CN101162246A - 交联聚乙烯电缆绝缘诊断仪 - Google Patents

Abstract

本发明是用于交联聚乙烯电缆绝缘性能诊断的交联聚乙烯电缆绝缘诊断仪，由箱体及主电路构成，其特征在于：主电路由电压选择电路、高压变压电路、极性选择电路、功能选择电路、量程选择电路、高压储能器、电流取样电路、高压输出接口、充电放电电路、电瓶电源、高抗干扰放大器电路、电流表、电压取样电路及电压表构成，其主电路中高压电路之间的连接通过采用同轴电缆接地屏蔽的方式，可以很好地消除了因自身回路中产生的泄漏电流所引起的计量误差及电缆外部泄漏电流对计量精度的影响，采用直流电阻测量法易于实现并能躲避现场交流干扰，且诊断过程对交联聚乙烯电缆(XLPE)绝缘层无损伤，其具有测量精度高、稳定性高、实用性强的特点。

Description

交联聚乙烯电缆绝缘诊断仪

技术领域

本发明属于电力电缆领域的诊断仪器，尤其是针对交联聚乙烯电缆进行绝缘性能诊断的交联聚乙烯电缆绝缘诊断仪。

背景技术

交联聚乙烯电缆(XLPE)是电力系统中普遍使用的一种电缆，但是在电缆生产制造过程中不可避免地在交联聚乙烯电缆(XLPE)的绝缘层上产生一些微观缺陷，并且在电缆施工过程中施加在电缆本体上的机械应力也会增加这些微观缺陷的数量，通过各种方式进入交联聚乙烯电缆(XLPE)绝缘层的水分会在电场的作用下聚集在这些微观缺陷处，从而可能引发水树枝问题。这些水树枝沿电场方向不断地延伸并形成多分叉水树区，其中一些水树枝会发展成电树并最终诱发了交联聚乙烯电缆(XLPE)绝缘层的击穿，从而导致电力事故。

如何在交联聚乙烯电缆(XLPE)绝缘层被击穿前提早确定其电缆的绝缘性能，以避免电力故障的发生，目前普遍采用直流分量法对交联聚乙烯电缆(XLPE)绝缘水树老化进行诊断。这种方法主要利用绝缘水树的正负导电特性所存在的差异，采用整流效应分离出直流分量，这些分量可以通过离线或在线的方式予以观测。由于水树枝发展的越长，直流分量越大，而且交联聚乙烯电缆(XLPE)的直流分量电流与直流泄漏电流及交流击穿电压往往有较密切的相关性，所以通过直流分量发测得的数据可以直接反应出电缆劣化的程度。但是这种直流分量电流法测得的电流或超低频些流电流极其微弱(一般在nA级)，而且极不稳定，微小的干扰就会引起很大的误差，而且原电池效应等也不能完全消除。因此，上述方法只是停留在理论上或实验室阶段，对一些现场检测环境的各种实际干扰因素没有考虑或者没有很好地解决，上述方案在现场实际情况下的测量结果容易受周围环境的影响，测出的结果精度低、稳定性差、实用性不强。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构合理、诊断准确、稳定性高、实用性强的交联聚乙烯电缆绝缘诊断仪。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

该交联聚乙烯电缆绝缘诊断仪，由箱体及其内的主电路构成，其特征在于：主电路由电压选择电路、高压变压电路、极性选择电路、功能选择电路、高压储能器、量程选择电路、电流取样电路、高压输出接口、充电放电电路、电瓶电源、高抗干扰放大器电路、电流表、电压取样电路及电压表构成，其中，电压选择电路的输入端及充电放电电路的输入端均连接到交流电源的输出端，电压选择电路、高压变压电路、极性选择电路、功能选择电路、高压储能器、量程选择电路、电流取样电路、高压输出接口之间按信号流的方向采用同轴电缆接地屏蔽方式顺序连接；功能选择电路还分别与充电放电电路、高抗干扰放大器电路相连接，充电放电电路输出端与电瓶电源相连接，电瓶电源输出端分别连接到高抗干扰放大器电路、电流表及电压表的输入端；高抗干扰放大器电路的输入端还连接到电流取样电路，其输出连接到电流表；高压输出接口分别与被测电缆及电压取样电路的输入端相连接，电压取样电路的输出端与电压表相连接。

而且，所述的高抗干扰放大器电路由差动放大电路、次级放大电路、末级放大电路、抗干扰运放电路及一个公共屏蔽端点组成，差动放大电路、次级放大电路、末级放大电路按信号流方向顺序连接，差动放大电路的输入端与电流取样电路的输出端相连接，其输出端接虚地并连接到抗干扰运放电路的一个输入端，抗干扰电路的另一个输入端连接到其输出端及公共屏蔽端点，末级放大电路的输出端连接到电流表上。

而且，所述的电压选择电路、高压变压电路、极性选择电路、功能选择电路、高压储能器、量程选择电路、电流取样电路、高压输出接口之间的屏蔽线均连接到高抗干扰放大器电路中的公共屏蔽端点。

而且，所述的箱体的显示控制面板上设置有与主电路相连的带电源插座、电源保险、电源开关、电压选择拨动开关、极性拨动开关、功能选择拨断开关、量程拨断开关、电压表、电流表、高压输出锁钮、高压尾端锁钮、充电指示灯及放电指示灯。

而且，所述的高压输出锁钮、高压尾端锁钮与带屏蔽的同轴电缆锁扣连接。

而且，所述的电压选择电路及极性选择电路均采用拨动开关电路，所述的功能选择电路及量程选择电路采用4档拨断开关电路，所述的高压变压电路使用的变压器为KHDT0.1/3KV，所述的高压储能器使用的电容为CBB60型金属化聚丙烯电容器，电瓶电源使用两个6FM3电瓶，充电放电电路、电流取样电路与电压取样电路均为通用电路。

而且，所述的差动放大电路、次级放大电路、末级放大电路及抗干扰运放电路中均使用ICL7650斩波稳零运算放大器的放大电路。

本发明的优点和积极效果是：

1.该发明采用离线测量方式，不影响对XLPE电缆绝缘水树老化程度判断的即时性，直流电阻测量法易于实现并能躲避现场交流干扰，诊断过程对交联聚乙烯电缆(XLPE)绝缘层无损伤，因此其实用性强、实施成本低、易于推广应用。

2.该发明主电路通过采用同轴电缆接地屏蔽的方式，消除了因自身回路中产生的泄漏电流所引起的计量误差及电缆外部泄漏电流对计量精度的影响，同时采用了充电放电电路，消除了交流电源对仪器输出试验电压的影响，使测量泄漏电流精确水平达到了0.1nA的水平，因此诊断精度高、稳定性强。

3.该发明的显示控制面板有量程选择、功能选择、极性选择等多项功能选择，同时诊断的数据通过显示控制面板的电流表及电压表显示出来，因此方便用户使用。

附图说明

图1是本发明的机箱主视图；

图2是本发明的主电路原理框图；

图3是本发明的高抗干扰放大器电路原理框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：

该交联聚乙烯电缆绝缘诊断仪，由箱体及其内部的主电路两部分构成。其箱体上表面为一显示控制面板(1)，显示控制面板上的电源插座(13)、电源保险(11)、电源开关(10)、电压选择拨动开关(14)、极性拨动开关(12)、功能选择拨断开关(9)、量程拨断开关(8)、电压表(4)、电流表(5)、高压输出锁钮(2)、高压尾端锁钮(3)、充电指示灯(6)及放电指示灯(7)与箱体内部的主电路相连接。其中电源插座用于接入交流电源，为交联聚乙烯电缆绝缘诊断仪提供交流电源输入；电压选择拨动开关可以选择输出的直流电压的输出值，本实施例提供800/1600V两种电压输出选择，使用该电压对被测电缆进行测量，对被测电缆没有损伤；极性拨动开关可以选择输出电压的极性，可以不改变被测电缆的连接，直接改变被测电缆接入端的正负极性；功能选择开关为诊断工作所需要的几种功能选择，控制该诊断仪的工作转换，本实施例可选功能为：充电、放电、试验及关闭四个功能，如果选择为“充电”则控制充电放电电路对电瓶电源及高压储能器进行充电，选择为“放电”是使电瓶电源及高压储能器进行放电，选择为“试验”，将切断交流电源，由电瓶电源及高压储能器为测试提供工作电源，选择为“关闭”，则该诊断仪停止工作；量程拨断开关可以设置可测电流的量程，本实施例具有2nA、20nA、200nA、2000nA四个量程，电压表及电流表用于显示测量结果，其中电流表为nA级电流表，最高分辨率为1PA；充电指示灯及放电指示灯用于指示充电及放电的工作状态；高压输出锁钮、高压尾端锁钮用于连接被测电缆，一对带屏蔽的同轴电缆的一端以锁扣连接的方式分别与高压输出锁钮、高压尾端锁钮相连接，其另一端分别连接到被测电缆的两端。

箱体内的主电路由电压选择电路、高压变压电路、极性选择电路、功能选择电路、高压储能器、量程选择电路、电流取样电路、高压输出接口、充电放电电路、电瓶电源、高抗干扰放大器电路、电流表、电压取样电路及电压表构成。交流电源通过电源开关连接到电压选择电路的输入端，电压选择电路的输入端及充电放电电路的输入端均连接到交流电源的输出端，电压选择电路、高压变压电路、极性选择电路、功能选择电路、高压储能器、量程选择电路、电流取样电路、高压输出接口之间按信号流的方向采用同轴电缆接地屏蔽方式顺序连接，该屏蔽线均连接到高抗干扰放大器电路中的公共屏蔽端点，这种屏蔽连接方式有效地消除了因自身回路中产生的泄漏电流所引起的计量误差及电缆外部泄漏电流对计量精度的影响。交流电源通过电源开关还连接到充电放电电路的输入端，充电放电电路输出端与电瓶电源相连接并由功能选择电路控制，由功能选择电路控制对电瓶电源及高压储能器进行充电或放电操作，电瓶电源输出端分别连接到高抗干扰放大器电路、电流表及电压表的输入端，当功能选择电路为“试验”功能时，该诊断仪将切断交流电源，而由电瓶电源对高抗干扰放大器电路、电流表及电压表进行供电，由高压储能器对被测电缆进行供电，这种利用电瓶电源及高能储能器为测试仪表供电，能够消除了交流电源对仪器输出试验电压的影响。高抗干扰放大器电路的输入端还连接到电流取样电路，其输出连接到电流表，通过电流表显示测量的电流值；高压输出接口分别与被测电缆及电压取样电路的输入端相连接，电压取样电路的输出端与电压表相连接，通过电压表显示电压值。

上述电路中电压选择电路及极性选择电路均采用拨动开关电路，所述的功能选择电路及量程选择电路采用4档拨断开关电路，所述的高压变压电路使用的变压器为KHDT0.1/3KV，所述的高压储能器使用的电容为CBB60型金属化聚丙烯电容器，电瓶电源使用两个6FM3电瓶，充电放电电路、电流取样电路与电压取样电路均为通用电路。

上述电路中高抗干扰放大器电路是一种高增益的直接耦合多级放大电路，由差动放大电路、次级放大电路、末级放大电路、抗干扰运放电路及一个公共屏蔽端点组成。差动放大电路、次级放大电路、末级放大电路按信号流方向顺序连接，差动放大电路的输入端与电流取样电路的输出端相连接，其输出端接虚地并连接到抗干扰运放电路的一个输入端，抗干扰电路的另一个输入端连接到其输出端及公共屏蔽端点，末级放大电路的输出端连接到电流表上。上述差动放大电路、次级放大电路、末级放大电路及抗干扰运放电路中均使用ICL7650斩波稳零运算放大器的放大电路，差动放大器电路用于抑制电路中产生的共模信号，放大差模信号，抗干扰运放电路用于抑制电路中产生的差模干扰。差动放大器电路产生的输出信号经次级放大电路即末级放大电路两级放大后，将测量结果显示在电流表上。

该发明的工作原理如下；

交流电源经电源开关接入到电压选择电路及充电放电电路，通过拨动机箱上的电压选择开关选择输出电压值：800V或1600V，通过拨动极性选择开关选择输出端的极性后，高压变压电路将220V电压通过其内部的升压变压器将交流电压升压并整流到所需要的电压值。通过转动功能选择开关设置放电、充电、试验、关闭几种功能，实现对充电放电电路对电瓶电源及高压储能器进行充电、放电的控制，以及对被测电缆的测量、关闭仪器功能。当功能选择开关设置为实验时，可以对被测电缆进行测量，在此状态下该诊断仪断开与交流电源的连接以减少交流电源对仪器输出试验电压的影响，此时由电瓶电源对高抗干扰放大器电路、电流表及电压表进行供电，由高压储能器中电容电量为被测电缆供电。根据测量的需要，通过转动量程拨动开关设置被测电流范围值的量程，使用时，被测电缆的一端接在箱体显示控制面板的高压输出锁钮，被测电缆的另一端接在高压尾端锁钮，在电流取样电路、高压输出接口、被测电缆、高抗干扰放大器电路之间产生回路，测试出被电缆上的电压及泄漏电流，其测量电流值显示在电流表及并通过电压取样电路将测量的电压值显示在电压表上，经分析处理后用来最终确定被测电缆的绝缘性能。

Claims (7)

1.交联聚乙烯电缆绝缘诊断仪，由箱体及其内的主电路构成，其特征在于：主电路由电压选择电路、高压变压电路、极性选择电路、功能选择电路、高压储能器、量程选择电路、电流取样电路、高压输出接口、充电放电电路、电瓶电源、高抗干扰放大器电路、电流表、电压取样电路及电压表构成，其中，电压选择电路的输入端及充电放电电路的输入端均连接到交流电源的输出端，电压选择电路、高压变压电路、极性选择电路、功能选择电路、高压储能器、量程选择电路、电流取样电路、高压输出接口之间按信号流的方向采用同轴电缆接地屏蔽方式顺序连接；功能选择电路还分别与充电放电电路、高抗干扰放大器电路相连接，充电放电电路输出端与电瓶电源相连接，电瓶电源输出端分别连接到高抗干扰放大器电路、电流表及电压表的输入端；高抗干扰放大器电路的输入端还连接到电流取样电路，其输出连接到电流表；高压输出接口分别与被测电缆及电压取样电路的输入端相连接，电压取样电路的输出端与电压表相连接。

2.根据权利要求1所述的交联聚乙烯电缆绝缘诊断仪，其特征在于：所述的高抗干扰放大器电路由差动放大电路、次级放大电路、末级放大电路、抗干扰运放电路及一个公共屏蔽端点组成，差动放大电路、次级放大电路、末级放大电路按信号流方向顺序连接，差动放大电路的输入端与电流取样电路的输出端相连接，其输出端接虚地并连接到抗干扰运放电路的一个输入端，抗干扰电路的另一个输入端连接到其输出端及公共屏蔽端点，末级放大电路的输出端连接到电流表上。

3.根据权利要求1或2所述的交联聚乙烯电缆绝缘诊断仪，其特征在于：所述的电压选择电路、高压变压电路、极性选择电路、功能选择电路、高压储能器、量程选择电路、电流取样电路、高压输出接口之间的屏蔽线均连接到高抗干扰放大器电路中的公共屏蔽端点。

4.根据权利要求1所述的交联聚乙烯电缆绝缘诊断仪，其特征在于：所述的箱体的显示控制面板上设置有与主电路相连的带电源插座、电源保险、电源开关、电压选择拨动开关、极性拨动开关、功能选择拨断开关、量程拨断开关、电压表、电流表、高压输出锁钮、高压尾端锁钮、充电指示灯及放电指示灯。

5.根据权利要求4所述的交联聚乙烯电缆绝缘诊断仪，其特征在于：所述的高压输出锁钮、高压尾端锁钮与带屏蔽的同轴电缆锁扣连接。

6.根据权利要求1所述的交联聚乙烯电缆绝缘诊断仪，其特征在于：所述的电压选择电路及极性选择电路均采用拨动开关电路，所述的功能选择电路及量程选择电路采用4档拨断开关电路，所述的高压变压电路使用的变压器为KHDT0.1/3KV，所述的高压储能器使用的电容为CBB60型金属化聚丙烯电容器，电瓶电源使用两个6FM3电瓶，充电放电电路、电流取样电路与电压取样电路均为通用电路。

7.根据权利要求2所述的交联聚乙烯电缆绝缘诊断仪，其特征在于：所述的差动放大电路、次级放大电路、末级放大电路及抗干扰运放电路中均使用ICL7650斩波稳零运算放大器的放大电路。

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