CN103605101A - 工频分段升压试验仪 - Google Patents

Abstract

一种工频分段升压试验仪，属专用于10KV高压验电器以及35KV高压验电器进行工频高压检测的仪器。本试验仪以工频升压为基础，采用可控硅无极调压方式，并顺次级联两个升压变压器，分别输出两个区段的工频高压，专用于对10KV以及35KV高压验电器的高压检测。本发明具有电路简单、元器件少、成本低、体积小等优点，同时，具有检测方便快捷、安全等特点。

Description

工频分段升压试验仪

技术领域

本发明涉及采用工频高压对高压验电器作检测的仪器，特别是专用于10KV高压验电器以及35KV高压验电器进行工频高压检测的仪器。

背景技术

在电力系统，当输电线路和电气设备停电检修，都必须先作验电测试，在确认无危险电量时，方可开展具体工作。而实施检测的高压验电器，使用前又必须先在同等级带电体上作预试，确认验电器正常后，才可转到停电体上作测试，以判断能否开展检修工作。

但是在现场，当前端线路故障跳闸或停电检修等，使后续电路无高电压，给验电器的预试工作造成阻碍，甚至无法进行，由此留下安全隐患。那么应该怎么办呢？

针对上述问题，过去可用电子电压信号发生器替补作高压试验。但是，新颁安规重新规定：需用“工频高压发生器来确定验电器良好”，这就提出了采用工频高压做试验的必要性，面对这样的情况，我们必须考虑“工频高压发生器”的设计制作问题，以适应新的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种造价低、检测方便的工频分段升压试验仪，以专用于对10KV、35KV高压验电器进行工频高压检测。

本发明的目的是这样实现的：一种工频分段升压试验仪，220V交流电一端顺次串接开关K1、保险BX后接于可控硅KG阳极，可控硅KG阴极接于电解电容C3正极，电解电容C3负极接第一升压变压器B1初级线圈的上端，第一升压变压器B1初级线圈的下端接220V交流电另一端，电容C2一端接可控硅KG阴极，另一端接220V交流电另一端，可控硅KG阳极顺次串接电阻R、电位器W以及双向二极管D后接于可控硅KG控制极，电容C1一端接于可控硅KG阴极，另一端接于电位器W与双向二极管D的结点，第一升压变压器B1次级线圈与第二升压变压器B2初级线圈并联，第一升压变压器B1次级线圈的输出电压在1500V~4000V之间，第二升压变压器B2次级线圈的输出电压在5000V~14000V之间；还具有双组双排开关K2，第一升压变压器B1次级线圈下端接于双组双排开关K2中第一开关的左端，距第一升压变压器B1次级线圈下端100匝处抽头接于双组双排开关K2中第二开关的左端，第二升压变压器B2次级线圈下端接于双组双排开关K2中第四开关的右端，距第二升压变压器B2次级线圈下端30匝处抽头接于双组双排开关K2中第三开关的右端，双组双排开关K2中第一开关和第三开关的公共端与第二开关和第四开关的另一公共端之间串接220V单相电压表V。

所述电容C2为0.01微法、耐压500V以上的云母电容；所述电解电容C3为2200微法、耐压500V以上的电解电容。

与现有技术相比，本发明具有以下特点和优点：

1、本发明采用可控硅无极调压方式输出工频试验电压，专用于10KV及35KV高压验电器的检测，取代了采用一次性高压变压器升压的传统方式。与传统方式相比，本试验仪电路简单、元器件少、成本低、体积小等优点。

2、检测方便：通过220V单相电压表可以方便读出第一升压变压器或第二升压变压器输出电压的具体数据，并用于对10KV或35KV高压验电器检测。因此，具有方便快捷、安全等特点。

本专利以工频市电为基础，采用无极调压控制方式，在充分利用小电流的基础上，按电压等级分段设置升压变压器，既达到新安规需采用“工频高压发生器”对高压验电器检测试验的要求；又减少材料、体积、重量等，并自身就能制作，无需花钱购买。有着特殊、独到性，加上高压验电器应用广泛，市场前景看好。

附图说明

图1是本发明的电路图。

具体实施方式

1、实施设计

1.1）声光电路分析：

高压验电器试验时，运行人员用金属头对准带电体，在电压高时发出声光信号，有以下几个特点：

第一，非电能传输，工作电流极小，仅为二、三十毫安。这样的参数，采用1mm以下铜线，便可绕制升压变压器；

第二，因试验检定时间短，所以基本不发热，对绝缘层无损伤；

第三，聚氨酯漆包线耐压可达数千上万伏，合理安排匝电压时，便可以直接应用。

1.2）方案论证：

对“工频高压发生器”的研制中，本专利选用负载线路多，停电检修量大的10kV和35kV为例作新的设计特点介绍。先做电压参数计算。按照规程规定，当被检修设备的残余电压达到输电线路的15-40％时，高压验电器应发出声光信号，为此，计算出报警电压值：

10kV高压验电器：10 х（15-40）％ = 1500V-4000 V；

35kV高压验电器：35 х（15-40）％ = 5000V-14000 V；

即对10kV和35kV两个电压等级的高压验电器作试验时，当电压对应达到等号后面的电压量值，就应分别发出声光信号。

从计算数值可见，试验电压已经达到成千上万伏，所以，必须做调节、升压处理。目前，如工频耐压仪等，对所需用高电压，不论是电磁耦合还是自耦变压器，都是将所需高压一体化设计，中间抽头作试验，这样，整体化强，匝电压只一个，便于确定原、副边匝数。

但是，这种设计匝间电压高，从初匝到末匝更是数万伏之差，故，仅考虑用漆包线自身绝缘绕制线圈已经不可能，而是要加厚金属线材的绝缘包扎，线圈层间增加隔离垫片，扩大空间绝缘距离，并做密封桶式外壳，以盛装绝缘油，将铁芯、线圈总的浸泡在绝缘油中。

这样，有几大不利因数：

1、电力系统人员数据掌握不好，工艺难达要求，自身不能制作，故只能从专业变压器厂订制、购买。

2、材料用得多，体积、重量加大，到现场需配汽车等拉运，造价和运输成本增加。

3、容易出现漏油，若再发生变压器过热或绝缘损伤等故障，检查维修相当困难，仅放油、注油、干燥处理等，工期长达数日，并且极其麻烦。

所以，我们设计的要点便是不用老方法，开辟新途径。具体是按电压等级分段设计变压器，如10kV 等级的1500V-4000V试验电压，制作一台变压器，5000V-14000V制作另一台变压器，据此，将每台变压器的压差降低，减少匝间电压，适当配以线圈匝数，便可采用一般漆包线直接绕制，无需加包扎、增垫片和注入绝缘油浸泡等，材料、体积、工艺、造价都将大幅度降低，并且自己就可制作，检查维护非常方便。

1.3）电路设计：

根据方案论述，我们进行了电路设计，请见图1。图1 示出了本工频高压信号发生器的电路图，从中可以看到，仪器首先采用无极调压结构，采用可控硅KG对220V市电调压，这样，即有电路的可调性，又保证了系统工频的可靠性。

电路中，220V市电从①②端子引入，经开关K、保险BX接入，然后分两路，一路直接送往可控硅KG阳极，作为输入电源等待：另一路经电阻R、电位器W、电容C1相互串联的支路，与可控硅KG的阴极相连，形成RC振荡。振荡脉冲由双向二极管D1引向可控硅控制极，作导通角控制，如果改变电位器便可改变振荡频率，改变频率将改变导通角，改变导通角便改变可控硅输出电压。其间，无继电器结点等控制方式，所以，形成的是无极调压。

可控硅阴极经电解电容C3和市电②端子的连线接往升压变压器B1的原边，在电位器对可控硅输出电压的调节下，B1副边将输出1500-4000V的电压，此电压可在③④端子上引出，直接对10kV高压验电器进行检测。

变压器B1的付边又直接联往升压变压器B2的原边，同样经电位器调节后，在B2的副边输出5000-14000V的高电压，此电压可在⑤⑥端子上引出，直接对35kV高压验电器进行检测。

由于可控硅为半导体器件，工作中可能对220V正弦波电压削顶，即产生直流和谐波量。为此，电路中我们设计并联了耐压500V以上、容量0.01微法以下的独石或云母电容C2，以滤去高次谐波；同时串联了耐压500V、容量在2200微法以上的电解电容C3，以让50Hz工频电压顺利通过，而阻挡低次谐波甚至直流分量。由此减少工频电压的失真度，以恢复完整光滑的正弦波。

从上可见，我们将几千上万伏的试验电压分成了B1、B2两个变压器来完成，这样既方便高压验电器试验电压的引接，同时，减少各变压器的电压值，降低了绝缘要求，材料易选，减少了投资等。

2、变压器制作

2.1）变比确定：

通常仪器所用的是降压变压器，特点是原边匝数多，副边匝数少；现在，我们设计制作的是升压变压器，故结构方式倒过来，为原边匝数少，副边匝数多。

由于变压器B1的原边可以得到220V电压，我们取200V计算，在B1副边需输出1500-4000V的电压，取最大电压之比（即变比）为：4000÷200＝20；

获得变比后，我们将原边设计为100匝，则副边应绕制：100×20＝2000（匝）；

在B2变压器，由于原边是接B1的副边，采用相互最大电压值计算，变比为：14000÷4000＝3.5；

在知道变比后，我们再作分析，因为变比不大，但输入输出电压值增加，为降低每匝电压值，我们则采用多设匝数的方式予以解决。由此，我们将B2原边设计绕制为500匝，这样，每匝电压为：4000÷500＝8（V）；

副边（即次级线圈）匝数为： 500×3.5＝1750（匝）；

这在采用小线径漆包线完全能够绕制，而绝缘要求并不高，一般漆包线均能适应。

2.2）材料选取 ：

前面已述，因高压验电器工作电流非常小，仅为二、三十毫安；，另漆包线表层的聚氨酯漆耐压可达数千上万伏，并且本专利将试验高电压分段，降低了绝缘要求，各匝电压最高不到10V，故综合起来，我们选取了直径0.8毫米的漆包线作升压变压器B1、B2的线圈绕制，这样，大大有利于缩小体积和重量。

2.3）变压器绕制：

如前所述，我们选取了0.8 mm的漆包线制作变压器线圈，工艺上尽量做到平整、不重叠绕制。这样，匝与匝之间电压不到10V,每层以100匝计，来回重叠间的压差不会大于2000V，故，采用聚氨酯漆包线，不加任何隔离层，绝缘强度也足够；而1750匝，在一般塑料骨架中都能绕制装配。故所作设计合理可行。

2.4）电压测试：

叙述前，让我们先介绍一下图1 中将要用到的K2开关，K2是双排四个开关，上排⑺⑻为一个开关，⑻⑼为一个开关，⑻为公共端，下排⑽⑾为一个开关，⑾⑿为另一个开关，⑾为公共端；拨动键打向左面，⑺⑻接通，⑽⑾接通，拨动键打向右面，⑻⑼接通，⑾⑿接通，而上排与下排在电路结构上无关系，故是分开使用。

回到图1可以看到，在输出变压器B1、 B2副边的下端引接了电压测试线，B1测试线接往开关K2的⑦⑩端子，B2测试线接往开关K2的⑨⑿端子，上下排分开的公共端⑧、⑾接电压表的两侧。这样，使用中开关是双开双断，即拨向左侧时，接通B1输出，断开B2联线，测量B1段输出电压；即拨向右侧时，接通B2输出，断开B1联线，测量B2段输出电压。由此即保证测试所需，又不会引起B1、B2电压差值冲突，甚至打火故障等。

测试的表计应选220V单相电压表，而线圈匝数的比例则通过计算获得，如：

BI输出电压4000V，要降到200V测试，则比例关系是：200÷4000＝0.05；

则匝数为：2000×0.05＝100（匝）；

即在下端100匝处抽头，即可实现测试目的。

B2输出电压14000V，要降到200V测试，则比例关系是：200÷14000＝0.014；

则匝数是：1750×0.014＝24.5（匝）；

即可在下端25匝处抽头，即可实现测试目的。

根据计算处理，可购置安装交流电压表。需注意的是，使用中需将表上读数除以测量比——B1是0.05、B2是0.014，方可回到原始电压值。小数计算麻烦一点，但借助计数器也是容易做到的；当然，也可引入单片微机技术，采用软件编程方法，即可计算显示电压试验数据，走智能化、自动化路子，效果将会更好。

最后，图1右面的省略号表示分段升压试验的方法还可推广延续，向更高的电压等级发展。

Claims (2)

1.一种工频分段升压试验仪，其特征是，220V交流电一端顺次串接开关K1、保险BX后接于可控硅KG阳极，可控硅KG阴极接于电解电容C3正极，电解电容C3负极接第一升压变压器B1初级线圈的上端，第一升压变压器B1初级线圈的下端接220V交流电另一端，电容C2一端接可控硅KG阴极，另一端接220V交流电另一端，可控硅KG阳极顺次串接电阻R、电位器W以及双向二极管D后接于可控硅KG控制极，电容C1一端接于可控硅KG阴极，另一端接于电位器W与双向二极管D的结点，第一升压变压器B1次级线圈与第二升压变压器B2初级线圈并联，第一升压变压器B1次级线圈的输出电压在1500V～4000V之间，第二升压变压器B2次级线圈的输出电压在5000V～14000V之间；还具有双组双排开关K2，第一升压变压器B1次级线圈下端接于双组双排开关K2中第一开关的左端（10），距第一升压变压器B1次级线圈下端100匝处抽头接于双组双排开关K2中第二开关的左端（7），第二升压变压器B2次级线圈下端接于双组双排开关K2中第四开关的右端（12），距第二升压变压器B2次级线圈下端30匝处抽头接于双组双排开关K2中第三开关的右端（9），双组双排开关K2中第一开关和第三开关的公共端（8）与第二开关和第四开关的另一公共端（11）之间串接220V单相电压表V。

2.根据权利要求1所述的工频分段升压试验仪，其特征是，所述电容C2为0.01微法、耐压500V以上的云母电容；所述电解电容C3为2200微法、耐压500V以上的电解电容。