一种高压直流电缆的泄漏电流测量装置、系统及方法[发明专利]

(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 202010579876.1
(22)申请日 2020.06.23
(71)申请人 南方电网科学研究院有限责任公司
地址 510670 广东省广州市黄埔区科学城
科翔路11号
(72)发明人 侯帅　傅明利　黎小林　余阳　
朱闻博　惠宝军　张逸凡　冯宾　
(74)专利代理机构 广州三环专利商标代理有限
公司 44202
代理人 麦小婵　郝传鑫
(51)Int.Cl.
G01R 31/52(2020.01)
G01R 31/58(2020.01)
G01R 1/36(2006.01)
(54)发明名称一种高压直流电缆的泄漏电流测量装置、系统及方法(57)摘要本发明公开了一种高压直流电缆的泄漏电流测量装置，包括：电流测量模块和回路保护模块；其中，所述回路保护模块的第一端与被测高压直流电缆连接；所述回路保护模块的第一端还与所述电流测量模块的第一端连接，所述回路保护模块的第二端与所述电流测量模块的第二端连接；所述电流测量模块的第二端接地；所述电流测量装置用于测量所述被测高压直流电缆的泄漏电流；所述回路保护模块用于保护所述电流测量模块不受损坏。

本发明还公开了相应的测量系统和方法，实施本发明实施例，能够在高压直流电缆的预鉴定试验期间，实时测量高压直流电缆的泄漏电流，并有效提高测量过程的安全稳定性，有利于评估预鉴定试验期间高压直流电缆的
绝缘性能。

权利要求书2页 说明书8页 附图3页CN 111880111 A 2020.11.03
C N 111880111
A
1.一种高压直流电缆的泄漏电流测量装置，其特征在于，包括：电流测量模块和回路保护模块；其中，
所述回路保护模块的第一端与被测高压直流电缆连接；所述回路保护模块的第一端还与所述电流测量模块的第一端连接，所述回路保护模块的第二端与所述电流测量模块的第二端连接；所述电流测量模块的第二端接地；
所述电流测量装置用于测量所述被测高压直流电缆的泄漏电流；所述回路保护模块用于保护所述电流测量模块不受损坏。

2.如权利要求1所述的高压直流电缆的泄漏电流测量装置，其特征在于，所述回路保护模块包括：瞬态抑制二极管、限流电阻、旁路电容、第一二极和第二二极管；
所述瞬态抑制二极管的第一端与所述回路保护模块的第一端连接，所述瞬态抑制二极管的第二端与所述回路保护模块的第二端连接；
所述限流电阻的第一端与所述瞬态抑制二极管的第一端连接，所述限流电阻的第二端与所述旁路电容的第一端连接，所述旁路电容的第二端与所述瞬态抑制二极管的第二端连接；
所述第一二极管的负极与所述旁路电容的第一端连接，所述第一二极管的正极与所述旁路电容的第二端连接；所述第二二极管的正极与所述旁路电容的第一端连接，所述第二二极管的负极与所述旁路电容的第二端连接。

3.如权利要求1所述的高压直流电缆的泄漏电流测量装置，其特征在于，所述高压直流电缆的泄漏电流测量装置还包括数据采集模块；
所述数据采集模块的数据通信接口与所述电流测量模块的数据通信接口连接；所述数据采集模块用于记录所述电流测量模块测量的泄漏电流。

4.如权利要求3所述的高压直流电缆的泄漏电流测量装置，其特征在于，所述数据采集模块包括数据采集单元和光纤收发器；
所述光纤收发器的输入端与所述电流测量模块的数据通信接口连接，所述光纤收发器的输出端与所述数据采集单元的输入端连接。

5.如权利要求1所述的高压直流电缆的泄漏电流测量装置，其特征在于，所述高压直流电缆的泄漏电流测量装置还包括电缆终端集流环；
所述电缆终端集流环安装在所述被测高压直流电缆的复合套管的终端，用于旁路高电压在所述被测高压直流电缆的终端上产生的表面电流。

6.如权利要求1所述的高压直流电缆的泄漏电流测量装置，其特征在于，所述电流测量模块为皮安表。

7.如权利要求3所述的高压直流电缆的泄漏电流测量装置，其特征在于，所述数据采集模块的数据通信接口和所述电流测量模块的数据通信接口为RS232通信接口。

8.一种高压直流电缆的泄漏电流测量系统，其特征在于，包括被测高压直流电缆、直流电源，以及如权利要求1-7任一项所述的高压直流电缆的泄漏电流测量装置；
所述直流电源的正极与所述被测高压直流电缆连接，所述直流电源的负极接地。

9.一种高压直流电缆的泄漏电流测量方法，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的高压直流电缆的泄漏电流测量装置对所述被测高压直流电缆在预鉴定试验期间的泄漏电流进行测量，包括：
在正极性负荷循环、负极性负荷循环、正极性高负荷循环和负极性高负荷循环试验期间，控制所述电流测量模块对所述被测高压直流电缆进行泄漏电流的测量；控制所述数据采集模块以预设时长为周期采集所述电流测量模块测量的泄漏电流，并记录所述泄漏电流的测量值；
在零负荷循环试验期间和不同极性的负荷循环试验之间的停顿期间，不控制所述电流测量模块对所述被测高压直流电缆进行泄漏电流的测量。

10.如权利要求9所述的高压直流电缆的泄漏电流测量方法，其特征在于，所述预设时长为一分钟。

一种高压直流电缆的泄漏电流测量装置、系统及方法
技术领域
[0001]本发明涉及高压直流输电技术领域，尤其涉及一种高压直流电缆的泄漏电流测量装置、系统及方法。

背景技术
[0002]随着电力输电领域的不断发展，高压直流输电线路具有成本低、损耗小、没有无功功率等优势，在长距离输电中已被广泛采用。

高压直流电缆作为直流输电系统的重要组成部分，其能否安全运行对于高压输电网的稳定性至关重要。

因此，为考核验证高压电缆产品长期运行性能，一般在完成开发试验、型式试验后，在投入商业运行前将进行长达12个月的预鉴定试验。

[0003]在预鉴定试验长期电压试验期间，应连续进行泄漏电流的测量。

泄漏电流的检测是考核电缆电气性能优劣的一项重要指标，其测试目的是为了鉴别电缆绝缘的品质和发现绝缘中的缺陷。

根据测量得到的泄漏电流可以分析电应力和热应力对电缆的电气性能是否存在负面影响。

然而，在实施本发明过程中，发明人发现现有技术至少存在如下问题：由于预鉴定试验时间较长，可能发生试验电压波动、换向或电缆击穿等意外情况，导致测量仪器发生损坏，严重影响泄漏电流测量的顺利进行和测量结果精准性。

现有技术无法较好地保证在预鉴定试验期间测量泄漏电流的稳定性和测试仪器的安全性。

发明内容
[0004]本发明实施例的目的是提供一种高压直流电缆的泄漏电流测量装置、系统及方法，能够在高压直流电缆的预鉴定试验期间，实时测量高压直流电缆的泄漏电流，并有效提高测量过程的安全稳定性，有利于评估预鉴定试验期间高压直流电缆的绝缘性能。

[0005]为实现上述目的，本发明实施例提供了一种高压直流电缆的泄漏电流测量装置，包括：电流测量模块和回路保护模块；其中，
[0006]所述回路保护模块的第一端与被测高压直流电缆连接；所述回路保护模块的第一端还与所述电流测量模块的第一端连接，所述回路保护模块的第二端与所述电流测量模块的第二端连接；所述电流测量模块的第二端接地；
[0007]所述电流测量装置用于测量所述被测高压直流电缆的泄漏电流；所述回路保护模块用于保护所述电流测量模块不受损坏。

[0008]作为上述方案的改进，所述回路保护模块包括：瞬态抑制二极管、限流电阻、旁路电容、第一二极和第二二极管；
[0009]所述瞬态抑制二极管的第一端与所述回路保护模块的第一端连接，所述瞬态抑制二极管的第二端与所述回路保护模块的第二端连接；
[0010]所述限流电阻的第一端与所述瞬态抑制二极管的第一端连接，所述限流电阻的第二端与所述旁路电容的第一端连接，所述旁路电容的第二端与所述瞬态抑制二极管的第二端连接；
[0011]所述第一二极管的负极与所述旁路电容的第一端连接，所述第一二极管的正极与所述旁路电容的第二端连接；所述第二二极管的正极与所述旁路电容的第一端连接，所述第二二极管的负极与所述旁路电容的第二端连接。

[0012]作为上述方案的改进，所述高压直流电缆的泄漏电流测量装置还包括数据采集模块；
[0013]所述数据采集模块的数据通信接口与所述电流测量模块的数据通信接口连接；所述数据采集模块用于记录所述电流测量模块测量的泄漏电流。

[0014]作为上述方案的改进，所述数据采集模块包括数据采集单元和光纤收发器；[0015]所述光纤收发器的输入端与所述电流测量模块的数据通信接口连接，所述光纤收发器的输出端与所述数据采集单元的输入端连接。

[0016]作为上述方案的改进，所述高压直流电缆的泄漏电流测量装置还包括电缆终端集流环；
[0017]所述电缆终端集流环安装在所述被测高压直流电缆的复合套管的终端，用于旁路高电压在所述被测高压直流电缆的终端上产生的表面电流。

[0018]作为上述方案的改进，所述电流测量模块为皮安表。

[0019]作为上述方案的改进，所述数据采集模块的数据通信接口和所述电流测量模块的数据通信接口为RS232通信接口。

[0020]本发明实施例还提供了一种高压直流电缆的泄漏电流测量系统，包括被测高压直流电缆、直流电源，以及如上述任一项所述的高压直流电缆的泄漏电流测量装置；[0021]所述直流电源的正极与所述被测高压直流电缆连接，所述直流电源的负极接地。

[0022]本发明实施例还提供了一种高压直流电缆的泄漏电流测量方法，采用如上述任一项所述的高压直流电缆的泄漏电流测量装置对所述被测高压直流电缆在预鉴定试验期间的泄漏电流进行测量，包括：
[0023]在正极性负荷循环、负极性负荷循环、正极性高负荷循环和负极性高负荷循环试验期间，控制所述电流测量模块对所述被测高压直流电缆进行泄漏电流的测量；控制所述数据采集模块以预设时长为周期采集所述电流测量模块测量的泄漏电流，并记录所述泄漏电流的测量值；
[0024]在零负荷循环试验期间和不同极性的负荷循环试验之间的停顿期间，不控制所述电流测量模块对所述被测高压直流电缆进行泄漏电流的测量。

[0025]作为上述方案的改进，所述预设时长为一分钟。

[0026]与现有技术相比，本发明公开的一种高压直流电缆的泄漏电流测量装置、系统和方法。

所述高压直流电缆的泄漏电流测量装置包括：电流测量模块和回路保护模块。

其中，所述电流测量装置用于测量所述被测高压直流电缆的泄漏电流；所述回路保护模块用于保护所述电流测量模块不受损坏。

本发明能够实现在预鉴定试验长期电压试验过程中对高压直流电缆的泄漏电流的测量，有利于评估预鉴定试验期间高压直流电缆的绝缘性能。

同时，本发明能够在预鉴定试验长期电压试验过程中，有效避免泄漏电流的测量仪器受到过电流或过电压等的损坏而影响对泄漏电流的测量，有效避免了在预鉴定试验期间进行不定期检测和修复所造成的时间、人力和物力的损耗，有效提高了泄漏电流测量过程的安全稳定性。

附图说明
[0027]图1是本发明实施例一提供的一种高压直流电缆的泄漏电流测量装置的结构示意图；
[0028]图2是本发明实施例二提供的一种高压直流电缆的泄漏电流测量装置中回路保护模块的结构示意图；
[0029]图3是本发明实施例三提供的一种高压直流电缆的泄漏电流测量装置的结构示意图；
[0030]图4是本发明实施例四提供的一种高压直流电缆的泄漏电流测量装置的结构示意图；
[0031]图5是本发明实施例五提供的一种高压直流电缆的泄漏电流测量系统的结构示意图；
[0032]图6是本发明实施例六提供的一种高压直流电缆的泄漏电流测量方法的步骤流程示意图。

具体实施方式
[0033]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0034]参见图1，是本发明实施例一提供的一种高压直流电缆的泄漏电流测量装置的结构示意图。

本发明实施例提供的一种高压直流电缆的泄漏电流测量装置10，包括：电流测量模块11和回路保护模块12；其中，
[0035]所述回路保护模块12的第一端12a与被测高压直流电缆连接；所述回路保护模块12的第一端12a还与所述电流测量模块11的第一端11a连接，所述回路保护模块12的第二端12b与所述电流测量模块11的第二端11b连接；所述电流测量模块11的第二端11b接地。

所述电流测量装置11用于测量所述被测高压直流电缆的泄漏电流；所述回路保护模块12用于保护所述电流测量模块不受损坏。

[0036]在被测高压直流电缆的预鉴定试验长期电压试验期间，通过向所述被测高压直流电缆施加一定的高电压以完成相应的长期电压试验。

当被测高压直流电缆的导电线芯与绝缘层外金属护套之间加上直流高电压时，会有微量泄漏电流从导线、经过绝缘层流向金属护套(屏蔽接地层)，这种电流称为电缆的泄漏电流。

[0037]在本发明实施例中，所述高压直流电缆的泄漏电流测量装置适用于在预鉴定试验期间测量高压直流电缆的泄漏电流。

在所述被测高压直流电缆的预鉴定试验期间，将所述高压直流电缆的泄漏电流测量装置接入预鉴定试验长期电压试验回路中，参见图1，所述电流测量模块11一端并联接入所述回路保护模块12后连接被测高压直流电缆，所述电流测量模块11的另一端接地。

所述电流测量模块11用于测量所述泄露电流。

[0038]作为优选的实施方式，所述电流测量模块11为皮安表，能够精准地测量较小的电流。

在一种实施方式下，选取KEITHLEY的6485型皮安表作为所述电流测量模块11，KEITHLEY 的6485型皮安表具备8个电流量程和快速自动量程功能，可以测量20fA到20mA的电流，按照
每秒最快1000个读数的速度进行测量。

采用本发明实施例的技术手段，能够有效地提高对泄漏电流的测量精度和测量效率。

[0039]进一步地，由于预鉴定试验时间较长，可能发生试验电压波动、换向或电缆击穿等意外情况，导致电流测量模块11发生损坏，且皮安表是精密贵重仪器，在长时试验中必须使用保护电路用以防护。

在本发明实施例中，所述回路保护模块12用于保护所述电流测量模块不受损坏。

当所述高压直流电缆的泄漏电流大于所述电流测量模块11的量程，或泄漏电流测量过程中出现异常过电压时，所述回路保护模块12动作，防止泄漏电流流经所述电流测量模块11，以避免过电流和/或过电压对所述电流测量模块11产生破坏，从而有效保护所述电流测量模块11。

而在正常情况下，所述回路保护模块12不影响测量回路中对泄漏电流的测量。

[0040]作为优选的实施方式，参见图2，是本发明实施例二提供的一种高压直流电缆的泄漏电流测量装置中回路保护模块的结构示意图。

在实施例一的基础上，所述回路保护模块12包括：瞬态抑制二极管TVS、限流电阻R、旁路电容C、第一二极D1和第二二极管D2。

[0041]所述瞬态抑制二极管TVS的第一端与所述回路保护模块12的第一端连接，所述瞬态抑制二极管TVS的第二端与所述回路保护模块12的第二端连接；所述限流电阻R的第一端与所述瞬态抑制二极管TVS的第一端连接，所述限流电阻R的第二端与所述旁路电容C的第一端连接，所述旁路电容C的第二端与所述瞬态抑制二极管TVS的第二端连接；所述第一二极管D1的负极与所述旁路电容C的第一端连接，所述第一二极管D1的正极与所述旁路电容C 的第二端连接；所述第二二极管D2的正极与所述旁路电容C的第一端连接，所述第二二极管D2的负极与所述旁路电容C的第二端连接。

[0042]在本发明实施例中，所述限流电阻R为可控限流电阻，所述瞬态抑制二极管TVS为双向瞬态保护二极管。

所述限流电阻R和所述瞬态抑制二极管TVS构成过电流保护回路。

在一种实施方式下，过电流保护电路中的瞬态抑制二极管TVS管动作电压为150V，限流电阻R 阻值为7.5kΩ，所述电流测量模块11能承受的最大电流为20mA。

在泄漏电流测量时，电流测量模块11处于低阻状态。

在正常情况下，泄漏电流小于20mA时，瞬态抑制二极管TVS未达到保护电压，处于断开状态，不影响所述电流测量模块11对所述被测高压直流电缆的泄漏电流的测量。

而当所述泄漏电流超过20mA时，瞬态抑制二极管TVS两端电压达到动作电压150V 并接地，所述泄漏电流不流经所述电流测量模块11，从而避免过电流对所述电流测量模块造成损坏。

[0043]进一步地，所述第一二极管D1和所述第二二极管D2为低泄漏快恢复二极管。

所述第一二极管D1、第二二极管D2并联构成电压保护电路。

所述电流测量模块11在测量泄露电流时的阻抗远低于快恢复二极管D1和D2的阻抗。

在正常情况下，过电压保护电路不影响泄漏电流的测量，当有异常过电压时，快恢复二极管D1和D2动作，避免过电压施加于所述电流测量模块11，从而保护所述电流测量模块11。

[0044]在一种实施方式下，所述旁路电容C选用低泄漏聚丙烯膜电容，电容量为33nF。

所述旁路电容C用于旁路泄漏电流中的交流分量，而不影响泄漏电流实时测量的响应速度。

[0045]采用本发明实施例的技术手段，所述回路保护模块12能够有效保护所述电流测量模块11，避免所述电流测量模块11受到过电流或过电压的损坏而影响预鉴定试验长期电压试验过程中对泄漏电流的测量，有效避免了在预鉴定试验期间对电流测量模块11的不定期
检测和修复所造成的时间、人力和物力的损耗。

同时，所述回路保护模块12中各个元器件自身的泄漏电流在正常工况下不影响整个测量回路的泄漏电流的测量，有效保证了泄漏电流的测量精度。

[0046]作为优选的实施方式，参见图3，是本发明实施例三提供的一种高压直流电缆的泄漏电流测量装置的结构示意图。

本发明实施例三提供的高压直流电缆的泄漏电流测量装置30在实施例二的基础上实施，包括电流测量模块31和回路保护模块32，还包括数据采集模块33。

[0047]所述数据采集模块33的数据通信接口与所述电流测量模块31的数据通信接口连接；所述数据采集模块33用于记录所述电流测量模块31测量的泄漏电流，其能够远距离准确读取和记录所述泄漏电流的测量值，以方便研究人员对记录的泄漏电流测量值进行分析，考核被测高压直流电缆的电气性能的优劣。

[0048]作为优选的实施方式，所述数据采集模块33包括数据采集单元331和光纤收发器332。

所述光纤收发器332的输入端与所述电流测量模块31的数据通信接口连接，所述光纤收发器332的输出端与所述数据采集单元331的输入端连接。

[0049]作为优选的实施方案，所述数据采集模块33的数据通信接口和所述电流测量模块31的数据通信接口为RS232通信接口。

[0050]在本发明实施例中，所述数据采集单元331为运行专用的上位机软件，用于读取和记录电流测量模块31测量的泄漏电流值。

数据采集单元331与电流测量模块31串联接入回路，数据采集单元通过光隔离RS232接口读取泄漏电流数据，并在PC机显示与存储。

[0051]在一种实施方式下，所述数据采集单元331采用Keithley KickStart软件，该软件使用SCPI语言读取、存储所述电流测量模块测量的泄漏电流值，同时支持远程控制所述电流测量模块的量程切换、零点校正、测试条件设定，支持连续采样以及数据监控、数据记录和数据自动存储功能，还可以使用便捷的导出功能来帮助快速复制测量和比较结果，极大地简化了仪器的操作和测试过程。

[0052]进一步地，所述光纤收发模块332包括发送模块和接受模块。

其中，发送模块负责电/光转换，接收模块负责光/电转换。

所述发送模块和接受模块成对使用，实现RS-232通信接口的光电隔离，能够实现远距离的数据读取功能。

[0053]在一种实施方式下，所述的光电转换器采用安华高AVAGO光纤收发模块HFBR-1414和HFBR-2412进行信号的转换和传输。

其中发送模块HFBR-1414TZ进行电/光转换，工作频率160MBd，波长820nm，通信距离500m；接收模块HFBR-2412TZ进行光/电转换，工作频率为5MBd，波长820nm，通信距离1500m，收发模块成对使用，实现数据采集单元331与电流测量模块31的光电隔离。

[0054]采用本发明实施例的技术手段，能够有效实现对所述电流测量模块31测量的泄漏电流的读取和存储，实现测量数据的远距离传输。

同时，还能实现对电流测量模块31的远距离监控，操作方便快捷。

[0055]作为优选的实施方式，参见图4，是本发明实施例四提供的一种高压直流电缆的泄漏电流测量装置的结构示意图。

本发明实施例四的所述高压直流电缆的泄漏电流测量装置40在实施例三的基础上实施，还包括电缆终端集流环41。

所述电缆终端集流环41安装在所述被测高压直流电缆的复合套管的终端，用于旁路高电压在所述被测高压直流电缆的终端。