CN113777446A - 带直流充放电状态检测的特高压耐压试验仪及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于高压电技术领域，具体涉及一种带直流充放电状态检测的特高压耐压试验仪及试验方法。针对现有特高压耐压试验没有充放电状态检测设备，充放电时间过长的不足，本发明采用如下技术方案：带直流充放电状态检测的特高压耐压试验仪，包括：控制器；直流高压发生器；高精度高压微安表；限流电阻；可调放电电阻；在充电时，所述控制器根据所述高精度高压微安表测量的充电电流调节所述直流高压发生器；在放电时，所述控制器根据所述高精度高压微安表测量的放电电流调节所述可调放电电阻的大小，直到将被试容性负载所存储的电量放完。本发明的有益效果是：充放电电流不会超过规定的充放电电流值，保证安全的同时提升充放电效率。

Description

带直流充放电状态检测的特高压耐压试验仪及试验方法

技术领域

本发明属于高压电技术领域，具体涉及一种带直流充放电状态检测的特高压耐压试验仪及试验方法。

背景技术

为保证安全，许多容性设备都需要进行特高压直流耐压试验，如：海底电缆、发电机组、高压电容等。这些试品最终都可以等效为电容器。

在对这些试品进行试验时不可避免的要进行升压充电，试验完成后还要对试品进行放电。由于试验电压高且试品等效电容量较大，在充放电过程中要对充放电的状态进行检测，以免在试验过程中因为充放电电流过大对试品或试验电源造成损坏。

在传统的特高压耐压试验中，没有充放电状态检测设备，试验时主要靠试验人员经验，容易出现充放电电流过大，导致设备或者试品损坏。为了防止损坏发生，试验人员在充电时往往缓慢加压，放电时采用较大放电电阻减小放电电流，导致充放电时间过长，大大降低了试验效率。如放电时，传统的方法是采用放电棒，当试品的电容量较大时(如海底电缆)，放电时间可持续2到3日。

授权公告号为CN103163434 B的中国发明专利公开了一种用于特高压长电缆直流耐压试验后的恒流放电装置，其通过混合导电液对耐压试验后的特高压长电缆进行放电，在放电过程中随着电荷流失导致电流值下降，恒流控制单元可根据电流值的变化打开导电液储室与合成液储室之间的导电液阀，降低合成液储室内的混合导电液的电阻，进而提高电流值，使得放电过程中混合导电液的电流始终处于一个定值状态，同时也就缩短了放电时间，适用于各种工况。

前述的中国发明专利，虽然可以在放电时通过调节电阻阻值使得放电电流保持恒定，缩短放电时间。但是，前述的装置，仍然存在以下不足：1、只公开了放电过程，没有提供解决充电时间长的方案；2、前述的专利没有公开微安级电流表如何检测正负电流：在充电和放电时，检测的电流是直流且是双向的，即充电时，电流是正电流，放电时，电流是负电流；3、没有公开微安级电流表的一些结构，如：如何满足测试精度、如何承受瞬间电流冲击；4、可调电阻的结构具有改进之处。

发明内容

本发明针对现有特高压耐压试验没有充放电状态检测设备，充放电时间过长的不足，提供一种带直流充放电状态检测的特高压耐压试验仪，对充放电状态进行检测，保证安全的同时，提升试验效率。本发明同时提供一种采用此特高压耐压试验仪的试验方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：带直流充放电状态检测的特高压耐压试验仪，所述特高压耐压试验仪包括：

控制器；

直流高压发生器，所述直流高压发生器用于向被试容性负载充电，所述直流高压发生器受控于所述控制器；

高精度高压微安表，所述高精度高压微安表用于检测充放电电流，所述高精度高压微安表与所述控制器通信连接；

限流电阻，所述限流电阻设于所述高精度高压微安表和被试容性负载之间；

可调放电电阻，所述可调放电电阻受控于所述控制器；

在充电时，所述控制器指令所述直流高压发生器工作，所述直流高压发生器产生的直流特高压经过所述高精度高压微安表和所述限流电阻后为被试容性负载充电，所述控制器根据所述高精度高压微安表测量的充电电流调节所述直流高压发生器；

在放电时，所述控制器先停止所述直流高压发生器，然后接通所述可调放电电阻，被试容性负载通过所述限流电阻、所述高精度高压微安表以及所述可调放电电阻对地放电，所述控制器根据所述高精度高压微安表测量的放电电流调节所述可调放电电阻的大小，直到将被试容性负载所存储的电量放完。

本发明的带直流充放电状态检测的特高压耐压试验仪，设有高精度高压微安表，可以对充电和放电状态下的电流进行检测，从而根据检测到的电流，相应调节直流高压发生器或者可调放电电阻，保证安全的前提下，减少充放电时间，提高充放电效率。

作为改进，所述高精度高压微安表具备双向测量电流的功能，以电流值的正负来判断充放电状态。

作为改进，所述高精度高压微安表包括正负信号转化单元和模数转化芯片。

作为改进，所述高精度高压微安表安装于所述直流高压发生器的高压输出端；所述高精度高压微安表采用电池供电；所述高精度高压微安表通过光纤与所述控制器通信连接；所述高精度高压微安表当一定时间内未检测到电流时，自动休眠。

作为改进，所述高精度高压微安表包括16位分辨率的模数转化芯片、模拟调制器、数字滤波器和单片机。

作为改进，所述高精度高压微安表采用法拉第笼等电位屏蔽法测量，所述高精度高压微安表包括金属屏蔽球体，所述高精度高压微安表的测量部件均位于所述金属屏蔽球体中。

作为改进，所述可调放电电阻包括底座、设于底座上的可旋转的支架、设于支架上的放电电阻和设于支架上的活动碳刷，所述活动碳刷一端连接可调放电电阻，另一端接地，所述放电电阻远离所述底座一端通过固定碳刷连接到高压端。

作为改进，所述底座为活动底座；所述底座上设有一可旋转的第一液压缸，所述第一液压缸的输出杆与所述支架铰接；所述支架上设有第二液压缸，所述第二液压缸的输出杆与所述活动碳刷固接。

特高压耐压试验方法，应用于前述的带直流充放电状态检测的特高压耐压试验仪，所述特高压耐压试验方法包括：

步骤一、根据被试容性负载情况输入设置参数，参数包括充电电流、试验电压以及放电电流；

步骤二、选择手动升压或者自动升压，在手动升压模式下，控制器根据现场人员操作发送的控制指令，指令直流高压发生器升压，同时读取高精度高压微安表的电流值，该值为正时表示正在进行充电试验，控制器将实时充电电流与预设的充电电流进行比较，一旦实时值大于预设值则立刻停止升压，此时操作人员升压操作无效，直到高精度高压微安表测得的充电电流实时值小于充电电流预设值后，控制器才会响应手动操作指令，在自动升压模式下，控制器根据预设程序自动升压，保持该充电电流接近且小于预设值，当电压升至目标电压时停止升压。

作为特高压耐压试验方法的改进，所述特高压耐压试验方法还包括：

步骤三、试验完成后对被试容性负载放电，首先，通过控制器发送指令，接通可调放电电阻，控制器根据预设的试验电压和放电电流自动计算可调放电电阻的初始阻值，控制器读取高精度高压微安表的实时放电电流，此时读数为负表示处于放电状态，然后，控制器根据实测电流的变化适时调整可调放电电阻的大小，使放电电流接近且不超预设的放电电流值，至放电完毕。

本发明的带直流充放电状态检测的特高压耐压试验仪的有益效果是：设有高精度高压微安表和可调放电电阻，充放电电流不会超过规定的充放电电流值，保证安全的同时提升充放电效率。

本发明的特高压耐压试验方法，充放电电流不会超过规定的充放电电流值，保证安全的同时提升充放电效率。

附图说明

图1是本发明的特高压耐压试验仪的充电原理框图。

图2是本发明的特高压耐压试验仪的放电原理框图。

图3是本发明的特高压耐压试验仪的充电试验原理图。

图4是本发明的特高压耐压试验仪的放电试验原理图。

图5是本发明的特高压耐压试验仪的高精度高压微安表的运放模块和模数转化芯片的电路原理图。

图6是本发明的特高压耐压试验仪的高精度高压微安表的结构分解图。

图7是本发明的特高压耐压试验仪的高精度高压微安表的结构框图。

图8是本发明的特高压耐压试验仪的可调电阻的结构示意图。

图9是本发明的特高压耐压试验仪的可调电阻的局部结构示意图。

图10是本发明的特高压耐压试验仪的可调电阻的原理图。

图中，1、高精度高压微安表；11、金属屏蔽球体；111、第一球体；112、第二球体；12、信号输入接头；13、无线通信模块；14、信号处理系统；15、电池；

2、可调电阻；21、底座；22、支架；23、放电电阻；24、活动碳刷；25、固定碳刷；26、第一液压缸；27、第二液压缸。

具体实施方式

下面结合本发明创造实施例的附图，对本发明创造实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明创造的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，都属于本发明创造的保护范围。

特高压耐压试验仪的实施例

参见图1至图10，带直流充放电状态检测的特高压耐压试验仪，所述特高压耐压试验仪包括：

控制器；

直流高压发生器，所述直流高压发生器用于向被试容性负载充电，所述直流高压发生器受控于所述控制器；

高精度高压微安表1，所述高精度高压微安表1用于检测充放电电流，所述高精度高压微安表1与所述控制器通信连接；

限流电阻，所述限流电阻设于所述高精度高压微安表1和被试容性负载之间；

可调放电电阻23，所述可调放电电阻23受控于所述控制器；

在充电时，所述控制器指令所述直流高压发生器工作，所述直流高压发生器产生的直流特高压经过所述高精度高压微安表1和所述限流电阻后为被试容性负载充电，所述控制器根据所述高精度高压微安表1测量的充电电流调节所述直流高压发生器；

在放电时，所述控制器先停止所述直流高压发生器，然后接通所述可调放电电阻23，被试容性负载通过所述限流电阻、所述高精度高压微安表1以及所述可调放电电阻23对地放电，所述控制器根据所述高精度高压微安表1测量的放电电流调节所述可调放电电阻23的大小，直到将被试容性负载所存储的电量放完。

本发明的带直流充放电状态检测的特高压耐压试验仪，设有高精度高压微安表1，可以对充电和放电状态下的电流进行检测，从而根据检测到的电流，相应调节直流高压发生器或者可调放电电阻23，保证安全的前提下，减少充放电时间，提高充放电效率。

本实施例中，控制器包括远程监测及控制主机。

本实施例中，所述高精度高压微安表1具备双向测量电流的功能，以电流值的正负来判断充放电状态。

本实施例中，所述高精度高压微安表1包括正负信号转化单元和模数转化芯片。正负信号转化单元为运放模块，采用INA128运放，模数转化芯片采用AD7705。INA128运放将外部电压抬高一个电平。如果输入一个0～+2.5V的电压，则经过运放输出一个2.5V～5V的电压，此时测得正向电流。如果外部采样的是-2.5V～0V的一个负电压，经过INA128运放后，将电压抬高到0～2.5V的一个电平，送入到AD7705芯片，然后由模数芯片经过与单片机通信，将信号送入单片机处理。规定采样到2.5V～5V的电压为正电压，采样到0～2.5V的电压为负电压，这样就是测量双向电流的原理。进入运放采用的是差分输入方式，即将输入正端的和输入负端的差值作为输入电压送入运放芯片，由于没有固定的一端是固定电位，所以能够测量正负电流，而且这样设计的方式还能有效地防止外部干扰。

本实施例中，所述高精度高压微安表1安装于所述直流高压发生器的高压输出端；所述高精度高压微安表1采用电池15供电；所述高精度高压微安表1通过无线通信模块13与所述控制器通信连接；所述高精度高压微安表1当一定时间内未检测到电流时，自动休眠。所述高精度高压微安表1包括显示屏。

本实施例中，所述高精度高压微安表1包括信号处理系统，信号处理系统包括正负信号转化单元即运放模块、16位分辨率的模数转化芯片和微处理器。模数转化芯片可以接受直接来自传感器的低电平的输入信号，然后产生串行的数字输出，利用Σ-Δ转换技术实现16位无丢失代码性能。选定的输入信号被送到一个基于模拟调制器的增益可编程专用前端。片内数字滤波器处理调制器的输出信号。通过片内控制寄存器可调节滤波器的截止点和输出更新速率，从而对数字滤波器的第一个陷波进行编程。输入的测量值经过采样后，输入到单片机的数字量的分辨率足够达到测试精度，能够满足微安级别的测量。

本实施例中，所述高精度高压微安表1采用法拉第笼等电位屏蔽法测量，所述高精度高压微安表1包括金属屏蔽球体11，所述高精度高压微安表1的测量部件均位于所述金属屏蔽球体11中。由于高精度高压微安表1是在高压侧进行检测，放电时，在接触放电的瞬间，由于放电电阻23与试品之间有较大的压差，所以需要承受瞬间的电流冲击，同时耐受高压。高精度高压微安表1采用法拉第笼等电位屏蔽法测量，所有测量部件均处于金属屏蔽球体11的内部，从外部看就是一个全封闭的金属球，处理器等全部位于金属球内部，所以不会遭受高电压的放电冲击，而损坏设备。金属屏蔽球体11由第一球体111和第二球体112装配而成。金属屏蔽球体11上设有信号输入接头12。

本实施例中，所述可调放电电阻23包括底座21、设于底座21上的可旋转的支架22、设于支架22上的放电电阻23和设于支架22上的活动碳刷24，所述活动碳刷24一端连接可调放电电阻23，另一端接地，所述放电电阻23远离所述底座21一端通过固定碳刷25连接到高压端。

本实施例中，所述底座21为活动底座21；所述底座21上设有一可旋转的第一液压缸26，所述第一液压缸26的输出杆与所述支架22铰接；所述支架22上设有第二液压缸27，所述第二液压缸27的输出杆与所述活动碳刷24固接。

本实施例中，放电电阻23有多层，每层的放电电阻23有多个且呈环形分布，活动碳刷24位于环形中心。

本实施例中，当试验结束后，需要对容性试品进行放电时，可通过控制器将放电电阻23通过第一液压缸26从平放状态举升到垂直地面的试验状态，此时高精度高压微安表1上的电流值就为负电流，然后控制第二液压缸27在竖直状态向上顶升，接入放电电路的电阻逐渐减小，如当检测到电流值达到设置的放电电流，则第二液压缸27停止工作，此时放电电流会逐渐减小，可继续控制第二液压缸27顶升活动碳刷24来调节接入放电电流的放电电阻23，使电阻阻值变小，从而通过高精度高压微安表1远程传回的电流大小实现整套放电设备恒流放电。

本发明的带直流充放电状态检测的特高压耐压试验仪的有益效果是：设有高精度高压微安表1和可调放电电阻23，充放电电流不会超过规定的充放电电流值，保证安全的同时提升充放电效率。

特高压耐压试验方法的实施例

特高压耐压试验方法，应用于前述的带直流充放电状态检测的特高压耐压试验仪，所述特高压耐压试验方法包括：

步骤一、根据被试容性负载情况输入设置参数，参数包括充电电流、试验电压以及放电电流；

步骤二、选择手动升压或者自动升压，在手动升压模式下，控制器根据现场人员操作发送的控制指令，指令直流高压发生器升压，同时读取高精度高压微安表的电流值，该值为正时表示正在进行充电试验，控制器将实时充电电流与预设的充电电流进行比较，一旦实时值大于预设值则立刻停止升压，此时操作人员升压操作无效，直到高精度高压微安表测得的充电电流实时值小于充电电流预设值后，控制器才会响应手动操作指令，在自动升压模式下，控制器根据预设程序自动升压，保持该充电电流接近且小于预设值，当电压升至目标电压时停止升压；

步骤三、试验完成后对被试容性负载放电，首先，通过控制器发送指令，接通可调放电电阻，控制器根据预设的试验电压和放电电流自动计算可调放电电阻的初始阻值，控制器读取高精度高压微安表的实时放电电流，此时读数为负表示处于放电状态，然后，控制器根据实测电流的变化适时调整可调放电电阻的大小，使放电电流接近且不超预设的放电电流值，至放电完毕。

本发明的特高压耐压试验方法，充放电电流不会超过规定的充放电电流值，保证安全的同时提升充放电效率。

以上所述，仅为本发明创造的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明创造包括但不限于上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明创造的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (10)

1.带直流充放电状态检测的特高压耐压试验仪，其特征在于：所述特高压耐压试验仪包括：

控制器；

直流高压发生器，所述直流高压发生器用于向被试容性负载充电，所述直流高压发生器受控于所述控制器；

高精度高压微安表，所述高精度高压微安表用于检测充放电电流，所述高精度高压微安表与所述控制器通信连接；

限流电阻，所述限流电阻设于所述高精度高压微安表和被试容性负载之间；

可调放电电阻，所述可调放电电阻受控于所述控制器；

在充电时，所述控制器指令所述直流高压发生器工作，所述直流高压发生器产生的直流特高压经过所述高精度高压微安表和所述限流电阻后为被试容性负载充电，所述控制器根据所述高精度高压微安表测量的充电电流调节所述直流高压发生器；

在放电时，所述控制器先停止所述直流高压发生器，然后接通所述可调放电电阻，被试容性负载通过所述限流电阻、所述高精度高压微安表以及所述可调放电电阻对地放电，所述控制器根据所述高精度高压微安表测量的放电电流调节所述可调放电电阻的大小，直到将被试容性负载所存储的电量放完。

2.根据权利要求1所述的带直流充放电状态检测的特高压耐压试验仪，其特征在于：所述高精度高压微安表具备双向测量电流的功能，以电流值的正负来判断充放电状态。

3.根据权利要求2所述的带直流充放电状态检测的特高压耐压试验仪，其特征在于：所述高精度高压微安表包括正负信号转化单元和模数转化芯片。

4.根据权利要求1所述的带直流充放电状态检测的特高压耐压试验仪，其特征在于：所述高精度高压微安表安装于所述直流高压发生器的高压输出端；所述高精度高压微安表采用电池供电；所述高精度高压微安表通过光纤与所述控制器通信连接；所述高精度高压微安表当一定时间内未检测到电流时，自动休眠。

5.根据权利要求1所述的带直流充放电状态检测的特高压耐压试验仪，其特征在于：所述高精度高压微安表包括16位分辨率的模数转化芯片、微处理器、通信模块和显示屏。

6.根据权利要求1所述的带直流充放电状态检测的特高压耐压试验仪，其特征在于：所述高精度高压微安表采用法拉第笼等电位屏蔽法测量，所述高精度高压微安表包括金属屏蔽球体，所述高精度高压微安表的测量部件均位于所述金属屏蔽球体中。

7.根据权利要求1所述的带直流充放电状态检测的特高压耐压试验仪，其特征在于：所述可调放电电阻包括底座、设于底座上的可旋转的支架、设于支架上的放电电阻和设于支架上的活动碳刷，所述活动碳刷一端连接可调放电电阻，另一端接地，所述放电电阻远离所述底座一端通过固定碳刷连接到高压端。

8.根据权利要求7所述的带直流充放电状态检测的特高压耐压试验仪，其特征在于：所述底座为活动底座；所述底座上设有一可旋转的第一液压缸，所述第一液压缸的输出杆与所述支架铰接；所述支架上设有第二液压缸，所述第二液压缸的输出杆与所述活动碳刷固接。

9.特高压耐压试验方法，其特征在于：应用于权利要求1至8任一所述的带直流充放电状态检测的特高压耐压试验仪，所述特高压耐压试验方法包括：

步骤一、根据被试容性负载情况输入设置参数，参数包括充电电流、试验电压以及放电电流；

步骤二、选择手动升压或者自动升压，在手动升压模式下，控制器根据现场人员操作发送的控制指令，指令直流高压发生器升压，同时读取高精度高压微安表的电流值，该值为正时表示正在进行充电试验，控制器将实时充电电流与预设的充电电流进行比较，一旦实时值大于预设值则立刻停止升压，此时操作人员升压操作无效，直到高精度高压微安表测得的充电电流实时值小于充电电流预设值后，控制器才会响应手动操作指令，在自动升压模式下，控制器根据预设程序自动升压，保持该充电电流接近且小于预设值，当电压升至目标电压时停止升压。

10.根据权利要求9所述的特高压耐压试验方法，其特征在于：所述特高压耐压试验方法还包括：

步骤三、试验完成后对被试容性负载放电，首先，通过控制器发送指令，接通可调放电电阻，控制器根据预设的试验电压和放电电流自动计算可调放电电阻的初始阻值，控制器读取高精度高压微安表的实时放电电流，此时读数为负表示处于放电状态，然后，控制器根据实测电流的变化适时调整可调放电电阻的大小，使放电电流接近且不超预设的放电电流值，至放电完毕。

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