CN1737594A - 基于正负极性直流叠加法的交联聚乙烯电缆绝缘诊断电路 - Google Patents

基于正负极性直流叠加法的交联聚乙烯电缆绝缘诊断电路 Download PDF

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Abstract

一种基于正负极性直流叠加法的交联聚乙烯电缆绝缘诊断电路，包括连接于用户端电网和连接有主变压器的母线之间的一根或多根被测电缆、通用终端(GPT)接地保护电路、远端接地开关、叠加电压电路、护层防护电路、信号处理电路、控制和计算电路，所述GPT接地保护电路与GPT、地及控制和计算电路相连接，所述控制和计算电路发出控制信号控制GPT接地保护电路接地或断开接地，用于防止GPT因过饱和而损坏；所述信号处理电路与护层防护电路和控制和计算电路相连，所述信号处理电路接收来自护层防护电路的信号并对其进行放大、滤波后，进行AD采样计算。本发明诊断电路，有效地降低了接触电势、泄漏电流和噪声的干扰，提高了诊断精度。

Description

基于正负极性直流叠加法的交联聚乙烯电缆绝缘诊断电路
技术领域
本发明涉及一种交联聚乙烯电力电缆绝缘电阻在线检测电路。
背景技术
在电网中正在运行的高压交联聚乙烯XLPE电力电缆，因为绝缘老化、生长水树等原因，常常有高压击穿的事故发生。在线无损故障诊断有较之传统预防性试验无可比拟的优点而深受用户的青睐。
目前国内外关于电力电缆在线诊断技术很多，直流叠加法和直流分量法就是其中被广泛应用方法之一。研究表明水树枝发展的越长，直流分量也就越大，而且XLPE电缆的直流分量电流与其直流泄漏电流及交流击穿电压往往有较好的相关性，所以通过直流分量法测得的数据可以直接反映电缆劣化的程度。但是直流分量法测得的电流极微弱，而且不稳定，微小的干扰就会引起很大的误差。为了克服直流分量法的这些弱点，有学者提出采用直流叠加法，如图1所示。该方法将已知直流电压Udc叠加在电力电缆的主绝缘上，测量流经主绝缘中的直流电流I，利用欧姆定律求得主绝缘的电阻值。但由于直流叠加法在现场测量中会受到接触电势、泄漏电流和噪声的干扰，容易引起很大的误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于正负极性直流叠加法的交联聚乙烯电缆绝缘诊断电路，通过将正负极性的直流电压U+和U-(U+＝U-)分别叠加在被测电缆上，并分别测量流过主绝缘的直流电流I+和I-，利用欧姆定律求得主绝缘的电阻值R＝2U+/|I+-I-|。同样，在电缆的屏蔽层与地之间分别叠加正负极性的直流电压，可测得护层绝缘电阻。最后，参考相应电压等级的电缆绝缘劣化标准，来评估电缆的绝缘劣化程度。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，
一种基于正负极性直流叠加法的交联聚乙烯电缆绝缘诊断电路，包括连接于用户端电网和连接有主变压器的母线之间的一根或多根被测电缆、通用终端(GPT)接地保护电路、远端接地开关、叠加电压电路、护层防护电路、信号处理电路、控制和计算电路，
所述GPT接地保护电路与GPT、地及控制和计算电路相连接，所述控制和计算电路发出控制信号控制GPT接地保护电路接地或断开接地，用于防止GPT因过饱和而损坏；
所述远端接地开关与被测电缆一端的屏蔽层、地、控制和计算电路相连接，所述控制和计算电路控制所述远端接地开关接地或断开接地，防止测量时所叠加的直流电流从电缆的远端流向大地；
所述叠加电压电路与主变压器输出端及控制和计算电路相连接，用于提供稳定、电压可调的直流电源；所述护层防护电路与被测电缆另一端的屏蔽层相连，用于滤除交流信号；信号处理电路，
所述信号处理电路与护层防护电路和控制和计算电路相连，所述信号处理电路接收来自护层防护电路的信号并对其进行放大、滤波后，进行AD采样计算。
一般来说，被测电缆不止一根，作为本发明电路的一种改进，还包括用于选择被测电缆的电缆切换电路，所述电缆切换电路与所述护层防护电路和控制和计算电路控制相连，多根被测电缆另一端的屏蔽层连接于电缆切换电路上。
本发明基于正负极性直流叠加法的交联聚乙烯电缆绝缘诊断电路，有效地降低了接触电势、泄漏电流和噪声的干扰，提高了诊断精度。
以下结合附图及实施例进一步说明本发明。
附图说明
图1现有直流叠加法电路原理图；
图2为本发明实施例电缆切换电路；
图3为GPT接地保护电路；
图4电缆远端接地装置
图5叠加电压电路
图6护层防护电路
图7信号处理电路
图8量程选择电路
图9在线检测系统连接图
图10对GPT进行改造
图11消弧线圈接地电网
具体实施方式
如图9所示，一种基于正负极性直流叠加法的交联聚乙烯电缆绝缘诊断电路，包括连接于用户端电网和连接有主变压器50的母线之间的多根被测电缆、电缆切换电路、通用终端(GPT)接地保护电路、远端接地开关、叠加电压电路、护层防护电路、信号处理电路、控制和计算电路，多根被测电缆的屏蔽层两端分别与电缆切换电路和远端接地开关相连，
其中，所述电缆切换电路与所述护层防护电路和控制和计算电路控制相连，用于选择被测电缆。所述电缆切换电路如图2所示，它将被测电缆的屏蔽层信号接入切换箱，所述控制和计算电路发出的控制信号通过译码电路1译码后用于选择被测电缆。在测量的时候，如果远端接地已经打开，其对应的电缆切换必须做到先将常开开关闭合使信号接地，后把常闭接地开关断开，最后才能把常开开关断开使信号进入测试系统。如果不按照这个步骤进行，悬浮的高压容易击穿系统元件，造成设备损坏，乃至影响人身安全。如果远端接地开关处于闭合状态，则没有这个危险。
所述GPT接地保护电路与GPT、地及控制和计算电路相连接，所述控制和计算电路发出控制信号控制GPT接地保护电路接地或断开接地，用于防止GPT因过饱和而损坏。所述GPT接地保护电路如图3所示，其包括大功率电阻2、高压电容3和避雷器4，所述大功率电阻2和高压电容3串联后与避雷器4并联。测量时，如果不对GPT接地断开，所叠加的直流电压可能会使GPT过饱和而损坏，所以，对GPT接地线中串联一个大功率电阻2和高压电容3，再加一个避雷器4来保护，其中电阻的作用是为了防止振荡，电容的作用是为了隔断直流电流。电阻和电容的参数可通过计算获得。
所述远端接地开关与地和控制和计算电路相连接，所述控制和计算电路控制所述远端接地开关接地或断开接地，为了保证测量的准确性，使得所叠加的直流电流不从电缆的远端流向大地，在电缆的远端接地线上串联接地开关，所述远端接地开关如图4所示，继电器5的开关两端与地及电缆屏蔽层相连，在不测量的时候处于常闭状态，测量的时候，由控制和计算电路发出控制信号打开继电器5的开关以断开接地线路。
所述叠加电压电路与主变压器50输出端及控制和计算电路相连接，用于提供稳定、电压幅值可以调节的直流电源。如图5所示，所述叠加电压电路包括可调节的直流电源6、串接于所述直流电源6上的多个继电器7、并联于所述直流电源上的∏型低通滤波器9和控制信号输入端子8，所述控制和计算电路输出的控制信号进入控制信号输入端子8用于切换继电器7来确定输出直流电压的极性，电流经∏型低通滤波器8后向外输出，调节可调直流电源6来确定输出电压Udc。直流电源很重要，它直接影响测量数据的准确度，所以要求输出电压Udc要有高稳定性。对于不同电压等级的被测电缆，叠加不同大小的直流电压。对于35kV的XLPE电力电缆，主绝缘直流电压采用200V，测量护层绝缘电阻所采用的直流电压为10V。35kV以下的XLPE电缆，直流电压分别为50V和5V。
所述护层防护电路与电缆切换电路和信号处理电路相连，用于滤除交流信号。如图6所示，所述述护层防护电路包括依次相连的过电压保护电路10、叠加直流电源电路、∏型低通滤波电路14、双T带阻滤波器15。所述∏型低通滤波器14用于滤除50Hz的交流信号，其截止频率设置的越低越好，这样尽可能地滤除交流信号。电缆屏蔽层信号经过电压保护电路10后经∏型低通滤波14和双T带阻滤波器15滤波后输入信号处理电路，其正负极性由控制和计算电路发出的控制信号经输入端子12分别控制两个继电器11得到。所述叠加直流电源电路包括用于测量护层绝缘电阻用的叠加直流电源13、输入端子12和两个继电器11。其中所述叠加直流电源13串接于保护电路10和∏型低通滤波电路14之间，它的正负极性由控制信号经输入端子12分别控制两个继电器11得到的。
所述信号处理电路与护层防护电路和控制和计算电路相连，所述信号处理电路如图7所示，其包括数显表19和依次连接的量程选择电路16、放大电路17、低通滤波电路18、放大电路20、电压跟随器21和AD采样卡，所述数显表19与低通滤波电路18输出端相连。
如图8所示，所述量程选择电路16，包括直流电源U1、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、四个按键开关22、按键开关25、D/A电压输入端26、电压比较器23、四个放大器、四个继电器24、信号输出端28、被测信号输入端27，其中直流电源U1为12V，R1，R5为5.6kΩ，R2，R3，R4为1.2kΩ，R6为10kΩ，R7为100kΩ，R8为11.1kΩ，R9为1.01kΩ，R10为100Ω，R11为10Ω，C1为1μF，其中电阻R1、R2、R3、R4、R5串联在直流电源U1上，所述四个按键开关22的一端分别连接在R1与R2、R2与R3、R3与R4、R4与R5之间，另一端与按键开关25相连，所述按键开关25与电压比较器23和D/A电压输入端26相连。所述四个放大器的基极均与电压比较器23，其集电极均与直流电源U1的正极相连，其发射极分别与四个继电器24相连。
来自护层防护电路的信号进入量程选择电路16，在这里，可以手动选择，也可以自动选择量程，它可通过按键开关25来选择。手动选择量程可以通过控制面板上的按键开关来选择不同的参考电压值，而自动选择量程则可以通过AD采样卡的模拟输出功能输出与手动选择用到的相同的参考电压。之后，通过电压比较器23连通不同的电阻以产生合适大小的电压，经R6与C1组成的低通滤波后输出到图7所示的放大电路17，放大电路17的放大倍数为9倍。经过低通滤波电路18衰减交流信号后的信号可以通过数显表19读出直流电流的大小，这个直流信号通过放大电流20进一步再放大40倍，经过电压跟随器21后送经AD采样卡进行计算。
上述实施例中，如果主变压器50中性点不接地的电网，则要对GPT接地线进行改造，即在GPT接地线中串联一个电容，后再将直流电压叠加在该电容的两端，如图10所示。对于主变压器50通过消弧线圈接地的电网，叠加直流的方法如图11所示。对于主变压器50直接接地的电网不适合采用本测量方法。当测量主绝缘电阻的时候，分别在变压器接地元件上叠加正负极性的直流电压，将图6中的控制信号输入端子12处于无信号状态，以免额外地增加直流电压。当测量护层绝缘电阻时，不能将50V(35kV等级为200V)直流电压叠加在电缆上。在用直流叠加法测量的时候，如果这时远端接地已经打开，其对应的电缆切换必须做到先将常开开关闭合使信号接地，接着把常闭接地开关断开，最后才能把常开开关断开使信号进入测试系统。要是不按照这个步骤进行，悬浮的高压容易击穿系统元件，造成设备损坏，乃至影响人身安全。

Claims (8)

1、一种基于正负极性直流叠加法的交联聚乙烯电缆绝缘诊断电路，包括连接于用户端电网和连接有主变压器的母线之间的一根或多根被测电缆，其特征在于：包括GPT接地保护电路、远端接地开关、叠加电压电路、信号处理电路、控制和计算电路，
所述GPT接地保护电路与GPT、地及控制和计算电路相连接，所述控制和计算电路发出控制信号控制GPT接地保护电路接地或断开接地，用于防止GPT因过饱和而损坏；
所述远端接地开关与被测电缆一端的屏蔽层、地及控制和计算电路相连接，所述控制和计算电路控制所述远端接地开关接地或断开接地，防止测量时所叠加的直流电流从电缆的远端流向大地；
所述叠加电压电路与主变压器输出端及控制和计算电路相连接，用于提供稳定、电压可调的直流电源；
信号处理电路，所述信号处理电路与控制和计算电路相连，所述信号处理电路接收来自被测电缆另一端的屏蔽层的信号并对其进行放大、滤波后，进行AD采样计算。
2、根据权利要求1所述的基于正负极性直流叠加法的交联聚乙烯电缆绝缘诊断电路，其特征在于：还包括用于选择被测电缆的电缆切换电路，所述电缆切换电路与控制和计算电路相连，多根被测电缆另一端的屏蔽层连接于电缆切换电路上。
3、根据权利要求2所述的基于正负极性直流叠加法的交联聚乙烯电缆绝缘诊断电路，其特征在于：还包括护层防护电路，所述护层防护电路与电缆切换电路、信号处理电路相连，用于滤除交流信号；所述信号处理电路接收来自护层防护电路的信号，并对其进行放大、滤波后，进行AD采样计算。
4、根据权利要求1或2所述的基于正负极性直流叠加法的交联聚乙烯电缆绝缘诊断电路，其特征在于：所述GPT接地保护电路包括电阻、电容和避雷器，所述电阻和电容串联后与避雷器并联，其中，电阻用于防止振荡，电容用于隔断直流电流。
5、根据权利要求1或2所述的基于正负极性直流叠加法的交联聚乙烯电缆绝缘诊断电路，其特征在于：所述叠加电压电路包括可调节的直流电源、串接于所述直流电源上的继电器、并联于所述直流电源上的∏型低通滤波器和控制信号输入端子，控制和计算电路输出控制信号进入控制信号输入端子切换继电器来确定输出直流电压的极性，电流经∏型低通滤波器后向外输出可调节的电压。
6、根据权利要求3所述的基于正负极性直流叠加法的交联聚乙烯电缆绝缘诊断电路，其特征在于：所述护层防护电路包括依次相连的保护电路、叠加直流电源电路、低通滤波电路、双T带阻滤波器，所述叠加直流电源电路包括用于测量护层绝缘电阻用叠加直流电源、输入端子和两个继电器；所述滤波器用于滤除50Hz的交流信号，所述电缆屏蔽层信号经过电压保护电路后经低通滤波和双T带阻滤波器滤波后输入信号处理电路，其中所叠加直流电源串接于保护电路和低通滤波电路之间，其正负极性由控制和计算电路发出的控制信号经输入端子分别控制两个继电器得到。
7、根据权利要求1或2所述的基于正负极性直流叠加法的交联聚乙烯电缆绝缘诊断电路，其特征在于：所述信号处理电路包括依次连接的量程选择电路、放大电路、滤波电路、放大电路、电压跟随器和AD采样卡，来自护层防护电路的信号进入量程选择电路并依次经过放大电路、滤波电路、放大电路和电压跟随器后送经AD采样卡进行计算。
8、根据权利要求1或2所述的基于正负极性直流叠加法的交联聚乙烯电缆绝缘诊断电路，其特征在于：所述信号处理电路还包括一与滤波电路输出端相连的数显表。
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