CN208334443U - 高压振荡波发生器 - Google Patents

Abstract

高压振荡波发生器，包括：高压直流单元，所述高压直流单元的交流输入端接220V交流电源；与所述高压直流单元的直流输出端的正极串联的电抗器单元；与所述电抗器单元串联的电容单元，所述电容单元的另一端接地、并同时与所述高压直流单元的直流输出端的负极相连；设置于所述高压直流单元的直流输出端的正极与所述电抗器单元之间的第一高压半导体开关；与串联的电抗器单元和电容单元并联的第二高压半导体开关。本实用新型的高压振荡波发生器，通过高压直流单元向电容单元充电，并使用电抗器单元和电容单元组成LC振荡回路产生振荡波，产生的振荡波电压幅值可调，对电缆不产生伤害，而且电路结构简单，轻便小巧，适合在各种应用场合下使用。

Description

高压振荡波发生器

技术领域

本实用新型属于电力设备绝缘状态检测技术领域，更具体地说，涉及一种用于电缆局部放电检测的高压振荡波发生器。

背景技术

近年来，交联聚乙烯(XLPE)电力电缆由于具有绝缘性能好、易于制造、安装方便、有利于城市布局等优点，在城市电网中得到了广泛应用。然而电力电缆在使用过程中，随着运行时间的增加或受机械冲击、绝缘受潮、化学腐蚀、温度异常等因素的影响，电缆的绝缘强度会逐渐降低，并产生局部放电现象。在局部放电的长期作用下，电缆的绝缘材料会不断老化并最终导致电缆绝缘击穿，存在安全隐患。

由于电缆故障具有复杂性、隐蔽性的特点，查找排除起来比较困难。目前电力系统中判断电缆绝缘好坏的常用的测试方法是对被测电缆绝缘施加过电压，从而检测电缆绝缘耐压是否符合要求，施加过电压的常用手段有直流耐压法和交流耐压法。但以上方法仅能对电缆的整体绝缘情况进行诊断，无法检测出是否存在局部放电，而且对电缆绝缘具有一定破坏性。

振荡波电压是近年来国内外研究较多的一种用于XLPE电力电缆进行局部放电检测和定位的电源。该电源与交流电源等效性好，可有效检测出XLPE电力电缆中的各种缺陷，且不会对电缆造成伤害。但目前的电缆振荡波测试系统在应用中还有一些问题需要解决，例如，现有的振荡波高压直流单元在交流转直流的过程中，变压器对容量和绝缘要求较高，这使得电源模块体积较大，影响了振荡波测试系统的现场应用。而且，现有振荡波测试系统产生的高压幅值难以调整，对电缆绝缘状态的详细评估带来了不良影响。因此，如何设计一种可靠、便携同时使用灵活的高压振荡波发生器，以提升电力电缆局放检测的可靠性和准确性，成为业内急需解决的问题之一。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电路结构简单、使用方便安全的高压振荡波发生器。

为了实现上述目的，本实用新型采取如下的技术解决方案：

高压振荡波发生器，包括：高压直流单元，所述高压直流单元的交流输入端接220V交流电源；与所述高压直流单元的直流输出端的正极串联的电抗器单元；与所述电抗器单元串联的电容单元，所述电容单元的另一端接地、并同时与所述高压直流单元的直流输出端的负极相连；设置于所述高压直流单元的直流输出端的正极与所述电抗器单元之间的第一高压半导体开关；与串联的电抗器单元和电容单元并联的第二高压半导体开关。

更具体的，还包括控制单元，所述控制单元与所述第一高压半导体开关、第二高压半导体开关及高压直流单元相连。

更具体的，所述高压直流单元包括变压器、固态继电器、倍压整流电路、保护电阻及熔断器，所述变压器的低压侧与交流输入端相连，变压器的高压侧与倍压整流电路相连，倍压整流电路的另一端与保护电阻及熔断器依次串联，熔断器的另一端与直流输出端相连；在变压器低压侧的任意一个输入端与交流输入端之间设置有固态继电器。

更具体的，所述倍压整流电路为由第一电容、第二电容、第三电容、第四电容以及第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管组成的四倍压整流电路，所述变压器高压侧的两个输出端中，一个输出端接地，另一个输出端与第一电容相连，第一电容的另一端同时与第一二极管的负极、第二二极管的正极以及第三电容相连，第一二极管的正极与变压器高压侧接地的输出端相连并同时与第二电容相连，第二电容的另一端与第二二极管的负极相连，第三电容的另一端同时与第三二极管的负极以及第四二极管的正极相连，第三二极管的正极与第二二极管的负极相连并同时与第四电容相连，第四电容的另一端与第四二极管的负极相连，第四二极管的正极与保护电阻相连。

更具体的，所述倍压整流电路中电容的电容值为5nF，二极管的耐压为40kV、额定电流为1A。

更具体的，所述电容单元包括被测电缆等效电容以及与被测电缆等效电容并联的补偿电容。

更具体的，所述被测电缆等效电容的电容值为0.025μF～12μF，所述补偿电容的电容值为0.2μF。

更具体的，所述变压器为单相220V/5kV的隔离变压器。

更具体的，所述第一高压半导体开关和第二高压半导体开关由12个IGBT模块串联组成，IGBT模块的额定电流为86A，耐压为3kV。

更具体的，所述控制单元为型号为ZYNQ-7020的FPGA芯片。

由以上技术方案可知，本实用新型的高压振荡波发生器通过设置高压直流单元以及由电抗器单元和电容单元组成的阻尼振荡回路，可产生接近于工频的局放检测用振荡波电压，且产生的振荡波电压幅值可调，对电缆无伤害。与现有振荡波发生器相比，本实用新型的高压直流单元中设置由增压电容和整流二极管组成的倍压整流电路，可以实现更高的直流输出电压，降低了对变压器容量和绝缘的要求，减小了体积，同时配合高压半导体开关，控制对电容单元的充电时间，高压直流单元的电压升压过程中不对电缆充电，电压升压完毕后才通过控制高压半导体开关对电缆充电，充电过程快，不会对电缆产生伤害，并可实现对电缆振荡波电压幅值的调整，有利于对电缆的绝缘状态给出更准确的评估。本实用新型具有电路结构简单、体积小、重量轻的特点，可应用于各种长度电力电缆的局部放电测试。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，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为本实用新型实施例的电路框图；

图2为本实用新型高压直流单元的电路原理图；

图3为本实用新型实施例在待测电缆上产生的振荡波电压的波形图。

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的附图会不依一般比例做局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。需要说明的是，附图采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

如图1所示，本实施例的高压振荡波发生器包括高压直流单元1、第一高压半导体开关S11、第二高压半导体开关S12、电抗器单元L11以及电容单元C11。其中，高压直流单元1的直流输出端的正极与第一高压半导体开关S11、电抗器单元L11及电容单元C11依次串联，电容单元C11的另一端接地，高压直流单元1的直流输出端的负极与电容单元C11的接地端相连。第二高压半导体开关S12的一端接于第一高压半导体开关S11与电抗器单元L11之间、另一端与电容单元C11的接地端相连，即串联的电抗器单元L11和电容单元C11与第二高压半导体开关S12并联。本实施例的高压振荡波发生器还包括一控制单元2，控制单元2用于控制第一高压半导体开关S11、第二高压半导体开关S12的通断，以及控制高压直流单元1的工作状态。为了降低振荡波频率，使其与交流电源的等效性更好，优选的，电容单元C11除了包括被测电缆等效电容外，还包括与被测电缆等效电容并联的补偿电容。被测电缆等效电容的电容值随电缆规格及长度而变化，可为0.025μF～12μF，补偿电容的电容值可为0.2μF。

本实施例的电抗器单元L11的电感值为1H，内阻为25Ω，耐压可达35kV，局部放电量小于10pC。第一、第二高压半导体开关均使用12个IGBT模块串联组成，IGBT模块的额定电流为86A，耐压为3kV，每个IGBT模块都具有独立的驱动与控制电路，其开通与关断由控制单元2控制。控制单元2选用型号为ZYNQ-7020的FPGA芯片，内部自带ARM，可分别控制高压直流单元中固态继电器S21、第一高压半导体开关S11和第二高压半导体开关S12的开断。

高压直流单元1用于将220V交流电转换为高压直流电，并通过电抗器单元L11向电容单元C11充电。如图2所示，高压直流单元1包括交流输入端A、变压器T21、固态继电器S21、倍压整流电路、保护电阻R21、熔断器F21以及直流输出端B，本实施例的倍压整流电路为由第一电容C21、第二电容C22、第三电容C23、第四电容C24以及第一二极管D21、第二二极管D22、第三二极管D23和第四二极管D24组成的常规的四倍压整流电路。高压直流单元1的交流输入端A接220V交流电源，变压器T21的低压侧与交流输入端A相连，在变压器T21低压侧的任意一个输入端与交流输入端A之间设置有固态继电器S21，固态继电器S21与控制单元2相连，控制单元2可控制固态继电器S21的闭合与断开。变压器T21的高压侧与倍压整流电路相连，倍压整流电路的另一端与保护电阻R21相连，保护电阻R21的另一端与熔断器F21相连，熔断器F21的另一端与高压直流单元1的直流输出端B相连，直流输出端B的正极经第一高压半导体开关S11与电抗器单元L11相连。

在本实施例中，变压器T21高压侧的两个输出端中，一个输出端接地，另一个输出端与四倍压整流电路中的第一电容C21相连，第一电容C21的另一端同时与第一二极管D21的负极、第二二极管D22的正极以及第三电容C23相连，第一二极管D21的正极与变压器T21高压侧接地的输出端相连，第一二极管D21的正极同时还与第二电容C22相连，第二电容C22的另一端与第二二极管D22的负极相连，第三电容C23的另一端同时与第三二极管D23的负极以及第四二极管D24的正极相连，第三二极管D23的正极与第二二极管D22的负极相连，第三二极管D23的正极同时与第四电容C24相连，第四电容C24的另一端与第四二极管D24的负极相连，第四二极管D24的正极与保护电阻R21相连。多个电容和二极管按相应的方式连接成倍压整流网络，提高输出的电压，可根据需要相应增加电容C2n和二极管D2n，组成不同级数的倍压整流电路，从而得到想要的输出端电压。

本实施例的变压器T21采用单相220V/5kV的隔离变压器。倍压整流电路中电容的电容值为5nF，二极管的耐压为40kV、额定电流为1A。保护电阻R21的阻值为1kΩ。本实施例采用4个电容和4个二极管组成四倍压整流单元，输出直流电压幅值为28kV，通过对电容单元充电时间的控制，可以在被测电缆上实现初始电压幅值为8kV～28kV的振荡波电压。

本实用新型的高压振荡波发生器，采用高压直流单元1将220V交流电转换为高压直流电，并通过电抗器单元L11向电容单元C11充电。第一高压半导体开关S11用于导通或关断高压直流单元1为后级电路充电的通路，第二高压半导体开关S12用于导通或关断由电抗器单元L11和电容单元C11组成的LC振荡回路。高压振荡波发生器工作时，先导通第一高压半导体开关S11，第二高压半导体开关S12断开，此时高压直流单元1通过电抗器单元L11向电容单元C11充电，当电容单元C11上的电压达到要求后，断开第一高压半导体开关S11，导通第二高压半导体开关S12，电抗器单元L11和电容单元C11组成低阻尼的LC振荡回路，在被测电缆上产生高压振荡波，振荡波的电压可达数千伏至数百千伏，振荡频率为40～1000Hz，此时局放测试装置可以采集电缆局放信号。图3所示为本实施例高压振荡波发生器产生的一种振荡波的波形，其初始幅值为28kV，振荡频率为210Hz，对电缆绝缘特性的影响接近工频。

本实用新型的高压振荡波发生器，通过高压直流单元向电容单元充电，并使用电抗器单元和电容单元组成LC振荡回路产生振荡波，产生的振荡波电压幅值可调，对电缆不产生伤害，而且结构简单，轻便小巧，适合在各种应用场合下使用。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的范围之中。

Claims (9)

1.高压振荡波发生器，其特征在于，包括：

高压直流单元，所述高压直流单元的交流输入端接220V交流电源；

与所述高压直流单元的直流输出端的正极串联的电抗器单元；

与所述电抗器单元串联的电容单元，所述电容单元的另一端接地、并同时与所述高压直流单元的直流输出端的负极相连；

设置于所述高压直流单元的直流输出端的正极与所述电抗器单元之间的第一高压半导体开关；

与串联的电抗器单元和电容单元并联的第二高压半导体开关；

控制单元，所述控制单元与所述第一高压半导体开关、第二高压半导体开关及高压直流单元相连。

2.如权利要求1所述的高压振荡波发生器，其特征在于：所述高压直流单元包括变压器、固态继电器、倍压整流电路、保护电阻及熔断器，所述变压器的低压侧与交流输入端相连，变压器的高压侧与倍压整流电路相连，倍压整流电路的另一端与保护电阻及熔断器依次串联，熔断器的另一端与直流输出端相连；在变压器低压侧的任意一个输入端与交流输入端之间设置有固态继电器。

3.如权利要求2所述的高压振荡波发生器，其特征在于：所述倍压整流电路为由第一电容、第二电容、第三电容、第四电容以及第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管组成的四倍压整流电路，所述变压器高压侧的两个输出端中，一个输出端接地，另一个输出端与第一电容相连，第一电容的另一端同时与第一二极管的负极、第二二极管的正极以及第三电容相连，第一二极管的正极与变压器高压侧接地的输出端相连并同时与第二电容相连，第二电容的另一端与第二二极管的负极相连，第三电容的另一端同时与第三二极管的负极以及第四二极管的正极相连，第三二极管的正极与第二二极管的负极相连并同时与第四电容相连，第四电容的另一端与第四二极管的负极相连，第四二极管的正极与保护电阻相连。

4.如权利要求3所述的高压振荡波发生器，其特征在于：所述倍压整流电路中电容的电容值为5nF，二极管的耐压为40kV、额定电流为1A。

5.如权利要求1所述的高压振荡波发生器，其特征在于：所述电容单元包括被测电缆等效电容以及与被测电缆等效电容并联的补偿电容。

6.如权利要求5所述的高压振荡波发生器，其特征在于：所述被测电缆等效电容的电容值为0.025μF～12μF，所述补偿电容的电容值为0.2μF。

7.如权利要求2所述的高压振荡波发生器，其特征在于：所述变压器为单相220V/5kV的隔离变压器。

8.如权利要求1所述的高压振荡波发生器，其特征在于：所述第一高压半导体开关和第二高压半导体开关由12个IGBT模块串联组成，IGBT模块的额定电流为86A，耐压为3kV。

9.如权利要求1所述的高压振荡波发生器，其特征在于：所述控制单元为型号为ZYNQ-7020的FPGA芯片。