一种火花间隙绝缘恢复电压检测装置及其检测方法与流程

本发明涉及一种检测装置及其检测方法，具体讲涉及一种火花间隙绝缘恢复电压检测装置及其检测方法。

背景技术：

中国电力科学研究院首次将串补装置应用到特高压示范工程中,虽然目前的串补装置性能参数可以满足该工程需求，但随着特高压串补技术的不断发展，后续工程对串补装置的额定电压和额定电流的要求将越来更高，为了提高串补装置的额定电压和额定电流，需要对特高压串补装置的性能进行深入研究。

串补装置一般是在线路故障清除后才重新投入线路使用的，但有时候为了提高系统的稳定性，会要求串补装置在线路重投成功之前就投入到线路中，这就对串补装置的重新投入时间提出了较高的要求，而火花间隙绝缘恢复电压是影响串补装置重新投入时间的主要因素，因此，需要对火花间隙的绝缘恢复电压进行研究，以提高串补装置的工作可靠性。

火花间隙绝缘恢复电压指的是火花间隙被击穿后，使火花间隙绝缘介质恢复的电压。现有技术中对火花间隙绝缘恢复电压的检测是通过估算的方法来进行的，具体做法为：首先推测火间隙绝缘恢复时间和绝缘恢复电压；在火花间隙初次燃弧后，经过推测的绝缘恢复时间后按照绝缘恢复电压推测值施加电压；从绝缘恢复电压推测值附近裕度较大的范围加压测量，一步步缩小范围进行检测，直到火花间隙的绝缘性能恢复，记录此时施加的电压为火花间隙绝缘恢复电压：判断火花间隙的绝缘性能恢复是否恢复的具体方式为：在给火花间隙施加电压的时候，如果间隙继续放电，则绝缘性能未恢复。如果间隙不再放电，说明绝缘性能恢复，也说明在大于此推测的绝缘恢复时间和小于此次所加电压的条件下，火花间隙绝缘性能能够恢复，但是此范围过于宽泛，如果需要更精确的数据，需要反复调试施加电压和时间间隔；检测效率特别低，检测成本较高；另一方，火花间隙的加压操作是通过机械开关来开通和关断来进行的，动作时间长，多次长时间燃弧对间隙的绝缘性能影响大，得到的绝缘恢复电压数据也不准确。

技术实现要素：

为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明提供一种火花间隙绝缘恢复电压检测装置及其检测方法，通过这种检测装置和检测方法，每次检测都能得到一系列有效的数据点，在间隙通过一次大电流电弧燃烧后，能够得到间隙绝缘恢复电压随时间变化的量化规律，降低了检测费用，提高了检测效率和检测准确度。

本发明提供的技术方案是：一种火花间隙绝缘恢复电压检测装置，其改进之处在于：所述检测装置包括：

电流产生装置：其输出端串联可控开关K1后与火花间隙并联，用于对火花间隙输出电流；

电压产生装置：其输出端串联可控开关K2后与火花间隙并联，用于对火花间隙输出电压；

分压装置：并联在电压产生装置的输出端，用于检测所述电压产生装置的输出电压；

控制电路：与所述电压产生装置相连，用于检测所述电压产生装置输出端的交流电流和调压器的输出电压，并根据所述交流电流和所述输出电压控制所述电压产生装置的开通或关断。

优选的，所述电流产生装置包括电流源、升流器和断路器；所述电流源的输出端与升流器的输入端并联，所述升流器的输出端与断路器的进线侧并联，所述断路器的出线侧与可控开关K1串联后与火花间隙并联，所述火花间隙的低压端接地，高压端连接所述可控开关K1。

优选的，所述电压产生装置包括电压源、调压器和升压器；所述电压源的输出端与调压器的输入端并联，所述调压器的输出端与所述升压器的输入端并联，所述升压器的输出端串联所述可控开关K2后与所述火花间隙并联。

优选的，所述控制电路包括电流检测回路，速断控制开关和隔离电源；所述隔离电源与所述速断控制开关相连，用于给所述速断控制开关提供工作电源；所述电流检测回路分别连接升压器的输出端和所述速断控制开关的输入端，用于检测所述升压器输出端的电流，并将检测电流传输给所述速断控制开关；所述速断控制开关根据所述检测电流控制所述电压产生装置的输出。

进一步，所述电流检测回路包括无源电流互感器、整流电路、分流电路和光纤收发电路；所述无源电流互感器的输入端串联在升压器输出端和火花间隙低压端之间的连接线路上，其输出端与整流电路的输入端并联；所述整流电路的输出端与分流电路的输入端并联；所述分流电路的输出端与所述光纤收发电路的输入端并联；所述光纤收发电路的输出端通过光纤与所述速断控制开关的输入端连接。

进一步，所述无源电流互感器检测所述升压器输出的交流电流，并将所述交流电流传输给所述整流电路；所述整流电路将所述交流电流转换为直流电流后输出给所述分流电路；所 述分流电路将所述直流电流分流后输出给所述光纤收发电路，所述光纤收发电路将接收到的直流电流信号转换为光信号后通过光纤传输给所述速断控制开关。

进一步，所述分流电路包括电阻R1和R2、以及二极管串联支路；所述电阻R1与所述二极管串联支路并联后与所述整流电路的输出端并联；所述二极管串联支路的一端串联电阻R2，另一端接地，所述电阻R2的另一端与接地端之间并联所述光纤收发电路的输入端。

进一步，速断控制开关包括电压过零点检测回路、光电转换电路、控制芯片、驱动和保护电路、以及功率开关；所述电压过零点检测回路的输入端与调压器的输出端并联，其输出端与所述控制芯片相连，用于检测所述调压器的输出电压，并将检测到的电压发送给所述控制芯片；所述光电转换电路的输入端通过光纤与所述光纤收发电路的输出端相连，其输出端与所述控制芯片相连，用于将所述光纤收发电路输出的光信号转换为电流信号后传输给控制芯片；所述控制芯片通过所述驱动保护电路与所述功率开关的控制端相连，所述功率开关与调压器的输出端串联；所述控制芯片根据所述光纤收发电路输出的电流信号和所述调压器输出的电压信号控制所述功率开关接通或关断。

优选的，所述可控开关K1和可控开关K2均为35KV断路器；所述分压器的输出端与录播设备相连，所述分压器检测的电压通过所述录播设备分析和记录。

本发明的另一目的在于提供一种火花间隙绝缘恢复电压检测方法，所述方法包括：给火花间隙安装熔丝；确保电流产生装置和电压产生装置断开；接通电流产生装置，给所述火花间隙输入电流；待火花间隙发生电流燃弧后，断开所述电流产生装置，接通所述电压产生装置，给所述火花间隙输入电压；检测所述电压产生装置的输出端电流和调压器的输出电压，当检测到所述输出电流为脉冲电流时，断开功率开关，当检测到所述调压器的输出电压过零时，接通所述功率开关；记录所述电压产生装置的输出电压；当接通所述功率开关后，所述电压产生装置的输出端电流为0时，所述电压产生装置的输出电压即为火花间隙绝缘恢复电压。

与最接近的现有技术相比，本发明具有如下显著进步：

本发明提供的检测方法和检测装置，采用数字控制技术方式，精确控制间隙电压施加时刻，并且在燃弧后，立即切断电压回路，使间隙燃弧时间缩短，尽量减小燃弧对间隙及环境的影响，在输入电压过零点再次开通电压回路，施加电压在间隙两端。根据录波仪记录的间隙电压波形，可以清楚得出间隙电压绝缘性能恢复的过程。因此得到的数据更加有效，降低了检测成本，提高了检测效率。

附图说明

图1为本发明提供的火花间隙绝缘恢复电压检测装置的电路原理图；

图2为图1中电流检测回路的电路原理图；

图3为图1中速断控制开关的硬件结构框图。

1-电压源；2-调压器；3-升压器；4-分压器；5-可控开关K2；6-可控开关K1；7-升流器；8-电流源；9-断路器；10-无源电流互感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

为了彻底了解本发明实施例，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施例的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

本发明提供的火花间隙绝缘恢复电压检测装置电路原理示意图如图1所示，所述检测装置包括：

电流产生装置：其输出端串联可控开关K1后与火花间隙并联，用于对火花间隙输出电流；

电压产生装置：其输出端串联可控开关K2后与火花间隙并联，用于对火花间隙输出电压；

分压装置：并联在电压产生装置的输出端，用于检测所述电压产生装置的输出电压；

控制电路：与所述电压产生装置相连，用于检测所述电压产生装置输出端的交流电流和调压器的输出电压，并根据所述交流电流和所述输出电压控制所述电压产生装置的开通或关断。

所述可控开关K1和所述可控开关K2均为35KV断路器；所述分压器的输出端与录播设备相连，所述分压器检测的电压产生装置的输出电压通过所述录播设备分析和记录。

所述电流产生装置包括电流源、升流器和断路器；所述电流源的输出端与升流器的输入端并联，所述升流器的输出端与断路器的进线侧并联，所述断路器的出线侧与可控开关K1串联后与火花间隙并联，所述火花间隙的低压端接地，高压端连接所述可控开关K1。

所述电压产生装置包括电压源、调压器和升压器；所述电压源的输出端与调压器的输入端并联，所述调压器的输出端与所述升压器的输入端并联，所述升压器的输出端串联所述可控开关K2后与所述火花间隙并联。

所述控制电路包括电流检测回路，速断控制开关和隔离电源；所述隔离电源与所述速断控制开关相连，用于给所述速断控制开关提供工作电源；所述电流检测回路分别连接升压器 的输出端和所述速断控制开关的输入端，用于检测所述升压器输出端的电流，并将检测电流传输给所述速断控制开关；所述速断控制开关根据所述检测电流控制所述电压产生装置的输出。

所述电流检测回路的电路原理图如图2所示：所述电流检测回路包括无源电流互感器、整流电路、分流电路和光纤收发电路；所述无源电流互感器的输入端串联在升压器输出端和火花间隙低压端之间的连接线路上，其输出端与整流电路的输入端并联；所述整流电路的输出端与分流电路的输入端并联；所述分流电路的输出端与所述光纤收发电路的输入端并联；所述光纤收发电路的输出端通过光纤与所述速断控制开关的输入端连接。

所述无源电流互感器检测所述升压器输出的交流电流，并将所述交流电流传输给所述整流电路；所述整流电路将所述交流电流转换为直流电流后输出给所述分流电路；所述分流电路将所述直流电流分流后输出给所述光纤收发电路，所述光纤收发电路将接收到的直流电流信号转换为光信号后通过光纤传输给所述速断控制开关。

所述分流电路包括电阻R1和R2、以及二极管串联支路；所述电阻R1与所述二极管串联支路并联后与所述整流电路的输出端并联；所述二极管串联支路的一端串联电阻R2，另一端接地，所述电阻R2的另一端与接地端之间并联所述光纤收发电路的输入端；其中电阻R1的阻值为10KΩ；电阻R2的阻值为100Ω；所述二极管串联支路包括依次串联的四个二极管：D5，D6，D7，D8。

所述整流电路包括电容C1，二极管D1、D2、D3和D4，所述电容C1并联在无源电流互感器的输出端，所述二极管D1的阴极与二极管D3的阴极以及电阻R1的一端连接，其阳极与电容C1的一端以及二极管D2的阳极连接；所述二极管D2的阴极与二极管D4的阳极以及电阻R1的另一端连接；所述二极管D4的阴极连接所述二极管D3的阳极和所述电容C1的另一端；所述电容C1的容值为33nF；所述电容C1用于电流信号滤波；所述二极管D1、D2、D3、D4组成的整流桥用于将交流电流转换为直流电流。

所述光纤收发电路包括电容C2，二极管D9和光纤收发器U1；所述电容C2和二级管D9并联后其一端连接光纤收发器U1的输入接口An，另一端连接光纤收发器U1的输入接口Ca；所述电容C2的容值为0.1μF。电容C2和二极管D9分别用于滤波和阻止反相电压通过；光纤收发器U1将火花间隙电流信号转化为光信号后发送给速断控制开关的光电转换电路。

速断控制开关的硬件框图如图3所示：速断控制开关包括电压过零点检测回路、光电转换电路、控制芯片、驱动和保护电路、以及功率开关；所述电压过零点检测回路的输入端与 调压器的输出端并联，其输出端与所述控制芯片相连，用于检测所述调压器的输出电压，并将检测到的电压发送给所述控制芯片；所述光电转换电路的输入端通过光纤与所述光纤收发电路的输出端相连，其输出端与所述控制芯片相连，用于将所述光纤收发电路输出的光信号转换为电流信号后传输给控制芯片；所述控制芯片通过所述驱动保护电路与所述功率开关的控制端相连，所述功率开关与调压器的输出端串联；所述控制芯片根据所述光纤收发电路输出的电流信号和所述调压器输出的电压信号控制所述功率开关接通或关断。

本发明还提供一种采用上述火花间隙绝缘恢复电压检测装置实现的检测方法，该方法主要包括以下步骤：给火花间隙安装熔丝；确保电流产生装置和电压产生装置断开；接通电流产生装置，给所述火花间隙输入电流；待火花间隙发生电流燃弧后，断开所述电流产生装置，接通所述电压产生装置，给所述火花间隙输入电压；检测所述电压产生装置的输出端电流和调压器的输出电压，当检测到所述输出电流为脉冲电流时，断开功率开关，当检测到所述调压器的输出电压过零时，接通所述功率开关；记录所述电压产生装置的输出电压；如此反复。当接通功率开关后的再无检测电流(脉冲电流)出现，即可认为间隙绝缘性能已经恢复。采用电压录波仪器(如示波器或录波仪)记录电压产生装置的输出电压(即火花间隙两端电压)，火花间隙在击穿瞬间为短路状态，两端电压为零，当绝缘性能恢复后，两端电压出现连续正弦电压波形，此时电压录波仪器中出现的连续的正弦波形电压即为火花间隙绝缘恢复电压。

给火花间隙安装熔丝是将熔丝安装在间隙两端，用于大电流试验电源对火花间隙产生初次燃弧现象。

确保电流产生装置断开是确保可控开关K1断开，确保电流产生装置中电流源处于断开状态；确保升流器与可控开关K1之间的断路器断开。

确保电压产生装置断开是确保可控开关K2断开，确保电压产生装置中电压源处于断开状态。

先接通电流产生装置，通流一段时间后待火花间隙发生电流燃弧后断开可控开关K1，并联动合上可控开关K2和电压源，接通电压产生装置；

通过速断控制开关检测电压产生装置的输出电流以及调压器的输出电压；功率开关在一般情况下是接通状态，当速断控制开关检测到输出电流为脉冲电流时，断开功率开关，使得升压器不再向被击穿的火花间隙提供能量；功率开关断开一段时间后，调压器的输出电压将降为零，当检测到调压器的输出电压过零时，再次接通功率开关，使得升压器逐渐向火花间隙加压，直到火花间隙再次击穿；

分压器在整个检测过程中一直检测电压产生装置的输出电压，并通过录播设备显示和分 析；电压产生装置的输出电压即为火花间隙两端的电压，采用电压录波仪器(如示波器或录波仪)记录火花间隙两端电压，火花间隙在击穿瞬间为短路状态，两端电压为0，当绝缘性能恢复后，两端电压出现连续正弦电压波形，此时录波设备中出现的连续的正弦波形电压即为绝缘恢复电压。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。