CN103472318A - 一种直流电缆空间电荷测量系统 - Google Patents

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陈铮铮
赵健康
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Abstract

本发明提供一种直流电缆空间电荷测量系统，所述系统包括空间电荷测量单元、加热单元、温度控制单元、高压直流电源和脉冲发生器；所述空间电荷测量单元、加热单元和温度控制单元均设置在直流电缆上，所述高压直流电源和脉冲发生器均通过直流电缆终端和直流电缆连接。本发明通过耦合电流加热直流电缆，实现了从电缆线芯到电缆绝缘由内到外传热的温度场，模拟了直流电缆的真实工况，并通过隔热层避免了传感器承受高温。

Description

一种直流电缆空间电荷测量系统
技术领域
本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种直流电缆空间电荷测量系统。
背景技术
电声脉冲法是一种目前被广泛应用的空间电荷测量手段。电声脉冲法能够观察直流电缆绝缘在直流高场强下的空间电荷积聚行为。由于电缆通常运行在不同的温度下，电缆的线芯在满负荷运行时要达到90℃的温度，因此测量不同温度下的空间电荷具有很强的现实意义。
目前的基于电声脉冲法的空间电荷测量系统通常采用在下电极安装恒温源利用温度场传热方法加热电缆。申请号为201010216866.8的发明专利公开了一种温度可控的PEA空间电荷测试装置，采用了加热圈包覆下电极凹槽提供温度场的方式来加热被测试品；测量装置由上电极、下电极、空间电荷采集通道和温度控制测量单元组成。槽形下电极镶嵌在下电极绝缘隔板中，下电极绝缘隔板镶嵌在下电极隔板中构成下电极，压电传感器贴在槽形下电极的下表面采集空间电荷，用镀金属膜的有机玻璃柱传送的压电信号由示波器显示，温度控制测量单元的加热圈包覆在槽形下电极的外侧面加热槽形下电极给试样提供温度场，铂电阻镶嵌在槽形下电极底面内测量试样温度并通过测温仪与计算机连接。
申请号为200910259411.1的发明专利公开一种电声脉冲法空间电荷测量装置、系统及方法，该装置包括：第一电极，用于与被测绝缘材料试样的一面相接触；第二电极，用于与被测绝缘材料试样的另一面相接触；第一恒温源，用于向第一电极传导温度；第二恒温源，用于向第二电极传导温度；高压直流电源，用于向第一电极传输高压直流电；脉冲发生器，用于向第一电极传送高压脉冲信号；压电传感器，用于检测被测绝缘材料试样受到两电极间的温度梯度场、高压电场和高压电脉冲作用后产生的声信号，并将声信号转换为电信号输出。本发明采用了恒温源向被测试品加热。这种采用高温源产生高温利用温度场传导加热的方式，因加热源通常被置于下电极中，所以要使传感器承受高温，而且这种加热方式是由外向内加热，与实际电缆由内向外传热过程不同，从而影响了传感器精度，并使测量情况与实际不符，导致测量结果不准确。
发明内容
针对目前采用在试品外加高温源利用温度场传导加热方法的缺点，本发明提供一种直流电缆空间电荷测量系统，通过耦合电流加热直流电缆，实现了从电缆线芯到电缆绝缘由内到外传热的温度场，模拟了直流电缆的真实工况，并通过隔热层避免了传感器承受高温。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
提供一种直流电缆空间电荷测量系统，所述系统包括空间电荷测量单元、加热单元、温度控制单元、高压直流电源和脉冲发生器；所述空间电荷测量单元、加热单元和温度控制单元均设置在直流电缆上，所述高压直流电源和脉冲发生器通过直流电缆终端和直流电缆连接。
所述空间电荷测量单元包括电缆夹具、下电极铝板、隔热层、压电传感器和示波器；所述下电极铝板上设有安装孔，直流电缆通过电缆夹具与下电极铝板固定；所述隔热层位于直流电缆和下电极铝板之间；所述压电传感器将空间电荷被脉冲发生器激励后所发出的声信号转换为电信号，所述电信号通过所述示波器输出。
所述电缆夹具的直径为10～100mm。
所述隔热层为中空长方体铝容器，长为30～100mm，宽为30～100mm，厚为2～4mm，该铝容器有冷媒注入口和流出口，可通过冷媒循环实现隔热，所述冷媒为乙醇。
所述加热单元包括耦合电流加热单元和耦合电流控制单元；所述耦合电流加热单元卡在直流电缆上，其通过耦合电流控制单元与温度控制单元的温度测量单元连接。
所述耦合电流加热单元为耦合电流线圈，所述耦合电流控制单元为调压器，通过控制调压器的输出电压，控制所述耦合电流线圈所产生的电流，进而调节所述耦合电流线圈在直流电缆上感应电流的大小。
所述温度控制单元包括温度传感器、电流传感器和温度测量单元；所述温度传感器和电流传感器均安装在直流电缆上，且均与温度测量单元连接；通过温度传感器和电流传感器分别采集直流电缆的温度和电流，温度测量单元向所述耦合电流控制单元输出信号，用于调节调压器的输出电压，从而控制直流电缆中的感应电流大小，将直流电缆加热到目标温度。
所述高压直流电源用于向直流电缆产生高压直流电；所述脉冲发生器用于向直流电缆产生脉冲信号。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明通过耦合电流加热直流电缆，实现了从电缆线芯到电缆绝缘由内到外传热的温度场，真实的模拟了直流电缆的真实工况，并通过隔热层避免了传感器承受高温，保证了传感器测量的稳定性，从而使测量结果准确稳定。
附图说明
图1是直流电缆空间电荷测量系统结构示意图；
图2是空间电荷测量单元结构示意图；
其中，1、空间电荷测量单元，2-1、耦合电流加热单元，2-2、耦合电流控制单元，3-1、温度传感器，3-2、电流传感器，3-3、温度测量单元，4、高压直流电源，5、脉冲发生器，6、直流电缆，1-1、电缆夹具，1-2、下电极铝板、1-3隔热层、1-4压电传感器，1-5示波器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
提供一种直流电缆空间电荷测量系统，所述系统包括空间电荷测量单元1、加热单元2、温度控制单元3、高压直流电源4和脉冲发生器5；所述空间电荷测量单元、加热单元2和温度控制单元3均设置在直流电缆6上，所述高压直流电源4和脉冲发生器5通过直流电缆终端和直流电缆6连接。
所述空间电荷测量单元1包括电缆夹具1-1、下电极铝板1-2、隔热层1-3、压电传感器1-4和示波器1-5；所述下电极铝板1-2上设有安装孔，直流电缆6通过电缆夹具1-1与下电极铝板1-2固定；所述隔热层1-3位于直流电缆6和下电极铝板1-2之间，用于避免直流电缆6的高温向压电传感器1-4传递，隔热层1-3采用覆盖在铝电极上的碳纤维材料，当直流电缆6表面温度不高时可以撤除；所述压电传感器1-4将空间电荷被脉冲发生器激励后所发出的声信号转换为电信号，所述电信号通过所述示波器1-5输出。
所述电缆夹具1-1的直径为10～100mm。
所述隔热层1-3为中空长方体铝容器，长为30～100mm，宽为30～100mm，厚为2～4mm，该铝容器有冷媒注入口和流出口，可通过冷媒循环实现隔热，所述冷媒为乙醇。
所述加热单元2包括耦合电流加热单元2-1和耦合电流控制单元2-2；所述耦合电流加热单元2-1卡在直流电缆6上，其通过耦合电流控制单元2-2与温度控制单元3的温度测量单元3-3连接。
所述耦合电流加热单元2-1为耦合电流线圈，所述耦合电流控制单元2-2为调压器，通过控制调压器的输出电压，控制所述耦合电流线圈所产生的电流，进而调节所述耦合电流线圈在直流电缆6上感应电流的大小。
所述温度控制单元3包括温度传感器3-1、电流传感器3-2和温度测量单元3-3；所述温度传感器3-1和电流传感器3-2均安装在直流电缆6上，且均与温度测量单元3-3连接；通过温度传感器3-1和电流传感器3-2分别采集直流电缆6的温度和电流，温度测量单元3-3向所述耦合电流控制单元2-2输出信号，用于调节调压器的输出电压，从而控制直流电缆6中的感应电流大小，将直流电缆6加热到目标温度。
所述高压直流电源4用于向直流电缆6产生高压直流电；所述脉冲发生器5用于向直流电缆6产生脉冲信号。
在采用直流电缆空间电荷测量系统测量直流电缆6的空间电荷时，启动耦合电流加热单元2-1和耦合电流控制单元2-2，待直流电缆6的温度上升到需要的温度后，控制耦合电流保持在合适的数值，保持该温度，然后启动高压直流电源4发出高压直流电，该高压直流电通过直流电缆终端输出到直流电缆线芯中，启动脉冲发生器5发出高压脉冲信号，在直流高压电场和温度场的作用下，直流电缆6绝缘中会产生空间电荷，空间电荷在受到高压脉冲激励后，会产生微小的振动，该振动产生声信号；压电传感器1-4检测到该声信号后，将该声信号转化为电信号输出示波器1-5，示波器1-5采集该信号后传递到计算机中。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种直流电缆空间电荷测量系统，其特征在于：所述系统包括空间电荷测量单元、加热单元、温度控制单元、高压直流电源和脉冲发生器；所述空间电荷测量单元、加热单元和温度控制单元均设置在直流电缆上，所述高压直流电源和脉冲发生器均通过直流电缆终端和直流电缆连接。
2.根据权利要求1所述的直流电缆空间电荷测量系统，其特征在于：所述空间电荷测量单元包括电缆夹具、下电极铝板、隔热层、压电传感器和示波器；所述下电极铝板上设有安装孔，直流电缆通过电缆夹具与下电极铝板固定；所述隔热层位于直流电缆和下电极铝板之间；所述压电传感器将空间电荷被脉冲发生器激励后所发出的声信号转换为电信号，所述电信号通过所述示波器输出。
3.根据权利要求2所述的直流电缆空间电荷测量系统，其特征在于：所述电缆夹具的直径为10～100mm。
4.根据权利要求2所述的直流电缆空间电荷测量系统，其特征在于：所述隔热层为中空长方体铝容器，长为30～100mm，宽为30～100mm，厚为2～4mm，该铝容器有冷媒注入口和流出口，可通过冷媒循环实现隔热，所述冷媒为乙醇。
5.根据权利要求1所述的直流电缆空间电荷测量系统，其特征在于：所述加热单元包括耦合电流加热单元和耦合电流控制单元；所述耦合电流加热单元卡在直流电缆上，其通过耦合电流控制单元与温度控制单元的温度测量单元连接。
6.根据权利要求5所述的直流电缆空间电荷测量系统，其特征在于：所述耦合电流加热单元为耦合电流线圈，所述耦合电流控制单元为调压器，通过控制调压器的输出电压，控制所述耦合电流线圈所产生的电流，进而调节所述耦合电流线圈在直流电缆上感应电流的大小。
7.根据权利要求1所述的直流电缆空间电荷测量系统，其特征在于：所述温度控制单元包括温度传感器、电流传感器和温度测量单元；所述温度传感器和电流传感器均安装在直流电缆上，且均与温度测量单元连接；通过温度传感器和电流传感器分别采集直流电缆的温度和电流，温度测量单元向所述耦合电流控制单元输出信号，用于调节调压器的输出电压，从而控制直流电缆中的感应电流大小，将直流电缆加热到目标温度。
8.根据权利要求1所述的直流电缆空间电荷测量系统，其特征在于：所述高压直流电源用于向直流电缆产生高压直流电；所述脉冲发生器用于向直流电缆产生脉冲信号。
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