CN104698350B - 一种振荡波系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种振荡波系统，包括待测电缆、振荡器发生装置、信号采集系统和工控机，其中振荡器发生装置中的空心电感包括空心绕线骨架；绝缘导线，分层绕设在空心绕线骨架上；层间绝缘层，设置在相邻的两层绝缘导线之间；密封用绝缘层，设置在空心绕线骨架上绝缘导线的最外层；屏蔽端子，分别设置在电感的上端部和下端部，用于将电感内部的导线引出；绝缘外壳，用于密封电感。在相邻的两层绝缘导线之间设置绝缘层，保证了绝缘间距，可避免电感内部放电或者电晕的产生，避免使用过程中的局部放电，保证振荡波系统正常检测；同一层上的相邻匝的绝缘导线无间隔紧密排列，可进一步缩小电感的体积和重量。

Description

一种振荡波系统

本申请是申请号为201210594359.7的分案申请；

原申请的申请日为：2012年12月31日；

原申请的发明名称为：振荡波系统。

技术领域

本发明涉及一种局部放电检测系统，具体是一种振荡波系统。

背景技术

近十年来，挤塑型电力电缆特别是交联聚乙烯(XLPE)电力电缆由于其绝缘性能好、易于制造、安装方便、供电安全可靠等优点，在城市电网中得到广泛使用。但是这种电缆的绝缘结构中往往会由于加工技术上的难度或原材料不纯而存在气隙和有害性杂质，或者由于工艺原因在绝缘介质与半导电屏蔽层之间存在间隙或半导电体向绝缘层突出，在这些气隙和杂质尖端处极易产生局部放电，同时在电力电缆的安装和运行过程当中也可能会产生各种绝缘缺陷导致局部放电。由于XLPE等挤塑型绝缘材料耐放电性较差，在局部放电的长期作用下，绝缘材料不断老化最终导致绝缘击穿，造成重大事故。研究发现，电缆的局部放电量与其绝缘状况密切相关，局部放电量的变化预示着电缆绝缘可能存在危害电缆安全运行的缺陷，因此可通过检测电缆的局部放电量评估电缆的绝缘状况。

电缆局部放电的检测方法主要有以下三种：1、工频电压下电缆局部放电检测；2、超低频电压下电缆局部放电检测；3、直流阻尼振荡电压下电缆局部放电检测；其中的方法1，由于电力电缆的电容量大，很难在现场进行工频电压下的局部放电检测；其中的方法2要求试验时间长，对电缆绝缘损伤较大，可引发电缆中的新的缺陷；其中的方法3，由于XLPE电力电缆的绝缘电阻较高，且交流和直流下电压分布差别较大，进行直流耐压试验后，在XLPE电缆中，特别是电缆缺陷处会残留大量空间电荷，电缆投运后，这些空间电荷常造成电缆的绝缘击穿事故。因此上述方法均不适合用于对挤塑型电力电缆的局部放电检测。

振荡波测试系统(OWTS，英文全称为OscillatingWaveformTestSystem)，利用电缆等值电容与电感绝缘导线的串联谐振原理，使振荡电压在多次极性变换过程中电缆缺陷处会激发出局部放电信号，通过高频耦合器测量该信号从而判断电缆的好坏。采用OWTS振荡波电缆局部放电检测和定位技术对10kV配电电缆进行测试，能够及时发现和定位潜伏性局部放电缺陷且不会对电缆造成伤害，可以大大提高供电可靠性。中国专利文献CN102565637A公开了一种基于异步双端测量的电缆振荡波局部放电检测系统，具体参见图1所示，该系统包括待测电缆及分别于待测电缆连接的振荡波发生装置及信号采集子系统，程控宽程局部放电校准仪，上位机。其中，振荡波发生装置在上位机的控制下产生阻尼振荡波，电缆两端的信号采集子系统将采集到的波形及数据交由上位机分析软件集中处理、分析，得到有无局部放电发生及局部放电量的判决，从而实现电缆局部放电的测试。

在振荡波检测系统中，振荡波电压是近年来国内外研究较多的一种用于XLPE电力电缆局部放电检测和定位的电源。该振荡波电源与交流电源等效性好，作用时间短、操作方便、易于携带，可有效检测XLPE电力电缆中的各种缺陷，且试验不会对电缆造成伤害。振荡波系统的核心是利用LC二阶电路充放电过程实现的，其中被测试电缆的等效电容值即为LC二阶电路的电容，其中的电感需要根据测试场合定制，但是现有的对电感的研究指注重电感的电感值，未充分考虑电感在振荡波检测系统实际需求：在振荡波检测系统用，待测的是电缆的局部放电，如果电感的自身存在局部放电，将严重影响对电力电缆局部放电的检测，进而影响使用效果。

发明内容

为此，本发明所要解决的是现有振荡波检测系统中的电感存在局部放电影响系统使用效果的技术问题，提供一种包括改进电感的振荡波系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种振荡波系统，包括：

待测电缆；

振荡器发生装置，与所述待测电缆串联连接；所述振荡器发生装置进一步包括高压直流电源、高压电子开关和空心电感，其中，所述空心电感、所述高压直流电源和所述待测电缆串联连接，所述高压电子开关与所述高压直流电源相连，控制所述高压直流电源的打开和关断；

信号采集系统，输入端连接在所述振荡器发生装置和所述待测电缆之间，采集所述流经所述待测电缆的电压信号并输出；

工控机，接收所述信号采集装置输出的所述电压信号并处理；

所述空心电感进一步包括：

空心绕线骨架；

绝缘导线，分层绕设在所述空心绕线骨架上，同一层上的相邻匝的绝缘导线无间隔紧密排列；

层间绝缘层，设置在相邻的两层绝缘导线之间；

密封用绝缘层，设置在所述空心绕线骨架上所述绝缘导线的最外层，用于固定绕设好的所述绝缘导线；

屏蔽端子，分别设置在所述电感的上端部和下端部，用于将所述电感内部的导线引出；

绝缘外壳，用于密封所述电感；

其中电感的电感值

电感的电阻 $R=\frac{\mathrm{NM}}{14250W^2};$

其中，N为绕制圈数，M为平均直径，B为线圈的宽度或长度，C为线圈径向厚度，W为绝缘导线的线径；电感量L的范围在0.5H-10H之间。

所述层间绝缘层为两张厚度为0.25mm的绝缘纸。

所述密封用绝缘层为经环氧树脂液体浸渍的玻璃纤维网格布。

所述屏蔽端子为各个棱角均打磨成圆角的长方体；所述端子的进线部通过安装孔与所述电感内的导线焊接；所述端子的出现部设置外部接线用丝孔。

还包括设置在所述电感下方的减震装置。

所述减震装置为弹簧，所述弹簧通过螺栓和螺母固定在所述电感的下方。

所述信号采集系统进一步包括

检测阻抗；

继电器，并联在所述检测阻抗两端；

继电器的驱动控制装置，其进一步包括：直流电源；

第一电阻R1，所述第一电阻R1的一端与直流电源的输出端相连；

三极管Q，所述三极管Q的基极与第二电阻R2相连，第二电阻R2不直接与所述基极相连的一端接控制单元；所述三极管Q的集电极与所述第一电阻R1不直接与直流电源相连的一端相连；所述三极管Q的发射极与所述继电器的控制端相连；

控制单元，接收控制振荡波系统中高压电子开关闭合的信号，并发出控制所述继电器在不晚于过冲电压到达所述检测阻抗时导通的控制信号。

所述继电器为光MOS继电器。

所述光MOS继电器进一步包括：

红外发光二极管，其正极与所述三极管Q的发射极相连，所述红外发光二极管的负极接地；

光电二极管阵列，接收所述红外发光二极管发出的红外光，产生驱动MOS管的光电压；

MOS管，接收所述光电二极管阵列产生的光电压，并在其栅极和源极间的电压上升至门槛电压时，控制继电器导通或者关断。

所述光MOS继电器为导通时间小于或者等于0.1ms且导通瞬间最大电流为30A的光MOS继电器。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明的用于振荡波系统中的相邻的两层绝缘导线之间设置绝缘层，保证了绝缘间距，可避免电感内部放电或者电晕的产生，避免使用过程中的局部放电；同一层上的相邻匝的绝缘导线无间隔紧密排列，可进一步缩小所述电感的体积和重量。同时，电感采用空心绕线骨架，最终获得空心电感的噪声低、电感值线性度好，保证了电感的线性度。

所述层间绝缘层为两张厚度为0.25mm的绝缘纸，所述密封用绝缘层为经环氧树脂液体浸渍的玻璃纤维网格布，方便加工；所述屏蔽端子的各个棱角均打磨成圆角，可避免局部尖端放电。

在所述电感的下方设置减震用弹簧，可有效吸收在高压固体开关动作瞬间瞬时电流流过电感线圈产生的电动力引起的电感震动，避免电感因震动使得信号在传递过程中出现干扰，保证电感的正常工作和系统的安全。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是中国专利文献CN102565637A公开的一种基于异步双端测量的电缆振荡波局部放电检测系统结构图；

图2本发明一个实施例的一种振荡波系统用电感的结构示意图；

图3为图2所示电感的一个实施例的制造方法流程图；

图4为本发明一个实施例的继电保护型检测阻抗结构示意图；

图5为振荡波系统中高压电子开关控制信号、高压电子开关开通情况、光MOS继电器控制信号和光MOS继电器开通情况的工作时序图。

图中附图标记表示为：1-空心绕线骨架，2－绝缘导线，3－层间绝缘层。

具体实施方式

一种振荡波系统，包括：

待测电缆；

振荡器发生装置，与所述待测电缆串联连接；所述振荡器发生装置进一步包括高压直流电源、高压电子开关和空心电感，其中，所述空心电感、所述高压直流电源和所述待测电缆串联连接，所述高压电子开关与所述高压直流电源相连，控制所述高压直流电源的打开和关断；

信号采集系统，输入端连接在所述振荡器发生装置和所述待测电缆之间，采集所述流经所述待测电缆的电压信号并输出；

工控机，接收所述信号采集装置输出的所述电压信号并处理；

参见图1所示，作为本发明一个实施例的空心电感进一步包括：

空心绕线骨架1；

绝缘导线2，分层绕设在所述空心绕线骨架1上，同一层上的相邻匝的绝缘导线2无间隔紧密排列；

层间绝缘层3，设置在相邻的两层绝缘导线2之间；本实施例中，所述层间绝缘层3为两张厚度为0.25mm的绝缘纸，方便使用；

密封用绝缘层，设置在所述空心绕线骨架1上所述绝缘导线2的最外层，用于固定绕设好的所述绝缘导线2；本实施例中，所述密封用绝缘层为经环氧树脂液体浸渍的玻璃纤维网格布；

屏蔽端子，分别设置在所述电感的上端部和下端部，用于将所述电感内部的导线引出；具体地，所述屏蔽端子为各个棱角均打磨成圆角的长方体；所述端子的进线部通过安装孔与所述电感内的导线焊接；所述端子的出现部设置外部接线用丝孔；

绝缘外壳，用于密封所述电感；

弹簧，所述弹簧通过螺栓和螺母固定在所述电感的下方，即所述绝缘外壳的下方；

其中电感的电感值

电感的电阻 $R=\frac{\mathrm{NM}}{14250W^2};$

其中，N为绕制圈数，M为平均直径，B为线圈的宽度或长度，C为线圈径向厚度，W为绝缘导线2的线径；电感量L的范围在0.5H-10H之间。

参见图4所示，所述信号采集系统进一步包括：

检测阻抗；

继电器，并联在所述检测阻抗两端；

继电器的驱动控制装置，其进一步包括：

直流电源；

第一电阻R1，所述第一电阻R1的一端与直流电源的输出端相连；

三极管Q，所述三极管Q的基极与第二电阻R2相连，第二电阻R2不直接与所述基极相连的一端接控制单元；所述三极管Q的集电极与所述第一电阻R1不直接与直流电源相连的一端相连；所述三极管Q的发射极与所述继电器的控制端相连；

控制单元，接收控制振荡波系统中高压电子开关闭合的信号，并发出控制所述继电器在不晚于过冲电压到达所述检测阻抗时导通的控制信号。

作为上述实施例的具体实施方式，所述继电器为光MOS继电器，所述光MOS继电器进一步包括：

红外发光二极管，其正极与所述三极管Q的发射极相连，所述红外发光二极管的负极接地；

光电二极管阵列，接收所述红外发光二极管发出的红外光产生驱动MOS管的光电压；

MOS管，接收所述光电二极管阵列产生的光电压，并在其栅极和源极间的电压上升至门槛电压时，控制继电器导通或者关断。

作为具体实施方式，所述光MOS继电器为导通时间小于或者等于0.1ms且导通瞬间最大电流为30A的光MOS继电器。

作为本发明的一种具体实施方式，所述高压电子开关控制信号、高压电子开关开通情况、光MOS继电器控制信号和光MOS继电器开通情况的工作时序图参见图5所示，在所述三极管Q的基极为高电平时，三极管Q导通，Vcc经第一电阻R1、继电器内部红外发光二极管形成回路，发光二极亮，光电二极管阵列将光转换成电信号，控制MOS管导通，表现为继电器“吸合”，即光MOS固态继电器开关闭合。

通过三极管Q扩流和间接控制光MOS固态继电器的开通，三极管Q的基极只需要微安级电流就可以控制三极管Q工作，可以达到便于控制、驱动方便并且由于集电极电流较大可以加快继电器的开通时间和效率。至于加入三极管Q等分立器件后造成的时间延时可以通过所述控制单元计算在给控制信号时予以消除。

作为上述实施例的变形，所述光MOS继电器可为现有技术中的其它结构的光MOS继电器或者现有技术中的其它继电器代替，只要能受控在过冲电压到来前导通即可，均能实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。

作为上述实施例的变形，作为减震装置的所述弹簧可为现有技术中的其它有弹性件代替，比如弹性垫片，同样能实现本发明的目的，属于本发明的保护范围。

本发明的用于振荡波系统中的相邻的两层绝缘导线2之间设置绝缘层，保证了绝缘间距，可避免电感内部放电或者电晕的产生，避免使用过程中的局部放电；同一层上的相邻匝的绝缘导线2无间隔紧密排列，可进一步缩小所述电感的体积和重量。同时，电感采用空心绕线骨架1，最终获得空心电感的噪声低、电感值线性度好，保证了电感的线性度。

所述层间绝缘层3为两张厚度为0.25mm的绝缘纸，所述密封用绝缘层为经环氧树脂液体浸渍的玻璃纤维网格布，方便加工；所述屏蔽端子的各个棱角均打磨成圆角，可避免局部尖端放电。

在所述电感的下方设置减震用弹簧，可有效吸收在高压固体开关动作瞬间瞬时电流流过电感线圈产生的电动力引起的电感震动，避免电感因震动使得信号在传递过程中出现干扰，保证电感的正常工作和系统的安全。

同时，提供上述振荡波系统用电感的一种制作方法，参见图3所示，所述方法包括如下步骤：

S1:按照如下方式绕线:

采用密绕法将绝缘导线2分层绕设在空心绕线骨架1上；

在相邻两层绝缘导线2之间设置层间绝缘层3；

在绕制完成的所述空心绕线骨架1上所述绝缘导线2的最外层设置密封用绝缘层；

所述绝缘导线2的两端分别在所述电感的上端部和下端部伸出；

S2:屏蔽端子连接：所述屏蔽端子对应地设置在所述电感的上端部和下端部，将所述电感内部的导线分别与屏蔽端子内侧的进线端子连接；还包括将所述屏蔽端子的各个棱角均打磨成圆角的步骤；

S3:将连接好端子后的所述电感与其浇注用模具装配成一体；

S4:将装配好的电感放入烘箱烘干；

S5:对烘干后的所述电感进行抽真空处理，并在真空环境下浇注环氧树脂；

S6:脱模；

S7:对脱模后的所述电感的浇注外表面进行打磨；

S8:对打磨后的所述电感加装绝缘外壳；

S9:加装减震装置的步骤：所述减震装置为弹簧；所述弹簧经由螺栓和螺母固定在所述外壳上。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种振荡波系统，其特征在于，包括：

待测电缆；

振荡器发生装置，与所述待测电缆串联连接；所述振荡器发生装置进一步包括高压直流电源、高压电子开关和空心电感，其中，所述空心电感、所述高压直流电源和所述待测电缆串联连接，所述高压电子开关与所述高压直流电源相连，控制所述高压直流电源的打开和关断；

减震装置，所述减震装置设置在所述空心电感的下方；

信号采集系统，输入端连接在所述振荡器发生装置和所述待测电缆之间，采集流经所述待测电缆的电压信号并输出；

工控机，接收所述信号采集系统输出的所述电压信号并处理；

其中，所述信号采集系统进一步包括：

检测阻抗；

继电器，并联在所述检测阻抗两端；

继电器的驱动控制装置，其进一步包括：直流电源；第一电阻R1，所述第一电阻R1的一端与直流电源的输出端相连；三极管Q，所述三极管Q的基极与第二电阻R2相连，第二电阻R2不直接与所述基极相连的一端接控制单元；所述三极管Q的集电极与所述第一电阻R1不直接与直流电源相连的一端相连；所述三极管Q的发射极与所述继电器的控制端相连；

控制单元，接收控制振荡波系统中高压电子开关闭合的信号，并发出控制所述继电器在不晚于过冲电压到达所述检测阻抗时导通的控制信号；

其中，所述空心电感进一步包括：

空心绕线骨架；

绝缘导线，分层绕设在所述空心绕线骨架上，同一层上的相邻匝的绝缘导线无间隔紧密排列；

层间绝缘层，设置在相邻的两层绝缘导线之间；

密封用绝缘层，设置在所述空心绕线骨架上所述绝缘导线的最外层，用于固定绕设好的所述绝缘导线；

屏蔽端子，分别设置在所述空心电感的上端部和下端部，用于将所述空心电感内部的导线引出；

绝缘外壳，用于密封所述电感；

其中电感的电感值 $L=\frac{\left(7.87N^2{M}^2\right)}{(3M+9B+10C)};$

电感的电阻 $R=\frac{NM}{14250W^2};$

其中，N为绕制圈数，M为平均直径，B为线圈的宽度或长度，C为线圈径向厚度，W为绝缘导线的线径；电感值L的范围在0.5H-10H之间。

2.根据权利要求1所述的一种振荡波系统，其特征在于，所述层间绝缘层为两张厚度为0.25mm的绝缘纸。

3.根据权利要求1或2所述的一种振荡波系统，其特征在于，所述密封用绝缘层为经环氧树脂液体浸渍的玻璃纤维网格布。

4.根据权利要求3所述的一种振荡波系统，其特征在于，所述屏蔽端子为各个棱角均打磨成圆角的长方体；所述端子的进线部通过安装孔与所述电感内的导线焊接；所述端子的出线部设置外部接线用丝孔。

5.根据权利要求1所述的一种振荡波系统，其特征在于，所述继电器为光MOS继电器。

6.根据权利要求5所述的一种振荡波系统，其特征在于，所述光MOS继电器进一步包括：

红外发光二极管，其正极与所述三极管Q的发射极相连，所述红外发光二极管的负极接地；

光电二极管阵列，接收所述红外发光二极管发出的红外光，产生驱动MOS管的光电压；

MOS管，接收所述光电二极管阵列产生的光电压，并在其栅极和源极间的电压上升至门槛电压时，控制继电器导通或者关断。

7.根据权利要求6所述的一种振荡波系统，其特征在于，所述光MOS继电器为导通时间小于或者等于0.1ms且导通瞬间最大电流为30A的光MOS继电器。

8.根据权利要求1所述的一种振荡波系统，其特征在于，所述减震装置为弹簧，所述弹簧通过螺栓和螺母固定在所述空心电感的下方。