电缆检测设备.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010035232.6 (22)申请日 2020.01.14 (71)申请人 国网山东省电力公司威海供电公司 地址 264200 山东省威海市昆明路23号 (72)发明人 刘大伟蔡海沧徐德付余民 李放刘腾林向东王琛姜涛 杨景张蕾蕾卢坤杨琨郑政 傅荣荣房国俊 (74)专利代理机构 郑州知己知识产权代理有限 公司 41132 代理人 姜新宇 (51)Int.Cl. G01R 31/14(2006.01) (54)发明名称 电缆检测设备 (57)摘要 一种电缆检测设备， 属于电缆。

2、检测技术领 域。 它包括： 升压模块， 用于转换输入电压， 输出 高压直流稳压电源； 极性转换模块， 用于转换高 压直流稳压电源， 输出测试电波； 所述升压模块 包括第一级升压电路和第二级升压电路， 所述第 一级升压电路包括高频升压器， 所述第二级升压 电路包括倍压整流电路。 它的能量转换效率高， 设备重量低、 体积小， 便于转移。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 111060792 A 2020.04.24 CN 111060792 A 1.一种便携式电缆检测设备， 包括： 升压模块， 用于转换输入电压， 输出高压直流稳压 电源； 极性转换模块， 用于转换高压直流稳压电源， 输出。

3、测试电波； 其特征在于， 所述升压模 块包括第一级升压电路和第二级升压电路， 所述第一级升压电路包括高频升压器， 所述第 二级升压电路包括倍压整流电路。 2.如权利要求1所述的便携式电缆检测设备， 其特征在于， 所述第一级升压电路还包括 高频方波输出电路， 所述高频升压器包括串联在所述高频方波输出电路的输出端的第一线 圈、 串联在所述倍压整流电路的输入端的第二线圈。 3.如权利要求2所述的便携式电缆检测设备， 其特征在于， 所述升压模块还包括第一电 压传感器和稳压电路控制电路， 所述第一电压传感器用于输出所述升压模块的输出端电压 的第一电压感测信号， 所述稳压电路控制电路响应所述第一电压感测信。

4、号， 输出调压信号； 所述高频方波输出电路包括斩波稳压电路和方波逆变电路； 所述斩波稳压电路用于根据所 述调压信号输出直流电压； 所述方波逆变电路用于逆变所述直流电压， 输出高频方波。 4.如权利要求3所述的便携式电缆检测设备， 其特征在于， 所述斩波稳压电路采用 Boost稳压电路。 5.如权利要求3所述的便携式电缆检测设备， 其特征在于， 所述斩波稳压电路采用 Boost-PFC稳压电路。 6.如权利要求3所述的便携式电缆检测设备， 其特征在于， 所述升压模块还包括恒频逆 变控制器， 所述恒频逆变控制器用于输出驱动所述方波逆变电路恒频逆变的逆变控制信 号， 所述方波逆变电路响应所述逆变控制。

5、信号， 逆变所述直流电压后输出高频方波。 7.如权利要求3所述的便携式电缆检测设备， 其特征在于， 所述高频方波的频率为20Hz 300Hz。 8.如权利要求1所述的便携式电缆检测设备， 其特征在于， 所述极性转换模块包括极性 转换电路、 第二电压传感器、 电流传感器和极性转换电路控制器， 所述极性转换电路包括LC 振荡器和用于启闭LC振荡器的高压开关， 所述第二电压传感器用于输出所述极性转换电路 的输出端电压的第二电压感测信号， 所述电流传感器用于输出所述极性转换电路的输出端 电流的电流感测信号， 所述极性转换电路控制器用于发出调节所述高压开关通断的脉冲控 制信号。 9.如权利要求8所述的便。

6、携式电缆检测设备， 其特征在于， 所述极性转换电路采用反向 可馈电式极性转换电路。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111060792 A 2 电缆检测设备 技术领域 0001 本发明涉及电缆检测技术领域， 具体涉及一种电缆检测设备， 尤其涉及一种能够 用于电缆的高压试验及局部放电试验的便于转移的电缆检测设备。 背景技术 0002 高压试验是指采用高压对电气设备的电气性能的测试方法， 主要用于发现绝缘的 局部缺陷、 受潮及老化性能。 当前， 电缆高压试验涉及的现行标准有GB31183 高压输变电 设备的绝缘配合、 高电压试验技术 、 GB/T16927.1 高电压试验技术第一部分： 一般试验。

7、要 求EQVIEC600600 、 GB/T16927.2 高电压试验技术第二部分： 测量系统EQVIEC60060 。 0003 局部放电试验是指带有局部放电量检测的感应耐压试验， 主要用于发现设备结构 和制造工艺的缺陷。 它是确定变压器绝缘系统结构可靠性的重要指标之一。 0004 专利文献CN106990341A记载了一种配电电缆绝缘诊断用超低频余弦方波高压发 生器， 包括正极性高压直流源、 负极性高压直流源、 双向高压电力电子开关、 极性转换装置、 总控单元， 以及LC电路， 其中， 双向高压电力电子开关和极性转换装置并联连接， 双向高压 电力电子开关由第一和第二可控型高压电力电子开关单。

8、元组成； 所述正极性高压直流源的 输入为市电， 输出为第一可控型高压电力电子开关单元的输入； 所述负极性高压直流源的 输入为市电， 输出为第二可控型高压电力电子开关单元的输入； 所述极性转换装置输出的 一端串联电感后连接在电容的一端， 极性转换装置输出的另一端连接在电容的另一端， 所 述电容并联在试品电缆的两端， 检测时， 在试品电缆上施加峰值最大为30kV的0.1Hz周期变 化的超低频余弦方波高电压， 通过总控单元控制高压电力电子开关的交替通断对电缆进行 正反向充电， 利用极性转换装置对电缆放电以实现电压极性转换。 该专利文献还记载了一 种配电电缆绝缘诊断方法， 在试品电缆上施加峰值最大为3。

9、0kV的0.1Hz周期变化的超低频 余弦方波高电压， 当波形处于方波阶段时模拟直流高电压对电缆进行直流耐压试验， 得到 试品的泄漏电流， 有效反应试品的集中性缺陷； 在波形处于上升沿和下降沿时， 模拟50Hz交 流高电压对电缆进行交流试验， 检测试品介质损耗角正切值和局部放电缺陷， 从而对试品 电缆的绝缘状态取得综合性的评估。 0005 专利文献CN108761298A记载了一种配电电缆绝缘检测试验方法， 包括： 利用方波 发生器生成不同频率的超低频余弦高压方波； 采用水树加速试验制备得到水树缺陷； 测量 所述超低频余弦高压方波作用下水树缺陷的生长情况得到原始数据； 对所述原始数据进行 数据分。

10、析得到水树生长的最优超低频余弦方波频率； 根据所述最优超低频余弦方波频率对 快速超低频试验装置进行参数配置； 使用所述快速超低频试验装置对配电电缆进行快速超 低频试验得到试验结果； 根据所述试验结果确定配电电缆的绝缘等级。 0006 前述的能够用于电缆的高压试验及局部放电试验的电缆检测设备体积均大， 其原 因在于能够输出高压直流源的设备的体积较大。 说明书 1/5 页 3 CN 111060792 A 3 发明内容 0007 本发明的发明目的是提供一种电缆检测设备， 以解决现有的能够同时对电缆进行 高压试验和局部放电试验的电缆检测设备体积大、 重量大， 不便于转移的技术问题。 0008 为解决。

11、上述的技术问题， 可以根据需要选用如下技术方案： 一种便携式电缆检测设备， 包括： 升压模块， 用于转换输入电压， 输出高压直流稳压电 源； 极性转换模块， 用于转换高压直流稳压电源， 输出测试电波； 所述升压模块包括第一级 升压电路和第二级升压电路， 所述第一级升压电路包括高频升压器， 所述第二级升压电路 包括倍压整流电路。 0009 优选的， 所述第一级升压电路还包括高频方波输出电路， 所述高频升压器包括串 联在所述高频方波输出电路的输出端的第一线圈、 串联在所述倍压整流电路的输入端的第 二线圈。 0010 进一步的， 所述升压模块还包括第一电压传感器和稳压电路控制电路， 所述第一 电压传。

12、感器用于输出所述升压模块的输出端电压的第一电压感测信号， 所述稳压电路控制 电路响应所述第一电压感测信号， 输出调压信号； 所述高频方波输出电路包括斩波稳压电 路和方波逆变电路； 所述斩波稳压电路用于根据所述调压信号输出直流电压； 所述方波逆 变电路用于逆变所述直流电压， 输出高频方波。 0011 又进一步的， 所述斩波稳压电路采用Boost稳压电路。 0012 更进一步的， 所述斩波稳压电路采用Boost-PFC稳压电路。 0013 又进一步的， 所述升压模块还包括恒频逆变控制器， 所述恒频逆变控制器用于输 出驱动所述方波逆变电路恒频逆变的逆变控制信号， 所述方波逆变电路响应所述逆变控制 信。

13、号， 逆变所述直流电压后输出高频方波。 0014 优选的， 所述高频方波的频率为20Hz300Hz。 0015 优选的， 所述极性转换模块包括极性转换电路、 第二电压传感器、 电流传感器和极 性转换电路控制器， 所述极性转换电路包括LC振荡器和用于启闭LC振荡器的高压开关， 所 述第二电压传感器用于输出所述极性转换电路的输出端电压的第二电压感测信号， 所述电 流传感器用于输出所述极性转换电路的输出端电流的电流感测信号， 所述极性转换电路控 制器用于发出调节所述高压开关通断的脉冲控制信号。 0016 进一步的， 所述极性转换电路采用反向可馈电式极性转换电路。 0017 就实现降低能够同时对电缆进。

14、行高压试验和局部放电试验的电缆检测设备的小 型轻量化目标来说， 本领域技术人员首先会考虑降低升压模块、 极性转换模块的体积、 重 量， 并重点考虑降低升压模块的体积、 重量。 在降低升压模块的体积、 重量时， 原则上应该使 用单一的倍压整流电路升压， 例如变压器、 倍压整流电路。 0018 本领域的技术人员考虑仅采用倍压整流电路时， 会面临以下技术难点： 理论上， 稳 压方波输出电路的方波频率的提高可以减少倍压整流电路输出电压的纹波和压降； 但是， 随着倍压整流电路等级的增加， 倍压整流电路输出电压的纹波和压降急剧增加， 到一定程 度， 倍压整流电路输出电压会降为零。 在该技术难点下， 本领域。

15、的技术人员采用倍压整流电 路无法获得能够应用于电缆耐压试验的高压直流电源。 0019 本领域的技术人员考虑仅采用变压器时， 会面临以下技术难点： 在相同电压下， 随 着频率的增加， 采用的变压器的磁芯大小和初次级绕组匝数迅速降低， 从而可以极大降低 说明书 2/5 页 4 CN 111060792 A 4 变压器的体积和重量。 为了降低高压直流稳压电源的体积和质量， 在仅采用变压器时， 本领 域一般选择高频升压器。 但是， 不容忽视的是： 高频条件下变压器阻间和层间寄生电容等效 参数会相应增大， 产生的充放电电流会在逆变电路开关处产生巨大损耗， 严重时无法工作。 本领域常识认为， 高频变压器的。

16、原副边匣数比不易过大。 在该常识教导下， 本领域的技术人 员采用高频升压器又无法获得能够应用于电缆耐压试验的高压直流电源。 0020 本发明采用高频升压器和倍压整流电路形成多级升压电路， 以克服单独采用高频 升压器或倍压整流电路所面临的技术难点。 在应用高频升压器的过程中， 还需要稳压方波 输出电路输出高频升压器所需的高频交流电。 0021 与现有技术相比， 本发明的有益效果是： 1.本发明采用高频升压器、 倍压整流电路形成的多级升压电路， 与本领域常见的升压 交流方式相比， 能量转换效率高， 设备重量低、 体积小。 0022 2.本发明的升压模块通过逆变直流电压输出高频方波， 再通过高频升压。

17、器升压后 形成高频高压方波， 接着通过倍压整流电路处理后生成高压直流稳压电源。 与本领域常见 的升压交流方式相比， 能量转换效率高， 设备重量低、 体积小。 0023 3.本发明采用第一电压传感器和斩波稳压电路， 便于根据升压模块的输出端电 压， 控制斩波稳压电路， 以使升压模块的输出端电压形成高压直流稳压电源。 0024 4.本领域惯用的二极管整流桥作为斩波稳压电路时， 整流桥中的二极管非线性特 性和后级滤波电容对二极管的钳制作用， 在DC-DC斩波电路中会导致电流并不跟随电压变 化， 电流波形畸变严重， 这些谐波电流不仅对电网造成严重的谐波污染， 而且导致电路的输 入功率大大降低， 约为0。

18、.65， 使系统的效率大为降低。 本领域采用Buck电路进行直流斩波， 但Buck是降压型变换， 因此需要采用更高变比的变压器和更多级的倍压整流电路来得到预 期的电压输出， 这无疑增加了变压器的设计和制作难度。 0025 5.本发明斩波稳压电路采用Boost-PFC稳压电路， 成本低， 体积小。 0026 6.本发明的采用恒频逆变控制器驱动方波逆变电路， 降低了方波逆变电路的频率 变化对获得高压直流稳压电源的难度。 0027 7. 本发明采用极性转换电路的高压开关调制高压直流稳压电源， 当高压开关断 开时， 电缆加载试验电压的高压直流电， 同时电缆形成的电容充电， 当高压开关闭合时， 此 时由。

19、电缆形成的电容和电感L1、 电阻R2构成的振荡回路发生阻尼振荡， 得到衰减的振荡波 信号。 也即高压开关断开时段对应于双极性余弦方波的上沿或下沿， 高压开关闭合时段对 应于双极性余弦方波的上升沿或下降沿。 当然， 通过控制高压开关的通断， 极性转换电流还 可以输出30-300Hz变频串联谐振波、 KHz振荡波、 0.1Hz正弦波等其它测试电波。 附图说明 0028 图1为本发明一种电缆检测设备的结构框图。 0029 图2为本发明一种电缆检测设备的部分结构示意图。 0030 附图标记说明， 1-升压模块， 10-高频方波输出电路， 100-恒频逆变控制器， 101-斩 波调压电路， 102-方波。

20、逆变电路， 11-高频升压器， 12-调压电路控制电路， 121-倍压整流电 路， 2-极性转换模块， 201-极性转换电路， 21-数字时序控制， 3-电缆， U1-第一电压感测信 号， U2-第二电压感测信号， I-电流感测信号。 说明书 3/5 页 5 CN 111060792 A 5 具体实施方式 0031 下面结合附图， 以实施例的形式说明本发明， 以辅助本技术领域的技术人员理解 和实现本发明。 除另有说明外， 不应脱离本技术领域的技术知识背景理解以下的实施例及 其中的技术术语。 0032 本发明的第一部分： 本发明的一种电缆检测方法， 用于测量所述电缆的高压试验性能和局部放电试验性。

21、 能， 包括以下步骤： 步骤1. 采用双极性余弦方波检测电缆， 所述双极性余弦方波的频率介于0.01Hz 0.1Hz， 所述双极性余弦方波的极性转换时间介于1ms4s。 其中， 双极性余弦方波的高电平 可以参照Q/GXD11316-2014 电力电缆线路试验规程 设置， 例如1倍U0， 还是2倍U0。 0033 步骤2. 在双极性余弦方波的方波上沿或方波下沿时段， 获取反映电缆高压试验 性能的泄漏电流物理量； 步骤3. 在双级性余弦方波的上升沿或下降沿时段， 获取电缆的局部放电信息。 0034 本发明的第二部分 参见图1， 一种电缆检测设备， 包括： 升压模块1， 用于转换输入电压， 输出高压。

22、直流稳压 电源； 极性转换模块2， 用于转换高压直流稳压电源， 输出双极性余弦方波。 其中， 升压模块 包括第一级升压电路和第二级升压电路。 第一级升压电路包括高频升压器11， 根据第一级 升压电路的输入电压的频率需要， 第一级升压电路还包括调频电路， 调频电路用于调整输 入电压的频率， 输出高频电压； 高频升压器用于升压高频电压， 输出高频高压交流电源。 第 二级升压电路包括倍压整流电路， 倍压整流电路用于整流交流电， 输出升压后的直流电源。 0035 实施例1： 一种电缆检测设备， 包括： 升压模块1， 用于转换输入电压， 输出高压直流 稳压电源； 极性转换模块2， 用于转换高压直流稳压电。

23、源， 输出双极性余弦方波。 0036 升压模块1包括高频方波输出电路10、 高频升压器11和倍压整流电路。 高频方波输 出电路10属于一种调频电路。 高频升压器包括串联在高频方波输出电路的输出端的第一线 圈、 串联在倍压整流电路的输入端的第二线圈。 为使升压模块能够输出稳定的电压， 升压模 块1还可以包括第一电压传感器和斩波调压电路控制电路12。 0037 若高频方波输出电路10的输入端连接直流发电机或直流电源 （例如110VDC、 220VDC电源） 时， 高频方波输出电路10可以选择调频斩波电路， 调频斩波电路用于输出高频 方波。 0038 若高频方波输出电路10的输入端连接交流发电机或交。

24、流电源 （例如110VAC、 220VAC、 380VAC电源） 时， 高频方波输出电路可以包括整流电路、 方波逆变电路及逆变控制 器， 逆变控制器用于输出驱动方波逆变电路恒频逆变的逆变控制信号， 整流电路用于整流 交流电压后输出直流电压， 方波逆变电路响应逆变控制信号， 逆变直流电压后输出高频方 波。 0039 若升压模块1还包括第一电压传感器和调压电路控制电路12时， 第一电压传感器 用于输出倍压整流电路的输出端的第一电压感测信号， 稳压电路控制电路响应第一电压感 测信号， 输出调压信号。 高频方波输出电路包括斩波稳压电路和方波逆变电路， 斩波稳压电 路用于根据调压信号输出直流电压， 方波。

25、逆变电路用于逆变直流电压， 输出高频方波。 0040 为了驱动方波逆变电路工作， 升压模块还可以包括恒频逆变控制器100， 恒频逆变 说明书 4/5 页 6 CN 111060792 A 6 控制器100用于输出驱动方波逆变电路恒频逆变的逆变控制信号， 方波逆变电路用于响应 逆变控制信号， 逆变直流电压后输出恒定频率的高频方波。 0041 斩波稳压电路可以采用Boost稳压电路， 例如， Boost-PFC稳压电路、 无桥Boost- PFC稳压电路、 三电平Boost-PFC稳压电路。 本实施例中， 斩波稳压电路采用Boost-PFC稳压 电路。 0042 本实施例中， 高频方波的频率为20。

26、0Hz300Hz的值。 在其他实施例中， 高频方波的 频率可以为50Hz300Hz的值， 高频方波的频率也可以为20Hz300Hz的值。 0043 本实施例中， 第一电压传感器可以选择阻容分压器。 0044 优选的， 所述极性转换模块包括极性转换电路、 第二电压传感器、 电流传感器和极 性转换电路控制器， 极性转换电路包括LC振荡器和用于启闭LC振荡器的高压开关， 所述第 二电压传感器用于输出所述极性转换电路的输出端的第二电压感测信号， 电流传感器用于 输出所述极性转换电路的输出端的电流感测信号， 极性转换电路控制器用于发出调节高压 开关通断的脉冲控制信号。 本实施例中， 第二电压传感器可以选。

27、择阻容分压器。 0045 直流电源的极性转换可以通过LC振荡器实现。 LC震荡器可实现能量循环使用并且 有效控制极性转换时间； 电压调整通过极性转换电路控制器比较极性转换电路的输出端电 压与电缆高压试验所需的电压发出控制脉冲控制高压开关的开断， 实现0至30kV的电压 调整。 0046 极性转换电路可以采用反向可馈电式极性转换电路。 反向可馈电式极性转换电路 输出的正极性电压与负极性电压一致， 可以减少电缆检测对XLPE电缆的不利影响。 具体是， 电缆试验加载的正极性电压与负极性电压不对称时， 会促进XLPE电缆产生空间电荷， 这些 空间电荷在电缆缺陷处形成的电场畸变与工频交流电压叠加后， 会。

28、加快电缆绝缘的老化， 不利于电力系统的稳定运行。 0047 使用本发明的电缆检测设备时， 将电缆的导线电连接极性转换电路的电压输出 端， 将电缆的表皮两端接地， 包括以下步骤： 步骤1. 采用双极性余弦方波检测电缆， 双极性余弦方波的频率介于0.01Hz0.1Hz， 所述双极性余弦方波的极性转换时间介于1ms4s。 其中， 双极性余弦方波的高电平可以参 照Q/GXD11316-2014 电力电缆线路试验规程 设置， 例如2倍U0， 还是3倍U0。 0048 步骤2. 在双极性余弦方波的方波上沿或方波下沿时段， 获取反映电缆高压试验 性能的泄漏电流物理量； 可以进一步对测得的泄漏电流物理量进行处。

29、理， 以获取电缆的高 压试验性能。 0049 步骤3. 在双级性余弦方波的上升沿或下降沿时段， 获取电缆的局部放电信息； 可 以了解电缆的局部放电试验性能。 0050 上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明。 应当明白， 实践中无法穷尽说 明所有可能的实施方式， 在此通过举例说明的方式尽可能的阐述本发明的发明构思。 在不 脱离本发明的发明构思、 且未付出创造性劳动的前提下， 本技术领域的技术人员对上述实 施例中的技术特征进行取舍组合、 具体参数进行试验变更， 或者利用本技术领域的现有技 术对本发明已公开的技术手段进行常规替换形成的具体的实施例， 均应属于为本发明隐含 公开的内容。 说明书 5/5 页 7 CN 111060792 A 7 图1 说明书附图 1/2 页 8 CN 111060792 A 8 图2 说明书附图 2/2 页 9 CN 111060792 A 9 。