CN203870197U - 一种暂态对地电压局部放电模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种暂态对地电压局部放电模拟装置，通过辅助电源将外接220V交流电压转换成直流电压，分别为主控制器、暂态对地电压发生器和高压放电枪供电，通过模式切换开关控制主控制器向高压放电枪发送第二控制指令，从而使该高压放电枪进行放电，通过与暂态对地电压局部放电测试仪联合测试，能直接客观的局部放电发生时，在开关柜金属外壁产生暂态对地电压的现象，或通过模式切换开关控制主控制器向暂态对地电压发生器发送第一控制指令，使暂态对地电压发生器产生已知频率和幅值的暂态对地电压信号，以便掌握暂态对地电压局部放电测试仪的原理和操作技能，且解决了现有技术对培训场地要求高，无法保证所有培训现场人员的人身安全的问题。

Description

一种暂态对地电压局部放电模拟装置

技术领域

本实用新型涉及模拟测量领域，尤其涉及一种暂态对地电压局部放电模拟装置。

背景技术

局部放电是指当外加电压在电力设备（如开关柜设备）中产生的场强，足以使电力设备绝缘部分区域发生放电，但在放电区域未形成固定放电通道的放电现象。它主要表现为绝缘部分区域内气体的击穿、小范围内固体或液体介质的局部击穿，或因金属表面的边缘和尖角部位场强集中引起局部击穿等放电现象，每一次的局部放电对绝缘部分都会产生一定的影响，即使是微弱的局部放电，随着影响的不断累积，将会使绝缘部分的介电性能逐渐劣化，并使局部缺陷扩大，最后导致整个绝缘部分击穿，从而酿成重大安全事故。由此可见，在高压电力设备运行过程中，对电力设备绝缘部分的局部放电的检测已成为防止安全事故的必要环节。

目前，在对开关柜设备的局部放电检测通常采用的局部放电的暂态对地电压检测方法。其中，所述暂态对地电压(Transient Earth Voltage，TEV)是1980年由约翰·里弗博士首先发现并命名的，它是在开关柜设备内部放电过程中，由局部放电脉冲产生电磁波，并通过开关柜设备的缝隙或绝缘衬垫处传播出去，同时在设备的金属箱体上产生的一个暂态电压脉冲信号（即暂态对地电压），然后通过设备的金属箱体外表面传到地下。因而，在实际应用中，通常都是特制的电容耦合探测器（即暂态对地电压局部放电测试仪），来捕捉所述暂态对地电压信号，以便通过对该暂态对地电压信号进行分析，判断开关柜设备内是否发生局部放电，以及确定所发生的局部放电的水平，从而有效地排出开关柜设备存在的安全隐患。

在实际应用中，为了能够正确理解和掌握暂态对地电压局部放电测试仪器的原理和操作技能，以避免误操作造成的安全事故，在检测人员正式上岗前，通常都会对受训人员进行现场培训。但是，由于开关柜设备实物体型、重量都很庞大，且通常都安装在变压器内，因而，这使得对检修人员的培训对培训场地要求较高，且当受训人员（即接受培训的受训人员）数量较多时，无法保证每一个受训人员都能够掌握培训内容，另外，在培训过程中，为了再现开关柜设备的局部放电现象，往往需要对被测对象施加高电压，这存在着很大的安全隐患。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种暂态对地电压局部放电模拟装置，解决了现有技术因对系统运行中的电力设备实物进行操作，而使其对培训场地要求高、无法保证每一受训人员都能掌握培训内容，以及所有培训现场人员的人身安全的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种暂态对地电压局部放电模拟装置，包括：

供暂态对地电压局部放电测试仪测试使用的电压测试区、模式切换开关，辅助电源，分别与所述模式切换开关和所述辅助电源相连的主控制器，分别与所述电压测试区、所述辅助电源和所述主控制器相连的暂态对地电压发生器，以及分别与所述辅助电源和所述主控制器相连的高压放电枪，其中，

所述辅助电源，用于将外接220V交流电压转换成第一直流电压、第二直流电压和第三直流电压，并通过所述第一直流电压为所述主控制器供电，通过第二直流电压为所述暂态对地电压发生器，通过第三直流电压为所述高压放电枪供电；

所述模式切换开关，用于当切换到暂态对地电压发生模式时，向所述主控制器发送暂态对地电压发生信号，当切换到高压放电模式时，向所述主控制器发送高压放电信号，当切换到中间模式时，不输出任何信号；

所述主控制器，用于当接收到所述模式切换开关发送的暂态对地电压发生信号时，向所述暂态对地电压发生器发送第一控制指令，当接收到所述模式切换开关发送的高压放电信号时，向所述高压放电枪发送第二控制指令；

所述暂态对地电压发生器，用于根据接收到的所述第一控制指令，产生暂态对地电压信号，并将所述暂态对地电压信号发送至所述电压测试区。

所述高压放电枪，用于接收所述主控制器发送的第二控制指令，并根据所述第二控制指令进行放电。

优选的，所述装置还包括：

与所述暂态对地电压发生器相连的转换模块，以及与所述转换模块相连，供高频法局部放电测试仪使用的电流检测区，其中，

所述转换模块，用于将所述暂态对地电压发生器输出的暂态对地电压信号转换成电流信号，并将所述电流信号发送至所述电流检测区。

优选的，所述装置还包括：与所述辅助电源相连的电源开关。

优选的，所述电压检测区为铝制金属板。

优选的，所述转换模块具体为电容。

优选的，所述电流检测区包括：一端与所述转换模块相连，另一端接地的铜支架。

优选的，所述暂态对地电压发生器包括：

与所述主控制器相连的振荡电路，用于根据接收到的所述暂态对地电压发生信号，产生的具有第一预设频率和第一预设幅值的正弦波信号；

与所述振荡电路相连的功率放大电路，用于对接收到的所述正弦波信号进行放大，得到具有第二预设频率和第二预设幅值的暂态对地电压信号。

优选的，所述振荡电路具体为希勒振荡电路。

优选的，所述功率放大电路具体为运算放大器。

优选的，所述电容具体为5000pF的陶瓷电容。

从上述技术方案可以看出，本实用新型提供了一种暂态对地电压局部放电模拟装置，该装置包括：供暂态对地电压局部放电测试仪测试使用的电压测试区、模式切换开关，辅助电源，与所述辅助电源相连的主控制器，分别与所述电压测试区、所述辅助电源和所述主控制器相连的暂态对地电压发生器，以及分别与所述辅助电源和所述主控制器相连的高压放电枪。本实用新型通过辅助电源将外接220V交流电压转换成第一直流电压、第二直流电压和第三直流电压，分别为主控制器、暂态对地电压发生器和高压放电枪供电，通过模式切换开关控制主控制器向高压放电枪发送第二控制指令，从而控制该高压放电枪放电，产生了真实的放电现象，此时，通过与暂态对地电压局部放电测试仪联合测试，能直接客观的局部放电发生时，在开关柜金属外壁产生暂态对地电压的现象，方便了受训人员理解和接受暂态对地电压法检测局部放电的有效性；且通过模式切换开关控制主控制器向暂态对地电压发生器发送第一控制指令，从而控制该暂态对地电压发生器产生具有第一预设频率和第一预设幅值的暂态对地电压信号，此时受训人员可使用暂态对地电压局部放电测试仪在电压测试区测量暂态对地电压，从而了解并掌握该暂态对地电压局部放电测试仪的原理和操作技能，且解决了现有技术在培训过程中，对培训场地要求高，无法保证所有培训现场人员的人身安全的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型公开的一种暂态对地电压局部放电模拟装置的实施例1的结构示意图；

图2为本实用新型公开的一种暂态对地电压局部放电模拟装置的实施例2结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开了一种暂态对地电压局部放电模拟装置，该装置包括：供暂态对地电压局部放电测试仪测试使用的电压测试区、模式切换开关，辅助电源，与所述辅助电源相连的主控制器，分别与所述电压测试区、所述辅助电源和所述主控制器相连的暂态对地电压发生器，以及分别与所述辅助电源和所述主控制器相连的高压放电枪。本实用新型通过辅助电源将外接220V交流电压转换成第一直流电压、第二直流电压和第三直流电压，分别为主控制器、暂态对地电压发生器和高压放电枪供电，通过模式切换开关控制主控制器向高压放电枪发送第二控制指令，从而控制该高压放电枪放电，产生了真实的放电现象，此时，通过与暂态对地电压局部放电测试仪联合测试，能直接客观的局部放电发生时，在开关柜金属外壁产生暂态对地电压的现象，方便了受训人员理解和接受暂态对地电压法检测局部放电的有效性；且通过模式切换开关控制主控制器向暂态对地电压发生器发送第一控制指令，从而控制该暂态对地电压发生器产生具有第一预设频率和第一预设幅值的暂态对地电压信号，此时受训人员可使用暂态对地电压局部放电测试仪在电压测试区测量暂态对地电压，从而了解并掌握该暂态对地电压局部放电测试仪的原理和操作技能，且解决了现有技术在培训过程中，对培训场地要求高，无法保证所有培训现场人员的人身安全的问题。

如图1所示，为本实用新型提供的一种暂态对地电压局部放电模拟装置的实施例1的结构示意图，所述装置可以包括：

供暂态对地电压局部放电测试仪测试使用的电压测试区101、模式切换开关102，辅助电源103，分别与模式切换开关102和辅助电源103相连的主控制器104，分别与电压测试区101、辅助电源103和主控制器104相连的暂态对地电压发生器105，以及分别与辅助电源103和主控制器104相连的高压放电枪106，其中，

在实际应用中，该电压测试区101可以为铝制金属版。

模式切换开关102，用于当切换到暂态对地电压发生模式时，向主控制器104发送暂态对地电压发生信号；当切换到高压放电模式时，向所述主控制器104发送高压放电信号；当切换到中间模式时，不输出任何信号。

在本实用新型实施例中，受训人员可通过对模式切换开关的操作，实现暂态对地电压发生模式、高压放电模式和中间模式等三种模式的切换，当切换到高压放电模式时，可通过高压放电枪产生放电现象，以便受训人员使用暂态对地电压测试仪，在电压测试区101上测得暂态对地电压，从而直接客观揭示了局部放电发生时，在开关柜金属外壁产生暂态对地电压的现象；当切换到暂态对地电压发生模式时，可通过暂态对地电压发生器产生已知频率和幅值的暂态对地电压，方便受训人员通过暂态对地电压局部放电测试仪快速筛选并确定真实的局部放电信号；当切换到中间模式时，模式切换开关不向主控制器发送任何信号，则暂态对地电压发生器和高压放电枪都不会工作。

辅助电源103，用于将外接220V交流电压转换成第一直流电压、第二直流电压，和第三直流电压，并通过所述第一直流电压为所述主控制器供电，通过第二直流电压为所述暂态对地电压发生器，通过第三直流电压为所述高压放电枪供电。

其中，在本实用新型实施例中，所述第一直流电压可以为+12V，所述第二直流电压可以为+5V，所述第三直流电压为+3.3V。

主控制器104，用于向暂态对地电压发生器105发送第一控制指令。在实际应用中，主控制器104是在接收到模式切换开关发送的暂态对地电压发生信号后，才会向暂态对地电压发生器105发送第一控制指令。

暂态对地电压发生器105，用于根据接收到的所述第一控制指令，产生暂态对地电压信号，并将所述暂态对地电压信号发送至电压测试区101，此时，受训人员即可使用暂态对地电压局部放电测试仪对电压测试区上的暂态对地电压信号进行检测，从而了解并掌握该暂态对地电压局部放电测试仪的使用技巧。

在本实用新型实施例中，暂态对地电压发生器105可以包括：

与主控制器104相连的振荡电路，用于根据接收到的所述暂态对地电压发生信号，产生的具有第一预设频率和第一预设幅值的正弦波信号。

其中，所述振荡电路具体可以为电路结构简单且输出信号频率稳定的希勒振荡电路，其产生的正弦波信号的频率通常为几十MHz，幅值在100mV左右的高频电压信号，则在本实用新型实施例中所述第一预设频率可以为15MHz。

与振荡电路相连的功率放大电路，用于对接收到的正弦波信号进行放大，得到具有第二预设频率和第二预设幅值的暂态对地电压信号。

其中，本实用新型实施例中的第一预设频率可以等于第二预设频率，且在实际应用中，所述功率放大电路具体可以选用运算功率放大器，如AD811电流型高频运算放大器。

另外，为了满足暂态对地电压局部放电测试仪对暂态对地电压的测试范围的要求，以及获得较强的暂态对地电压信号，当所述振荡电路为希勒振荡电路，且其输出信号为15MHz的正弦波信号时，经所述AD811电流型高频运算放大器的放大后，所得电压信号即为暂态对地电压信号的幅值通常都在2V左右。也就是说，第一预设频率和第二预设频率可以为15MHz，第二预设幅值可以为2V。

其中，在暂态对地电压产生过程中，放电电极之间的电荷发生快速的交变，靠近放电点的金属屏蔽表面点位也随之改变，从而形成快速交变的脉冲电流，其频率可高达几十MHz，最终，该脉冲电流经开关柜设备金属外壳传输到接地线释放。由此可见，本实用新型还可以通过高频法局部放电测试仪（如高频电流互感器）对所述脉冲电流信号进行检测，从而得到局部放电的水平，为此，作为本实用新型另一实施例，所述装置还可以包括：

与暂态对地电压发生器105相连的转换模块，以及与转换模块相连，供高频法局部放电测试仪使用的电流测试区，其中，

转换模块，用于将暂态对地电压发生器105输出的暂态对地电压信号转换成电流信号，并将该电流信号发送至电流测试区，以便受训学员使用高频法局部放电测试仪在电流测试区测量电流信号。

在本实用新型实施例中，电流测试区可设置一个铜支架，使其一端接地，另一端连接转换模块，从而形成接地回路，而该转换模块可选用5000pF的电容，形成一个对地负载。所以，当暂态对地电压发生器105产生一个15MHz、2V的暂态对地电压信号后，一方面会将其输送至电压检测区，以便受训学员使用暂态对地电压局部放电测试仪对暂态对地电压进行检测，另一方面将会输送至电容，并将输出的15MHz、200mA的电流信号发送至电流检测区，以便受训人员使用高频法局部放电测试仪对该脉冲电流进行检测，从而确定局部放电的水平。

高压放电枪106，用于接收主控制器104发送的第二控制指令，并根据所述第二控制指令进行放电。

在本实用新型实施例的实际应用中，为了使受训人员理解和接受暂态对地电压法检测局部放电的有效性，通过高压放电枪模拟了高压放电的现象，并结合暂态对地电压局部测试仪的联合测试，可再电压测试区上测得暂态对地电压。其中，高压放电枪106可以采用自激振荡电路产生20KHz的振荡电压，用于控制晶闸管并推动升压变压器，从而使该升压变压器输出的2KV左右的高压，并利用该高压击穿空气介质产生电弧，即产生真实的放电现象。

其中，需要说明的是，本实用新型实施例的所述装置还可以包括与辅助电源相连电源开关、以及用于连接各器件的线路或连接设备等等，均属于本实用新型的保护范围，此处讲不再一一列举。

在本实用新型实施例中，通过辅助电源将外接220V交流电压转换成第一直流电压、第二直流电压和第三直流电压，分别为主控制器、暂态对地电压发生器和高压放电枪供电，当模式切换开关切换到高压放电模式时，将会向主控制器发送高压放电信号，此时，主控制器将会向高压放电枪发送第二控制指令，控制该高压放电枪进行放电，从而产生了真实的放电现象，此时，通过与暂态对地电压局部放电测试仪联合测试，能直接客观的局部放电发生时，在开关柜金属外壁产生暂态对地电压的现象，方便了受训人员理解和接受暂态对地电压法检测局部放电的有效性；而当模式切换开关切换到暂态对地电压发生模式时，将会向主控制器发送暂态对地电压发生信号，从而使主控制器向暂态对地电压发生器发送第一控制指令，控制该暂态对地电压发生器产生具有第一预设频率和第一预设幅值的暂态对地电压信号，此时受训人员可使用暂态对地电压局部放电测试仪在电压测试区测量暂态对地电压，从而了解并掌握该暂态对地电压局部放电测试仪的原理和操作技能，且解决了现有技术在培训过程中，对培训场地要求高，无法保证所有培训现场人员的人身安全的问题。

如图2所示，为本实用新型一种暂态对地电压局部放电模拟装置的实施例2的结构示意图，所示装置可以包括：电压测试区201、电流测试区202、模式切换开关203和电源开关204，与电源开关204相连的辅助电源205，分别与模式切换开关203和辅助电源205相连的主控制器206，分别与辅助电源205和主控制器206相连的高压放电枪207，分别与电压测试区201、辅助电源205和主控制器206相连的暂态对地电压发生器208，以及分别与暂态对地电压发生器208和电流检测区202相连的电容209，其中，

电源开关204，用于控制辅助电源205与外接220V交流电源的通断，在实际应用中，当检测开始时，先将外接电源与本装置接通后，才会将该电源开关204打开，从而使该装置中的各器件通电，检测结束后，首先要将电源开关205关闭，再断开本装置与外接电源的连接，以保证设备和人员的安全。

辅助电源205，用于将外接220V交流电压转换成第一直流电压、第二直流电压和第三直流电压，并通过所述第一直流电压为主控制器206供电，通过第二直流电压为暂态对地电压发生器207供电，通过第三直流电压为高压放电枪208供电。其中，第一直流电压可以为+5V，第二直流电压可以为+12V，第三直流电压可以为+3.3V。

模式切换开关203，用于当切换到高压放电模式时，向主控制器206发送高压放电信号，控制主控制器206输出第一控制指令；当切换到暂态对地电压发生模式时，向主控制器206发送暂态对地电压发生信号，控制主控制器206输出第二控制指令；当切换到中间模式时，不输出任何信号。

暂态对地电压发生器207，用于根据主控制器206发送的第一控制指令，产生暂态对地电压信号，一方面将所述暂态对地电压信号发送至电压测试区201，以便受训人员使用暂态对地电压局部放电测试仪在该电压测试区201检测暂态对地电压；另一方便将该暂态对地电压信号输入至电容209，并将电容209输出的脉冲电流信号发送至电流检测区，以便受训人员使用高频法局部放电测试仪在电流检测区检测脉冲电流，从而得到局部放电的水平。

在本实用新型实施例的实际应用中，电流检测区202可以设置一个铜支架，使其一端接地，另一端与电容输出端相连，以便与将高频电流传感器钳在铜支架上，完成对脉冲电流的检测。

其中，本实用新型实施例中，暂态对地电压信号207可以包括：希勒振荡电路和运算放大器，则可以通过希勒振荡电路产生已知频率的正弦信号，经运算放大器放大后输出具有该频率，且幅值已知的暂态对地电压信号。

其中，当已知频率为15MHz，已知幅值为2V，且所述电容209的大小为5000pF时，所述暂态对地电压信号经所述电容209处理后，将会输出频率为15MHz，幅值为200mA的脉冲电流信号。

高压放电枪208，用于接收主控制器206发送的第二控制指令，并根据所述第二控制指令进行放电，在实际应用中，该高压放电枪208通常可输出2KV的高压。

在本实用新型实施例中，当电源开关打开时，辅助电源将会把外接220V交流电压转换成第一直流电压、第二直流电压和第三直流电压，分别为主控制器、暂态对地电压发生器和高压放电枪供电，当模式切换开关切换到高压放电模式时，将会向主控制器发送高压放电信号，此时，主控制器将会向高压放电枪发送第二控制指令，控制该高压放电枪进行放电，从而产生了真实的放电现象，此时，通过与暂态对地电压局部放电测试仪联合测试，能直接客观的局部放电发生时，在开关柜金属外壁产生暂态对地电压和在接地回路中产生高频脉冲电流的现象，方便了受训人员理解和接受暂态对地电压法检测局部放电的有效性；而当模式切换开关切换到暂态对地电压发生模式时，将会向主控制器发送暂态对地电压发生信号，从而使主控制器向暂态对地电压发生器发送第一控制指令，控制该暂态对地电压发生器产生具有第一预设频率和第一预设幅值的暂态对地电压信号，此时受训人员可使用暂态对地电压局部放电测试仪在电压测试区测量暂态对地电压，从而了解并掌握该暂态对地电压局部放电测试仪的原理和操作技能，并解决了现有技术在培训过程中，无法保证所有培训现场人员的人身安全的问题，且由于本实用新型所提供的装置体积小，重量轻，大大降低了对培训场地的要求。

对于上述实施例，需要说明的是，所述装置还可以包括用于连接各器件的线路或连接设备，与外接电源相连的插座或插线等等，均属于本实用新型保护范围，此处将不再一一列举。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种暂态对地电压局部放电模拟装置，其特征在于，包括：

供暂态对地电压局部放电测试仪测试使用的电压测试区、模式切换开关，辅助电源，分别与所述模式切换开关和所述辅助电源相连的主控制器，分别与所述电压测试区、所述辅助电源和所述主控制器相连的暂态对地电压发生器，以及分别与所述辅助电源和所述主控制器相连的高压放电枪，其中，

所述辅助电源，用于将外接220V交流电压转换成第一直流电压、第二直流电压和第三直流电压，并通过所述第一直流电压为所述主控制器供电，通过第二直流电压为所述暂态对地电压发生器，通过第三直流电压为所述高压放电枪供电；

所述模式切换开关，用于当切换到暂态对地电压发生模式时，向所述主控制器发送暂态对地电压发生信号，当切换到高压放电模式时，向所述主控制器发送高压放电信号，当切换到中间模式时，不输出任何信号；

所述主控制器，用于当接收到所述模式切换开关发送的暂态对地电压发生信号时，向所述暂态对地电压发生器发送第一控制指令，当接收到所述模式切换开关发送的高压放电信号时，向所述高压放电枪发送第二控制指令。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

与所述暂态对地电压发生器相连的转换模块，以及与所述转换模块相连，供高频法局部放电测试仪使用的电流检测区，其中，

所述转换模块，用于将所述暂态对地电压发生器输出的暂态对地电压信号转换成电流信号，并将所述电流信号发送至所述电流检测区。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

与所述辅助电源相连的电源开关。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电压检测区为铝制金属板。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述转换模块具体为电容。

6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电流检测区包括：

一端与所述转换模块相连，另一端接地的铜支架。

7.根据权利要求1-6任一项所述的装置，其特征在于，所述暂态对地电压发生器包括：

与所述主控制器相连的振荡电路，用于根据接收到的所述暂态对地电压发生信号，产生的具有第一预设频率和第一预设幅值的正弦波信号；

与所述振荡电路相连的功率放大电路，用于对接收到的所述正弦波信号进行放大，得到具有第二预设频率和第二预设幅值的暂态对地电压信号。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述振荡电路具体为希勒振荡电路。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述功率放大电路具体为运算放大器。

10.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电容具体为5000pF的陶瓷电容。