CN103809094A

CN103809094A - 超长电缆耐压现场试验防护装置

Info

Publication number: CN103809094A
Application number: CN201410060075.9A
Authority: CN
Inventors: 臧涛成; 樊斌; 程新利; 周洪; 刘晓庄; 朱爱敏
Original assignee: Suzhou University of Science and Technology
Current assignee: Suzhou University of Science and Technology
Priority date: 2014-02-24
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2014-05-21

Abstract

本发明涉及一种超长电缆耐压现场试验防护装置，其用于与电缆高压试验设备相配合，包括与谐振电抗器高压输出端相电连接用于实现电缆高压试验设备高压信号与低压信号隔离的光纤隔离模块、与光纤隔离模块相串口通信的单片机、输入端与单片机相连接输出端与变频电源相电连接的D/A转换电路，主控计算机通过蓝牙模块与单片机相控制连接。本发明通过采用光纤隔离模块实现高压信号与低压信号的隔离，从而在超长电缆大容量高压放电时能够有效保护控制设备；通过采用蓝牙模块实现主控计算机与单片机的通信控制，从而实现主控计算机与高压试验设备的隔离，在超长电缆大容量高压放电时能够有效保护试验人员。

Description

超长电缆耐压现场试验防护装置

技术领域

本发明涉及自动化控制及高压测试设备领域，具体涉及一种超长电缆耐压现场试验防护装置。

背景技术

变频串联谐振高压试验设备用于长电缆现场耐压试验，该试验设备由变频电源10、励磁变压器20、谐振电抗器30、电容分压器40、主控计算机50等几部分组成，如图1所示。在进行试验时，超长电缆60作为被试验样品与谐振电抗器串联在LC串联回路中，成为变频电源的负载。主控计算机50用于控制变频电源10的输出频率，通过调整变频电源10输出频率使LC回路谐振，在谐振频率点上获得待测电缆耐压试验所需的正弦交流高压，通过稳压控制电路使该输出高压稳定，并保持一段时间，来测试被试验样品的耐压性能。

对长电缆采用交流耐压试验需要一个巨大容量的电源，若试验的电缆越长、截面积越大，电缆试品的电容就更大，因此试验中回路上有更大的电流，需要更大的变频电源容量。目前限于变频电源容量，有些地方在电缆铺设完成后，不做现场试验；也有些地方直接利用电网供电24小时做电缆耐压现场试验，这样的试验存在两个问题，一是给电网调度带来困难，二是一旦试验失败会给电网带来冲击。

由于试验容量巨大，系统谐振电抗器和试品电缆电容中储存了巨大的能量，一旦试品电缆被击穿，能量瞬间通过接地线流向大地，巨大电流在接地线上瞬间产生一个高压压降，变频电源表面上瞬间带有高电压，损坏试验设备；同时人在地面上处于零电位，变频电源会对人产生放电，虽然时间极短，那么高的电压足以使人感的不适或直接休克。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种能够在高压放电时有效保护高压试验设备以及试验人员的防护装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种超长电缆耐压现场试验防护装置，其用于与电缆高压试验设备相配合，所述的电缆高压试验设备包括用于产生交流电并进行整流逆变的变频电源、与所述的变频电源输出端相连接对所产生交流电隔离放大的励磁变压器、与所述的励磁变压器输出端相连接的谐振电抗器、用于控制变频电源输出频率的主控计算机，待测电缆与所述的谐振电抗器串联形成LC串联回路，所述的试验防护装置包括与所述的谐振电抗器高压输出端相电连接用于实现电缆高压试验设备高压信号与低压信号隔离的光纤隔离模块、与所述的光纤隔离模块相串口通信的单片机、输入端与所述的单片机相连接输出端与所述的变频电源相电连接的D/A转换电路，所述的主控计算机通过蓝牙模块与所述的单片机相控制连接。

优化地，所述的光纤隔离模块包括相串联连接的高低压取样电容、用于采集低压电容上的交流电压并将其转换为直流信号的电压转换电路、与所述的电压转换电路输出相连接的A/D电路、与所述的单片机相串口通信的485接口以及光纤转换器。

优化地，所述的变频电源与接地之间还串联有用于在电缆高压放电时将电位差钳位在一定范围内的大功率TVS管及氧化锌阀片器件。

由于采用上述技术方案，本发明的有益效果：本发明通过采用光纤隔离模块实现高压信号与低压信号的隔离，从而在超长电缆大容量高压放电时能够有效保护控制设备；通过采用蓝牙模块实现主控计算机与单片机的通信控制，从而实现主控计算机与高压试验设备的隔离，在超长电缆大容量高压放电时能够有效保护试验人员。

附图说明

附图1为变频串联谐振高压试验设备各部分连接框图；

附图2为本发明防护装置原理框图；

附图3为本发明防护装置的光纤隔离模块原理框图；

附图4为试验设备防护装置原理分析图；

其中：10、变频电源；101、整流电路、102、逆变电路；103、反馈稳压电路；20、励磁变压器；201、励磁隔离电路；30、谐振电抗器；301、谐振升压电路；40、电容分压器；50、主控计算机；60、超长电缆；70、光纤隔离模块；701、高压取样电容；702、低压取样电容；703、电压转换电路；704、A/D电路；705、485接口；706光纤转换器；80、单片机；801、D/A电路；90、蓝牙模块。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明技术方案做详细的介绍：

图2为整个试验系统原理框图。其中，整流电路101、逆变电路102、励磁隔离电路201、谐振升压电路301以及反馈稳压电路103构成耐压试验设备。220V(或380V)的交流电压经过整流电路101后变成直流信号，系统通过周期性的开关整流后的直流信号，产生一定频率的脉宽调制信号，该信号经逆变电路102、励磁隔离电路201、谐振升压电路301最后在被试品上输出高压。

为了防止反击电压，在上述试验设备的基础上增加本发明防护装置，具体地，该防护装置包括用于隔离高压信号与低压信号的光纤隔离模块70、通过蓝牙模块90与主控计算机50之间进行通信控制的单片机80，具体介绍如下：

图3所示的为光纤隔离模块70，其包括高压取样电容701、与高压取样电容相串联的低压取样电容702、与电压取样电容702电压端连接的交流转直流电压转换电路703、用于将直流电压模拟信号转换为数字信号的A/D电路704、用于与单片机80进行串口通信的485接口705以及光纤转换器706。电压转换电路703从低压取样电容702取出交流低压后，将该电压转成直流后进A/D电路704，单片机80的串口经过485接口705后与光纤转换器706接口，单片机80控制A/D电路704采样，并通过串口将数据送给光纤转换器706发射。在光纤数据接收端，单片机80同样经串口485接口从光纤转换器接收数据。

由于试验容量巨大，系统电抗器和试品中储存了巨大的能量，一旦试品被击穿，即图4中U短路，能量瞬间通过接地线流向大地，接地线瞬间产生的巨大电流在接地线所具有的电阻R和电感L上产生一个压降，变频电源表面上瞬间带有高电压，人在地面上处于“零电位”，变频电源会对人产生放电，虽然时间极短，但是那么高的电压足以使人感到不适或直接休克。根据试验条件理论估算：当试验电压为216KV，超长电缆试品电流为120A时，负载功率为25.9MVA，瞬间放电会使得变频电源带上四千余伏至四十余万伏的电压，会造成人身伤害和设备损坏。因此，为了防止高压放电对试验人员的伤害，本发明对用于实现耐压试验设备整体控制的主控计算机50进行隔离。具体地，耐压试验设备的控制信号通过防护装置的单片机80进行直接发送，而单片机80又通过蓝牙模块90受控与主控计算机50。使用无线蓝牙通信技术，将主控计算机与变频电源分开，保证试验人员安全。即主控计算机与单片机通信，单片机控制变频电源试验，接收主控计算机命令，并向主控计算机发送试验数据。

根据上述分析，在大容量电缆试验失败电缆瞬间放电时，接地线瞬间产生的巨大电流在接地线所具有的电阻R和电感L上产生一个压降，形成较大的电位差。而瞬时较大的电位差将对人身和设备造成损坏，为了在高压放电时让整套系统元件上的电位差瞬时钳位在一定范围之内，本发明还在变频电源与接地线之间接入大功率TVS管及氧化锌阀片器件，见图4，其相当于将这些器件接在R、L两端，当大容量试验失败电缆瞬间放电时，器件的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以10-12秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数十万瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护变频电源系统中的精密元器件免受各种浪涌脉冲的损坏。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种超长电缆耐压现场试验防护装置，其用于与电缆高压试验设备相配合，所述的电缆高压试验设备包括用于产生交流电并进行整流逆变的变频电源、与所述的变频电源输出端相连接对所产生交流电隔离放大的励磁变压器、与所述的励磁变压器输出端相连接的谐振电抗器、用于控制变频电源输出频率的主控计算机，待测电缆与所述的谐振电抗器串联形成LC串联回路，其特征在于：所述的试验防护装置包括与所述的谐振电抗器高压输出端相电连接用于实现电缆高压试验设备高压信号与低压信号隔离的光纤隔离模块、与所述的光纤隔离模块相串口通信的单片机、输入端与所述的单片机相连接输出端与所述的变频电源相电连接的D/A转换电路，所述的主控计算机通过蓝牙模块与所述的单片机相控制连接。

2.根据权利要求1所述的超长电缆耐压现场试验防护装置，其特征在于：所述的光纤隔离模块包括相串联连接的高低压取样电容、用于采集低压电容上的交流电压并将其转换为直流信号的电压转换电路、与所述的电压转换电路输出相连接的A/D电路、与所述的单片机相串口通信的485接口以及光纤转换器。

3.根据权利要求1所述的超长电缆耐压现场试验防护装置，其特征在于：所述的变频电源与接地之间还串联有用于在电缆高压放电时将电位差钳位在一定范围内的大功率TVS管及氧化锌阀片器件。