CN203551695U - 一种高压电容器内部故障测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压电容器内部故障测试系统。该系统包括MCU控制器；与MCU控制器相连，受MCU控制，带扫频功能的数字脉冲发生器；与数字脉冲发生器相连的功率放大器；串联于功率放大器和被试电容器之间、在被试电容器开路或高阻状态时自动断开内部通路，同时与MCU控制器相连、与MCU进行数据交互的有源电子开关1；与被试电容器并联、能释放被试电容器内部残余电荷，同时与MCU控制器相连、与MCU进行数据交互的有源电子开关2；分别与被测电容器并联，同时与MCU控制器相连、与MCU进行数据交互的数字功率计和数字相位计。与现有技术相比，本实用新型能将被试电容器内部残余电荷对地放电，测试准确度高，且能减少静态电流，避免试验线路的非高压输出。

Description

一种高压电容器内部故障测试系统

技术领域

本实用新型涉及一种针对高压电容器内部故障的测试系统。

背景技术

电容器是电力系统可靠稳定运行的重要补偿器件。判断电力系统中运行的高压电容器内部是否有破裂、漏油等故障，常用的测试方法主要是简单电容量的测试，但是通过电容量很难分析出电容器内部缺陷。申请人于2013年1月18日申请了一件名为“一种高压电容器测试装置”（ZL201320027884.0）的实用新型专利，提出了一种变频变压试验系统来诊断电容器的内部故障隐患，但该装置由于频率范围较广，扫频试验信号切换时会存在噪音，且试验时间较长，系统的静态电流会产生损耗，导致在大功率输出时供电电源负荷显著增大及功率放大器迅速升温的缺陷；同时，由于电容器内部存在的残余电荷无法及时放电，会叠加到试验输出信号上，导致测试准确度较低。

实用新型内容

本实用新型的目的就是针对现有技术的不足，提供一种测试准确度高的高压电容器内部故障测试系统，不仅能减少静态电流，而且能避免试验线路的非高压输出。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

本实用新型提出的一种高压电容器内部故障测试系统，包括：MCU控制器；与MCU控制器相连，受MCU控制器控制（MCU控制器可控制数字脉冲发生器的频率），带扫频功能的数字脉冲发生器；与数字脉冲发生器相连的功率放大器；串联于功率放大器和被试高压电容器之间、在被试高压电容器开路或高阻状态时自动断开内部通路，同时与MCU控制器相连、与MCU控制器进行数据交互（接受MCU控制器命令、向MCU控制器发送状态信息）的有源电子开关1；与被试高压电容器并联、能释放被试高压电容器内部残余电荷，同时与MCU控制器相连、与MCU控制器进行数据交互（接受MCU控制器命令、向MCU控制器发送反馈信息）的有源电子开关2；与被试高压电容器并联，同时与MCU控制器相连、与MCU控制器进行数据交互（接受MCU控制器命令、将采集数据发送到MCU控制器）的数字功率计；与被试高压电容器并联，同时与MCU控制器相连、与MCU控制器进行数据交互（接受MCU控制器命令、将采集数据发送到MCU控制器）的数字相位计。有源电子开关1用于探测输出负荷大小，并起到保护输出的目地，只有输出负载没有开路，并且在测量范围之内，如小于300M欧姆，才闭合内部开关，实现功率放大器与被试高压电容器的电气连接。有源电子开关2的作用是在测试之前闭合内部开关，对地形成短路，将被试高压电容器内部的残余电荷释放掉，从而确保测试的精度。

所述MCU控制器设有与电脑进行数据交互的通信接口。所述通信接口可以是RS232，或无线串口，或无线WIFI，或USB，等等。所述数字脉冲发生器为频率1Hz-50MHz的方波发生器或PWM发生器。

所述高压电容器内部故障测试系统的测试过程如下：MCU控制器发出控制命令，使有源电子开关2首先对被试高压电容器形成对地短暂的短路，将被试高压电容器内部的残余电荷进行放电，放电完成后有源电子开关2发送反馈信息给MCU控制器，然后MCU控制器发出控制命令使有源电子开关2断开对地短路。MCU控制器发出控制命令使有源电子开关1输出微弱小信号，探测被试高压电容器的阻抗；如果被试高压电容器开路或呈现高阻状态，则有源电子开关1自动断开内部通路，并发出状态信息给MCU控制器，告知MCU控制器停止数字脉冲发生器的输出；如果被试高压电容器的阻抗在可测量范围，则有源电子开关1处于闭合状态，并发出状态信息给MCU控制器，告知MCU控制器启动数字脉冲发生器的输出，输出信号由功率放大器放大后，通过有源电子开关1输出给被试高压电容器。MCU控制器启动数字功率计和数字相位计跟踪输出端的信号状态，数字功率计和数字相位计将采集到的负载功率和相位信息发送到MCU控制器。最后，通过数字相位计和数字功率计在不同频率点下的数据差异来进行故障识别；或通过扫频频率下的阻抗与相位参数来识别电容器内部的破裂、漏油等故障。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：在功率放大器和被试高压电容器之间串联有源电子开关1，当被试高压电容器的阻抗在可测量范围时，有源电子开关1才实现内部通路，启动所述测试系统输出，如果被试高压电容器开路或呈现高阻状态，有源电子开关1则自动断开内部通路，同时自动切换试验输出，即所述测试系统停止输出，所述测试系统输出的自动切换不仅能减少静态电流，而且能避免输出试验线路空载造成高压输出，影响操作人员的人身安全。同时，设有有源电子开关2与被试高压电容器并联，能对被试高压电容器形成对地短暂的短路，将被试电容器内部的残余电荷对地放电，所述测试系统的对地短时放电功能能进一步提高测试准确度。

附图说明

图1是高压电容器内部故障测试系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的优选实施例作进一步的描述。

如图1所示。针对耐受电压6kV的油绝缘式补偿电容器进行内部故障测试，搭建高压电容器内部故障测试系统，包括：MCU控制器，具体为带本地存储器的单片机（也可以是工控机），具备RS232（也可以是无线串口或无线WIFI）通信接口；带扫频功能的数字脉冲发生器，与MCU控制器相连，发生频率受MCU控制器控制，具体为频率1Hz-50MHz的方波发生器（也可以是PWM发生器）；功率放大器，与数字脉冲发生器相连；有源电子开关1，串联于功率放大器和被试高压电容器之间、在被试高压电容器开路或高阻状态时自动断开内部通路，同时与MCU控制器相连、与MCU控制器进行数据交互；有源电子开关2，与被试高压电容器并联、能释放被试高压电容器内部残余电荷，同时与MCU控制器相连、与MCU控制器进行数据交互；数字功率计，与被试高压电容器并联，同时与MCU控制器相连、与MCU控制器进行数据交互；数字相位计，与被试高压电容器并联，同时与MCU控制器相连、与MCU控制器进行数据交互。

测试前，将被试电容器的另一端接信号地端。MCU控制器设置数字脉冲发生器频率为10k-60kHz扫频，扫频间隔为10kHz，功率放大器最高输出功率为100VA，最高空载输出电压不超过100V。数字脉冲发生器控制命令发生前，MCU控制器首先发出控制命令使得有源电子开关2闭合，即让高压电容器两端对地短路，释放内部残余电荷，放电完成后有源电子开关2发送反馈信息给MCU控制器，然后MCU控制器发出命令使得有源电子开关2断开。MCU控制器发出控制命令使有源电子开关1输出微弱电压信号给被试电容器，如果连接线正常，电容器内部未出现开路，则有源电子开关1给MCU控制器反馈可以开始测试的信息后，自动闭合内部开关。MCU控制器接收到有源电子开关1的信息后，开始启动数字脉冲发生器，同时启动数字功率计和数字相位计跟踪输出端的信号状态，数字功率计和数字相位计将采集到的负载功率和相位信息发送到MCU控制器。具体测试数据如下表1所示。

扫频频率

10kHz

20kHz

30kHz

40kHz

50kHz

60kHz

功率

10VA

10.2VA

10.3VA

15.5VA

11.5VA

12.6VA

相位

-55度

-60度

-79度

-1.003度

-55度

-57.5度

表1进行短路放电的测试数据

由表1可见，频率40kHz处，试验系统施加到被试电容器上的功率明显增加，且相位接近阻性，与其他频率点的数据差异明显。由于被试高压电容器内部可能由多个分支电容组成，内部分支电容击穿后可能改变某个频率点的容抗参数，从而出现如表1中所示40kHz频率点的跳变，因此可认为被试高压电容器内部出现了局部短路现象。

如果被试高压电容器测试前，电容器内部残余有电荷，但并未进行放电处理，那么测试可能得到完全不同的数据，如下表2所示。

扫频频率

10kHz

20kHz

30kHz

40kHz

50kHz

60kHz

功率

14VA

16.2VA

13.3VA

15.5VA

13.5VA

16.6VA

相位

-55度

-60度

-79度

-22度

-55度

-57.5度

表2不进行短路放电的测试数据

由于电容器内部残存电荷是单向的，因此会叠加到试验交流方波电压的正半周或负半周，导致正半周功率增加，从而引起数字功率计的测量偏差。同时残余电荷可能导致输出试验信号的零点并不为零，从而引起相位测量的偏差。如表2所示，在40kHz处功率与相位参数与其他频率点的数据差异较表1而言已经明显缩小，给识别故障带来困难。同时由于内部残存电荷的作用，即使外部施加交流扫频电压，内部电荷也不会释放干净，这样会导致多次重复测试的数据稳定度变差，同样增加了分析难度。因此测试前将电容器内部电荷进行自动放电具有重要意义。

Claims (4)

1.一种高压电容器内部故障测试系统，其特征在于，所述测试系统包括：MCU控制器；与MCU控制器相连，受MCU控制器控制，带扫频功能的数字脉冲发生器；与数字脉冲发生器相连的功率放大器；串联于功率放大器和被试高压电容器之间、在被试高压电容器开路或高阻状态时自动断开内部通路，同时与MCU控制器相连、与MCU控制器进行数据交互的有源电子开关1；与被试高压电容器并联、能释放被试高压电容器内部残余电荷，同时与MCU控制器相连、与MCU控制器进行数据交互的有源电子开关2；与被试高压电容器并联，同时与MCU控制器相连、与MCU控制器进行数据相互的数字功率计；与被试高压电容器并联，同时与MCU控制器相连、与MCU控制器进行数据交互的数字相位计。

2.根据权利要求1所述的高压电容器内部故障测试系统，其特征在于：所述MCU控制器设有与电脑进行数据交互的通信接口。

3.根据权利要求1或2所述的高压电容器内部故障测试系统，其特征在于：所述数字脉冲发生器为频率1Hz-50MHz的方波发生器或PWM发生器。

4.根据权利要求2所述的高压电容器内部故障测试系统，其特征在于：所述通信接口为RS232，或无线串口，或无线WIFI。

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