一种高压直流发生模块和发生器的制作方法

本发明涉及高压测量领域，特别涉及一种高压直流发生模块和发生器。

背景技术：

电力设备常需进行直流高压下的绝缘试验，例如，测量电力设备的电气绝缘强度和泄露电流。而一些电容量较大的交流设备，例如电力电缆，需进行直流耐压试验来代替交流耐压试验。超高压直流输电所用的电力设备则更需进行高压试验。直流高压发生器广泛适用于电力部门、工矿、冶金、钢铁等企业的动力试验部门。对氧化锌避雷器、电力电缆、变压器、发电机等高压电气设备进行直流高压试验。

本发明人发现，目前使用的超高压的直流高压发生器采用电容器和硅堆半波倍压整流电路的组合方式，但是电容器与硅堆倍压模块在组装时都裸露在外部，体型庞大，电容器与硅堆半波倍压整流电路的具体的组合电路如图6所示；湿度及灰尘对对裸露在外的部件有影响，因而需要花费时间及费用对发生器进行保养，增大了发生器使用的成本；当需要增大发生器的测量最大值时，需要进行增加新的模块，对发生器进行拆卸及升级，测试时占用面积大，不利于移动且不方便使用。

技术实现要素：

本发明实施方式的目的在于提供一种高压直流发生模块和发生器，使得高压直流发生模块的结构简单、体积小；高压直流发生模块处于绝缘环境中，降低了发生器的维护的成本，减小了发生器的体积、组装难度，快速完成更高电压的扩展，方便移动，便于使用。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种高压直流发生模块，包括：第一绕组、第二绕组、第三绕组、第一二极管、第二二极管、第一电容、第二电容、第一电阻和第二电阻；第一绕组作为初级线圈连接在高压直流发生模块的输入端，该第三绕组连接在该高压直流发生模块的输出端；该第二绕组和该第三绕组作为该第一绕组的次级线圈；第一二极管的正极和该第二二极管的负极相连，并连接该第二绕组；该第一电容的第一接口和该第二电容的第一接口共同接地，该第一电阻并联在该第一电容两端，该第二电阻并联在该第二电容两端；在第一充电状态，该第一二极管的负极连接该第一电容的第二接口，该第二二极管的正极连接该第二电容的第二接口；在第二充电状态，该第二二极管的正极连接该第一电容的第二接口，该第一二极管的负极连接该第二电容的第二接口。

本发明的实施方式还提供了一种高压直流发生器，包括：至少2个上述提到的高压直流发生模块；各高压直流发生模块层叠连接；上一层高压直流发生模块的输入端连接下一层高压直流发生模块的输出端。

本发明实施方式相对于现有技术而言，通过改变第一二极管和第二二极管的连接方式切换两种充电状态，实现了仅使用2个二极管和2个电容器组成高压的全波倍压整流，从而简化了电路连接，减小了高压直流发生模块的体积，减小了高压发生器的硬件体积；在层叠多个高压直流发生模块时，可以快速的扩展高压直流发生器的更高电压，而无需降低系统的额定电流，且实现的扩展方法简单易实现，减小了发生器的成本，层叠的方式使得在使用高压直流发生器时减小了实验区的占地面积，可灵活的移动；第二绕组和第三绕组作为第一绕组的次级线圈，使得高压直流发生模块可以建立统一的变压器直流电压分布，更利于维护。

另外，初级线圈和该次级线圈之间设有绝缘层，通过在初级线圈和次级线圈之间设置绝缘层，使得变压器不会受到空气湿度和灰尘的影响，从而减小了对变压器长时间维护的成本。

另外，旋转开关；第一二极管和该第二二极管安装于该旋转开关上；在该第一充电状态和该第二充电状态切换时，利用该旋转开关改变该第一二极管和该第二二极管的连接方式。通过增加旋转开关切换第一充电状态和第二充电状态，使得改变第一二极管和第二二极管连接方式更加简单方便。

另外，该第一状态和该第二状态的切换周期为该高压直流发生模块的输入端被施加的电压的周期的一半。

另外，第三电阻和第三电容；该第三电阻的第一接口和该第三电容的第一接口共同连接至该第一电容的第二接口，该第三电阻的第二接口和该第三电容的第二接口共同连接至内部分压单元；第二电容的第二接口接地。通过第三电阻和第三电容组合成电阻分压器，与内部电压分压器连接，可实现分压器阻抗分开检查。

另外，每一个高压直流发生模块中还包括：第三电阻和第三电容；该第三电阻的第一接口和该第三电容的第一接口连接作为高压直流发生模块的第一扩展接口，该第一电容的第二接口作为高压直流发生模块的第二扩展接口，该第三电阻的第二接口和第三电容的第二接口连接，作为高压直流发生模块的第三扩展接口，该第二电容的输出端作为高压直流发生模块的第四扩展接口；上一层高压直流发生模块的第三扩展接口连接下一层高压直流发生模块的第一扩展接口，上一层高压直流发生模块的第四扩展接口连接下一层高压直流发生模块的第二扩展接口；最上一层的高压直流发生模块的第一扩展接口和第二扩展接口连接，最下一层的高压直流发生模块的第三扩展接口连接至内部分压单元，最下一层的高压直流发生模块的第四扩展接口接地。通过扩展接口，使得高压直流发生器可以快速扩展更高的电压，扩展组装更加简单，且占用的使用面积小，方便移动，更利于使用。

另外，每一个高压直流发生模块的旋转开关同轴连接，各旋转开关同步旋转。通过同轴连接每个高压直流发生模块的旋转开关，使得每个高压直流发生模块在切换充电状态时保持同步。

另外，驱动轴，各旋转开关利用该驱动轴连接，该驱动轴为绝缘驱动轴。通过绝缘驱动轴，保证了在高压直流发生器切换充电状态时不受周围环境的影响。

另外，驱动轴垂直设置。垂直设备驱动轴，减小发生器的占地面积。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式的一种高压直流发生模块的电路示意图；

图2是根据本发明第一实施方式的一种高压直流发生模块的旋转开关结构示意图；

图3是根据本发明第二实施方式的一种高压直流发生模块的电路示意图；

图4是根据本发明第三实施方式的一种高压直流发生器的结构示意图；

图5是根据本发明第四实施方式的一种高压直流发生器的电路连接示意图；

图6是根据现有的电容器与硅堆半波倍压整流电路的具体的电路示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种高压直流发生模块。高压直流发生模块10具体结构如图1所示，其包括但不限于：第一绕组11、第二绕组12、第三绕组13、第一二极管14、第二二极管15、第一电容16、第二电容17、第一电阻18、第二电阻19、旋转开关20。

高压直流发生模块10的输入端连接电压电源，电压电源可以为交流电源，可以通过七芯电缆线连接高压发生模块10的输入端和电源，高压直流发生器10的输入端还与第一绕组11连接，第一绕组11作为变压器的初级线圈，其中，电压电源是可调节的普通频率的电压电源，该可调电压可以通过手动调节，也可以是自动调节。高压直流发生模块10的输出端连接待测电力设备，可以通过电缆线连接高压模块10的输出端和待测电力设备。高压直流发生模块10的输出端还连接第三绕组13，第三绕组13和第二绕组12共同作为第一绕组11的次级线圈。初级线圈和次级线圈之间设有绝缘层。

第一二极管14和第二二极管15安装与旋转开关20上，其中，旋转开关20结构如图2所示，第一二极管14可以处于旋转开关20的一点，则第二二极管15处于与第一二极管14位置垂直平行且相对的位置。第一二极管14的正极与第二二极管15的负极连接，并与第二绕组12的一端连接，第二绕组12连接点处于旋转开关20的中点。第一电容16的第一接口和第二电容17的第一接口共同接地，同时第二绕组12的另一端也接地。第一电容16和第二电容17串联，第一电阻18并联在第一电容16两端，第二电阻19并联在第二电容两端。

具体的说，在第一充电状态时，第一二极管14导通，第二二极管15截止，电流流经第一二极管14对第一电容16进行充电。第一电阻18与第一电容16并联，在结束第一充电状态时，可以降低纹波电压，其中，纹波是一个直流电压中的交流成分，直流电压通常是通过交流电压整流、滤波后得来的，由于滤波不干净，就会有剩余的交流成分。在第二充电状态时，第二二极管15导通，第一二极管14截止，电流流经第二二极管15对第二电容17充电第一电阻19与第一电容17并联，在结束第二充电状态时，可以降低纹波电压。在第一充电状态和第二充电状态切换时，利用旋转开关20，将第一二极管14和第二二极管15的连接位置旋转180度，从而改变了第一二极管14和第二二极管15的连接方式。例如，从第一充电状态向第二充电状态切换，拨动旋转开关20，第一二极管14和第二二极管15的位置180度旋转，第一二极管14的负极连接第二电容17的第二接口，第二二极管15的正极连接第一电容16的第二接口。第一充电状态和第二充电状态切换周期为高压直流发生模块10的输入端被施加的电压的周期的一半。例如，高压直流发生模块10的输入端电压为一个正弦波的交流电压，当为正半周时，高压直流发生模块10处于第一充电状态，当输入电压处于负半周时，高压直流发生模块10处于第二充电状态。

需要说明的是，旋转开关20在高压直流发生模块输入电压周期一半时切换充电状态，第一电容16和第二电容17随着电源电压的半周期交替充电，第一电容16和第二电容17充电至硅堆反峰值电压，电压值稳定，通常充电至硅堆反峰值电压需要经过两个半的电源电压周期，切换方式可以手动旋转，也可以由系统自动控制。

相对于现有技术而言，本实施方式提供的高压直流发生模块，通过改变第一二极管和第二二极管的连接方式，使得在仅用2个二极管和2个电容器完成高压的全波倍压整流，简化了倍压整流的电路连接，减少了连接的元器件，从而减少了高压发生模块的硬件体积，使得模块的安装更为简便；并在整流电路中增加第一电阻和第二电阻，降低了倍压电路中的纹波电压，使得在检测电力设备时，检测更为准确。利用旋转开关切换第一充电状态和第二充电状态，使得在切换充电状态的方式更为快捷简单方便；通过在初级线圈和次级线圈之间设置绝缘层，使得变压器不会受到空气湿度和灰尘的影像，减小了对变压器长时间维护的成本。

本发明的第二实施方式涉及一种高压直流发生模块。第二实施方式是第一实施方式的进一步改进，主要改进之处在于：在第二实施方式中还包括：第三电阻31和第三电容32。

第三电阻31的第一接口和第三电容32的第一接口共同连接至第一电容16的第二接口，第三电阻31的第二接口和第三电容32的第二接口共同连接至内部分压单元，第二电容的第二接口接地。

具体的说，高压电力设备，在运行过程中可能承受短时的雷电过电压和由于电力系统故障和操作导致瞬态震荡而产生的操作过电压的作用，冲击的高电压可能会给电力设备带来危害。在对电力设备进行测试时，还需要测试冲击电压。电阻电压分压器是纯阻性的，可以使用精确电阻对待测电力设备进行精确的检测，可以达到高压试验技术-第2部分-测量系统标准信息(High-voltage test techniques-Part2Measuring systems，简称“IEC 60060第二部分”)的精度要求。而直流发生模块大多是容性的，脉冲电压很低，因此，纯阻性试品或脉冲电压测试时需要对电力设备一直进行监测，增加第三电阻31和第三电容32，与内部分压单元连接，可以将高压直流发生模块中内部分压单元与高压部件隔离，其中，连接时，可以通过绝缘端子，在检测时可以对分压器的阻抗进行精准的检查。

本实施方式中提供的高压直流发生模块，通过增加并联的电阻和电容与内部分压器连接，使得在检测时可以实现分压器阻抗分开检查，方便对故障的检查，维护更加方便。

本发明的第三实施方式涉及一种高压直流发生器。高压直流发生器包括：至少2个高压直流发生模块、底座401。本实施方式以高压直流发生器包括2个高压直流发生模块为例进行说明，具体结构图4所示。

发生模块10-1与发生模块10-2层叠连接，发生模块10-1与底座连接，下层的发生模块10-1的输入端与电源连接，发生模块10-2的输入端与发生模块10-1的输出端连接，发生模块10-2的输出端与待测电力设备连接。每个用于切换发生模块10充电状态的各旋转开关可以进行同轴连接，以便各旋转开关可以同步旋转，其中，连接轴可以为绝缘驱动轴，并且绝缘驱动轴进行垂直设置，绝缘驱动轴驱动各旋转开关，可以快速切换各发生模块的充电状态。驱动轴由电机驱动，电机驱动系统安装在底座内，其中，电机安装有限个开关机械位置，旋转开关20在机械位置的正面，该机械位置的背面为短路连接。

需要说明的是，本实施方式中的高压直流发生器，可以根据不同电压的需求，任意层叠组装高压直流发生模块，从而可以实现不同等级电压的高压直流发生器的安装，例如，有3个高压直流发生模块，每个高压直流模块的电压为200kV，该3个高压直流发生模块可以由2个高压直流发生模块组装成400kV电压的高压直流发生器，还可以由3个高压直流发生模块组装成600kV电压的高压直流发生模块。

相对于现有技术而言，本实施方式提供的高压直流发生器，通过层叠连接多个高压直流发生模块，可以扩展高压直流发生器的更高电压，多个高压直流发生模块通过绝缘驱动轴驱动旋转开关，可以同时切换各发生模块的充电状态，状态切换方式简单；通过垂直设置驱动轴的方式，使得发生模块层叠方向为垂直的，减小了高压直流发生器的占地面积；同时，发生模块在层叠连接时，上层发生模块的输入端连接下层发生模块的输出端，对高压直流发生器扩展更高电压的组装方式更为简单，拆卸方便，更易于移动使用。

本发明的第四实施方式涉及一种高压直流发生器。第四实施方式是第三实施方式的进一步改进，主要改进之处在于：在第四实施方式中各发生模块中还包括：第三电阻31和第三电容32，并与第二电容17和第一电容16为高压直流发生器提供扩展接口。具体连接电路如图5所示。

第三电阻31的第一接口和第三电容32的第一接口连接作为高压直流发生模块的第一扩展接口，第一电容16的第二接口作为高压直流发生模块的第二扩展接口，第三电阻31的第二接口和第三电容32的第二接口连接，作为高压直流发生模块的第三扩展接口，第二电容17的输出端作为高压直流发生模块的第四扩展接口。在高压直流发生器需要扩展更高电压时，只需通过高压直流发生模块10的四个扩展接口进行高压直流发生模块10的扩展组合，连接组合方式为上一层高压直流发生模块10的第三扩展接口连接下一层高压直流发生模块10的第一扩展接口，上一层高压直流发生模块10的第四扩展接口连接下一层高压直流发生模块10的第二扩展接口，最上一层的高压直流发生模块10的第一扩展接口和第二扩展接口连接，最下一层的高压直流发生模块10的第三扩展接口连接至内部分压单元，最下一层的高压直流发生模块10的第四扩展接口接地。在本实施方式中，以2个高压直流发生模块组合为例进行说明。

值得一提的是，扩展接口可以通过绝缘端子引出，多个高压直流发生模块通过绝缘端子连接，无需使用焊接的方式进行连接，连接更加方便快捷。

具体的说，发生模块10-1与底座连接，发生模块10-1的输入端连接电源电压，发生模块10-1的输出端与发生模块10-2的输入端连接；发生模块10-1的第四扩展接口接地，发生模块10-1的第三扩展接口连接内部分压单元，发生模块10-1的第二扩展接口与发生模块10-2的第四扩展接口连接，发生模块10-1的第一扩展接口与发生模块10-2的第三扩展接口连接；发生模块10-2的输出端与待测电力设备连接，发生模块10-2的第二扩展接口与第一扩展接口连接。

本实施方式中提供的高压直流发生器，通过高压直流发生模块中的第三电阻和第三电容，扩展了高压直流发生模块的接口，扩展接口通过绝缘端子引出，使得高低压部分分离，在施工检查时，可以分开检查，更利于施工及维护。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。