CN102353876A - 高速铁路机车用高压电缆局部放电在线检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高速铁路机车用高压电缆局部放电在线检测装置，它包括控制台、局放仪、试验变压器和调压器，双屏蔽隔离变压器的输入端接380伏电源，双屏蔽隔离变压器的输出端依次连接调压器、低压滤波器、试验变压器，试验变压器通过一根导线连接滤波电感器，滤波电感器分别通过高压引线与电容分压器、定标电容器相连接，控制台通过控制电缆与调压器相连接，控制台通过电流测量线与试验变压器相连接，控制台分别通过同轴电缆线与电容分压器相连接，局放仪分别通过同轴电缆线与试验变压器、电容分压器、定标电容器相连接。该装置，把局部放电背景干扰降到10pC以下，测量准确，保证了高铁安全、正常行驶。

Description

高速铁路机车用高压电缆局部放电在线检测装置

技术领域

本发明涉及高压电缆在线检测技术领域，具体地说是一种高速铁路机车用高压电缆局部放电在线检测装置。

背景技术

高速铁路是一个集各项最先进的铁路技术、先进的运营管理方式、市场营销和资金筹措在内的十分复杂的系统工程，具有高效率的运营体系，它包含了基础设施建设、机车车辆配置、站车运营规则等多方面的技术与管理。它以其速度快、运能大、能耗低、污染轻、占地少和安全性能好等一系列突出的技术经济优势，引起了世界各国的重视。德国、英国、意大利、西班牙等国竞相发展，还有许多国家和地区正在积极筹建。

局部放电是一种很微小的放电，它以放电电荷量的形式体现出来，单位为微微库仑：即pC。根据现行国家标准规定，对于高铁专用电网27.5kV的交联电缆，在37.5kV的工频试验电压下，电缆的局部放电量不能超过10pC。在局部放电试验系统中，10pC的放电量，等同于100mV的脉冲放电，要在37.5kV的试验电压下，测量到100mV脉冲，其测量难度可想而知，这既要提高检测仪器的灵敏度，检测到这种微小的放电，又要提高系统的抗干扰能力。

机车的速度越快则所需要的功率就越大，提高功率最好的方式是提高输电线路的电压等级，目前我国高速铁路所使用的电压等级为27.5kV。在机车上有一段高压电缆，由于施工工艺的要求，这段电缆必须在机车生产过程中、在机车顶部进行局部放电检测，，以保证安装的高压电缆符合质量要求，才能保证正常运行。根据德国西门子公司给出的企业标准，要求这段电缆的局部放电水平不能超过15pC或不能超过背景+5pC，由于机车现场生产的条件十分复杂，包含各种电磁干扰源，现场局放背景干扰很大，经常背景干扰达到50pC以上，根本无法按照上述标准进行在线检测。目前的在线检测装置，由调压器、试验变压器、控制台、滤波电感器、电容分压器和局放仪组成，由于没有必要的接地、隔离和滤波措施，在检测过程中根本无法达到检测要求，这是目前高速机车运营中最大的一个安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在生产车间内部、无法建造屏蔽室、又含有大量干扰源的恶劣条件下，把局部放电背景干扰降到10pC以下，对已经安装在高速机车上的27.5kV高压电缆及附件进行局部放电高精度检测的高速铁路机车用高压电缆局部放电在线检测装置。

为达到这个目的，本发明采用了以下技术方案：高速铁路机车用高压电缆局部放电在线检测装置，包括控制台、局放仪、试验变压器和调压器，其特征在于：所述的调压器的输入端通过两根导线与双屏蔽隔离变压器的输出端相连接，双屏蔽隔离变压器的输入端通过两根导线接380伏电源，调压器的输出端通过两根导线连接低压滤波器的输入端，低压滤波器的输出端通过两根导线连接试验变压器的输入端，试验变压器的输出端通过一根导线连接滤波电感器的输入端，滤波电感器的输出端分别通过高压引线与电容分压器、定标电容器相连接，高压引线上连接有测试线，通过测试线对放置在机车顶上的高压电缆进行测试，控制台通过控制电缆与调压器相连接，控制台的CM-A接口通过电流测量线与试验变压器的CM-A接口相连接，控制台的KVM接口通过同轴电缆线与电容分压器的KVM接口相连接，控制台的ARC接口通过同轴电缆线与电容分压器的ARC接口相连接，局放仪的KVM接口通过同轴电缆线与试验变压器的KVM接口相连接，局放仪的PD接口通过同轴电缆线与电容分压器的PD接口相连接，局放仪的CAL接口通过同轴电缆线与定标电容器的CAL接口相连接。

本发明还通过如下措施实施：所述的双屏蔽隔离变压器、调压器、试验变压器、滤波电感器、电容分压器、定标电容器、控制台、低压滤波器和局放仪都连接在同一个与外界独立的接地装置上。

所述的控制台通过电线连接到外部围栏大门的连锁限位开关上。

所述的与外界独立的接地装置采用直径35-50毫米紫铜棒或两寸半的镀锌钢管，由1-3根并联构成，根据不同的土质及地下水位的情况，深入地下15-20米，其接地电阻小于1Ω，或小于工厂配电间的接地电阻。

所述的控制台和调压器上都设有航空插座。

所述的控制电缆为20芯控制电缆，其两端分别插入控制台和调压器上的航空插座内。

所述的同轴电缆线为75欧姆的同轴电缆线。

所述的局放仪采用扬州科能电力电子设备有限公司生产的JF-2000。

所述的电容分压器采用苏州思源特种电力电容器有限公司生产的CVD-100/1000pF。

所述的定标电容器采用采用苏州思源特种电力电容器有限公司生产的Cq-100/100pF。

所述的滤波电感器的电感量为250mH，电流为1A。

所述的试验变压器采用扬州市鑫源电气有限公司的YD-50/80。

所述的调压器采用苏州市银光调压器厂的TDGZ-50。

低压滤波器采用常州坚力电子有限公司的DL-2*130C，含有双π型回路对电源干扰进行滤波。

所述的双屏蔽隔离变压器是在变压器的原边线圈和副边线圈的外侧分别包覆上铝箔静电屏蔽层制成的，其型号采用GD-500/0.38/0.38。

本发明的有益效果在于：在生产车间内部、无法建造屏蔽室、又含有大量干扰源的恶劣条件下，把局部放电背景干扰降到10pC以下，准确测量出已经安装在高速机车上的27.5kV高压电缆及附件的局部放电，排除其局部放电隐患，延长了其使用寿命，保证了高铁安全、正常行驶。

附图说明

附图为本发明的结构示意图。

具体实施方式

参照附图制作本发明。该高速铁路机车用高压电缆局部放电在线检测装置，包括控制台1、局放仪2、试验变压器5和调压器4，其特征在于：所述的调压器4的输入端通过两根导线与双屏蔽隔离变压器3的输出端相连接，双屏蔽隔离变压器3的输入端通过两根导线接380伏电源，调压器4的输出端通过两根导线连接低压滤波器11的输入端，低压滤波器11的输出端通过两根导线连接试验变压器5的输入端，试验变压器5的输出端通过一根导线连接滤波电感器6的输入端，试验变压器5的输出电压可达到8万伏，滤波电感器6的输出端分别通过高压引线14与电容分压器8、定标电容器7相连接，高压引线14上连接有测试线13，通过测试线13对放置在机车顶上的高压电缆进行测试，控制台1通过控制电缆10与调压器4相连接，控制台1的CM-A接口通过电流测量线12与试验变压器5的CM-A接口相连接，控制台1的KVM接口通过同轴电缆线15与电容分压器8的KVM接口相连接，控制台1的ARC接口通过同轴电缆线15与电容分压器8的ARC接口相连接，局放仪2的KVM接口通过同轴电缆线15与试验变压器5的KVM接口相连接，局放仪2的PD接口通过同轴电缆线15与电容分压器8的PD接口相连接，局放仪2的CAL接口通过同轴电缆线15与定标电容器7的CAL接口相连接。

其工作原理为：由用户外界提供的380V电源，直接接入双屏蔽隔离变压器3，由双屏蔽隔离变压器3滤除外界的干扰，再输出到调压器4，由调压器4将电压调节到0-380V，输出到低压滤波11，经过低压滤波器11的滤波后，为试验变压器5提供干净的0-380V电源，经试验变压器5升压到0-80kV，作为试验用高压电源，试验变压器5的输出端通过一根导线连接到高压滤波电感器6的输入端，由滤波电感器6滤除变压器及高压引线产生的干扰后，直接接到放置在机车顶上的高压电缆进行测试，同时分别通过高压引线14与电容分压器8及定标电容器7相连接，电容分压器8的作用是测量高压输出电压，同时作为局放信号的耦合电容，将被试验电缆的局放信号采集后，提供给局放仪2测量，定标电容器7的作用是对测量系统进行校验校准。

控制台1通过控制电缆10与调压器4相连接，控制调压器4的合分闸、电压调节、零位合闸、上下极限限位等控制功能，同时其CM-A接口通过电流测量线12与试验变压器5的CM-A接口相连接，测量高压试验电流，其KVM接口通过同轴电缆线15与电容分压器8的KVM接口相连接，测量试验时的高压电压，控制台1的ARC接口通过同轴电缆线15与电容分压器8的ARC接口相连接，监测高压回路是否有火花产生，以便及时切断高压，保护设备不受损坏；局放仪2的KVM接口通过同轴电缆线15与试验变压器5的KVM接口相连接，也测量试验时的高压电压，但由于它是通过仪表线圈进行换算，数据不是很准确，所以仅供参考，局放仪2的PD接口通过同轴电缆线15与电容分压器8的PD接口相连接，测量被试电缆上的局放信号，局放仪2的CAL接口通过同轴电缆线15与定标电容器7的CAL接口相连接，对测量系统进行定标校准。

所述的双屏蔽隔离变压器3、调压器4、试验变压器5、滤波电感器6、电容分压器8、定标电容器7、控制台1、低压滤波器11和局放仪2都连接在同一个与外界独立的接地装置上，不能和工厂配电网中的零线以及车间的接地网，防雷网连接在一起。在机车厂的车间里及车辆上，有许多大功率的用电设备，如ITBT变频交直流转换装置、机车-站台联系电台、大功率空调等等，它们大多采用大功率的调频，变频交、直流马达，调节导通角的可控硅等高噪音、高干扰的电器设备，这些设备的零线、地线、外壳接地等经常含混不清，造成车间的地网上有太多的干扰。如果局部放电系统的接地与之连接在一起，干扰将很容易地通过地线进入局部放电测量系统。因此，局部放电测量系统要求必须有自己的、单独的接地回路，各设备的接地也必须遵循单点星行接地的原则，不能有循环的接地线。

所述的控制台1通过电线连接到外部围栏大门的连锁限位开关上。

所述的与外界独立的接地装置采用直径35-50毫米紫铜棒或两寸半的镀锌钢管，由1-3根并联构成，根据不同的土质及地下水位的情况，深入地下15-20米，其接地电阻小于1Ω，或小于工厂配电间的接地电阻。

所述的控制台1和调压器4上都设有航空插座9。

所述的控制电缆10为20芯控制电缆，其两端分别插入控制台1和调压器4上的航空插座9内。

所述的同轴电缆线15为75欧姆的同轴电缆线。

所述的局放仪2采用扬州科能电力电子设备有限公司生产的JF-2000。

所述的电容分压器8采用苏州思源特种电力电容器有限公司生产的CVD-100/1000pF。

所述的定标电容器7采用采用苏州思源特种电力电容器有限公司生产的Cq-100/100pF，定标电容器7的作用既是局部放电信号耦合电容，又可以测量试验被测电缆上施加的高压电压。

所述的滤波电感器6的电感量为250mH，电流为1A，其作用主要滤除高压变压器及高压引线产生的局部放电干扰。

所述的试验变压器5采用扬州市鑫源电气有限公司的YD-50/80。

所述的调压器4采用苏州市银光调压器厂的TDGZ-50。

低压滤波器11采用常州坚力电子有限公司的DL-2*130C，含有双π型回路对电源干扰进行滤波，可滤去调压器4产生的火花干扰和高次谐波。

所述的双屏蔽隔离变压器3是在变压器的原边线圈和副边线圈的外侧分别包覆上铝箔静电屏蔽层制成的，其型号采用GD-500/0.38/0.38，由于在变压器的原边线圈和副边线圈上分别设有静电屏蔽层，可以隔离来自电源的高频干扰。

使用本发明时，由于用户车间现场有多条生产流水线，多台机车同时生产，每台机车类型不同，有的是火车机头，有的是中间车厢，所产生的干扰类别也不同，因此只能尽量在远离这些干扰源的地方进行局部放电检测。

在进行机车用高压电缆局部放电试验时，由于机车外壳通过轨道和厂房钢结构连接在一起，为防止循环接地，需将电缆接地和机车接地分开来，以减少接地回路引起的干扰。

整个局部放电装置的供电要求有一个独立的供电系统，即直接从工厂的10kV(或35kV)进线，在工厂配电站设置一个单独的10kV/380V或(35kV/380V)的降低变压器，与工厂其它的用电设备完全区分开来；从配电站到局部放电试区，用一根长度在150米以上的专用电缆连接起来，这根电缆采用铜带分相屏蔽，再加1芯电焊机线作为接地线，最后钢带铠装。

在所有的设备接线完成后，就可以按以下步骤进行局放检测：

(1)、在检查所有连线准确无误后，关闭试验区域围栏，确认没有无关人员进入试区的情况下，接通380V试验电源到双屏蔽隔离变压器3；

(2)、合上调压器4电源，合上控制台1电源，合上局放仪2电源；

(3)、利用局放仪2上的校准信号，对测量系统进行打标校准；

(4)、合上高压电压，调节调压器4输出电压，使试验变压器5的输出高压达到试验所需要的37.5kV；

(5)、测量此时被试电缆的局放数值，记录下来；

(6)、降低调压器4输出电压到零，切断高压电压，切断控制台1电源，切断局放仪2电源，切断调压器4电源，切断外部接入的380V电源，试验结束。

采用本发明进行测试，背景干扰被控制在10pC以下，根据德国西门子公司的企业标准，被试验的这段高铁机车电缆，其局部放电量在37.5kV的电压下，不大于15pC，或与背景干扰差值不大于5pC，保证了检测数据的精确度，有效地测量出了这段电缆的实际局放值，排除了高铁运行中的隐患。

Claims (8)

1.高速铁路机车用高压电缆局部放电在线检测装置，包括控制台(1)、局放仪(2)、试验变压器(5)和调压器(4)，其特征在于：所述的调压器(4)的输入端通过两根导线与双屏蔽隔离变压器(3)的输出端相连接，双屏蔽隔离变压器(3)的输入端通过两根导线接380伏电源，调压器(4)的输出端通过两根导线连接低压滤波器(11)的输入端，低压滤波器(11)的输出端通过两根导线连接试验变压器(5)的输入端，试验变压器(5)的输出端通过一根导线连接滤波电感器(6)的输入端，滤波电感器(6)的输出端分别通过高压引线(14)与电容分压器(8)、定标电容器(7)相连接，高压引线(14)上连接有测试线(13)，控制台(1)通过控制电缆(10)与调压器(4)相连接，控制台(1)的CM-A接口通过电流测量线(12)与试验变压器(5)的CM-A接口相连接，控制台(1)的KVM接口通过同轴电缆线(15)与电容分压器(8)的KVM接口相连接，控制台(1)的ARC接口通过同轴电缆线(15)与电容分压器(8)的ARC接口相连接，局放仪(2)的KVM接口通过同轴电缆线(15)与试验变压器(5)的KVM接口相连接，局放仪(2)的PD接口通过同轴电缆线(15)与电容分压器(8)的PD接口相连接，局放仪(2)的CAL接口通过同轴电缆线(15)与定标电容器(7)的CAL接口相连接。

2.根据权利要求1所述的高速铁路机车用高压电缆局部放电在线检测装置，其特征在于：所述的双屏蔽隔离变压器(3)、调压器(4)、试验变压器(5)、滤波电感器(6)、电容分压器(8)、定标电容器(7)、控制台(1)、低压滤波器(11)和局放仪(2)都连接在同一个与外界独立的接地装置上。

3.根据权利要求2所述的高速铁路机车用高压电缆局部放电在线检测装置，其特征在于：所述的与外界独立的接地装置采用直径35-50毫米紫铜棒或两寸半的镀锌钢管，由1-3根并联构成，根据不同的土质及地下水位的情况，深入地下15-20米，其接地电阻小于1Ω，或小于工厂配电间的接地电阻。

4.根据权利要求1或2所述的高速铁路机车用高压电缆局部放电在线检测装置，其特征在于：所述的控制台(1)通过电线连接到外部围栏大门的连锁限位开关上。

5.根据权利要求1或2所述的高速铁路机车用高压电缆局部放电在线检测装置，其特征在于：所述的控制台(1)和调压器(4)上都设有航空插座(9)；所述的控制电缆(10)为20芯控制电缆，其两端分别插入控制台(1)和调压器(4)上的航空插座(9)内。

6.根据权利要求1所述的高速铁路机车用高压电缆局部放电在线检测装置，其特征在于：所述的同轴电缆线(15)为75欧姆的同轴电缆线。

7.根据权利要求1或2所述的高速铁路机车用高压电缆局部放电在线检测装置，其特征在于：所述的滤波电感器(6)的电感量为250mH，电流为1A。

8.根据权利要求1或2所述的高速铁路机车用高压电缆局部放电在线检测装置，其特征在于：所述的双屏蔽隔离变压器(3)是在变压器的原边线圈和副边线圈的外侧分别包覆上铝箔静电屏蔽层制成的。

Images