǎn)換裝置電壓變?yōu)樨?fù)極性，時間為5s；而t1—t2時刻為電容正向放電過程，電容電壓波形由正到負(fù)，轉(zhuǎn)換過程近似為余弦形式，時間在2-6ms，t3—t4時刻為電容反向放電過程，電壓極性由負(fù)到正，斜率波形也近似為余弦波形，時間在2-6ms。

t0-t1階段，第一可控型高壓電力電子開關(guān)單元(7)導(dǎo)通，電容處于正向充電過程；

t2-t3階段，第二可控型高壓電力電子開關(guān)單元(8)導(dǎo)通，電容處于反向充電過程，此時模擬直流耐壓試驗，用來分析試品電纜的泄漏電流，反映電纜集中性缺陷；

t1-t2階段，極性轉(zhuǎn)換裝置中第四可控型高壓電力電子開關(guān)(10)導(dǎo)通，電容處于正向放電過程；

t3-t4階段，極性轉(zhuǎn)換裝置中第三可控型高壓電力電子開關(guān)(9)導(dǎo)通，電容處于反向放電過程，用來分析試品的介質(zhì)譜特性和局部放電特性；

通過對t1-t2階段和t3-t4階段的電壓電流波形分別進行傅里葉變換，得到介質(zhì)損耗正切值隨頻率變化的曲線tanδ(f)；對t1-t2階段和t3-t4階段的局部放電波形進行脈沖配對，得到局部放電特征譜圖和局部放電定位譜圖，最后將獲得的實驗數(shù)據(jù)進行總體評估，綜合性的對試品電纜進行絕緣狀態(tài)診斷工作。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：本發(fā)明高壓發(fā)生器主要由正負(fù)極性高壓直流電壓源、雙向高壓電力電子開關(guān)、極性轉(zhuǎn)換裝置與總控單元構(gòu)成。在試品電纜上施加峰值最大為30kv的0.1hz周期變化的超低頻余弦方波高電壓。當(dāng)波形處于正負(fù)極穩(wěn)定狀態(tài)時(即波形處于方波階段時)模擬直流高電壓對電纜進行直流耐壓試驗，得到試品的泄漏電流，有效反應(yīng)試品的集中性缺陷，而在上升沿和下降沿時則模擬50hz交流高電壓對電纜進行交流試驗，檢測試品介質(zhì)損耗角正切值和局部放電缺陷，從而對試品電纜的絕緣狀態(tài)取得綜合性的評估。通過總控單元控制高壓電力電子開關(guān)的交替通斷對電纜進行正反向充電，利用極性轉(zhuǎn)換裝置對電纜放電以實現(xiàn)電壓極性轉(zhuǎn)換。本發(fā)明超低頻余弦方波發(fā)生器綜合了電纜直流耐壓試驗技術(shù)和工頻交流試驗技術(shù)，可對電纜絕緣狀態(tài)進行全面綜合性評估，極大地提高了試驗效率，減少了成本，具有重要的工程實用價值，提高了行業(yè)水平。

【附圖說明】

上述僅是本發(fā)明方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，以下結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明。

圖1為本發(fā)明一種配電電纜絕緣診斷用余弦方波高壓發(fā)生器的電路結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明一種配電電纜絕緣診斷用余弦方波高壓發(fā)生器采用的余弦方波波形形狀示意圖。

圖3為本發(fā)明一種配電電纜絕緣診斷用余弦方波波形高壓發(fā)生器正負(fù)極性轉(zhuǎn)換過程時的波形。

圖4為本發(fā)明一種配電電纜絕緣診斷用余弦方波高壓發(fā)生器使用的高壓半導(dǎo)體開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】

本發(fā)明公開了一種配電電纜絕緣診斷用超低頻余弦方波高壓發(fā)生器。該裝置由正負(fù)極性高壓直流電壓源、雙向高壓電力電子開關(guān)、極性轉(zhuǎn)換裝置與總控單元構(gòu)成，可在試品電纜上施加峰值最大為30kv的0.1hz周期變化的超低頻余弦方波高電壓。波形處于正負(fù)極穩(wěn)定狀態(tài)時(即波形處于方波階段時)可模擬直流高電壓對電纜進行直流耐壓試驗，可得到試品的泄漏電流，有效反應(yīng)試品的集中性缺陷，而在上升沿和下降沿時則可模擬50hz交流高電壓對電纜進行交流試驗，檢測試品介質(zhì)損耗角正切值和局部放電缺陷，從而對試品電纜的絕緣狀態(tài)取得綜合性的評估。通過總控單元控制高壓電力電子開關(guān)的交替通斷對電纜進行正反向充電，利用極性轉(zhuǎn)換裝置對電纜放電以實現(xiàn)電壓極性轉(zhuǎn)換。本發(fā)明超低頻余弦方波發(fā)生器綜合了電纜直流耐壓試驗技術(shù)和工頻交流試驗技術(shù)，可對電纜絕緣狀態(tài)進行全面綜合性評估，極大地提高了試驗效率，減少了成本，具有重要的工程實用價值，提高了行業(yè)水平。

具體來說，其中正極性高壓直流源a由繼電器1，升壓變壓器2，保護電阻3，高壓電容4，高壓硅堆5，限流電阻6組成的倍壓整流電路構(gòu)成；負(fù)極性高壓直流源b由繼電器1，升壓變壓器2，保護電阻3，高壓電容4，高壓硅堆5，限流電阻6組成的倍壓整流電路構(gòu)成；c由兩組可控型高壓電力電子開關(guān)單元7、8組成；d為極性轉(zhuǎn)換裝置，由兩組可控型高壓電力電子開關(guān)9、10以及高壓硅堆11、12構(gòu)成；e為總控單元；另外發(fā)生器還由電感13和高壓電容14構(gòu)成。

如圖1所示，所述余弦方波高壓發(fā)生器的繼電器1采用歐姆龍g7z-4a,最大可切斷40a電流；升壓變壓器2為220v輸入，15kv輸出，功率500w高壓試驗變壓器；保護電阻3采用阻值為2mω的高壓玻璃釉電阻，高壓電容4采用數(shù)值5000pf/40kv，高壓硅堆5為耐壓40kv，通流5a的硅堆，限流電阻6阻值為5mω的高壓玻璃釉電阻；高壓半導(dǎo)體開關(guān)模塊7,8采用模塊化設(shè)計結(jié)構(gòu)；極性轉(zhuǎn)換裝置中的高壓半導(dǎo)體開關(guān)9,10同樣采用模塊化設(shè)計結(jié)構(gòu)，高壓硅堆11,12為40kv耐壓，通流5a的高壓硅堆；電感采用1h,電容14為0.1μf；總控模塊e是基于arm控制的fpga控制電路板，輸出多路光/電信號，分別控制繼電器、高壓半導(dǎo)體開關(guān)和極性轉(zhuǎn)換裝置。

如圖4所示，所述高壓半導(dǎo)體開關(guān)7,8,9,10主要為10個稍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)的緩沖保護電路構(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。優(yōu)選的，高壓隔離變壓器采用100w，隔離電壓30kv的高壓隔離變壓器。所選用的光纖發(fā)射器為ifbr1522，光纖接收器為ifbr2522。

所述波形頻率為0.1hz,一個周期可分為四個過程，在時刻t0—t1,t1—t2,t2—t3,t3—t4間電壓波形分別為：

其中uo為余弦方波波形激勵源輸出電壓波形，vm為預(yù)設(shè)的電容充電電壓幅值，t0—t1時刻電壓處于正極性，時間為5s,t2—t3時刻電容通過極性轉(zhuǎn)換裝置電壓變?yōu)樨?fù)極性，時間為5s；而t1—t2時刻為電容正向放電過程，電容電壓波形由正到負(fù)，轉(zhuǎn)換過程近似為余弦形式，時間在2-6ms，同樣地，t3—t4時刻為電容反向放電過程，電壓極性由負(fù)到正，斜率波形也近似為余弦波形，時間在2-6ms。電壓波形周期為10s。t0～t4定義見說明書附圖2。

開關(guān)7僅在正向充電回路(t0-t1)中工作，開關(guān)8僅在反向充電回路(t2-t3)工作，開關(guān)10僅在正向放電回路(t1-t2)中工作，開關(guān)9僅在反向放電回路(t3-t4)工作。兩單元共四組開關(guān)具有相同的結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)為10個稍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)的緩沖保護電路構(gòu)成。高壓隔離變壓器的輸入端與220v交流市電相連，igbt的驅(qū)動板由光纖傳遞控制信號。

采用本發(fā)明所述的余弦方波波形為一段試品電纜施加預(yù)設(shè)波形參數(shù)的余弦方波高電壓波，可通過檢測設(shè)備采集到試品電纜單相電壓波形，電流波形，局部放電波形。(t0-t1)階段高壓半導(dǎo)體開關(guān)7導(dǎo)通，電容處于正向充電過程，(t2-t3)階段高壓半導(dǎo)體開關(guān)8導(dǎo)通，電容處于反向充電過程，此時模擬直流耐壓試驗，可用來分析試品電纜的泄漏電流，反映電纜集中性缺陷；(t1-t2)階段，極性轉(zhuǎn)換裝置中高壓半導(dǎo)體開關(guān)10導(dǎo)通，電容處于正向放電過程，(t3-t4)階段極性轉(zhuǎn)換裝置中高壓半導(dǎo)體開關(guān)9導(dǎo)通，電容處于反向放電過程，這兩種過程類似于余弦波形式，可用來分析試品的介質(zhì)譜特性和局部放電特性。另外通過對(t1-t2)和(t3-t4)的電壓電流波形分別進行傅里葉變換，得到介質(zhì)損耗正切值隨頻率變化的曲線tanδ(f)；對(t1-t2)和(t3-t4)的局部放電波形進行脈沖配對，可得到局部放電特征譜圖和局部放電定位譜圖。

最后將獲得的實驗數(shù)據(jù)進行總體評估，綜合性的對試品電纜進行絕緣狀態(tài)診斷工作。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例子而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，均落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。