一种程控可变接地电阻的直流接地电树枝试验系统的制作方法

本实用新型涉及高压电力电缆绝缘特性研究技术领域，特别是涉及一种程控可变接地电阻的直流接地电树枝试验系统。

背景技术：

随着高压直流输电技术的发展，交联聚乙烯(cross-linked polyethylene， XLPE)电力电缆凭借其特有的机械性能、电气性能被广泛应用，成为新能源电力传输领域的重要载体。在电缆生产安装和实际运行过程中，绝缘介质中混入杂质、气泡，半导体层凸起等都将使电缆内部发生空间电荷积聚，造成局部电场应力集中，诱发电树枝，最终导致绝缘老化击穿，对直流电缆线路带来极大的威胁。为确保交联聚乙烯电力电缆安全稳定运行，研究其绝缘材料内部电树枝的相关特性具有重要的意义。

直流电缆电压等级日益升高，在电缆实际运行中因为空间电荷积聚而造成直流电树枝这一现象已不容忽视，尽管直流电树枝的引发电压较高，但在直流电缆发生瞬间接地短路等故障下，直流电树枝的引发率偏高，因此对直流接地电树枝特性研究能够为相关试验研究和电缆运行提供参考。为了研究直流接地电树枝特性，需要有相应的试验系统提供试验所需的电压波形，传统的试验系统具有较大的弊端，具体表现为：(1)施加在实验舱上的电压完全需要人为手动控制，无法保证升压速率恒定不变。(2)在电压源及接地开关的开合无法做到同步控制，无法对升压降压过程及加压时间进行自动化控制。(3)无法对接地电阻进行阻值的自动调节，改变阻值需暂停试验进行接地电阻的更换，降低了试验效率。目前，还没有一套完善的系统可以实现对直流接地电树枝试验中升压速率、预压时间、接地阻值及接地时间的精确控制。

技术实现要素：

本实用新型提供一种程控可变接地电阻的直流接地电树枝试验系统，既能够实现对升压速率、预压时间、接地阻值及接地时间的精确调控，又操作简单，极大的提高了试验效率，具有较高的试验应用价值。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种程控可变接地电阻的直流接地电电树枝试验系统，包括控制信号发生器、程控高压直流电源、保护电阻、试样、实验舱、固态直流开关和接地电阻模块，所述试样固定于所述实验舱内，所述试样包括针电极和地电极，所述针电极的针尖部分埋于所述试样的上端，所述试样的下端涂覆导电胶与所述地电极良好接触，所述地电极与所述实验舱的地线连接，所述控制信号发生器与所述程控高压直流电源的通断控制端相连接，所述控制信号发生器通过所述通断控制端来控制所述程控高压直流电源的通断，所述程控高压直流电源的正极通过高压引线与所述保护电阻的一端相连接，所述程控高压直流电源的负极通过地线接地，所述保护电阻的另一端分别与所述试样的针电极、所述固态直流开关的一端相连接，所述固态直流开关的另一端与所述接地电阻模块的一端相连接，所述接地电阻模块的另一端通过地线接地，所述控制信号发生器与所述固态直流开关的控制端相连接，所述控制信号发生器通过所述控制端来控制所述固态直流开关的打开或闭合，所述控制信号发生器与所述接地电阻模块的接入电阻控制端相连接，所述控制信号发生器通过所述接入电阻控制端来控制所述接地电阻模块中接入电阻的大小。

可选的，所述接地电阻模块包括并联设置的空载电线、第一接地电阻模块、第二接地电阻模块和第三接地电阻模块，所述空载电线上串联第四高压继电器，所述第一接地电阻模块包括串联设置的第一高压继电器和第一接地电阻，所述第二接地模块包括串联设置的第二高压继电器和第二接地电阻，所述第三接地模块包括串联设置的第三高压继电器和第三接地电阻，所述第一高压继电器用于控制所述第一接地电阻的通断，所述第二高压继电器用于控制所述第二接地电阻的通断，所述第三高压继电器用于控制所述第三接地电阻的通断，所述第四高压继电器用于控制所述空载电线的通断。

可选的，所述第一接地电阻、第二接地电阻、第三接地电阻的阻值分别为100Ω、1KΩ和1MΩ。

可选的，所述保护电阻的阻值为1MΩ。

可选的，所述试样为聚合物-无机填料复合材料。

该技术与现有技术相比，具有如下有益效果：

本实用新型提供的一种程控可变接地电阻的直流接地电树枝试验系统，所述信号发生器按照设定时间发出升压指令信号，控制所述程控高压直流电源开启，同时所述固态直流断开，所述高压直流电源根据升压指令信号完成对实验舱内试样的升压，试样发生直流电树枝；所述信号发生器按照设定时间发出接地指令信号，控制所述程控高压直流电源断开，同时所述固态直流开关闭合，所述高压直流电源停止对实验舱内的试样提供电压；所述信号发生器按照设定时间发出变阻指令信号，控制所述接地电阻模块中各阻值支路高压继电器的开闭，控制接地电阻模块中接入电阻的大小，实现对实验舱内试样的放电，施加在实验舱内试样上的电压波形完全符合试验的要求，可以高效的完成直流接地电树枝试验，并且能够用于探究合理的接地放电时间以及探究合理的放电电阻，为直流电缆停电检修提供试验基础。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例程控可变接地电阻的直流接地电树枝试验系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例接地电阻模块的内部结构示意图；

图3为本实用新型实施例施加在实验舱上的电压波形示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供一种程控可变接地电阻的直流接地电树枝试验系统，既能够实现对升压速率、预压时间、接地阻值及接地时间的精确调控，又操作简单，极大的提高了试验效率，具有较高的试验应用价值。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1为本实用新型实施例程控可变接地电阻的直流接地电树枝试验系统的结构示意图，如图1所示，一种程控可变接地电阻的直流接地电电树枝试验系统，包括控制信号发生器5、程控高压直流电源1、保护电阻2、试样7、实验舱6、固态直流开关3和接地电阻模块4，所述试样7固定于所述绝缘实验舱6内，所述试样7包括针电极和地电极，所述针电极的针尖部分埋于所述试样7的上端，所述试样7的下端涂覆导电胶与所述地电极良好接触，所述地电极与所述实验舱6的地线良好连接，所述控制信号发生器5与所述程控高压直流电源1的通断控制端相连接，所述控制信号发生器5通过所述通断控制端来控制所述程控高压直流电源1的通断，所述程控高压直流电源 1的正极通过高压引线与所述保护电阻2的一端相连接，所述程控高压直流电源1的负极通过地线接地，所述保护电阻2的另一端分别与所述试样7的针电极、所述固态直流开关3的一端相连接，所述固态直流开关3的另一端与所述接地电阻模块4的一端相连接，所述接地电阻模块4的另一端通过地线接地，所述控制信号发生器5与所述固态直流开关3的控制端相连接，所述控制信号发生器5通过所述控制端来控制所述固态直流开关3的打开或闭合，所述控制信号发生器5与所述接地电阻模块4的接入电阻控制端相连接，所述控制信号发生器5通过所述接入电阻控制端来控制所述接地电阻模块4 中接入电阻的大小。所述试样7为聚合物-无机填料复合材料。

一种程控可变接地电阻的直流接地电树枝试验系统，所述试验系统采用电源支路、实验舱支路、接地支路三者并联的形式；所述程控高压直流电源 1可以根据升压指令信号向实验舱6提供所需的试验电压；程控高压直流电源1一端通过地线接地，另一端通过高压引线与保护电阻2串联。接地电阻模块4一段通过地线接地，另一端通过高压引线与固态直流开关3串联。电源支路和接地支路均通过高压引线与实验舱支路并联，形成系统电路。

所述保护电阻2能够限制支路过电流，保护高压直流电源1不受过电流的损坏；所述固态直流开关3能够根据接地指令信号完成相应的瞬时动作，满足试验对接地速度的要求；系统中固态直流开关3的初始状态是闭合的，所述控制信号发生器5通过信号线能够向程控高压直流电源4及固态直流开关3交替发出升压指令信号和接地指令信号，并且能够向接地电阻模块4发出相应的变阻信号；升压指令信号控制程控高压直流电源1的开启及固态直流开关3的断开，接地指令信号控制程控高压直流电源1的关闭及固态直流开关3的闭合；通过控制信号发生器5的有序控制，能够实现对施加在实验舱6内试样7上的电压升降控制，完成直流接地电树枝试验。控制信号发生器5发出升压指令信号和接地指令信号，达到对实验舱6内试样7的电压的升降控制，同时控制不同阻值接地电阻的投切模拟直流接地的试验效果。所述程控高压直流电源1由编程直流电源构成，能够实现对升压速率的控制，施加的电压值为四位数显，具有较高的精确度。所述的保护电阻2根据实际情况选用合理的阻值，使其能够较好地限制支路过电流，保护高压直流电源 1不受过电流的损坏，本实施例例中保护电阻2的阻值选取为1MΩ。所述固态直流开关3的接到接地指令信号后瞬时动作时间为纳秒级别，所述固态直流开关3能够根据接收的指令信号完成瞬时动作，使得接地速度达到10ns。所述控制信号发生器5由工控机构成，可以发出调阻信号精确调节接地电阻模块的阻值大小，并按照一定时间顺序向程控高压直流电源1及固态直流开关3交替发出升压指令信号和接地指令信号。

基于所述的程控可变接地电阻的直流接地电电树枝试验系统的控制方法，包含以下步骤：

步骤1：所述控制信号发生器5按照设定时间发出升压指令信号，控制所述程控高压直流电源1开启，同时所述固态直流开关3断开，所述高压直流电源1根据指令信号完成对实验舱内6试样7的升压，试样发生直流电树枝；

步骤2：所述控制信号发生器5按照设定时间发出接地指令信号，控制所述程控高压直流电源1断开，同时所述固态直流开关3闭合，所述高压直流电源1停止对实验舱6内试样7的提供电压；

步骤3：所述控制信号发生器5按照设定时间发出变阻指令信号，控制所述接地电阻模块4中各阻值支路高压继电器的开闭，控制对应接地电阻的切换，实现对实验舱6内试样7的放电。

所述发出升压指令信号的设定时间为5min，所述发出接地指令信号的设定时间为5min，所述发出变阻指令信号的设定时间为5min。

图2为本实用新型实施例接地电阻模块的内部结构示意图，如图2所示，所述控制信号发生器5与所述接地电阻模块4的接入电阻控制端相连接，所述控制信号发生器5通过所述接入电阻控制端来控制所述接地电阻模块4中接入电阻的大小，所述接地电阻模块4可以根据控制信号发生器5发出的变阻指令信号对其内部的高压继电器开闭状态进行控制，从而控制相应阻值的接地电阻投切。所述第一高压继电器、第二高压继电器、第三高压继电器和第四高压继电器初始状态均为断开状态。所述接地电阻模块4包括并联设置的空载电线9、第一接地电阻模块、第二接地电阻模块和第三接地电阻模块，所述空载电线9上串联第四高压继电器8，所述第一接地电阻模块包括串联设置的第一高压继电器10和第一接地电阻11，所述第二接地模块包括串联设置的第二高压继电器12和第二接地电阻13，所述第三接地模块包括串联设置的第三高压继电器14和第三接地电阻15，所述第一高压继电器10用于控制所述第一接地电阻11的通断，所述第二高压继电器12用于控制所述第二接地电阻13的通断，所述第三高压继电器14用于控制所述第三接地电阻 15的通断，所述第四高压继电器8用于控制所述空载电线9的通断。所述第一接地电阻11、第二接地电阻13、第三接地电阻15的阻值分别为100Ω、 1KΩ和1MΩ。所述空载电线9表示电线上的接地电阻为0Ω。所述控制信号发生器5发出的变阻指令信号为接通接地电阻为0Ω时，所述第四高压继电器8接通，所述第一高压继电器10、第二高压继电器12、第三高压继电器 14断开；所述控制信号发生器5发出的变阻指令信号为接通接地电阻为100 Ω时，所述第一高压继电器10接通，所述第四高压继电器8、第二高压继电器12、第三高压继电器14断开；所述控制信号发生器5发出的变阻指令信号为接通接地电阻为1KΩ时，所述第二高压继电器12接通，所述第一高压继电器10、第四高压继电器8、第三高压继电器14断开；所述控制信号发生器5发出的变阻指令信号为接通接地电阻为1MΩ时，所述第三高压继电器14接通，所述第一高压继电器10、第二高压继电器12、第四高压继电器 8断开。只要所述控制信号发生器5发出的变阻指令信号的接通接地电阻不是为0Ω时，所述第四高压继电器8永远是断开的状态，所述第一高压继电器10、第二高压继电器12、第三高压继电器14至少有一个为闭合状态，投切成不同阻值的接地电阻，实现对试样舱6内试样7的放电。

图3为本实用新型实施例施加在绝缘实验舱上的电压波形示意图，如图 3所示，所述控制信号发生器5由工控机构成，可根据试验需要编辑程序按照一定时间顺序向程控高压直流电源1及固态直流开关3交替发出升压指令信号和接地指令信号。例如本实施例中，输入程序设置的加压时间为5min，停压时间为5min。所述程控高压直流电源1的升压速率可以根据实际情况具体设置，例如本实施例中，预设的程控高压直流电源1的升压速率为2KV/S。所述程控高压直流电源1的试验电压值可以根据实际情况具体设置，例如本实施例中，预设的程控高压直流电源1的试验电压值为60KV。

本实用新型提供的一种程控可变接地电阻的直流接地电树枝试验系统，所述信号发生器按照设定时间发出升压指令信号，控制所述程控高压直流电源开启，同时所述固态直流断开，所述高压直流电源根据升压指令信号完成对实验舱内试样的升压，试样发生直流电树枝；所述信号发生器按照设定时间发出接地指令信号，控制所述程控高压直流电源断开，同时所述固态直流开关闭合，所述高压直流电源停止对实验舱内的试样提供电压；所述信号发生器按照设定时间发出变阻指令信号，控制所述接地电阻模块中各阻值支路高压继电器的开闭，控制接地电阻模块中接入电阻的大小，实现对实验舱内试样的放电，施加在实验舱内试样上的电压波形完全符合试验的要求，可以高效的完成直流接地电树枝试验，并且能够用于探究合理的接地放电时间以及探究合理的放电电阻，为直流电缆停电检修提供试验基础。本实用新型提供一种程控可变接地电阻的直流接地电树枝试验系统，既能够实现对升压速率、预压时间、接地阻值及接地时间的精确调控，又操作简单，极大的提高了试验效率，具有较高的试验应用价值。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。