CN204241625U - 一种基于超低频交流的耐压测距装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电力试验技术领域，尤其涉及一种基于超低频交流的耐压测距装置，其中，直流高压发生器的输入端连接至交流电源，其输出端输出直流高压，将该直流高压输入到超低频逆变单元；在直流高压发生器的正极输出端与超低频逆变单元之间设置有限流电感；超低频逆变单元的输出端一端接地，另一端通过耦合器接入到试品，并将试品的保护层接地处理；分压器一端连接至超低频逆变单元的输出端，另一端接地处理，中间抽头连接至控制器；控制器采集分压器的分压信号对直流高压发生器和超低频逆变单元进行控制；行波测距仪通过耦合器采集行波信号进行故障点的测距。本实用新型具有交流耐压和故障测距同时完成的优点。

Description

一种基于超低频交流的耐压测距装置

技术领域

本实用新型涉及一种耐压测距装置，尤其涉及一种基于超低频交流的耐压测距装置，属于电力试验技术领域。

背景技术

电力线路是传输电能的通道，是电网的主要组成部分，通常采用高压架空线路，部分用地紧张或者对线路防雷、防爆要求高的区域，更多的采用电力电缆。发电机和变压器引出线往往采用封闭母线和管型母线，也有部分采用架空线或电力电缆。

电力系统中电力线路的故障数大约占总故障数的80％以上，架空线路处于野外，易遭雷击、大风等气象影响，瞬时故障占多数，故障点查找费时费工，很多时候只能通过试送电冲击解决。通常，架空线路距离保护均可以计算故障点距离，近年来架空线路故障行波测距得到了很多应用，都是基于行波传输和波阻抗变化点包括故障点和线路终端、T接头的折反射原理实现的，部分需要GPS高精度时钟的支持，故障测距精度得到了提高，并有研究者开发了行波保护。以上架空线路一般不采用耐压的方法试验，线路两端设有通讯和电压互感器，一般采用在线测距方案。

电力电缆线路发生故障后一般认为会转成永久故障，采用脉冲放电进行电缆故障测距的方法，包括低压脉冲法、高压脉冲法、和二次脉冲法和双端法同前述架空线路一样，都是基于行波传输、折反射原理进行的。

电缆故障点一般分为低阻、中阻和高阻，中高阻故障需要用脉冲电压或电流对故障点进行击穿，以保证故障点阻抗降低，从而产生放电和行波折反射。高压脉冲放电一般采用高压直流向电容器充 电，通过放电间隙或发电开关向试品放电。这种方法存在几个问题：1、直流脉冲对电缆未损坏处固体绝缘有累积效应，影响电缆寿命，现有试验规程已明确规定不进行电缆直流耐压试验；2、直流脉冲破坏力较差，甚至可能导致故障点电阻升高，甚至击穿不了；3、放电间隙或开关需要开断直流电流，故障率高。

电缆振荡波测试仪使用高压电容储存直流高压电能，直流储能通过电感线圈对电缆放电，电感线圈和电缆对地分布电容发生低频谐振产生低频振荡波，实现电缆的试验。当电缆内部绝缘破坏产生放电时，放电脉冲在电缆内传输，同样可以采用行波测距方法，实现故障点测距。该设备部分的解决了直流脉冲放电的问题，放电开关不需要开断直流电流，成本低、使用寿命长；产生的交流分量对故障点击穿效果好，内置行波测距准确度高，因此得到了较好的应用效果，部分供电部门正在推广应用。但是，该设备产生的振荡波高压叠加有很高的直流分量，同样存在电缆绝缘的直流累积效应，不满足现行试验规程要求；同时交直流叠加的耐压电压和交流耐压电压的等效性没有成熟的验证。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种基于超低频交流的耐压测距装置，将交流耐压和故障测距同时完成，实现线路耐压试验过程中发生故障时，能够自动测量故障点的距离。

为实现上述目的，本实用新型采用下述的技术方案：

一种基于超低频交流的耐压测距装置，包括：

直流高压发生器、限流电感、超低频逆变单元、分压器、耦合器、控制器和行波测距仪；

所述直流高压发生器的输入端连接至工频电源，所述直流高压发生器的正极输出端连接所述超低频逆变单元的正极输入端，所述 直流高压发生器的负极输出端连接所述超低频逆变单元的负极输入端，所述直流高压发生器的正极输出端与所述超低频逆变单元的正极输入端之间还连接有限流电感，所述超低频逆变单元的输出端一端接试品，所述超低频逆变单元的输出另一端与耦合器输入端连接，耦合器接地端与试品保护层连接后接地；所述耦合器输出端连接所述行波测距仪；所述分压器两端连接所述超低频逆变单元的两个输出端，中间抽头连接至所述控制器；所述控制器还连接所述超低频逆变单元和高压直流发生器，所述控制器采集所述分压器的分压信号对所述直流高压发生器和所述超低频逆变单元进行控制；

所述发生器将所述工频电源经整流、高频逆变升压、二次倍压整流输出成一定电压的直流高压，通过限流电感和超低频逆变单元将直流高压逆变成超低频交流高电压加到试品上，所述试品放电产生的高频脉冲行波信号及折返射行波信号传输至所述耦合器，所述行波测距仪通过所述耦合器采集行波信号进行故障点的测距。

其中较优地，所述超低频逆变单元输出的交流电压频率在0.1Hz以下。

其中较优地，所述超低频逆变单元采用一个桥式逆变电路或者多个桥式逆变电路串联而成。

其中较优地，所述桥式逆变电路由全控型电力电子器件或半控型电力电子器件组成。

与现有技术相比，本实用新型提供的一种基于超低频交流的电力线路耐压测距装置，采用超低频交流高压的办法，消除了直流方法对绝缘的累积损坏效应；具有技术成熟、设备可靠的优点；具有故障点击穿能力大，对中高阻试验效果好、测距快速的优点；实现交流耐压和故障测距试验设备的集成。

附图说明

图1是本实用新型所提供的一实施例中，基于超低频交流的耐 压测距装置的整体结构及接线图；

图2是本实用新型所提供的一实施例中，基于超低频交流的耐压测距装置工作原理图；

图3是图2所提供实施例的电压向量示意图；

图4是本实用新型所提供的，基于超低频交流的耐压测距装置的行波测距原理示意图；

图5是图4所示基于超低频交流的耐压测距装置的行波反射点示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图1所示，本实用新型提供一种基于超低频交流的耐压测距装置，包括：直流高压发生器2、限流电感3、超低频逆变单元4、分压器5、耦合器6、控制器7和行波测距仪8；直流高压发生器2的输入端连接至工频电源1，直流高压发生器2的正极输出端连接超低频逆变单元4的正极输入端，直流高压发生器2的负极输出端连接超低频逆变单元4的负极输入端，直流高压发生器2的正极输出端与超低频逆变单元4的正极输入端之间还连接有限流电感3，超低频逆变单元4的输出端一端接试品0，超低频逆变单元4的输出端另一端与耦合器6输入端连接，耦合器6接地端与试品0的保护层连接后接地；耦合器6输出端连接行波测距仪8；分压器5两端连接超低频逆变单元4的两个输出端，中间抽头连接至控制器7；控制器7还连接超低频逆变单元4和高压直流发生器2，控制器7采集分压器5的分压信号对直流高压发生器2和超低频逆变单元4进行控制；

高压直流发生器2将工频电源电压经整流、高频逆变升压、二 次倍压和整流输出成一定电压的压直流高压，通过限流电感3和超低频逆变单元4将直流高压逆变成超低频交流高电压加到试品0上，试品0产生的放电高频脉冲行波信号及折返射行波信号传输至耦合器6，行波测距仪8通过耦合器6采集行波信号进行故障点的测距。

图1示出了基于超低频交流的耐压测距装置的结构及试验接线图。参照图1，本实用新型包括直流高压发生器2、限流电感3、超低频逆变单元4、分压器5、耦合器6、控制器7和行波测距仪8。其中，直流高压发生器2的输入端连接至交流电源1，经过整流、高频逆变升压、二次倍压和整流后，输出一定电压值的直流高压，并将该直流高压输入到超低频逆变单元4，在直流高压发生器2的正极输出端与超低频逆变单元4之间设置有限流电感3。超低频逆变单元4的输出端一端接至试品0，另一端通过耦合器6接入到试品0的保护层，并将试品0的保护层接地处理；试品0一般是电力电缆。分压器5一端连接至在超低频逆变单元4的输出端，另一端接地处理，分压器5中间抽头连接至控制器7。其中，分压器5采用多个电阻串联，从而构成电阻分压器。控制器7采集分压器5的分压信号对直流高压发生器2和超低频逆变单元4进行控制，行波测距仪8通过耦合器6采集行波信号进行故障点的测距。

在本发明的一个实施例中，超低频逆变单元采用一个桥式逆变电路或者多个桥式逆变电路串联而成。桥式逆变电路由全控型电力电子器件或半控型电力电子器件组成。半控型电力电子器件为普通晶闸管。全控型电力电子器件优选为电力MOSFET或者IGBT。

本实用新型提供的基于超低频交流的耐压测距装置工作原理如下：高压直流发生器2将交流工频电源1经过整流、高频逆变升压和整流后，输出一定电压值的直流高压，通过限流电感3及超低频逆变单元4后，将直流高压逆变成0.1Hz甚至以下的超低频交流高电压，并将此超低频交流高压加载到试品0上；控制器7通过测量分压器5的二次电压U2，控制直流高压发生器2和超低频逆变单元 4的输出电压和频率，从而对电力电缆等试品0进行超低频交流耐压。

参照图2和图3，本发明的基于超低频交流的耐压测距装置由于频率很低，在0.1Hz以下，因此试品0分布电容C引起的电容电流很小，比普通工频交流耐压试验设备视在输入功率理论上要小很多。

如图4所示，当试品0绝缘存在缺陷时，并且交流高压达到一定值时，缺陷部分会发生放电，即故障点放电。当试品0故障点进行放电时，其分布电容被短接或部分短接，此时，放电脉冲会在试品中传播，形成高频行波信号。

如图5所示，当试品0故障点放电时，耦合器6对低频交流电流的阻抗近乎为零，用于提取故障点放电行波高频电流脉冲信号；行波测距仪8利用电流行波信号，根据试品0介质中的行波传输速度和折反射时间差，计算故障点到终端的距离，实现测距的功能，采用以下步骤：

(1)放电故障点距离试验端的距离测量放电脉冲行波信号(电压或电流)达到测试端的放电脉冲初始行波到达时间t₁、故障点反射行波到达时间t₂和对端反射行波到达时间t₃；

(2)如已知试品中电磁波的传输速度v，则放电故障点距离试验端的距离其中S_F表示放电故障点距离试验端的距离。

(3)如已知试品全长为S_Q，以此计算电磁波速度

(4)如已知试品绝缘的介电系数ε和导磁系数μ，试品0中的电磁波速度计算公式

本实用新型还可用于架空线路、管型母线、封闭母线的故障测距，方法与实施例相同。本方法用于气体绝缘电器GIS、变压器的内部放电查找，也有相同的作用，但应辅助其他手段。

通过上述实施例可知，使用本实用新型所提供的基于超低频交流的耐压测距装置具有以下有益效果：

1、用超低频交流电源替代了高压直流脉冲或振荡波电源，没有直流高压对绝缘有害的电荷累积效应。

2、用交流高压电源替代了高压直流脉冲或振荡电源，对故障点击穿效果好、对击穿电流限制效果好，不使用放电开关或间隙，简单可靠。

3、可用于电力电缆和母线、GIS等大电容量设备的交流耐压，并能同时进行故障测距。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的保护范畴。

Claims (4)

1.一种基于超低频交流的耐压测距装置，其特征在于，包括：

直流高压发生器、限流电感、超低频逆变单元、分压器、耦合器、控制器和行波测距仪；

所述直流高压发生器的输入端连接至工频电源，所述直流高压发生器的正极输出端连接所述超低频逆变单元的正极输入端，所述直流高压发生器的负极输出端连接所述超低频逆变单元的负极输入端，所述直流高压发生器的正极输出端与所述超低频逆变单元的正极输入端之间还连接有限流电感，所述超低频逆变单元的输出一端接试品，所述超低频逆变单元的输出另一端与耦合器输入端连接，耦合器接地端与试品保护层连接后接地；所述耦合器输出端连接所述行波测距仪；所述分压器两端连接所述超低频逆变单元的两个输出端，中间抽头连接至所述控制器；所述控制器还连接所述超低频逆变单元和高压直流发生器，所述控制器采集所述分压器的分压信号对所述直流高压发生器和所述超低频逆变单元进行控制；

所述发生器将所述工频电源经整流、高频逆变升压、二次倍压和整流输出成一定电压的压直流高压，通过限流电感和超低频逆变单元将直流高压逆变成超低频交流高电压加到试品上，所述试品产生的放电高频脉冲行波信号及折返射行波信号传输至所述耦合器，所述行波测距仪通过所述耦合器采集行波信号进行故障点的测距。

2.如权利要求1所述的耐压测距装置，其特征在于，所述超低频逆变单元输出的交流电压频率在0.1Hz以下。

3.如权利要求1所述的耐压测距装置，其特征在于，所述超低频逆变单元采用一个桥式逆变电路或者多个桥式逆变电路串联而成。

4.如权利要求3所述的耐压测距装置，其特征在于，所述桥式逆变电路由全控型电力电子器件或半控型电力电子器件组成。