电容器元件耐压试验和性能测量设备及方法与流程

1.本发明涉及高压电力及低压电气控制技术领域，具体地指一种电容器元件耐压试验和性能测量设备及方法。


背景技术：

2.随着光伏、风力等新能源发电规模日益增大，柔性直流输电工程也日渐被提上议程，柔性直流输电技术具有抑制谐波、减少无功补偿容量、避免换相失败故障等优点，是当前输配电技术发展的一个重大方向。
3.直流支撑电容器，又称dc-link电容器，其应用于柔性直流输电中，主要是吸收来自于逆变器向dc-link索取的高幅值脉动电流，阻止其在dc-link的阻抗上产生高幅值脉动电压，使逆变器端的电源电压波动保持在允许范围；同时防止来自于dc-link的电压过冲和瞬时过电压对逆变器的影响。近年来，金属化薄膜的高压自愈式电容器以其优越的电性能在dc-link应用场合得到了广泛的应用。
4.金属化膜电容器元件是电容器的基本单元，元件的耐压水平是金属化膜电容器元件一项重要的技术参数；理论及试验表明，外加电压等级越高，电容器元件的自愈能量更强烈，到达一定程度时，会击穿电容器元件，同时，自愈伴随的就是容量的损耗，直接关系到电容器的使用寿命。因此，进行电容器元件的耐压试验是非常必要的。现有的电容器元件耐压试验，是先用直流电源对元件加压，完成后，再放电，然后再去手动测量，由于试验的电压等级比较多，从1.1倍额定电压到2倍额定电压，需要来回进行拆装和测量，这种方式不仅效率低，人员操作过程中还存在安全隐患。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是要提供一种电容器元件耐压试验和性能测量设备及方法，本发明将高压试验单元和低压测量单元采用电气方法进行安全顺畅的切换，自动读取电容值和介质损耗，节省了试验的时间，提高了工作的效率。
6.为实现此目的，本发明所设计的电容器元件耐压试验和性能测量设备，其特征在于：它包括直流电源、接触器km1、接触器km4、lcr数字电桥、接触器km2和接触器km3；
7.所述直流电源用于向被测电容器元件输送耐压试验直流电压；
8.接触器km1用于控制被测电容器元件是否接通耐压试验直流电压；
9.接触器km4用于控制被测电容器元件的接地端是否接地；
10.lcr数字电桥用于测量被测电容器元件的阻抗、电容和电感；
11.接触器km2用于将lcr数字电桥的电压高压端h
p
与被测电容器元件的耐压试验直流电压输入端相连，并能实现隔断lcr数字电桥的电压高压端h
p
与直流电源之间的连接；
12.接触器km3用于将lcr数字电桥的电流高位端hc与被测电容器元件的耐压试验直流电压输入端相连，并能实现隔断lcr数字电桥的电流高位端hc与直流电源之间的连接；
13.lcr数字电桥的电压低压端l
p
与被测电容器元件的接地端连接，lcr数字电桥的电
流低位端lc与被测电容器元件的接地端连接。
14.本发明的有益效果：
15.本发明将电容器元件耐压试验和后面的测量环节，进行安全隔离和互锁保护，同时又能比较简单顺畅的连接，自动读取测量数据，采用尽可能简单的结构，达到安全试验，提高作业效率的目的。
16.本发明通过三个高压真空接触器，将试验单元和测量单元进行机械隔离，通过一个低压接触器与接地端进行隔离，以达到保证安全和阻止接地端干扰，提高测量精度的效果。
17.本发明将高压真空接触器之间进行互锁，禁止耐压试验和测试同时进行，达到保护人员和设备的效果。
18.本发明采用四端子平衡电桥测试法，测量精度高。
附图说明
19.图1为本发明的结构示意图；
20.图2为lcr数字电桥的结构图；
21.图3为控制模块的结构图。
具体实施方式
22.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
23.如图1～3所示的电容器元件耐压试验和性能测量设备，它包括直流电源、接触器km1、接触器km4、lcr数字电桥、接触器km2和接触器km3，接触器km1、接触器km2和接触器km3为高压真空接触器(额定电压10kv)，接触器km4为低压接触器(220v)；
24.所述直流电源用于向被测电容器元件输送耐压试验直流电压；
25.接触器km1用于控制被测电容器元件是否接通耐压试验直流电压，即直流电源的正极通过接触器km1连接控制被测电容器元件的耐压试验直流电压输入端；
26.接触器km4用于控制被测电容器元件的接地端是否接地，隔离地网对测量单元的干扰，即直流电源的负极通过接触器km4连接控制被测电容器元件的接地端；
27.lcr数字电桥用于测量被测电容器元件的阻抗、电容和电感，lcr数字电桥的数据通信端连接计算机的通信端；
28.接触器km2用于将lcr数字电桥的电压高压端h
p
与被测电容器元件的耐压试验直流电压输入端相连，并能实现隔断lcr数字电桥的电压高压端h
p
与直流电源之间的连接；
29.接触器km3用于将lcr数字电桥的电流高位端hc与被测电容器元件的耐压试验直流电压输入端相连，并能实现隔断lcr数字电桥的电流高位端hc与直流电源之间的连接；
30.lcr数字电桥的电压低压端l
p
与被测电容器元件的接地端连接，lcr数字电桥的电流低位端lc与被测电容器元件的接地端连接。
31.所述直流电源为高压直流电源，采用数字式可调电源，输出直流电压、保持时间、放电、故障保护等功能齐全，所述直流电源的直流电压可调范围为0～5000v。被测电容器元件高压输入端电缆为10kv耐高压电缆；
32.上述技术方案中，所述lcr数字电桥包括电流测量设备a1、第一电压测量设备v1、
第二电压测量设备v2、电阻rr和运算放大器d1，其中，电流测量设备a1的一端接地，电流测量设备a1的另一端连接第一电压测量设备v1的一端，第一电压测量设备v1的另一端接地，第一电压测量设备v1的一端用于连接被测电容器元件(图2中的out)的耐压试验直流电压输入端，电阻rr的一端用于连接被测电容器元件的接地端，运算放大器d1的反相输入端连接被测电容器元件的接地端，运算放大器d1的同相输入端接地，运算放大器d1的输出端连接电阻rr的另一端，第二电压测量设备v2的一端连接运算放大器d1的输出端，第二电压测量设备v2的另一端接地，电流测量设备a1的另一端为lcr数字电桥的电流高位端hc，第一电压测量设备v1的一端为lcr数字电桥的电压高压端h
p
，运算放大器d1的反相输入端为lcr数字电桥的电流低位端lc，电阻rr的一端为lcr数字电桥的电压高压端h
p
。为使hc、h
p
、l
p
、lc尽量靠近dut端，减少测量误差，四根连接导线尽可能的缩短；lcr数字电桥，采用四端子测量法，测量精度高。
33.上述技术方案中，它还包括控制模块，所述控制模块包括常开按钮开关sb1、常闭按钮开关sb2、常开按钮开关sb3、常开按钮开关sb4、第一继电器和第二继电器，所述第一继电器的线圈m1的一端连接常开按钮开关sb1的一端，常开按钮开关sb1的另一端连接常闭按钮开关sb2的一端，第一继电器的线圈m1的另一端连接第二继电器的常闭触电z4的一端，第一继电器的常开触点k3的两端分别连接常开按钮开关sb1的两端，常闭按钮开关sb2的另一端与第二继电器的常闭触电z4的另一端接入直流控制电源(dc24v，低电压保证了操作安全)的两端；
34.第一继电器的常闭触点k2的两端接入直流控制电源的两端，第一继电器的常开触点k1的两端接入直流控制电源的两端；
35.所述第二继电器的线圈m2的一端连接常开按钮开关sb3的一端，常开按钮开关sb3的另一端连接常闭按钮开关sb4的一端，第二继电器的线圈m2的另一端连接第一继电器的常闭触电k4的一端，第二继电器的常开触点z3的两端分别连接常开按钮开关sb3的两端，常闭按钮开关sb4的另一端与第一继电器的常闭触电k4的另一端接入直流控制电源的两端；
36.第二继电器的常开触点z2的两端接入直流控制电源的两端，第二继电器的常闭触点z1的两端接入直流控制电源的两端；
37.第一继电器的常开触点k5的一端连接接触器km1的一端和接接触器km4的一端，第一继电器的常开触点k5的另一端连接交流控制电源的一端，接触器km1的另一端和接触器km4的另一端连接交流控制电源(ac220v)的另一端；
38.第二继电器的常开触点z5的一端连接接触器km2的一端和接触器km3的一端，第二继电器的常开触点z5的另一端连接交流控制电源的一端，接触器km2的另一端和接触器km3的另一端连接交流控制电源的另一端。常开按钮开关sb1和常闭按钮开关sb2分别控制第一继电器的通断和第一继电器的自锁，常开按钮开关sb3和常闭按钮开关sb4分别控制第二继电器的通断和第二继电器的自锁，第一继电器与第二继电器进行互锁，用于将试验部分和测量部分进行隔离。
39.上述技术方案中，所述控制模块还包括指示灯s1～指示灯s4，第一继电器的常开触点k1与直流控制电源之间设有指示灯s1，第一继电器的常闭触点k2与直流控制电源之间设有指示灯s2，第二继电器的常开触点z2与直流控制电源之间设有指示灯s3，第二继电器的常闭触点z1与直流控制电源之间设有指示灯s4。
40.上述技术方案中，在对被测电容器元件进行耐压试验时，指示灯s2亮，按下常开按钮开关sb1，指示灯s1亮，指示灯s2灯灭，第一继电器动作，此时接触器km1和接触器km4闭合；直流电源对被测电容器元件加电，进行耐压试验，耐压试验完成后，被测电容器元件进行放电，待被测电容器元件的输出电压变为0后，即放电完成，按下常闭按钮开关sb2，指示灯s2灯亮，指示灯s1灯灭，第一继电器断开，接触器km1和接触器km4断开，耐压试验完成。
41.上述技术方案中，在对被测电容器元件进行性能测量时，按下常开按钮开关sb3，指示灯s3亮，指示灯s4灯灭，第二继电器动作，接触器km2和接触器km3闭合；lcr数字电桥开始对被测电容器元件的阻抗、电容和电感进行测量；按下常闭按钮开关sb4，指示灯s4亮，指示灯s3灭，第二继电器断开，接触器km2和接触器km3断开，测量工作完成。
42.上述技术方案中，所述第一继电器与第二继电器施加互锁
43.上述技术方案中，所述被测电容器元件的阻抗z
x
根据以下公式计算：
44.z
x
＝u
x
/i
x
＝rr*u
x
/ur45.其中，rr为标准电阻，u
x
为被测电容器元件两端电压，ur为标准电阻rr两端电压，i
x
为经过被测电容器元件的电流，分别测出u
x
和ur同相量分量和正交分量，然后经模数转换将所述同相量分量和正交分量转化为数字量，再由计算机对同相量分量和正交分量的数字量进行复数运算，得到组成被测电容器元件的阻抗z
x
的电阻值与电抗值。
46.一种利用上述设备的电容器元件耐压试验和性能测量方法，它包括如下步骤：
47.步骤1：控制接触器km1和接触器km4闭合，同时控制接触器km2和接触器km3断开，被测电容器元件接通直流电源进行耐压试验，耐压试验完成后被测电容器元件进行放电，待被测电容器元件电压变为0后，进入步骤2；
48.步骤2：打开lcr电桥，进行设置，进入cs/d(电容c
x
和介质损耗正切值d)模式，频率50hz，电压2v，控制接触器km1和接触器km4断开，同时控制接触器km2和接触器km3闭合，通过lcr数字电桥对被测电容器元件进行性能测量，得到被测电容器元件的阻抗z
x
，电容量c
x
，电阻r
x
，根据d＝tgδ＝r
x
/z
x
,自动计算出介质损耗正切值d。
49.本发明采用电气控制切换的方法，平滑顺畅的连接耐压试验和测量环节，省去人工拆装的环节，大大提高了效率，保护试验人员的安全。
50.本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。