CN110824345A - 基于无线控制技术的便携式10kV隔离开关交流耐压试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高压电气试验技术领域，尤其涉及基于无线控制技术的便携式10kV隔离开关交流耐压试验装置。本发明电池模块与SPWM调制变频电源模块通过电缆相连，SPWM调制变频电源模块与励磁变压器模块通过电缆相连；励磁变压器模块一端接地，另一端与电抗器模块输入端串连；电抗器模块输出端同时和电容式分压器模块高压臂输入端、被试隔离开关输入端相连；分压器模块接地端接地，被试隔离开关接地端接地；分压器模块低压臂将信号反馈到变频电源模块；引出电缆电容为电缆的对地电容；SPWM调制变频电源模块以无线通信方式与手持式无线控制器连接；各模块各自独立，集成于试验箱中。本发明有效克服了在交流耐压试验现场难以供电的问题。
Description
技术领域
本发明属于高压电气试验技术领域，尤其涉及一种基于无线控制技术的便携式10kV隔离开关交流耐压试验装置。
背景技术
随着我国经济社会的不断发展和智能电网关键技术的长足进步，日益增长的电力能源需求对坚强、可靠、智能电网提出了更高的要求。电气设备试验工作是保证电气设备安全运行的前提，也是保证电气设备安全运行中的一项最基本、最重要的工作。而交流耐压试验就是电气试验工作中最重要的一环。它对高压变压器，高压开关等电气设备施加一定的电压，并保持一定时间，以考验高压电气设备绝缘水平及承受过电压的能力，从而保证超高压电气设备的安全运行。
目前国内常用的现场高压电气设备交流耐压试验装置主要针对66kV-500kV变电站内部的高压设备进行设备试验，若采用此类电压等级的交流耐压试验装置对10kV中压配电网设备进行耐压测试，特别是10kV配网现场柱上高压隔离开关等设备交流耐压试验，则存在现场取电源困难，无法根据具体被试配网设备容量选择相应的单元，设备笨重需吊车安装，携带不方便，安全性低等诸多问题。
目前国内尚无基于无线控制技术的便携式10kV隔离开关交流耐压试验装置。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于无线控制技术的便携式10kV隔离开关交流耐压试验装置。其目的是为了解决10kV配网线路现场高压隔离开关等设备交流耐压试验存在现场取电源困难，无法根据具体被试配网设备容量选择相应的单元，设备笨重需吊车安装，携带不方便，安全性低等诸多问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
基于无线控制技术的便携式10kV隔离开关交流耐压试验装置，电池模块与SPWM调制变频电源模块通过电缆相连接，SPWM调制变频电源模块与励磁变压器模块通过电缆相连；励磁变压器模块二次输出端一端接地，另一端与电抗器模块的输入端串连；所述电抗器模块的输出端同时和电容式分压器模块的高压臂输入端、被试隔离开关的输入端相连接；分压器模块的接地端接地，被试隔离开关的接地端接地；分压器模块低压臂将信号反馈到变频电源模块；引出电缆电容为电缆的对地电容；SPWM调制变频电源模块通过无线通信方式与手持式无线控制器连接；上述各模块各自独立，集成于试验箱中。
所述电池模块为48V锂电池，48V锂电池模块为整机提供工作电源。
所述SPWM调制变频电源模块具备2.4G无线通信功能，提供不同的交流正弦电压及频率输出，在满足下式的频率下产生谐振以实现高压输出，同时将当前被试隔离开关的电压Ux以及频率值反馈到手持式无线控制器，并在液晶模块上实时显示：
上式中：f为谐振频率，π取3.1415926，L为电抗器模块的电容量，C为电容式分压器模，引出电缆电容和被试隔离开关三者电容量的相加。
所述SPWM调制变频电源模块经励磁变压器模块升压与隔离，励磁变压器模块的二次输出端经过电抗器模块相串连，并与引出电容式分压器模块、电缆电容、被试隔离开关相并联，在合适的电源频率下即实现串联谐振。
所述的电抗器模块采用无轭真空环氧浇注。
所述SPWM调制变频电源模块是由无线收发模块与CPU模块的串口相连，输入控制模块、液晶模块均与CPU模块的普通IO口相连；电压采样、电流采样均与CPU模块的AD转换口相连；过流保护与CPU模块的中断输入口相连；所述驱动模块与CPU模块的PWM输出口相连；所述电子开关与驱动模块相连；所述滤波模块与电子开关相连；上述各个模块均集成在一个电路板上，通过印刷线路条连接。
所述无线收发模块采用基于2.4G无线技术的近距离无线通信模块；所述输入控制模块采用EC11型20位脉冲带开关输入控制模块；所述液晶模块由大屏幕点阵形式液晶构成，同时显示输出电压，输出频率。
所述电压采样从电容式分压器模块低压信号输出处获取到加到被试隔离开关电压Ux经衰减后的信号，并与CPU模块的AD转换口相连，依据电容式分压器模块的实际衰减比，计算出实际被试隔离开关电源Ux的值，并显示在液晶模块上。
所述电流采样、过流保护同时监测励磁变压器模块初级线圈电流，并与CPU模块的AD转换口相连，测试出励磁变压器初级线圈电流值，显示在液晶模块上；一旦电流超过设定阈值，过流保护模块动作，触发CPU模块的中断输入，系统立即停机；
所述的CPU模块对输入的各个数据进行运算、处理；并以闭环控制方式使得被试隔离开关上的电压Ux为稳定的正弦电压；
所述驱动模块由两片IR2110型的MOS全桥驱动芯片构成，实现功率变换；
所述电子开关由4组低内阻N沟道MOS阵列构成，MOS阵列组成桥式驱动电路，每组MOS阵列由多只MOS并联；
所述滤波模块由带大功率铁硅铝电感和高压电容并联构成低通滤波电路。
基于无线控制技术的便携式10kV隔离开关交流耐压试验方法，包括如下步骤：
对被试隔离开关进行交流耐压试验时，按照相对地或外壳进行；
首先将引出电缆连接到被试验的隔离开关上，打开系统电源，通过SPWM调制变频电源模块输出初始电压，并通过励磁变压器加在被试隔离开关上；
通过O.1Hz的变化率改变输出频率值，以满足通过改变不同频率寻找系统的串联谐振频率；
待搜寻到谐振频率后，以自动升压模式和手动升压模式两种选择方式进行升压；当电压升至被试隔离开关额定试验电压42kV后，开启电压跟踪模式，直至试验结束；若被试隔离开关绝缘性能不满足要求，发生绝缘闪络而中断试验，则判别试验中断原因，并记录。
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果是：
(1)本发明能够有效克服10kV配网现场柱上高压隔离开关等设备交流耐压试验存在现场取电源困难的问题。
(2)根据具体被试配网设备容量选择相应的单元，有效减小了装置体积，改进了设备笨重需吊车安装，携带不方便的问题。
(3)采用无线控制技术使得作业人员的安全性得到了有效保障。
(4)巧妙的利用了引出电缆自身电容量与取代了传统谐振电容，减小了整机体积，在电力试验行业具有广泛的应用价值。
附图说明
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，以下实施例用于说明本发明，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明中的SPWM调制变频电源模块结构框图。
图中：电池模块1；SPWM调制变频电源模块2；励磁变压器模块3；电抗器模块4；电容式分压器模块5；引出电缆电容6；被试隔离开关7；手持式无线控制器8；无线收发模块9；输入控制模块10；液晶模块11；电压采样12；电流采样13；过流保护14；CPU模块15；驱动模块16；电子开关17；滤波模块18。
具体实施方式
本发明是一种基于无线控制技术的便携式10kV隔离开关交流耐压试验装置，如图1所示，图1是本发明的整体结构示意图。电池模块1与SPWM调制变频电源模块2通过两根电缆相连；其中，电池模块1为48V锂电池。SPWM调制变频电源模块2与励磁变压器模块3通过两根电缆相连，励磁变压器模块3输出端一端接地，另一输出端与电抗器模块4的输入端通过一根导线串连，所述电抗器模块4的输出端通过一根引出电缆，同时和电容式分压器模块5的高压臂输入端，被试隔离开关7输入端相连；其中，引出电缆电容6为上述引出电缆自身存在的对地电容。巧妙的利用了引出电缆自身电容量与取代了传统谐振电容，减小了整机体积，在电力试验行业具有广泛的应用价值。分压器模块5的接地端接地，被试隔离开关7外壳或接地端接地。SPWM调制变频电源模块2通过无线通信方式与手持式无线控制器8实现连接，提高了作业人员的安全性，在电力试验行业具有广泛的应用价值。上述各模块各自独立，使用时根据试验设备容量的不同进行合理组合，集成于一便携试验箱中。可根据具体被试配网设备容量选择相应的单元，有效减小了装置体积，改进了设备笨重需吊车安装，携带不方便的问题。
所述SPWM调制变频电源模块2输出为纯正弦波，经低通滤波后具备波形平滑，谐波成分低的优点。
实施例1:
本发明一种基于无线控制技术的便携式10kV隔离开关交流耐压试验装置是按如下技术方案来实施的：
由48V锂电池模块为整机提供工作电源，具备容量大，质量轻，易于实现整机的小型化及便携性。
所述SPWM调制变频电源模块2通过无线通信方式与手持式无线控制器8实现连接并通信。SPWM调制变频电源模块2具备2.4G无线通信功能。
所述SPWM调制变频电源模块2提供不同的交流正弦电压及频率输出，具备可调的特性，在满足下列公式的频率下可以产生谐振以实现高压输出，同时将当前被试隔离开关7的电压Ux以及频率值反馈到手持式无线控制器8，并在液晶模块11上实时显示。
上述公式中：f为谐振频率，π取3.1415926，L为电抗器模块的电抗值，C为电容式分压器模块、引出电缆电容和被试隔离开关三者电容量的相加。
SPWM调制变频电源模块2经励磁变压器模块3升压与隔离，励磁变压器模块3的二次输出端经过导线电抗器模块4相串连，并与引出电容式分压器模块5、电缆电容6、被试隔离开关7相并联，在合适的电源频率下即实现串联谐振。
所述的电抗器模块4采用无轭真空环氧浇注。
所述手持式无线控制器8由试验人员手持操作，使得作业人员与高压部分保证了足够的安全距离，人身安全性得到了保障。
上述各模块各自独立。使用时，根据试验设备容量的不同进行合理组合，集成于一便携试验箱中。
实施例2：
如附图2所示为本发明中的SPWM调制变频电源模块结构框图。包括无线收发模块9；输入控制模块10；液晶模块11；电压采样12；电流采样13；过流保护14；CPU模块15；驱动模块16；电子开关17；滤波模块18。
所述无线收发模块9与CPU模块15的串口相连，所述输入控制模块10、液晶模块11均与CPU模块15的普通IO口相连，所述电压采样12、电流采样13均与CPU模块15的AD转换口相连。所述过流保护14与CPU模块15的中断输入口相连。所述驱动模块16与CPU模块15的PWM输出口相连。所述电子开关17与驱动模块16相连。所述的滤波模块18与电子开关17相连。上述各个模块均集成与一个电路板上，通过印刷线路条连接。滤波模块18输出连接到励磁变压器3。
本发明是按如下技术方案来实施的：
所述无线收发模块9采用基于2.4G无线技术的近距离无线通信模块，可满足与手持式无线控制器8进行实时通信，使得作业人员与高压部分保证了足够的安全距离，人身安全性得到了保障。
所述输入控制模块10采用EC11型二十位脉冲带开关输入控制模块，可用于本地设定输出电压值，使得试验装置具备开机后零输出以保证人身设备安全。带开关输入特性可以方便的让试验人员在不同的参数之间进行切换设定。
所述液晶模块11由大屏幕点阵形式液晶构成，可以同时显示输出电压，输出频率，方便试验人员及时掌握被试设备的试验电压值。
所述电压采样12从电容式分压器模块5处信号输出端获取到加到被试隔离开关电压Ux经衰减后的信号，并与CPU模块15的AD转换口相连，通过电容式分压器模块5的衰减比，计算出实际输出Ux的值，并显示在液晶模块11上，方便试验人员进行观察。
所述电流采样13、过流保护14，同时监测励磁变压器模块3初级线圈电流，并与CPU模块15的AD转换口相连，测试出励磁变压器初级线圈电流值，并显示在液晶模块11上，方便试验人员进行观察。一旦电流超过设定阈值，过流保护模块动作，触发CPU模块15的中断输入，系统立即停机，保证安全。
所述的CPU模块15对输入的各个数据进行运算、处理；并以闭环控制方式使得被试隔离开关上的电压Ux为稳定的正弦电压。
所述驱动模块16由两片IR2110型的MOS全桥驱动芯片构成，兼有光耦隔离和电磁隔离的优点，即体积小、速度快。通过与CPU模块15的四个PWM口连接，实现了纯正弦波功率变换。
所述电子开关17由4组低内阻N沟道MOS阵列构成，其特点是，MOS阵列组成桥式驱动电路，每组MOS阵列由多只MOS并联，具有导通电阻RDS小，损耗低，效率高，输出稳定等优点。
所述滤波模块18由带大功率铁硅铝电感和高压电容并联构成低通滤波电路，输出经滤波后具备波形平滑，谐波成分低的优点。其输出连接到励磁变压器3。
在具体实施时，本发明一种基于无线控制技术的便携式10kV隔离开关交流耐压试验装置的实施控制步骤如下：
对被试隔离开关进行交流耐压试验时，按照相对地或外壳进行。首先将引出电缆连接到被试验的隔离开关上，打开系统电源，通过SPWM调制变频电源模块输出初始电压，并通过励磁变压器加在被试隔离开关上。通过O.1Hz的变化率改变输出频率值，以满足通过改变不同频率寻找系统的串联谐振频率。待搜寻到谐振频率后，以自动升压模式和手动升压模式两种选择方式进行升压；当电压升至被试隔离开关额定试验电压42kV后，开启电压跟踪模式，保障被试隔离开关上所加的试验电压稳定，直至3分钟后试验结束。若被试隔离开关绝缘性能不满足要求，发生绝缘闪络而中断试验，则判别试验中断原因，并作好记录。
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保护范围之内。
Claims (10)
1.基于无线控制技术的便携式10kV隔离开关交流耐压试验装置，其特征是：电池模块(1)与SPWM调制变频电源模块(2)通过电缆相连接，SPWM调制变频电源模块(2)与励磁变压器模块(3)通过电缆相连；励磁变压器模块(3)二次输出端一端接地，另一端与电抗器模块(4)的输入端串连；所述电抗器模块(4)的输出端同时和电容式分压器模块(5)的高压臂输入端、被试隔离开关(7)的输入端相连接；分压器模块(5)的接地端接地，被试隔离开关(7)的接地端接地；引出电缆电容(6)为对地电容；SPWM调制变频电源模块(2)通过无线通信方式与手持式无线控制器(8)连接；上述各模块各自独立，集成于试验箱中。
2.根据权利要求1所述的基于无线控制技术的便携式10kV隔离开关交流耐压试验装置，其特征是：所述电池模块(1)为48V锂电池，48V锂电池模块为整机提供工作电源。
3.根据权利要求1所述的基于无线控制技术的便携式10kV隔离开关交流耐压试验装置，其特征是：所述SPWM调制变频电源模块(2)具备2.4G无线通信功能，提供不同的交流正弦电压及频率输出，在满足下式的频率下产生谐振以实现高压输出，同时将当前被试品(7)的电压Ux以及频率值反馈到手持式无线控制器(8)，并在液晶模块(11)上实时显示：
上式中：f为谐振频率，π取3.1415926，L为电抗器模块的电容量，C为电容式分压器模，引出电缆电容和被试品三者电容量的相加。
4.根据权利要求1所述的基于无线控制技术的便携式10kV隔离开关交流耐压试验装置，其特征是：所述SPWM调制变频电源模块(2)经励磁变压器模块(3)升压与隔离，励磁变压器模块(3)的二次输出端经过电抗器模块(4)相串连，并与引出电容式分压器模块(5)、电缆电容(6)、被试隔离开关(7)相并联，在合适的电源频率下即实现串联谐振。
5.根据权利要求1所述的基于无线控制技术的便携式10kV隔离开关交流耐压试验装置，其特征是：所述的电抗器模块(4)采用无轭真空环氧浇注。
6.根据权利要求1所述的基于无线控制技术的便携式10kV隔离开关交流耐压试验装置，其特征是：所述SPWM调制变频电源模块(2)是由无线收发模块(9)与CPU模块(15)的串口相连，输入控制模块(10)、液晶模块(11)均与CPU模块(15)的普通IO口相连；电压采样(12)、电流采样(13)均与CPU模块(15)的AD转换口相连；过流保护(14)与CPU模块(15)的中断输入口相连；所述驱动模块(16)与CPU模块(15)的PWM输出口相连；所述电子开关(17)与驱动模块(16)相连；所述滤波模块(18)与电子开关(17)相连；上述各个模块均集成在一个电路板上，通过印刷线路条连接。
7.根据权利要求6所述的基于无线控制技术的便携式10kV隔离开关交流耐压试验装置，其特征是：所述无线收发模块(9)采用基于2.4G无线技术的近距离无线通信模块；所述输入控制模块(10)采用EC11型20位脉冲带开关输入控制模块；所述液晶模块(11)由大屏幕点阵形式液晶构成，同时显示输出电压，输出频率。
8.根据权利要求6所述的基于无线控制技术的便携式10kV隔离开关交流耐压试验装置，其特征是：所述电压采样(12)从电容式分压器模块(5)低压信号输出处获取到加到被试品电压Ux经衰减后的信号，并与CPU模块(15)的AD转换口相连，依据电容式分压器模块(5)的实际衰减比，计算出实际输出被试隔离开关电源Ux的值，并显示在液晶模块(11)上。
9.根据权利要求6所述的基于无线控制技术的便携式10kV隔离开关交流耐压试验装置，其特征是：所述电流采样(13)、过流保护(14)同时监测励磁变压器模块(3)初级线圈电流，并与CPU模块(15)的AD转换口相连，测试出励磁变压器初级线圈电流值，显示在液晶模块(11)上；一旦电流超过设定阈值，过流保护模块动作，触发CPU模块(15)的中断输入，系统立即停机；
所述的CPU模块(15)对输入的各个数据进行运算、处理；并以闭环控制方式使得被试品上的电压Ux为稳定的正弦电压；
所述驱动模块(16)由两片IR2110型的MOS全桥驱动芯片构成，实现功率变换；
所述电子开关(17)由4组低内阻N沟道MOS阵列构成，MOS阵列组成桥式驱动电路，每组MOS阵列由多只MOS并联；
所述滤波模块(18)由带大功率铁硅铝电感和高压电容并联构成低通滤波电路。
10.基于无线控制技术的便携式10kV隔离开关交流耐压试验方法，其特征是：包括如下步骤：
对被试品进行交流耐压试验时，按照相对地或外壳进行；
首先将引出电缆连接到被试验的隔离开关上，打开系统电源，通过SPWM调制变频电源模块输出初始电压，并通过励磁变压器加在被试品上；
通过O.1Hz的变化率改变输出频率值，以满足通过改变不同频率寻找系统的串联谐振频率；
待搜寻到谐振频率后，以自动升压模式和手动升压模式两种选择方式进行升压；当电压升至被试品额定试验电压42kV后，开启电压跟踪模式，直至试验结束；若被试品绝缘性能不满足要求，发生绝缘闪络而中断试验，则判别试验中断原因，并记录。
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| CN201911111440.3A CN110824345B (zh) | 2019-11-14 | 基于无线控制技术的便携式10kV隔离开关交流耐压试验装置 |
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| CN110824345A true CN110824345A (zh) | 2020-02-21 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112834888A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-05-25 | 深圳供电局有限公司 | 试验电压生成装置及交流耐压试验系统 |
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