超長電纜耐壓現場試驗防護裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種超長電纜耐壓現場試驗防護裝置，其用于與電纜高壓試驗設備相配合，包括與諧振電抗器高壓輸出端相電連接用于實現電纜高壓試驗設備高壓信號與低壓信號隔離的光纖隔離模塊、與光纖隔離模塊相串口通信的單片機、輸入端與單片機相連接輸出端與變頻電源相電連接的D/A轉換電路，主控計算機通過藍牙模塊與單片機相控制連接。本發明通過采用光纖隔離模塊實現高壓信號與低壓信號的隔離，從而在超長電纜大容量高壓放電時能夠有效保護控制設備；通過采用藍牙模塊實現主控計算機與單片機的通信控制，從而實現主控計算機與高壓試驗設備的隔離，在超長電纜大容量高壓放電時能夠有效保護試驗人員。
【專利說明】超長電纜耐壓現場試驗防護裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及自動化控制及高壓測試設備領域，具體涉及一種超長電纜耐壓現場試驗防護裝置。
【背景技術】
[0002]變頻串聯諧振高壓試驗設備用于長電纜現場耐壓試驗，該試驗設備由變頻電源10、勵磁變壓器20、諧振電抗器30、電容分壓器40、主控計算機50等幾部分組成，如圖1所示。在進行試驗時，超長電纜60作為被試驗樣品與諧振電抗器串聯在LC串聯回路中，成為變頻電源的負載。主控計算機50用于控制變頻電源10的輸出頻率，通過調整變頻電源10輸出頻率使LC回路諧振，在諧振頻率點上獲得待測電纜耐壓試驗所需的正弦交流高壓，通過穩壓控制電路使該輸出高壓穩定，并保持一段時間，來測試被試驗樣品的耐壓性能。
[0003]對長電纜采用交流耐壓試驗需要一個巨大容量的電源，若試驗的電纜越長、截面積越大，電纜試品的電容就更大，因此試驗中回路上有更大的電流，需要更大的變頻電源容量。目前限于變頻電源容量，有些地方在電纜鋪設完成后，不做現場試驗；也有些地方直接利用電網供電24小時做電纜耐壓現場試驗，這樣的試驗存在兩個問題，一是給電網調度帶來困難，二是一旦試驗失敗會給電網帶來沖擊。
[0004]由于試驗容量巨大，系統諧振電抗器和試品電纜電容中儲存了巨大的能量，一旦試品電纜被擊穿，能量瞬間通過接地線流向大地，巨大電流在接地線上瞬間產生一個高壓壓降，變頻電源表面上瞬間帶有高電壓，損壞試驗設備；同時人在地面上處于零電位，變頻電源會對人產生放電，雖然時間極短，那么高的電壓足以使人感的不適或直接休克。
【發明內容】
[0005]本發明目的是為了克服現有技術的不足而提供一種能夠在高壓放電時有效保護高壓試驗設備以及試驗人員的防護裝置。
[0006]為達到上述目的，本發明采用的技術方案是:一種超長電纜耐壓現場試驗防護裝置，其用于與電纜高壓試驗設備相配合，所述的電纜高壓試驗設備包括用于產生交流電并進行整流逆變的變頻電源、與所述的變頻電源輸出端相連接對所產生交流電隔離放大的勵磁變壓器、與所述的勵磁變壓器輸出端相連接的諧振電抗器、用于控制變頻電源輸出頻率的主控計算機，待測電纜與所述的諧振電抗器串聯形成LC串聯回路，所述的試驗防護裝置包括與所述的諧振電抗器高壓輸出端相電連接用于實現電纜高壓試驗設備高壓信號與低壓信號隔離的光纖隔離模塊、與所述的光纖隔離模塊相串口通信的單片機、輸入端與所述的單片機相連接輸出端與所述的變頻電源相電連接的D/A轉換電路，所述的主控計算機通過藍牙模塊與所述的單片機相控制連接。
[0007]優化地，所述的光纖隔離模塊包括相串聯連接的高低壓取樣電容、用于采集低壓電容上的交流電壓并將其轉換為直流信號的電壓轉換電路、與所述的電壓轉換電路輸出相連接的A/D電路、與所述的單片機相串口通信的485接口以及光纖轉換器。[0008]優化地，所述的變頻電源與接地之間還串聯有用于在電纜高壓放電時將電位差鉗位在一定范圍內的大功率TVS管及氧化鋅閥片器件。
[0009]由于采用上述技術方案，本發明的有益效果:本發明通過采用光纖隔離模塊實現高壓信號與低壓信號的隔離，從而在超長電纜大容量高壓放電時能夠有效保護控制設備；通過采用藍牙模塊實現主控計算機與單片機的通信控制，從而實現主控計算機與高壓試驗設備的隔離，在超長電纜大容量高壓放電時能夠有效保護試驗人員。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]附圖1為變頻串聯諧振高壓試驗設備各部分連接框圖；
[0011]附圖2為本發明防護裝置原理框圖；
[0012]附圖3為本發明防護裝置的光纖隔離模塊原理框圖；
[0013]附圖4為試驗設備防護裝置原理分析圖；
[0014]其中:10、變頻電源；101、整流電路、102、逆變電路；103、反饋穩壓電路；20、勵磁變壓器；201、勵磁隔離電路；30、諧振電抗器；301、諧振升壓電路；40、電容分壓器；50、主控計算機；60、超長電纜；70、光纖隔離模塊；701、高壓取樣電容；702、低壓取樣電容；703、電壓轉換電路;704、A/D電路;705、485接口 ;706光纖轉換器;80、單片機;801、D/A電路；90、
藍牙模塊。
【具體實施方式】
[0015]下面將結合具體實施例對本發明技術方案做詳細的介紹:
[0016]圖2為整個試驗系統原理框圖。其中，整流電路101、逆變電路102、勵磁隔離電路201、諧振升壓電路301以及反饋穩壓電路103構成耐壓試驗設備。220V(或380V)的交流電壓經過整流電路101后變成直流信號，系統通過周期性的開關整流后的直流信號，產生一定頻率的脈寬調制信號，該信號經逆變電路102、勵磁隔離電路201、諧振升壓電路301最后在被試品上輸出高壓。
[0017]為了防止反擊電壓，在上述試驗設備的基礎上增加本發明防護裝置，具體地，該防護裝置包括用于隔離高壓信號與低壓信號的光纖隔離模塊70、通過藍牙模塊90與主控計算機50之間進行通信控制的單片機80，具體介紹如下:
[0018]圖3所示的為光纖隔離模塊70，其包括高壓取樣電容701、與高壓取樣電容相串聯的低壓取樣電容702、與電壓取樣電容702電壓端連接的交流轉直流電壓轉換電路703、用于將直流電壓模擬信號轉換為數字信號的A/D電路704、用于與單片機80進行串口通信的485接口 705以及光纖轉換器706。電壓轉換電路703從低壓取樣電容702取出交流低壓后，將該電壓轉成直流后進A/D電路704，單片機80的串口經過485接口 705后與光纖轉換器706接口，單片機80控制A/D電路704采樣，并通過串口將數據送給光纖轉換器706發射。在光纖數據接收端，單片機80同樣經串口 485接口從光纖轉換器接收數據。
[0019]由于試驗容量巨大，系統電抗器和試品中儲存了巨大的能量，一旦試品被擊穿，SP圖4中U短路，能量瞬間通過接地線流向大地，接地線瞬間產生的巨大電流在接地線所具有的電阻R和電感L上產生一個壓降，變頻電源表面上瞬間帶有高電壓，人在地面上處于“零電位”，變頻電源會對人產生放電，雖然時間極短，但是那么高的電壓足以使人感到不適或直接休克。根據試驗條件理論估算:當試驗電壓為216KV，超長電纜試品電流為120A時，負載功率為25.9MVA，瞬間放電會使得變頻電源帶上四千余伏至四十余萬伏的電壓，會造成人身傷害和設備損壞。因此，為了防止高壓放電對試驗人員的傷害，本發明對用于實現耐壓試驗設備整體控制的主控計算機50進行隔離。具體地，耐壓試驗設備的控制信號通過防護裝置的單片機80進行直接發送，而單片機80又通過藍牙模塊90受控與主控計算機50。使用無線藍牙通信技術，將主控計算機與變頻電源分開，保證試驗人員安全。即主控計算機與單片機通信，單片機控制變頻電源試驗，接收主控計算機命令，并向主控計算機發送試驗數據。
[0020]根據上述分析，在大容量電纜試驗失敗電纜瞬間放電時，接地線瞬間產生的巨大電流在接地線所具有的電阻R和電感L上產生一個壓降，形成較大的電位差。而瞬時較大的電位差將對人身和設備造成損壞，為了在高壓放電時讓整套系統元件上的電位差瞬時鉗位在一定范圍之內，本發明還在變頻電源與接地線之間接入大功率TVS管及氧化鋅閥片器件，見圖4，其相當于將這些器件接在R、L兩端，當大容量試驗失敗電纜瞬間放電時，器件的兩極受到反向瞬態高能量沖擊時，它能以10-12秒量級的速度，將其兩極間的高阻抗變為低阻抗，吸收高達數十萬瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個預定值，有效地保護變頻電源系統中的精密元器件免受各種浪涌脈沖的損壞。
[0021]上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種超長電纜耐壓現場試驗防護裝置，其用于與電纜高壓試驗設備相配合，所述的電纜高壓試驗設備包括用于產生交流電并進行整流逆變的變頻電源、與所述的變頻電源輸出端相連接對所產生交流電隔離放大的勵磁變壓器、與所述的勵磁變壓器輸出端相連接的諧振電抗器、用于控制變頻電源輸出頻率的主控計算機，待測電纜與所述的諧振電抗器串聯形成LC串聯回路，其特征在于:所述的試驗防護裝置包括與所述的諧振電抗器高壓輸出端相電連接用于實現電纜高壓試驗設備高壓信號與低壓信號隔離的光纖隔離模塊、與所述的光纖隔離模塊相串口通信的單片機、輸入端與所述的單片機相連接輸出端與所述的變頻電源相電連接的D/A轉換電路，所述的主控計算機通過藍牙模塊與所述的單片機相控制連接。
2.根據權利要求1所述的超長電纜耐壓現場試驗防護裝置，其特征在于:所述的光纖隔離模塊包括相串聯連接的高低壓取樣電容、用于采集低壓電容上的交流電壓并將其轉換為直流信號的電壓轉換電路、與所述的電壓轉換電路輸出相連接的A/D電路、與所述的單片機相串口通信的485接口以及光纖轉換器。
3.根據權利要求1所述的超長電纜耐壓現場試驗防護裝置，其特征在于:所述的變頻電源與接地之間還串聯有用于在電纜高壓放電時將電位差鉗位在一定范圍內的大功率TVS管及氧化鋅閥片器件。
【文檔編號】G01R31/12GK103809094SQ201410060075
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月24日 優先權日:2014年2月24日
【發明者】臧濤成, 樊斌, 程新利, 周洪, 劉曉莊, 朱愛敏 申請人:蘇州科技學院