韋建 陳功 季萍萍/.江蘇省計(jì)量科學(xué)研究院；.南京谷貝電氣科技有限公司

0 引言

電纜振蕩波局部放電測(cè)量系統(tǒng)按照激勵(lì)電源的不同可分為直流激勵(lì)式和交流激勵(lì)式兩種，本文主要針對(duì)直流激勵(lì)式系統(tǒng)，其組成如圖1所示，由直流電源、固體開(kāi)關(guān)、諧振電感、分壓器、限流電阻、數(shù)據(jù)處理與采集單元及被試電纜組成。測(cè)量時(shí)，將電壓升至測(cè)試電壓，固體開(kāi)關(guān)K對(duì)地短路，電纜電容Cx與諧振電感L形成振蕩回路，在電纜上形成振蕩電壓，利用檢測(cè)阻抗Zm測(cè)量振蕩過(guò)程中電纜產(chǎn)生的局部放電。

振蕩波高壓發(fā)生器是振蕩波局部放電測(cè)量系統(tǒng)的重要部件，主要由高壓直流電源構(gòu)成，其作用是對(duì)電纜試品充壓，使其一定時(shí)間內(nèi)達(dá)到測(cè)試電壓，其性能同時(shí)受到測(cè)量系統(tǒng)中其他部件的影響，包括固體開(kāi)關(guān)K導(dǎo)通電阻，諧振電感直流電阻等，對(duì)測(cè)量結(jié)果具有重要影響。

圖1 直流激勵(lì)式電纜振蕩波局部放電測(cè)量系統(tǒng)組成

1 振蕩波高壓發(fā)生器的工作原理

振蕩波高壓發(fā)生器直流電源用來(lái)對(duì)被試電纜進(jìn)行充電，其基本原理是首先由整流元件將AC220 V的交流電轉(zhuǎn)換成所需的直流電，對(duì)此直流電壓進(jìn)行預(yù)調(diào)整和初步穩(wěn)壓來(lái)降低線性調(diào)整元件的功耗，提高工作效率，并確保輸出電壓源高精度和高穩(wěn)定，再由線性調(diào)整元件對(duì)濾波后的直流電壓進(jìn)行精細(xì)調(diào)整，使輸出電壓達(dá)到所需要的值和精度要求，其工作原理如圖2所示。

圖2 直流單元工作原理

2 振蕩波高壓發(fā)生器的技術(shù)指標(biāo)及要求

2.1 電壓波形

振蕩波前8個(gè)周期內(nèi)的幅值衰減不超過(guò)最高幅值的50%。

2.2 電壓測(cè)量誤差

電壓峰值測(cè)量誤差應(yīng)不大于3%。

2.3 最高輸出電壓

最大試驗(yàn)電壓峰值不低于電纜額定相電壓的2 倍。

2.4 充電電流

最高電壓下充電電流應(yīng)不低于8 mA。

2.5 充電時(shí)間

在 150 nF負(fù)載下，充電時(shí)間tf應(yīng)滿足式（1）要求。

式中：tf——充電時(shí)間，ms；

Umax——被校準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)最高輸出電壓，kV

3 振蕩波高壓發(fā)生器的校準(zhǔn)方法

3.1 電壓波形

系統(tǒng)高壓輸出端及接地端之間并聯(lián)接入負(fù)載電容器，標(biāo)準(zhǔn)分壓器的低壓側(cè)接示波器，在80%最大試驗(yàn)電壓下測(cè)量振蕩波波形，頻率應(yīng)在30～500 Hz范圍內(nèi)，讀取并記錄前8個(gè)周期內(nèi)的幅值衰減數(shù)值。

3.2 電壓測(cè)量誤差

系統(tǒng)高壓輸出端及接地端之間并聯(lián)接入負(fù)載電容器及標(biāo)準(zhǔn)分壓器，將分壓器低壓側(cè)接入示波器，在零到最大試驗(yàn)電壓下均勻選取5個(gè)測(cè)量點(diǎn)，讀取并計(jì)算電壓峰值測(cè)量誤差。

3.3 最高輸出電壓

系統(tǒng)高壓輸出端及接地端之間并聯(lián)接入負(fù)載電容器及標(biāo)準(zhǔn)分壓器，將分壓器低壓側(cè)接入示波器，調(diào)整被校準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)電源至最高輸出電壓，利用示波器讀取并計(jì)算最高輸出值。

3.4 充電電流

系統(tǒng)高壓輸出端及接地端之間并聯(lián)接入負(fù)載電容器及負(fù)載電阻，在最大試驗(yàn)電壓下測(cè)量流過(guò)負(fù)載電阻的電流，讀取并記錄電流值。

3.5 充電時(shí)間

系統(tǒng)高壓輸出端及接地端之間并聯(lián)接入負(fù)載電容器及標(biāo)準(zhǔn)分壓器，將分壓器低壓側(cè)接入示波器，以最快速度將被校準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)升至最高輸出電壓，利用示波器記錄升壓過(guò)程曲線，按圖3所示讀取并記錄充電時(shí)間tf。

圖3 充電時(shí)間讀取示意圖

4 校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器具

4.1 負(fù)載電容器

負(fù)載電容應(yīng)滿足如下要求：

1）電容量：150 nF±7.5 nF；

2）工作電壓：60 kV；

3）最大工作電壓下局部放電量：小于10 pC。

4.2 標(biāo)準(zhǔn)分壓器

標(biāo)準(zhǔn)分壓器應(yīng)滿足如下要求：

1）額定電壓：60 kV；

2）響應(yīng)時(shí)間：不大于 100 ns；

3）分壓比允許誤差：±1%。

4.3 數(shù)字示波器或采集卡

數(shù)字示波器或采集卡應(yīng)滿足如下要求：

1）垂直幅度：±2%；

2）掃描時(shí)間：±0.5%；

3）帶寬：不低于 200 MHz；

4）采樣率：不低于 1 GHz。

4.4 負(fù)載電阻

負(fù)載電阻應(yīng)滿足如下要求：

1）阻值：不大于5 MΩ；

2）功率：不低于500 W；

3）電阻值允許偏差：±1%。

5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

對(duì)國(guó)內(nèi)外5家生產(chǎn)單位的振蕩波高壓發(fā)生器進(jìn)行了校準(zhǔn)，各送檢樣品的振蕩波高壓發(fā)生器性能校準(zhǔn)結(jié)果匯總見(jiàn)表1

表1 振蕩波高壓發(fā)生器性能校準(zhǔn)結(jié)果匯總

5.1 無(wú)法校準(zhǔn)項(xiàng)目說(shuō)明

#5送檢設(shè)備不顯示具體電壓值，電壓測(cè)量誤差項(xiàng)目無(wú)法進(jìn)行校準(zhǔn)。

5.2 校準(zhǔn)異常項(xiàng)目分析

1）振蕩頻率

在該校準(zhǔn)項(xiàng)目上，#1送檢設(shè)備與#5送檢設(shè)備校準(zhǔn)結(jié)果高于標(biāo)準(zhǔn)限值的500 Hz，分別為505 Hz與526 Hz。該項(xiàng)目校準(zhǔn)主要考核的是設(shè)備的電感容量，如果電感量過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致振蕩頻率過(guò)高，超出振蕩波的頻率。

由于所使用校準(zhǔn)用電容的電容量存在±5%的誤差，會(huì)導(dǎo)致振蕩頻率存在±5 Hz的偏差。因此，標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際操作中505 Hz的校準(zhǔn)結(jié)果可以判定為合格。

2）充電電流

在該校準(zhǔn)項(xiàng)目上，#2送檢設(shè)備與#4送檢設(shè)備校準(zhǔn)結(jié)果低于標(biāo)準(zhǔn)限值8 mA，分別為7.4 mA和7.9 mA。

3）充電時(shí)間

在該校準(zhǔn)項(xiàng)目上，#2送檢設(shè)備與#4送檢設(shè)備校準(zhǔn)結(jié)果明顯高于標(biāo)準(zhǔn)限值的 1 200 ms（Umax=30 kV），分別為 6 700 ms與 2 400 ms，說(shuō)明其充電能力不足。

6 不確定度分析

振蕩波高壓發(fā)生器電壓的測(cè)量結(jié)果不確定度主要由標(biāo)準(zhǔn)分壓器引入的不確定度、示波器輸入端口阻抗引入的不確定度、示波器垂直測(cè)量誤差引入的不確定度以及重復(fù)測(cè)量引入的測(cè)量結(jié)果不確定度。經(jīng)計(jì)算振蕩波高壓發(fā)生器電壓的擴(kuò)展不確定度為

U=kuc= 2×0.011 kV=0.022 kV（k= 2）

振蕩波高壓發(fā)生器時(shí)間的測(cè)量結(jié)果不確定度主要由示波器采樣速率引入的不確定度，示波器時(shí)基準(zhǔn)確度引入的不確定度以及重復(fù)測(cè)量引入的測(cè)量結(jié)果不確定度，經(jīng)計(jì)算振蕩波高壓發(fā)生器時(shí)間的擴(kuò)展不確定度為

7 結(jié)語(yǔ)

本文提出了振蕩波高壓發(fā)生器的主要技術(shù)指標(biāo)，包括電壓波形、電壓測(cè)量誤差、最高輸出電壓、充電電流及充電時(shí)間的校準(zhǔn)方法，校準(zhǔn)用器具及要求，并對(duì)所提出的方法進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。研究結(jié)果表明，本文所提出校準(zhǔn)方法可以滿足振蕩波高壓發(fā)生器校準(zhǔn)的需求。