CN102540023B - 绝缘结构局部放电信号检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种绝缘结构局部放电信号检测装置，其特征在于：包括升压变压器，全桥整流电路连接在升压变压器的副边，在全桥整流电路的输出端上分别跨接有H桥逆变电路及IGBT控制电路，通过H桥逆变电路的输出侧得到的试验电压加在试样的两端，信号采集及处理板的两个输入端分别连接H桥逆变电路的输出端及IGBT控制电路的输出端，信号采集及处理板的输出端连接于计算机。本发明所提供的电路结构简单，但可以做到对弱信号的有效捕捉和分离，使其不会淹没在尖峰电压下，为绝缘结构局部放电的研究提供了可靠的数据支持。

Description

绝缘结构局部放电信号检测装置

技术领域

本发明涉及一种电气绝缘结构局部放电信号检测装置，尤其是针对在高压高频脉冲下产生的放电现象。

背景技术

PWM变频器已广泛应用于电机驱动系统中，随着变频调速电机的不断推广，出现了大量的变频电机绝缘过早失效的现象。国内外研究结果表明，绝缘结构在变频器的高频方波脉冲下发生局部放电是导致绝缘过早失效的主要原因。因此有效地提取高频连续脉冲条件下的局部放电信号，将有助于分析绝缘结构的破坏机理、评定绝缘结构的老化寿命，为进一步研制变频电机绝缘的测试系统提供技术基础。

国内外已对高频脉冲条件下局部放电对电气绝缘结构的损害进行了初步的研究，主要围绕局部放电测量、局部放电与绝缘老化寿命的关系等展开。为了提取高频连续脉冲电压作用下电气绝缘的局部放电信号，目前存在一种ICS(Impulse Current Sensor)传感器，它通过与被测电流导体间的互感，来实现与高压回路的隔离测量。

由脉冲电流传感器构成的局部放电测试系统如图1所示，其中脉冲电源能产生单脉冲及连续性高频脉冲，脉冲频率可达到20kHz；试样是按照标准工艺加工制作的绝缘结构；整个测试部分由ICS传感器、示波器和计算机联合构成，完成对信号的采集、观察、保存、处理、分析等工作。

试验用高频电源采用IGBT大功率开关器件逆变电路实现双极性脉冲方波，逆变电路的输出电压峰峰值为6000V左右，而要检测的局部放电电压仅有mV级，这个有用的被测信号会部分淹没在尖峰电压下无法识别，不利于后续的放电信号处理、分析等重要研究工作的进行。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单易行的试验电路，用于绝缘结构局部放电信号的捕捉，可以将高压脉冲信号与放电弱信号有效的分离，便于检测到的信号用于绝缘结构局部放电机理的深入研究。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种绝缘结构局部放电信号检测装置，其特征在于：包括升压变压器，全桥整流电路连接在升压变压器的副边，在全桥整流电路的输出端上分别跨接有H桥逆变电路及IGBT控制电路，通过H桥逆变电路的输出侧得到的试验电压加在试样的两端，信号采集及处理板的两个输入端分别连接H桥逆变电路的输出端及IGBT控制电路的输出端，信号采集及处理板的输出端连接于计算机。

对于高压高频脉冲供电的电气绝缘结构局部放电现象，通过技术分析可知，局部放电出现在开关过程起始位置并有一定延迟，而淹没局部放电信号的尖峰电压仅出现在直流高电压上升/下降沿延后瞬间，最大不过几微秒，所以只要采集IGBT开关几微秒以后的有用信号，就能躲过尖峰电压的干扰，滤掉无效的信号，而IGBT工作频率是固定的，开通、关断时刻是由驱动电路控制，所以检测局部放电的时机是能够准度掌握的。另外对于叠加在几kV直流高压上的微弱信号测量，准备采用高压浮动接地的方法，通过同频同步切换正负浮动接地，相对基准取正、负直流母线电位，这样虽然外加电源电压很高，但是不会影响被测的mV级信号检测，微弱的局部放电可以通过高精度运放检出，经过转换电路最后供计算机分析处理。

本发明所提供的电路结构简单，但可以做到对弱信号的有效捕捉和分离，使其不会淹没在尖峰电压下，为绝缘结构局部放电的研究提供了可靠的数据支持。

附图说明

图1为由脉冲电流传感器构成的局部放电测试系统的电路框图；

图2为本发明提供的一种绝缘结构局部放电信号检测装置的电路框图；

图3为本发明提供的一种绝缘结构局部放电信号检测装置的一种具体电路图；

图4A为图3中IGBT模块产生正向脉冲时试样的输出信号；

图4B为图3中IGBT模块产生正向脉冲时纯净的高频脉冲信号；

图4C为图3中IGBT模块产生正向脉冲时运算放大器的输出信号；

图5A为图3中IGBT模块产生负向脉冲时试样的输出信号；

图5B为图3中IGBT模块产生负向脉冲时纯净的高频脉冲信号；

图5C为图3中IGBT模块产生负向脉冲时运算放大器的输出信号；

图6为双极性高压高频脉冲信号产生局部放电现象全周期信号。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

如图2所示，本发明提供的一种绝缘结构局部放电信号检测装置，包括升压变压器、全桥整流电路、H桥逆变电路、IGBT控制电路、信号采集及处理板、计算机(含有一块带光纤的高速采集卡)，全桥整流电路与升压变压器的副边相连，H桥逆变电路连接于全桥整流电路的输出端，同时IGBT控制电路也连接于全桥整流电路的输出端，H桥逆变电路的输出侧得到的试验电压加在试样的两端，信号采集及处理板一个输入端连接H桥逆变电路的输出端，另一个输入端连接IGBT控制电路的输出端，信号采集及处理板的输出端连接于计算机。

本发明的特点在于380V三相交流电源接升压变压器，升压后的三相交流电经全桥整流后接H桥IGBT逆变电路，将直流电压逆变为高压高频脉冲信号，作为绝缘结构试样的试验电源。同时整流后的直流电源另外引出一路，同样接IGBT控制电路，产生与高压脉冲信号同幅值同频率的纯净基准信号。叠加局部放电信号的脉冲信号与纯净的高频脉冲信号同时输入信号采集及处理板中，经过板上的同步缓冲电路及运放的“减法”运算后得到局部放电信号，再经AD转换发送至通讯光纤，通过光纤接入计算机中用于绝缘结构放电信号的分析。

该电路框图可以通过如图3所示的电路实现，在进行局部放电试验时，接入380V三相交流电，整个装置开始工作，首先控制IGBT模块V1和IGBT模块V4导通产生正向脉冲信号，A点、B点间的试样发生局部放电现象，A点、B点间的脉冲信号波形叠加有放电信号，该信号如图4A所示。在IGBT模块V1和IGBT模块V4导通的同时，IGBT模块V5同步开通，在B点与C点间产生纯净的高频脉冲信号，该信号如图4B所示。两路脉冲信号同时输入运算放大器OP中，这是一种典型的高压浮动接地的方法，这样微弱的局部放电信号就可以通过高精度运放检出，其输出信号如图4C所示。

同理，当控制IGBT模块V2和IGBT模块V3导通产生负向脉冲信号，A点、B点间的试样发生局部放电现象，A点、B点间的脉冲信号波形叠加有放电信号，该信号如图5A所示。在IGBT模块V2和IGBT模块V3导通的同时，IGBT模块V6同步开通，产生纯净的高频脉冲信号，该信号如图5B所示。两路脉冲信号同时输入运算放大器OP中，这是一种典型的高压浮动接地的方法，这样微弱的局部放电信号就可以通过高精度运放检出，其输出信号如图5C所示。

这样，双极性高压高频脉冲信号产生局部放电现象全周期如图6所示，此放电信号通过此装置的捕捉，全过程均得到记录和显示，并可用于后序的分析工作中。

本发明涉及的脉冲电源峰-峰值为±6kV，脉冲上升时间为50～400ns，频率为2kHz～20KHz。

Claims (1)

1.一种绝缘结构局部放电信号检测装置，其特征在于：包括升压变压器，全桥整流电路连接在升压变压器的副边，在全桥整流电路的输出端上分别跨接有H桥逆变电路及IGBT控制电路，通过H桥逆变电路的输出侧得到的试验电压加在试样的两端，信号采集及处理板的两个输入端分别连接H桥逆变电路的输出端及IGBT控制电路的输出端，信号采集及处理板的输出端连接于计算机，其中：

所述H桥逆变电路由IGBT模块一（V1）、IGBT模块二（V2）、IGBT模块三（V3）及IGBT模块四（V4）组成，所述H桥逆变电路具有输出端一（A）及输出端二（B）；所述IGBT控制电路由串联的IGBT模块五（V5）及IGBT模块六（V6）组成，在IGBT模块五（V5）与IGBT模块六（V6）间引出输出点（C）；

控制IGBT模块一（V1）和IGBT模块四（V4）导通产生正向脉冲信号，输出端一（A）与输出端二（B）间的试样发生局部放电现象，输出端一（A）与输出端二（B）间的脉冲信号波形叠加有放电信号，在IGBT模块一（V1）和IGBT模块四（V4）导通的同时，IGBT模块五（V5）同步开通，在输出端二（B）与输出点（C）间产生纯净的高频脉冲信号，输出端一（A）与输出端二（B）间的脉冲信号及纯净的高频脉冲信号同时输入运算放大器OP中；

当控制IGBT模块二（V2）和IGBT模块三（V3）导通产生负向脉冲信号，输出端一（A）与输出端二（B）间的试样发生局部放电现象，输出端一（A）与输出端二（B）间的脉冲信号波形叠加有放电信号，在IGBT模块二（V2）和IGBT模块三（V3）导通的同时，IGBT模块六（V6）同步开通，在输出端一（A）与输出点（C）间产生纯净的高频脉冲信号，输出端一（A）与输出端二（B）间的脉冲信号及纯净的高频脉冲信号同时输入运算放大器OP中。