一种高压直流电缆局部放电测试电路及方法与流程

本发明属于局部放电现场检测技术领域，涉及一种高压直流电缆局部放电测试电路及方法。

背景技术：

近年来直流高压输电工程由于其在长距离输电的优势而逐渐发展，其中柔性直流输电在孤岛供电、城市电网供电等方面相较交流输电有较大优势，通常通过直流电缆进行电能输送。对于XLPE高压直流电缆线路，在出厂试验及现场试验时进行直流耐压试验是国标规定的方法，但耐压试验只是提供电缆整体的情况。局部放电测试被证明能够发现电缆及附件绝缘缺陷的有效方法之一，国标中已有相关推荐测试方法，但现阶段尚未有关于直流电缆局部放电现场检测的标准，行业内对于直流电缆出厂、现场局部放电检测方法也未达成统一，对于直流电缆的现场局部放电检测没有相应的测试方法，为了提高直流电缆绝缘缺陷检测及辨识能力，有必要进行高压直流电缆的局部放电试验研究。将耐压试验与局部放电试验结合无疑是一种好的方法，但现场敷设的高压直流电缆通常很长电容值较大，耐压试验电压值通常很高，若只通过实验系统自带的分压器放电，放电时间将会很长，给现场试验带来很大的困难。因此有必要对降压方案进一步的研究，使放电过程可控，才能完成好电缆耐压试验，并同时在可控的放电降压过程中测试电缆局部放电情况，为电缆的运行状况做进一步指导。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种高压直流电缆局部放电测试电路及方法，该电路及方法能够实现高压直流电缆的局部放电检测，并且放电时间短。

为达到上述目的，本发明所述的高压直流电缆局部放电测试电路包括直流高压输出装置、高压开关、分压器、局部放电检测仪器、多级放电电阻、接地线及高频电流传感器；

高压直流输出装置与高压开关的一端相连接，高压开关的另一端与分压器的一端及被测高压直流电缆相连接，分压器的另一端接地，分压器的输出端与局部放电检测仪器相连接，被测高压直流电缆的外屏蔽层经接地线接地，其中，接地线穿过高频电流传感器，高频电流传感器与局部放电检测仪器相连接，待高压直流电缆在放电过程中，多级放电电阻与待高压直流电缆相连接，通过多级放电电阻及分压器完成待高压直流电缆的放电。

直流高压输出装置包括工频高压源、整流硅堆、限流电阻及滤波电容，其中，工频高压源通过整流硅堆与限流电阻的一端相连接，限流电阻的另一端与高压开关及滤波电容的一端相连接，滤波电容的另一端接地。

分压器包括第一电阻、第二电阻、第一电容及第二电容，第一电阻的一端及第二电容的一端均与高压开关相连接，第一电阻的另一端与第二电阻的一端及局部放电检测仪器相连接，第一电容的另一端与第二电容的一端及局部放电检测仪器相连接，第二电容的另一端及第二电阻的另一端均接地。

高频电流传感器与局部放电检测仪器通过信号预处理电路相连接。

还包括耦合电容、检测阻抗及检测阻抗测试系统，其中，耦合电容的一端与高压开关相连接，耦合电容的另一端经检测阻抗接地，其中，检测阻抗测试系统与检测阻抗相连接。

本发明所述的高压直流电缆局部放电测试方法包括以下步骤：

将高压开关闭合，使高压直流输出装置输出的直流电压施加到被测高压直流电缆上，再进行被测高压直流电缆的直流耐压试验，试验过程中，设定被测高压直流电缆的耐压试验值为，被测高压直流电缆的直流耐压试验结束后，断开高压开关，将高压直流输出装置与被测高压直流电缆断开，被测高压直流电缆通过分压器对地放电，被测高压直流电缆的电压衰减下降，当被测高压直流电缆的电压下降到预设电压U₁时，将多级放电电阻接入被测高压直流电缆，从而使被测高压直流电缆的电压继续下降，同时阶梯调节多级放电电阻的电阻值，使被测高压直流电缆的电压下降至预设安全范围内；同时局部放电检测仪器通过分压器检测被测高压直流电缆的衰减电压波形，局部放电检测仪器通过高频电流传感器检测被测高压直流电缆的局部放电信号，完成高压直流电缆的局部放电测试。

高频电流传感器检测被测高压直流电缆的局部放电信号，所述被测高压直流电缆的局部放电信号经滤波及放大后输入到局部放电检测仪器中。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的高压直流电缆局部放电测试电路及方法在具体操作时，通过高压直流输出装置输出直流电压，再将高压直流输出装置输出的直流电压作用于被测高压直流电缆，当被测高压直流电缆完成充电后，断开直流高压源，再将被测高压直流电缆通过分压器及多级放电电阻进行阶梯放电，减少放电时间，从而产生衰减电压，在放电过程中，局部放电检测仪器通过分压器检测被测高压直流电缆的衰减电压波形，局部放电检测仪器通过高频电流传感器检测被测高压直流电缆的局部放电信号，从而实现高压直流电缆的局部放电检测，结构简单，操作方便，作用时间短，能够有效检测XLPE电缆中的各种缺陷，且不会对电缆造成损害。

附图说明

图1为本发明的原理图；

图2为本发明中高压直流电缆经分压器自然放电的示意图；

图3为高压直流电缆并入多级放电电阻之后的放电示意图；

图4为高压直流电缆的多级放电分段降压示意图；

图5为一种多级放电电阻的放电示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

高压直流电缆经过长时间运行，绝缘层遭受外力破坏或中间接头老化等会导致绝缘破损，电缆劣化。实践证明，通过直流耐压试验，可以发现高压直流电缆绝缘的整体劣化情况，然而耐压试验只关注电缆整体能否完整承受试验电压的考验，缺少高压直流电缆在试验中可能出现的局部损伤和破坏的检测手段；通过观察局部放电的变化，可以发现高压直流电缆绝缘介质中的气泡及损伤等局部缺陷，对高压直流电缆进行综合诊断具有很好的效果。

1、多级放电分级降压方案

第一阶段：通过高压直流电缆自身电阻及分压器电阻进行放电。

较长高压直流电缆的电容量大，绝缘电阻高，理论放电时间长，不能仅靠高压直流电缆自身放电通道，在接入多级放电电阻前应利用并联分压器作为放电通道。

利用分压器及高压直流电缆本身的绝缘电阻并联组成放电通道自然放电，如图2所示，R_d为分压器的电阻。

放电时间常数τ₁为：

τ₁＝R_d×C_X (1)

暂态电压u(t)为：

U为高压直流电缆的耐压值，瞬时电压呈指数式衰减，衰减速率逐渐减小。

经自然放电时间t₁，降压至U₁。

第二阶段：人工操作并联接入多级放电电阻，通过多级放电电阻分级降压。

高压直流电缆自放电后期，放电速率逐渐减缓，人工控制并联接入多级放电电阻，该阶段的放电示意如图3所示。

放电时间常数为：

调节多级放电电阻的阻值及时间，通过多级放电电阻消耗能量。

先通过高压直流电缆和分压器组成放电通道，经自然放电时间t₁，降压至U₁；

再调节多级放电电阻的阻值为R₃，此时放电时间常数τ₂，经t₂时间，电压降至U₂；

然后调节多级放电电阻的阻值为R₄，此时放电时间常数τ₃，经t₃时间，电压降至U₃；

如此继续，直到高压直流电缆不再发生局部放电为止，记录局部放电的熄灭电压。

经过这样的降压改进，经过多级降压，高压直流电缆的电压从耐压值U降到U₃需要时间为t＝t₁+t₂+t₃+…，则t为高压直流电缆的局部放电检测的有效时间，放电示意图如图4所示。

根据实际试验中的情况，并入的多级放电电阻可以采用不同的阻值，并且放电的级数也可以根据需要做调整，要注意每次并联接入多级放电电阻时的电压值在多级放电电阻的耐压范围之内。

图5是一种多级放电电阻的放电示意图，根据试品(或高压发生器)残压，相应地选择放电电阻上的接地点，将接地棒挂在对应的位置加速放电过程。

第三阶段：最后待高压直流电缆的暂态电压降至安全范围之后，将其接地棒挂接在试验电缆终端连接线上，将被试电缆通过保护电阻接地放电至零。对大电容量试品(如长电缆)，务必放电至残压降为0后，方可直接将试品短路接地，拆卸试验设备或更换试品。

2、分级降压阶段测量局部放电

如图1所示，本发明给出了两种局部放电的检测方式，即耦合电容CK检测阻抗Zm系统及HFCT检测系统，耦合电容CK与检测阻抗Zm测试系统是IEC60270推荐的局部放电检测系统。但是由于检测阻抗Zm通常频带较窄，典型频带为100kHz-400kHz，该频带因为与现场检测干扰频带重叠，在现场检测时较困难，通常只用于带有屏蔽室的实验室测试局部放电；在现场环境中通常利用高频电流传感器HFCT检测系统，高频电流互感器安装方便，频带宽，可有效避开大多数现场干扰，在现场检测中得到更广泛的应用，该方法是将电缆外屏蔽层接地，在外屏蔽接地线上安装1个高频检测CT，并直接与局放检测设备相连，检测局部放电，当电缆绝缘体某一区域发生局部放电时，会有瞬变电荷出现，通过测试回路，有脉冲电流流过，HFCT将脉冲电流转化成脉冲电压信号，将此检测电压输入局部放电检测仪器W中，即可可测出局部放电的一些表征参数。

参考图1，本发明所述的高压直流电缆局部放电测试电路包括直流高压输出装置、高压开关IGBT、分压器、局部放电检测仪器W、多级放电电阻、接地线及高频电流传感器HFCT；高压直流输出装置与高压开关IGBT的一端相连接，高压开关IGBT的另一端与分压器的一端及被测高压直流电缆相连接，分压器的另一端接地，分压器的输出端与局部放电检测仪器W相连接，被测高压直流电缆的外屏蔽层经接地线接地，其中，接地线穿过高频电流传感器HFCT，高频电流传感器HFCT与局部放电检测仪器W相连接，待高压直流电缆在放电过程中，多级放电电阻与待高压直流电缆相连接，通过多级放电电阻及分压器完成待高压直流电缆的放电。

直流高压输出装置包括工频高压源、整流硅堆D、限流电阻R0及滤波电容C，其中，工频高压源通过整流硅堆D与限流电阻R0的一端相连接，限流电阻R0的另一端与高压开关IGBT及滤波电容C的一端相连接，滤波电容C的另一端接地。

分压器包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1及第二电容C2，第一电阻R1的一端及第二电容C2的一端均与高压开关IGBT相连接，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的一端及局部放电检测仪器W相连接，第一电容C1的另一端与第二电容C2的一端及局部放电检测仪器W相连接，第二电容C2的另一端及第二电阻R2的另一端均接地。

高频电流传感器HFCT与局部放电检测仪器W通过信号预处理电路I相连接；本发明还包括耦合电容CK、检测阻抗Zm及检测阻抗测试系统，其中，耦合电容CK的一端与高压开关IGBT相连接，耦合电容CK的另一端经检测阻抗Zm接地，其中，检测阻抗测试系统与检测阻抗Zm相连接。

本发明所述的高压直流电缆局部放电测试方法包括以下步骤：

将高压开关IGBT闭合，使高压直流输出装置输出的直流电压施加到被测高压直流电缆上，再进行被测高压直流电缆的直流耐压试验，试验过程中，设定被测高压直流电缆的耐压试验值为U，被测高压直流电缆的直流耐压试验结束后，断开高压开关IGBT，将高压直流输出装置与被测高压直流电缆断开，被测高压直流电缆通过分压器对地放电，被测高压直流电缆的电压衰减下降，当被测高压直流电缆的电压下降到预设电压U₁时，将多级放电电阻接入被测高压直流电缆，从而使被测高压直流电缆的电压继续下降，同时阶梯调节多级放电电阻的电阻值，使被测高压直流电缆的电压下降至预设安全范围内；同时局部放电检测仪器W通过分压器检测被测高压直流电缆的衰减电压波形，局部放电检测仪器W通过高频电流传感器HFCT检测被测高压直流电缆的局部放电信号，完成高压直流电缆的局部放电测试。

高频电流传感器HFCT检测被测高压直流电缆的局部放电信号，所述被测高压直流电缆的局部放电信号经滤波及放大后输入到局部放电检测仪器W中。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。