CN220829565U - 一种用于电缆接头绝缘检测的暂态冲击测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于电气工程技术领域，公开了一种用于电缆接头绝缘检测的暂态冲击测试装置；其中，调压变压器与试验变压器相连接，试验变压器经保护电阻、硅堆与充电电容的非接地端相连接；直流分压器的非接地端与充电电容的非接地端相连接，触发球隙的第一端与直流分压器的非接地端相连接；触发球隙的第二端与调波电感的第一端相连接，调波电感的第二端经波头电阻与负载电容的非接地端相连接，波尾电阻的非接地端与调波电感的第一端相连接，负载电容的非接地端与冲击电压分压器的非接地端相连接；接地导线穿设于罗氏线圈内。本实用新型能够产生振荡冲击电压波，可用于考核电缆接头在电网暂态冲击下的绝缘性能。
Description
技术领域
本实用新型属于电气工程技术领域，特别涉及一种用于电缆接头绝缘检测的暂态冲击测试装置。
背景技术
目前，交联聚乙烯XLPE因具有良好的绝缘性能以及机械性，在电缆中得到了广泛的应用；其中，长距离辐射电缆时，需要使用中间接头将两段电缆进行连接，电缆敷设距离越长，使用的中间接头越多。有统计表明，电缆接头绝缘故障占电缆故障的一半以上。因此，需要在电缆投运之前对电缆接头进行考核，降低投运后电缆接头出现故障的概率。
现有技术中，电缆***绝缘检测的主要手段是交流耐压；然而，由于电缆电容较大，电源需要提供较大的功率，电源体积一般比较大，实验并不便捷，更加便捷实用的测试方法是目前亟需开发的。
具体的，目前已有的暂态冲击试验装置，例如IEC 60060-3提出现场使用振荡型雷电冲击电压以及振荡型操作冲击电压进行高压设备的考核，这种振荡波试验装置相比于交流波具有试验设备体积小、效率高、波形接近实际过电压波形的特点，能够有效反映设备实际运行情况，具有良好使用前景，然而，目前尚无针对电力电缆的暂态冲击高压电源***的研发方案。
进一步解释性的，针对电缆检测装置的轻型化，现有方案设计了暂态衰减振荡波，这种装置虽然可以与电缆运行中承受的工频电压等效(产生衰减的正弦电压波)，但无法模拟电缆承受暂态冲击时的情况，单独使用轻型的衰减振荡波对电缆进行试验，无法考核暂态冲击下电缆承受的波形。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于电缆接头绝缘检测的暂态冲击测试装置，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本实用新型提供的技术方案，具体设计公开了一种高效的暂态冲击电压发生器，能够产生振荡冲击电压波，可用于考核电缆接头在电网暂态冲击下的绝缘性能。
为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型提供的一种用于电缆接头绝缘检测的暂态冲击测试装置，包括：调压变压器、试验变压器、保护电阻、硅堆、直流分压器、充电电容、触发球隙、波尾电阻、波头电阻、调波电感、负载电容、冲击电压分压器、接地导线、罗氏线圈和示波器；其中，
所述调压变压器的输出端与所述试验变压器的输入端相连接，所述试验变压器的输出端经所述保护电阻、所述硅堆与所述充电电容的非接地端相连接；所述直流分压器的非接地端与所述充电电容的非接地端相连接，所述触发球隙的第一端与所述直流分压器的非接地端相连接；
所述触发球隙的第二端与所述调波电感的第一端相连接，所述调波电感的第二端经所述波头电阻与所述负载电容的非接地端相连接，所述波尾电阻的非接地端与所述调波电感的第一端相连接，所述负载电容的非接地端与所述冲击电压分压器的非接地端相连接；其中，所述负载电容的非接地端或所述冲击电压分压器的非接地端用于与待测试品的一侧相连接；
所述接地导线穿设于所述罗氏线圈内，所述接地导线的一端用于接地，所述接地导线的另一端用于与所述待测试品的另一侧相连接；
所述试验变压器的接地端、所述充电电容的接地端、所述直流分压器的接地端、所述波尾电阻的接地端、所述冲击电压分压器的接地端、所述负载电容的接地端均用于接地；所述示波器分别与所述罗氏线圈、所述冲击电压分压器相连接，用于测量波形。
本实用新型的进一步改进在于，还包括：底座；
所述试验变压器的接地端、所述充电电容的接地端、所述直流分压器的接地端、所述波尾电阻的接地端、所述冲击电压分压器的接地端、所述负载电容的接地端均固定设置于所述底座上。
本实用新型的进一步改进在于，所述触发球隙的第一端通过绝缘柱固定设置于所述底座上。
本实用新型的进一步改进在于，所述调波电感以及所述触发球隙的第二端均通过绝缘板固定设置于所述底座上。
本实用新型的进一步改进在于，所述底座设置有用于移动的滚轮。
本实用新型的进一步改进在于，所述直流分压器采用电阻式高压直流分压器。
本实用新型的进一步改进在于，所述冲击电压分压器采用电容式冲击电压分压器。
本实用新型的进一步改进在于，所述调压变压器的输入端用于接入工频市电，所述调压变压器的调压范围为0～250V。
本实用新型的进一步改进在于，所述直流分压器与所述触发球隙的第一端通过镀锡铜导线连接。
本实用新型的进一步改进在于，还包括：
触发控制装置，用于基于预设触发方式，输出用于控制触发球隙自动点火触发的触发信号。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型公开的用于电缆接头绝缘检测的暂态冲击测试装置中，针对高压电缆接头试验，设计了暂态冲击电压发生器的结构拓扑，能够产生符合电缆实际运行中所承受冲击的暂态冲击波形；进一步解释性的，传统的冲击电压波形发生器根据IEC 60060-1进行标准雷电波以及标准操作波进行过电压的产生，但是实际电缆中的过电压波形往往存在振荡，波形振荡会加强绝缘破坏，应进行考核；本实用新型使用振荡波形发生器产生的过电压波形效率高，更有利于设备小型化。另外，本实用新型中配套设置局部放电检测装置，可检测电缆试品在承受暂态冲击时发生的局部放电；具体的，本实用新型在暂态冲击波形产生的同时，使用罗氏线圈配合示波器以及电脑，可实现局部放电的同步检测(进一步解释性的，局部放电是绝缘损伤的重要标志，目前还没有装置能够在电缆进行暂态冲击试验时同步进行局部放电测量，后续可根据局部放电信号对电缆接头的状态进行评估)。
本实用新型中，使用控制箱对回路球隙的触发进行控制，能够实现手动触发以及充电电压控制的自动触发。
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，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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是本实用新型实施例提供的一种用于电缆接头绝缘检测的暂态冲击测试装置的结构布置示意图；
图2是本实用新型实施例提供的一种用于电缆接头绝缘检测的暂态冲击测试装置的原理示意图；
图3是振荡型雷电冲击电压发生装置的示意图；
图4是本实用新型实施例中数据对比示意图；其中，图4中(a)为电缆空载合闸时的典型波形示意图，图4中(b)为标准操作冲击电压与暂态振荡波电压的对比示意图；
图中的附图标记解释如下：
101、工频市电；102、调压变压器；103、试验变压器；104、保护电阻；105、硅堆；106、电阻式高压直流分压器；107、充电电容；108、触发球隙；109、波尾电阻；110、波头电阻；111、调波电感；112、负载电容；113、电容式冲击电压分压器；114、电缆试品；115、示波器；116、罗氏线圈；117、电脑；118、触发控制装置；
201、绝缘板。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，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，所描述的实施例仅是本实用新型一部分的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。
需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：
请参阅图1，本实用新型实施例提供的一种用于电缆接头绝缘检测的暂态冲击测试装置，包括：底座、调压变压器102、试验变压器103、保护电阻104、硅堆105、直流分压器、充电电容107、触发球隙108、波尾电阻109、波头电阻110、调波电感111、负载电容112、冲击电压分压器以及绝缘板；其中，
所述试验变压器103、充电电容107、直流分压器、触发球隙108、波尾电阻109、负载电容112、冲击电压分压器均设置于所述底座上，用于实现接地以及整体移动；
所述调压变压器102的输入端用于接入220V的工频市电101，调压变压器102调压后的输出用于送至试验变压器103，二者可通过连接线连接；具体示例性的，所述调压变压器102的调压范围可为0～250V；进一步优选的，可将各部件间的连接线采用螺栓螺母连接，保证连接时的结构稳定以及拆装过程的便捷；
所述硅堆105、保护电阻104、充电电容107可通过螺丝连接，以保证连接可靠；所述试验变压器103具体可为轻型试验变压器，与硅堆105可通过扁铜板连接并使用螺丝固定；所述充电电容107与直流分压器可通过扁铜板以及螺丝连接；所述直流分压器与触发球隙108可通过镀锡铜导线连接，便于调整球隙间距；所述触发球隙108、波尾电阻109、调波电感111三者在绝缘板上实现连接，连接处可使用螺丝贯穿绝缘板，两侧直接连接电感和球隙连接扁铜板；波尾电阻109的端部使用导线连接到螺丝上；波头电阻110与调波电感111通过导线连接，并与负载电容112通过螺丝固定竖直叠放，负载电容112与冲击电压分压器通过扁铜板连接；
另外，电缆试品114的高压侧通过导线从负载电容112取电，接地端通过导线接地，并穿入罗氏线圈116；所述罗氏线圈116以及冲击电压分压器分别通过同轴电缆连接到示波器115；进一步的，后续示波器115还可将信号传入电脑117(可为笔记本电脑、台式机或云端等)进行存储。
本实用新型中，使用保护电阻104是为了避免变压器高压侧电路突发短路后产生过电流，以及限制试验变压器103向充电电容107充电时的充电电流，以便可以在不降低试验变压器103输出电压的前提下进行连续的充电和对电缆试品114放电；硅堆105具体可为高压硅堆，是用于将高压交流整流成为高压直流，改变端子连接方向即可改变充电电容107的充电极性；直流分压器具体可为电阻式高压直流分压器106，是用于实时测量充电电容107上的充电电压，当电压幅值达到额定电压时，可通过触发控制装置118自动或者手动给触发球隙108提供一个触发信号，使充电电容107、触发球隙108、波尾电阻109、波头电阻110、调波电感111和负载电容112组成的暂态冲击发生回路导通，并在负载电容112的两端形成试验波形；冲击电压分压器为电容式冲击电压分压器113，用于测量得到波形通过示波器115显示，随后送入电脑117保存；罗氏线圈116检测电缆试品114地线上的脉冲电流信号，也可送入示波器115显示以及送入电脑117保存。
本实用新型实施例优选的技术方案中，所述底座还设置有用于移动的滚轮；解释性的，所有高压试验设备均固定在带滚轮可移动的不锈钢板底座上，可保证各设备能够良好接地以及整体便于移动。
本实用新型实施例优选的技术方案中，还设置有触发控制装置118，用于控制触发球隙108；具体可选的，调压变压器102以及触发控制装置118集成到控制箱内，工频市电101引入控制箱；调压变压器102调压后通过导线连接轻型试验变压器103，触发控制装置118发出的触发信号通过信号线连接触发球隙108，触发球隙108接收信号后自动点火触发。
请参阅图2，本实用新型实施例提供技术方案的工作原理解释，主要涉及到暂态冲击发生回路的工作原理；其中，
充电电容107、触发球隙108、波尾电阻109、波头电阻110、调波电感111、负载电容112构成了暂态冲击波形的核心发生回路；充电电容107充电后，触发球隙108导通，整个回路将发生RLC振荡，示例性的如图3所示；图3中，C1为冲击电压发生器电容；C2为负载电容；R1为波头电阻；R2为波尾电阻；L为调波电感；负载电容上电压记为u2，根据电路原理，其满足三阶微分方程见式(1)：
式(1)中：
对于式(1)，其特征方程为，
λ3+aλ2+bλ+c＝0 (3)
特征根记为x1，x2，x3，则u2(t)的通解为，
式(4)中，K1、K2、K3为常数。
特征方程(3)判别式为，
Δ＝18abc-4a3c+a2b2-4b3-27c2 (5)
根据判别式的值，将式(3)的解分为3类，见表1。
表1.特征方程解的分类
其中，
产生振荡冲击电压时，式(3)的解属于第Ⅲ类，u2(t)的时域表达包括指数和衰减振荡两部分分量，前者对应特征方程实根，后者对应共辄复根。此时，u2(t)可表示为，
式(7)中，A、B、α1、α2、ω、θ均为常数，由电路初始状态决定。将式(7)代入(1)，化简得：
α1、α2分别为式(8)和式(9)的实数解，将它们的值代入式(10)中，即可求得ω的值。根据放电等效电路初始状态，还可求得A、B和θ的值，电容C2上电压u2(t)、电流i2(t)及电感上电压uL(t)零状态分别为，
式(11)中
将式(12)代入式(11)，得：
将式(8)(9)(10)和式(13)(14)(15)代入式(7)中，即可求得振荡冲击电压时域波形。根据式(7)，还可得包络线方程的表达为，
对配电网中典型长度的电缆暂态过电压进行仿真，得到如表2所示的振荡频率。以这些频率为依据，设计暂态冲击***的参数。
表2.不同电缆长度下暂态冲击波形的典型频率
| 电缆长度/km | 1 | 2 | 4 |
| 振荡频率/kHz | 50.5 | 23.7 | 11.9 |
本实用新型具体示例性的，依据以上设计原理，可对参数进行如下选择：试验变压器350kV，3kVA；硅堆100kV，1A；保护电阻1M；充电电容50nF；直流分压器分压比1000:1；调波电感取1mH、4mH、18mH，分别对应产生52.80MHz、27.37MHz、12.35MHz的振荡冲击波；波尾电阻50k；波头电阻10k；负载电容10nF；冲击电压分压器分压比1000:1；其中，
使用步骤具体可包括：
步骤1、根据试验波形，安装合适的调波电感；其中，可依据实物布置结构图，使用高压导线以及同轴电缆将试品以及试验设备进行连接；
步骤2，运行局部放电测量软件；
步骤3，检查周围安全情况，通电，启动设备；
步骤4，设定触发控制装置的预设值，设定触发方式为单次触发或多次触发；
步骤5，调节调压变压器，直至直流分压器测量得到的充电电容电压达到预设值；
步骤6，根据步骤4的设定，进行单次冲击试验或多次冲击试验；
步骤7，试验结束，断电，保存数据，整理连线。
请参阅图4，图4示出了标准操作冲击电压，以及本实用新型方案产生的不同频率的暂态振荡波电压。
最后应当说明的是：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权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于电缆接头绝缘检测的暂态冲击测试装置，其特征在于，包括：调压变压器(102)、试验变压器(103)、保护电阻(104)、硅堆(105)、直流分压器、充电电容(107)、触发球隙(108)、波尾电阻(109)、波头电阻(110)、调波电感(111)、负载电容(112)、冲击电压分压器、接地导线、罗氏线圈(116)和示波器(115)；其中，
所述调压变压器(102)的输出端与所述试验变压器(103)的输入端相连接，所述试验变压器(103)的输出端经所述保护电阻(104)、所述硅堆(105)与所述充电电容(107)的非接地端相连接；所述直流分压器的非接地端与所述充电电容(107)的非接地端相连接，所述触发球隙(108)的第一端与所述直流分压器的非接地端相连接；
所述触发球隙(108)的第二端与所述调波电感(111)的第一端相连接，所述调波电感(111)的第二端经所述波头电阻(110)与所述负载电容(112)的非接地端相连接，所述波尾电阻(109)的非接地端与所述调波电感(111)的第一端相连接，所述负载电容(112)的非接地端与所述冲击电压分压器的非接地端相连接；其中，所述负载电容(112)的非接地端或所述冲击电压分压器的非接地端用于与待测试品的一侧相连接；
所述接地导线穿设于所述罗氏线圈(116)内，所述接地导线的一端用于接地，所述接地导线的另一端用于与所述待测试品的另一侧相连接；
所述试验变压器(103)的接地端、所述充电电容(107)的接地端、所述直流分压器的接地端、所述波尾电阻(109)的接地端、所述冲击电压分压器的接地端、所述负载电容(112)的接地端均用于接地；所述示波器(115)分别与所述罗氏线圈(116)、所述冲击电压分压器相连接，用于测量波形。
2.根据权利要求1所述的一种用于电缆接头绝缘检测的暂态冲击测试装置，其特征在于，还包括：底座；
所述试验变压器(103)的接地端、所述充电电容(107)的接地端、所述直流分压器的接地端、所述波尾电阻(109)的接地端、所述冲击电压分压器的接地端、所述负载电容(112)的接地端均固定设置于所述底座上。
3.根据权利要求2所述的一种用于电缆接头绝缘检测的暂态冲击测试装置，其特征在于，所述触发球隙(108)的第一端通过绝缘柱固定设置于所述底座上。
4.根据权利要求2所述的一种用于电缆接头绝缘检测的暂态冲击测试装置，其特征在于，所述调波电感(111)以及所述触发球隙(108)的第二端均通过绝缘板(201)固定设置于所述底座上。
5.根据权利要求2所述的一种用于电缆接头绝缘检测的暂态冲击测试装置，其特征在于，所述底座设置有用于移动的滚轮。
6.根据权利要求1所述的一种用于电缆接头绝缘检测的暂态冲击测试装置，其特征在于，所述直流分压器采用电阻式高压直流分压器(106)。
7.根据权利要求1所述的一种用于电缆接头绝缘检测的暂态冲击测试装置，其特征在于，所述冲击电压分压器采用电容式冲击电压分压器(113)。
8.根据权利要求1所述的一种用于电缆接头绝缘检测的暂态冲击测试装置，其特征在于，所述调压变压器(102)的输入端用于接入工频市电，所述调压变压器(102)的调压范围为0～250V。
9.根据权利要求1所述的一种用于电缆接头绝缘检测的暂态冲击测试装置，其特征在于，所述直流分压器与所述触发球隙(108)的第一端通过镀锡铜导线连接。
10.根据权利要求1所述的一种用于电缆接头绝缘检测的暂态冲击测试装置，其特征在于，还包括：
触发控制装置(118)，用于基于预设触发方式，输出用于控制触发球隙(108)自动点火触发的触发信号。
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