CN107192931B - 一种高压脉冲电容器与开关综合实验平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压脉冲电容器与开关综合实验平台，包括：主回路测试模块，用于放置被测试部件，将被测部件连接入测试回路进行测试；直流局放测试模块，用于诊断高压脉冲电容器在高电压过程中产生的直流局部放电信号；重频触发电源模块，用于触发控制主回路测试模块中的高压开关；直流测量及高压接地开关，用于高压脉冲电容器的高压直流监测和安全接地；气体处理单元模块，用于高压开关的气体循环与处理；放电参数检测及判断模块，用于监测高压脉冲电容器与开关的参数；总控单元模块，用于将数据进行集中化处理，保证实验平台中的自动化运行，实现了通过本试验平台能够自动化高效的对高压脉冲电容器与开关进行试验的技术效果。

Description

一种高压脉冲电容器与开关综合实验平台

技术领域

本发明设计电气工程领域，具体地，涉及一种高压脉冲电容器与开关综合实验平台。

背景技术

近年来随着高压电气、脉冲功率技术等领域的发展，对高压脉冲电容器的寿命、参数等要求越来越高。除高电压、低电感、低内阻参数要求外，对重频和寿命也提出了更高的要求，而这些电容器、开关的参数测试成为突出问题，一般电容器厂家不具备高压大电流测试能力，并且该系列参数测试的获取、连续测试都是有很大挑战，并且属于特种作业，安全风险较高。

而现有技术中的高压脉冲电容器与开关测试存在难于实现、无法实现全自动化，并且没有成熟产品。专业的科研人员在测试工作中，安全风险高、劳动强度大、参数测试实时性和连续性差。固在高压脉冲电容器、开关等器件的研究、生产、试验、可靠性评估方面，均迫切需要一种全自动的高压脉冲电容器与开关的测试平台与综合测试技术。

综上所述，本申请发明人在实现本申请发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：在现有技术中，现有的压脉冲电容器与开关测试存在难于实现，自动化程度较低的技术问题。

发明内容

本发明目的是提供了一种高压脉冲电容器与开关综合实验平台，解决了现有的压脉冲电容器与开关测试存在难于实现、自动化程度较低的技术问题，通过本试验平台能够自动化高效的对高压脉冲电容器与开关进行试验。

为实现上述目的，本申请提供了一种高压脉冲电容器与开关综合实验平台，所述实验平台包括：

主回路测试模块，用于放置被测试部件，将被测部件连接入测试回路进行测试；

直流局放测试模块，用于诊断高压脉冲电容器在高电压过程中产生的直流局部放电信号；

重频触发电源模块，用于触发控制主回路测试模块中的高压开关；

直流测量及高压接地开关，用于高压脉冲电容器的高压直流监测和安全接地；

气体处理单元模块，用于高压开关的气体循环与处理；

放电参数检测及判断模块，用于监测高压脉冲电容器与开关的放电电流、电压、震荡周期、阻尼系数；

总控单元模块，用于将实验平台中的模块的参数进行关联，将实验平台中的模块进行组态，将数据进行集中化处理，保证实验平台中的自动化运行。

其中，本申请的原理为：在主回路模块中，放置高压脉冲电容器、高压开关、高能电阻等器件，被测试器件以同轴的形式被装入主回路测试模块中。当对两个电容器样品进行试验，充电分别为正负高压；当对一个电容器进行试验时，充电为单极性高压。当高压电容器样品被加载上高压后，高压开关收到来自重频触发电源模块的触发脉冲，开关开通，高压脉冲电容器上的电荷加载至负载电阻上，完成一个周期的脉冲放电过程。在该过程中，放电参数检测及判断模块将收集放电周期中的有用参数，并进行处理和存储。在连续试验过程中，直流局放测试模块实时监测电容器局部放电信息，温度监控模块实时监控器件的温度，气体处理单元模块实时过滤开关中的气体，直流测量及高压接地开关模块实时监测电容器充电电压，当体统停止运行时或发生紧急情况是，高压接地开关动作，将系统保护接地。

进一步的，所述实验平台还包括高压恒流充电电源模块，高压恒流充电电源模块用于对高压脉冲电容器进行充电；所述主回路测试模块还用于实现气体或液体的绝缘密封。

进一步的，所述实验平台还包括温度监控单位，用于对实验平台部件进行温度监控。

进一步的，主回路测试模块用于放置测试回路中被测试部件，主回路测试模块内自下而上，分别放置电流线圈、水冷型高能电阻负载、第一高压电容器样品、高压开关、第二高压电容器样品、接地设备，对两个高压电容器样品充电分别为正负高压，或仅接入一个高压电容器样品时，充电为单极性高压；当高压电容器样品被加载上高压后，高压开关收到来自重频触发电源模块的触发脉冲，开关开通，高压脉冲电容器上的电荷加载至负载电阻上，完成一个周期的脉冲放电过程。

进一步的，直流局放测试模块通过锥形收集极，将高压脉冲电容器产生的局部放电超声信号收集、集中至超声波传感器处，超声波传感器将信号传回信号处理端，进行局放信息诊断。

进一步的，重频触发电源模块用于触发高压开关使其导通，重频触发电源模块通过主回路测试模块中的气体密封型的高压连接器，将高电压连接至高压脉冲电容器的充电电极上；重频触发电源模块通过固态开关将脉冲加载至脉冲变压器上，脉冲变压器将电压进行升压，得到高压脉冲，高压脉冲通过多级磁开关电路进行脉冲压缩，最终实现触发信号。

进一步的，直流测量及高压接地开关用于高压脉冲电容器的高压直流监测和安全接地，其中直流测量和高压接地的高压端连接高压脉冲电容器和高压直流充电电源，当高压直流加载至高压脉冲电容器的同时，也加载至直流测量和高压接地开关的高压端进行监测，当放电、故障急停时，接地开关动作，将高压直流通过接地开关的泄放回路进行电荷泄放。

进一步的，气体处理单元模块用于高压长寿命开关的气体循环与处理，利用气管串联回路将高压气体开关中的绝缘气体进行导入和导出，导出后进行过滤处理，将气体中的碳化物过滤掉，再运输回开关。

进一步的，放电参数检测及判断模块通过电流线圈，采集到放电波形，波形通过电缆传输至总控单元模块，总控单元模块将数据进行处理，得到回路放电电流、放电反峰、回路电感、回路内阻信息。

进一步的，所述实验平台还包括参数测试模块，参数测试模块包括：屏蔽外壳、连接端盖、B-dot探头、放电间隙，参数测试模块连接单个或多个高压脉冲电容器，高压脉冲电容器的充电线通过屏蔽外壳中的条型槽中引出进行充电；高压脉冲电容器端部设置开关间隙，B-dot探头安装在屏蔽外壳上，并可根据高压脉冲电容器位置进行滑动；当外引出高压充电线加载上高压，达到间隙击穿电压时，B-dot探头测试到信号，将信号进行积分，得到电容回路的短路测试信号，再减去已知的回路参数和开关参数，得到被测试的高压脉冲电容器参数。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明的主回路腔体采用同轴结构，内部器件的放于中间，有效的降低了测试平台的结构电感，可实现更大的电流，由于腔体进行了密封，可以存储气体或者液体介质进行绝缘，可以承受更高的电压。采用重频触发电源模块，可对开关进行连续长寿命触发，从而可实现长寿命工作。直流局放测试模块采用超声局放测试方法，将局放超声播过锥形收集器将其传输至超声波传感器，得到实时的结果。直流测量及高压接地开关可自动读取充电数据、工作期间发生故障或异常，高压接地开关可迅速实现保护接地。参数测试模块在低压情况下，可实现电容器与开关的精细化参数测试，得到被测试的高压脉冲电容器的准确参数。采用了总控单元模块，将多个子模块数据同步完成了平台的智能化操作，自动化程度高。

本发明具有脉冲电压与脉冲电流产生能力强、试验测试范围宽、寿命长、综合测试参数齐全、自动化程度高优点。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1是本申请中高压脉冲电容器与开关综合实验平台的组成示意图；

图2是本申请中高压脉冲电容器与开关综合实验外壳示意图。

具体实施方式

本发明目的是提供了一种高压脉冲电容器与开关综合实验平台，解决了现有的压脉冲电容器与开关测试存在难于实现，自动化程度较低的技术问题，实现了通过本试验平台能够自动化高效的对高压脉冲电容器与开关进行试验的技术效果。

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

请参考图1-图2，本申请提供了高压脉冲电容器与开关综合实验平台包含主回路测试模块、直流局放测试模块、重频触发电源模块、直流测量及高压接地开关、高压恒流充电电源模块、气体处理单元模块、放电参数检测及判断模块、温度监控单位、总控单元模块。其他子模块均围绕主模块连接，如结构连接示意图所示，总控单元将所有模块进行组态，将所有数据进行集中化处理。

本发明将直流测量及高压接地开关、高压恒流充电电源模块、气体处理单元模块、放电参数检测及判断模块、温度监控单位、总控单元模块进行有机整合，形成自动化测试系统。本发明利用组态方式，通过级联变压器组、分布式变压器与本地变压器，完成电压多路分配与隔离，各个本地变压器得到的交流信号经整流稳压电路整流滤波后，得到直流电。

高压脉冲电容器与开关综合实验平台主要用于核物理、高能物理、脉冲功率技术、电力电子技术、高压电气技术等领域。适用于高压脉冲电容器、高压脉冲开关、高压脉冲电阻等器件的综合测试。如寿命测试、性能测试、例行试验、出厂试验、元器件筛选试验、可靠性评估测试等。

主回路测试模块用于放置测试回路中被测试的核心部件，连接电容、开关、电阻等，作为一个低电感、低内阻的测试回路，并实现气体或液体绝缘密封；主回路测试模块为同轴密封结构，将开关、电容、电阻、充电、测试集成在一个绝缘腔体中，端部有快速打开旋钮结构。

直流局放测试模块用于诊断高压脉冲电容器在耐受高电压过程中，产生的直流局部放电信号；

重频触发电源模块用于触发控制主回路控制模块中的高压开关；

高压恒流充电电源模块用于电容器的充电；

直流测量及高压接地开关用于高压脉冲电容器的高压直流监测和安全接地；

气体处理单元模块用于高压长寿命开关的气体循环与处理；

放电参数检测及判断模块用于监测电容器与开关的放电电流、电压、震荡周期、阻尼系数等；

温度监控单位采用光纤温度探头与传感器，通过非电接触的形式，进行核心部件的温度监控；

精细化参数测试模块通过整体式屏蔽结构，设置B-dot测试探头，以最小的方式围绕单个或多个电容器，中间设置低内感、低内阻小放电开关间隙，直接测试电容器最小回路的精细化参数。

总控单元模块将所有模块的参数进行关联，整系统进行组态，保证装置的全自动化运行。

主回路测试模块用于放置测试回路中被测试的核心部件，主模块内自下而上，分别放置电流线圈、水冷型高能电阻负载、#1高压电容器样品、高压长寿命开关、#2高压电容器样品、接地，对两个电容充电分别为正负高压。也可只接入一个高压电容器，充电为单极性高压。当电容器被加载上高压后，高压长寿命开关收到来自触发模块的触发脉冲，开关开通，高压脉冲电容器上的电荷加载至负载电阻上，完成一个周期的脉冲放电过程，实现一次考核工作；

直流局放测试模块用于诊断高压脉冲电容器在耐受高电压过程中，产生的直流局部放电，该模块通过锥形收集极，将高压脉冲电容器产生的局部放电超声信号收集、集中至超声波传感器处，超声波传感器将信号传回信号处理端，进行局放信息诊断；

重频触发电源模块用于触发控制主回路控制模块中的高压开关，使之在规定的条件下导通，该模块通过主回路测试模块中的一个气体密封型的高压连接器，将高电压连接至高压脉冲电容器的充电电极上。其内部包固态开关、脉冲变压器、磁开关等，通过固态开关将低压、大电流、宽脉宽的脉冲加载至脉冲变压器上，脉冲变压器将电压进行升压，得到高压脉冲。高压脉冲通过多级磁开关电路进行脉冲压缩，最终实现快脉冲、窄脉宽的高压大电流触发信号；

高压恒流充电电源模块用于电容器的充电，以一种优选的充电方式——恒流恒压的工作模式对高压电容器进行充电，其高压充电端与电容器电极和直流测量及高压接地开关高压端直接相连；

直流测量及高压接地开关用于高压脉冲电容器的高压直流监测和安全接地，其中直流测量和高压接地的高压端连接电容器和高压直流充电电源，当高压直流加载至电容器的同时，也加载至直流测量和高压接地开关的高压端，可进行监测，当放电、故障急停时，接地开关动作，将高压直流通过接地开关的泄放回路进行电荷泄放，保证电容器上无残余高电压；

气体处理单元模块用于高压长寿命开关的气体循环与处理，利用气管串联回路将高压气体开关中的绝缘气体进行导入和导出，导出后通过物理与化学的方式进行过滤处理，将气体中的碳化物等过滤掉，再运输回开关，保证开关的性能与长寿命可靠运行；

放电参数检测及判断模块通过电流线圈，采集到放电波形，波形通过电缆传输至信号处理模块，模块将数据进行处理，得到回路放电电流、放电反峰、回路电感、回路内阻等关键信息；

温度监控单位优选采用光纤温度探头与传感器，通过光纤测温光纤，引入贴合在需要被测试的对象的位置，如负载电阻、电容、开关等。光纤将信号传输至模块端，进行温度参数提取，再通过信号传输线传输至总控平台；

精细化参数测试模块由整体式屏蔽外壳、快速连接端盖、B-dot探头、放电间隙构成，以最小回路电感的方式连接单个或多个电容器，在电容器充电引出充电线，通过屏蔽外壳中的长条槽中引出，进行充电。在电容器端部设置低内感、低内阻小放电开关间隙，在屏蔽外壳处安装B-dot，并可根据电容器位置进行滑动。当外引出高压充电线加载上高压，达到间隙击穿电压时，B-dot探头测试到信号，将信号进行积分，得到电容回路的短路测试信号，再减去已知的回路参数和开关参数，可得到被测试的高压脉冲电容器的精细化参数；

总控单元模块将所有模块的参数进行关联，将各模块的输入或输出信号进行组态，并进行实时监控，存储有效数据，并实现安全连锁控制，保证装置的全自动化运行。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种高压脉冲电容器与开关综合实验平台，其特征在于，所述实验平台包括：

主回路测试模块，用于放置被测试部件，将被测部件连接入测试回路进行测试；

直流局放测试模块，用于诊断高压脉冲电容器在高电压过程中产生的直流局部放电信号；

重频触发电源模块，用于触发控制主回路测试模块中的高压开关；

直流测量及高压接地开关，用于高压脉冲电容器的高压直流监测和安全接地；

气体处理单元模块，用于高压开关的气体循环与处理；

放电参数检测及判断模块，用于监测高压脉冲电容器与开关的放电电流、电压、震荡周期、阻尼系数；

总控单元模块，用于将实验平台中的模块的参数进行关联，将实验平台中的模块进行组态，将数据进行集中化处理，保证实验平台中的自动化运行；

其中，主回路测试模块用于放置测试回路中被测试部件，主回路测试模块内自下而上，分别放置电流线圈、水冷型高能电阻负载、第一高压电容器样品、高压开关、第二高压电容器样品、接地设备，对两个高压电容器样品充电分别为正负高压，或仅接入一个高压电容器样品时，充电为单极性高压；当高压电容器样品被加载上高压后，高压开关收到来自重频触发电源模块的触发脉冲，开关开通，高压脉冲电容器上的电荷加载至负载电阻上，完成一个周期的脉冲放电过程；

直流局放测试模块通过锥形收集器，将高压脉冲电容器产生的局部放电超声信号收集、集中至超声波传感器处，超声波传感器将信号传回信号处理端，进行局放信息诊断；

重频触发电源模块用于触发高压开关使其导通，重频触发电源模块通过主回路测试模块中的气体密封型的高压连接器，将高电压连接至高压脉冲电容器的充电电极上；重频触发电源模块通过固态开关将脉冲加载至脉冲变压器上，脉冲变压器将电压进行升压，得到高压脉冲，高压脉冲通过多级磁开关电路进行脉冲压缩，最终实现触发信号。

2.根据权利要求1所述的高压脉冲电容器与开关综合实验平台，其特征在于，所述实验平台还包括高压恒流充电电源模块，高压恒流充电电源模块用于对高压脉冲电容器进行充电；所述主回路测试模块还用于实现气体或液体的绝缘密封。

3.根据权利要求1所述的高压脉冲电容器与开关综合实验平台，其特征在于，所述实验平台还包括温度监控单位，用于对实验平台部件进行温度监控。

4.根据权利要求2所述的高压脉冲电容器与开关综合实验平台，其特征在于，直流测量及高压接地开关用于高压脉冲电容器的高压直流监测和安全接地，其中直流测量和高压接地的高压端连接高压脉冲电容器和高压直流充电电源，当高压直流加载至高压脉冲电容器的同时，也加载至直流测量和高压接地开关的高压端进行监测，当放电、故障急停时，接地开关动作，将高压直流通过接地开关的泄放回路进行电荷泄放。

5.根据权利要求1所述的高压脉冲电容器与开关综合实验平台，其特征在于，气体处理单元模块用于高压长寿命开关的气体循环与处理，利用气管串联回路将高压气体开关中的绝缘气体进行导入和导出，导出后进行过滤处理，将气体中的碳化物过滤掉，再运输回开关。

6.根据权利要求1所述的高压脉冲电容器与开关综合实验平台，其特征在于，放电参数检测及判断模块通过电流线圈，采集到放电波形，波形通过电缆传输至总控单元模块，总控单元模块将数据进行处理，得到回路放电电流、放电反峰、回路电感、回路内阻信息。

7.根据权利要求1所述的高压脉冲电容器与开关综合实验平台，其特征在于，所述实验平台还包括参数测试模块，参数测试模块包括：屏蔽外壳、连接端盖、B-dot探头、放电间隙，参数测试模块连接单个或多个高压脉冲电容器，高压脉冲电容器的充电线通过屏蔽外壳中的条型槽中引出进行充电；高压脉冲电容器端部设置开关间隙，B-dot探头安装在屏蔽外壳上，并可根据高压脉冲电容器位置进行滑动；当外引出高压充电线加载上高压，达到间隙击穿电压时，B-dot探头测试到信号，将信号进行积分，得到电容回路的短路测试信号，再减去已知的回路参数和开关参数，得到被测试的高压脉冲电容器参数。