本發明涉及高壓測量領域，特別涉及一種高壓直流發生模塊和發生器。

背景技術：

電力設備常需進行直流高壓下的絕緣試驗，例如，測量電力設備的電氣絕緣強度和泄露電流。而一些電容量較大的交流設備，例如電力電纜，需進行直流耐壓試驗來代替交流耐壓試驗。超高壓直流輸電所用的電力設備則更需進行高壓試驗。直流高壓發生器廣泛適用于電力部門、工礦、冶金、鋼鐵等企業的動力試驗部門。對氧化鋅避雷器、電力電纜、變壓器、發電機等高壓電氣設備進行直流高壓試驗。

本發明人發現，目前使用的超高壓的直流高壓發生器采用電容器和硅堆半波倍壓整流電路的組合方式，但是電容器與硅堆倍壓模塊在組裝時都裸露在外部，體型龐大，電容器與硅堆半波倍壓整流電路的具體的組合電路如圖6所示；濕度及灰塵對對裸露在外的部件有影響，因而需要花費時間及費用對發生器進行保養，增大了發生器使用的成本；當需要增大發生器的測量最大值時，需要進行增加新的模塊，對發生器進行拆卸及升級，測試時占用面積大，不利于移動且不方便使用。

技術實現要素：

本發明實施方式的目的在于提供一種高壓直流發生模塊和發生器，使得高壓直流發生模塊的結構簡單、體積小；高壓直流發生模塊處于絕緣環境中，降低了發生器的維護的成本，減小了發生器的體積、組裝難度，快速完成更高電壓的擴展，方便移動，便于使用。

為解決上述技術問題，本發明的實施方式提供了一種高壓直流發生模塊，包括：第一繞組、第二繞組、第三繞組、第一二極管、第二二極管、第一電容、第二電容、第一電阻和第二電阻；第一繞組作為初級線圈連接在高壓直流發生模塊的輸入端，該第三繞組連接在該高壓直流發生模塊的輸出端；該第二繞組和該第三繞組作為該第一繞組的次級線圈；第一二極管的正極和該第二二極管的負極相連，并連接該第二繞組；該第一電容的第一接口和該第二電容的第一接口共同接地，該第一電阻并聯在該第一電容兩端，該第二電阻并聯在該第二電容兩端；在第一充電狀態，該第一二極管的負極連接該第一電容的第二接口，該第二二極管的正極連接該第二電容的第二接口；在第二充電狀態，該第二二極管的正極連接該第一電容的第二接口，該第一二極管的負極連接該第二電容的第二接口。

本發明的實施方式還提供了一種高壓直流發生器，包括：至少2個上述提到的高壓直流發生模塊；各高壓直流發生模塊層疊連接；上一層高壓直流發生模塊的輸入端連接下一層高壓直流發生模塊的輸出端。

本發明實施方式相對于現有技術而言，通過改變第一二極管和第二二極管的連接方式切換兩種充電狀態，實現了僅使用2個二極管和2個電容器組成高壓的全波倍壓整流，從而簡化了電路連接，減小了高壓直流發生模塊的體積，減小了高壓發生器的硬件體積；在層疊多個高壓直流發生模塊時，可以快速的擴展高壓直流發生器的更高電壓，而無需降低系統的額定電流，且實現的擴展方法簡單易實現，減小了發生器的成本，層疊的方式使得在使用高壓直流發生器時減小了實驗區的占地面積，可靈活的移動；第二繞組和第三繞組作為第一繞組的次級線圈，使得高壓直流發生模塊可以建立統一的變壓器直流電壓分布，更利于維護。

另外，初級線圈和該次級線圈之間設有絕緣層，通過在初級線圈和次級線圈之間設置絕緣層，使得變壓器不會受到空氣濕度和灰塵的影響，從而減小了對變壓器長時間維護的成本。

另外，旋轉開關；第一二極管和該第二二極管安裝于該旋轉開關上；在該第一充電狀態和該第二充電狀態切換時，利用該旋轉開關改變該第一二極管和該第二二極管的連接方式。通過增加旋轉開關切換第一充電狀態和第二充電狀態，使得改變第一二極管和第二二極管連接方式更加簡單方便。

另外，該第一狀態和該第二狀態的切換周期為該高壓直流發生模塊的輸入端被施加的電壓的周期的一半。

另外，第三電阻和第三電容；該第三電阻的第一接口和該第三電容的第一接口共同連接至該第一電容的第二接口，該第三電阻的第二接口和該第三電容的第二接口共同連接至內部分壓單元；第二電容的第二接口接地。通過第三電阻和第三電容組合成電阻分壓器，與內部電壓分壓器連接，可實現分壓器阻抗分開檢查。

另外，每一個高壓直流發生模塊中還包括：第三電阻和第三電容；該第三電阻的第一接口和該第三電容的第一接口連接作為高壓直流發生模塊的第一擴展接口，該第一電容的第二接口作為高壓直流發生模塊的第二擴展接口，該第三電阻的第二接口和第三電容的第二接口連接，作為高壓直流發生模塊的第三擴展接口，該第二電容的輸出端作為高壓直流發生模塊的第四擴展接口；上一層高壓直流發生模塊的第三擴展接口連接下一層高壓直流發生模塊的第一擴展接口，上一層高壓直流發生模塊的第四擴展接口連接下一層高壓直流發生模塊的第二擴展接口；最上一層的高壓直流發生模塊的第一擴展接口和第二擴展接口連接，最下一層的高壓直流發生模塊的第三擴展接口連接至內部分壓單元，最下一層的高壓直流發生模塊的第四擴展接口接地。通過擴展接口，使得高壓直流發生器可以快速擴展更高的電壓，擴展組裝更加簡單，且占用的使用面積小，方便移動，更利于使用。

另外，每一個高壓直流發生模塊的旋轉開關同軸連接，各旋轉開關同步旋轉。通過同軸連接每個高壓直流發生模塊的旋轉開關，使得每個高壓直流發生模塊在切換充電狀態時保持同步。

另外，驅動軸，各旋轉開關利用該驅動軸連接，該驅動軸為絕緣驅動軸。通過絕緣驅動軸，保證了在高壓直流發生器切換充電狀態時不受周圍環境的影響。

另外，驅動軸垂直設置。垂直設備驅動軸，減小發生器的占地面積。

附圖說明

圖1是根據本發明第一實施方式的一種高壓直流發生模塊的電路示意圖；

圖2是根據本發明第一實施方式的一種高壓直流發生模塊的旋轉開關結構示意圖；

圖3是根據本發明第二實施方式的一種高壓直流發生模塊的電路示意圖；

圖4是根據本發明第三實施方式的一種高壓直流發生器的結構示意圖；

圖5是根據本發明第四實施方式的一種高壓直流發生器的電路連接示意圖；

圖6是根據現有的電容器與硅堆半波倍壓整流電路的具體的電路示意圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明的各實施方式進行詳細的闡述。然而，本領域的普通技術人員可以理解，在本發明各實施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術細節。但是，即使沒有這些技術細節和基于以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現本申請所要求保護的技術方案。

本發明的第一實施方式涉及一種高壓直流發生模塊。高壓直流發生模塊10具體結構如圖1所示，其包括但不限于：第一繞組11、第二繞組12、第三繞組13、第一二極管14、第二二極管15、第一電容16、第二電容17、第一電阻18、第二電阻19、旋轉開關20。

高壓直流發生模塊10的輸入端連接電壓電源，電壓電源可以為交流電源，可以通過七芯電纜線連接高壓發生模塊10的輸入端和電源，高壓直流發生器10的輸入端還與第一繞組11連接，第一繞組11作為變壓器的初級線圈，其中，電壓電源是可調節的普通頻率的電壓電源，該可調電壓可以通過手動調節，也可以是自動調節。高壓直流發生模塊10的輸出端連接待測電力設備，可以通過電纜線連接高壓模塊10的輸出端和待測電力設備。高壓直流發生模塊10的輸出端還連接第三繞組13，第三繞組13和第二繞組12共同作為第一繞組11的次級線圈。初級線圈和次級線圈之間設有絕緣層。

第一二極管14和第二二極管15安裝與旋轉開關20上，其中，旋轉開關20結構如圖2所示，第一二極管14可以處于旋轉開關20的一點，則第二二極管15處于與第一二極管14位置垂直平行且相對的位置。第一二極管14的正極與第二二極管15的負極連接，并與第二繞組12的一端連接，第二繞組12連接點處于旋轉開關20的中點。第一電容16的第一接口和第二電容17的第一接口共同接地，同時第二繞組12的另一端也接地。第一電容16和第二電容17串聯，第一電阻18并聯在第一電容16兩端，第二電阻19并聯在第二電容兩端。

具體的說，在第一充電狀態時，第一二極管14導通，第二二極管15截止，電流流經第一二極管14對第一電容16進行充電。第一電阻18與第一電容16并聯，在結束第一充電狀態時，可以降低紋波電壓，其中，紋波是一個直流電壓中的交流成分，直流電壓通常是通過交流電壓整流、濾波后得來的，由于濾波不干凈，就會有剩余的交流成分。在第二充電狀態時，第二二極管15導通，第一二極管14截止，電流流經第二二極管15對第二電容17充電第一電阻19與第一電容17并聯，在結束第二充電狀態時，可以降低紋波電壓。在第一充電狀態和第二充電狀態切換時，利用旋轉開關20，將第一二極管14和第二二極管15的連接位置旋轉180度，從而改變了第一二極管14和第二二極管15的連接方式。例如，從第一充電狀態向第二充電狀態切換，撥動旋轉開關20，第一二極管14和第二二極管15的位置180度旋轉，第一二極管14的負極連接第二電容17的第二接口，第二二極管15的正極連接第一電容16的第二接口。第一充電狀態和第二充電狀態切換周期為高壓直流發生模塊10的輸入端被施加的電壓的周期的一半。例如，高壓直流發生模塊10的輸入端電壓為一個正弦波的交流電壓，當為正半周時，高壓直流發生模塊10處于第一充電狀態，當輸入電壓處于負半周時，高壓直流發生模塊10處于第二充電狀態。

需要說明的是，旋轉開關20在高壓直流發生模塊輸入電壓周期一半時切換充電狀態，第一電容16和第二電容17隨著電源電壓的半周期交替充電，第一電容16和第二電容17充電至硅堆反峰值電壓，電壓值穩定，通常充電至硅堆反峰值電壓需要經過兩個半的電源電壓周期，切換方式可以手動旋轉，也可以由系統自動控制。

相對于現有技術而言，本實施方式提供的高壓直流發生模塊，通過改變第一二極管和第二二極管的連接方式，使得在僅用2個二極管和2個電容器完成高壓的全波倍壓整流，簡化了倍壓整流的電路連接，減少了連接的元器件，從而減少了高壓發生模塊的硬件體積，使得模塊的安裝更為簡便；并在整流電路中增加第一電阻和第二電阻，降低了倍壓電路中的紋波電壓，使得在檢測電力設備時，檢測更為準確。利用旋轉開關切換第一充電狀態和第二充電狀態，使得在切換充電狀態的方式更為快捷簡單方便；通過在初級線圈和次級線圈之間設置絕緣層，使得變壓器不會受到空氣濕度和灰塵的影像，減小了對變壓器長時間維護的成本。

本發明的第二實施方式涉及一種高壓直流發生模塊。第二實施方式是第一實施方式的進一步改進，主要改進之處在于：在第二實施方式中還包括：第三電阻31和第三電容32。

第三電阻31的第一接口和第三電容32的第一接口共同連接至第一電容16的第二接口，第三電阻31的第二接口和第三電容32的第二接口共同連接至內部分壓單元，第二電容的第二接口接地。

具體的說，高壓電力設備，在運行過程中可能承受短時的雷電過電壓和由于電力系統故障和操作導致瞬態震蕩而產生的操作過電壓的作用，沖擊的高電壓可能會給電力設備帶來危害。在對電力設備進行測試時，還需要測試沖擊電壓。電阻電壓分壓器是純阻性的，可以使用精確電阻對待測電力設備進行精確的檢測，可以達到高壓試驗技術-第2部分-測量系統標準信息(High-voltage test techniques-Part2Measuring systems，簡稱“IEC 60060第二部分”)的精度要求。而直流發生模塊大多是容性的，脈沖電壓很低，因此，純阻性試品或脈沖電壓測試時需要對電力設備一直進行監測，增加第三電阻31和第三電容32，與內部分壓單元連接，可以將高壓直流發生模塊中內部分壓單元與高壓部件隔離，其中，連接時，可以通過絕緣端子，在檢測時可以對分壓器的阻抗進行精準的檢查。

本實施方式中提供的高壓直流發生模塊，通過增加并聯的電阻和電容與內部分壓器連接，使得在檢測時可以實現分壓器阻抗分開檢查，方便對故障的檢查，維護更加方便。

本發明的第三實施方式涉及一種高壓直流發生器。高壓直流發生器包括：至少2個高壓直流發生模塊、底座401。本實施方式以高壓直流發生器包括2個高壓直流發生模塊為例進行說明，具體結構圖4所示。

發生模塊10-1與發生模塊10-2層疊連接，發生模塊10-1與底座連接，下層的發生模塊10-1的輸入端與電源連接，發生模塊10-2的輸入端與發生模塊10-1的輸出端連接，發生模塊10-2的輸出端與待測電力設備連接。每個用于切換發生模塊10充電狀態的各旋轉開關可以進行同軸連接，以便各旋轉開關可以同步旋轉，其中，連接軸可以為絕緣驅動軸，并且絕緣驅動軸進行垂直設置，絕緣驅動軸驅動各旋轉開關，可以快速切換各發生模塊的充電狀態。驅動軸由電機驅動，電機驅動系統安裝在底座內，其中，電機安裝有限個開關機械位置，旋轉開關20在機械位置的正面，該機械位置的背面為短路連接。

需要說明的是，本實施方式中的高壓直流發生器，可以根據不同電壓的需求，任意層疊組裝高壓直流發生模塊，從而可以實現不同等級電壓的高壓直流發生器的安裝，例如，有3個高壓直流發生模塊，每個高壓直流模塊的電壓為200kV，該3個高壓直流發生模塊可以由2個高壓直流發生模塊組裝成400kV電壓的高壓直流發生器，還可以由3個高壓直流發生模塊組裝成600kV電壓的高壓直流發生模塊。

相對于現有技術而言，本實施方式提供的高壓直流發生器，通過層疊連接多個高壓直流發生模塊，可以擴展高壓直流發生器的更高電壓，多個高壓直流發生模塊通過絕緣驅動軸驅動旋轉開關，可以同時切換各發生模塊的充電狀態，狀態切換方式簡單；通過垂直設置驅動軸的方式，使得發生模塊層疊方向為垂直的，減小了高壓直流發生器的占地面積；同時，發生模塊在層疊連接時，上層發生模塊的輸入端連接下層發生模塊的輸出端，對高壓直流發生器擴展更高電壓的組裝方式更為簡單，拆卸方便，更易于移動使用。

本發明的第四實施方式涉及一種高壓直流發生器。第四實施方式是第三實施方式的進一步改進，主要改進之處在于：在第四實施方式中各發生模塊中還包括：第三電阻31和第三電容32，并與第二電容17和第一電容16為高壓直流發生器提供擴展接口。具體連接電路如圖5所示。

第三電阻31的第一接口和第三電容32的第一接口連接作為高壓直流發生模塊的第一擴展接口，第一電容16的第二接口作為高壓直流發生模塊的第二擴展接口，第三電阻31的第二接口和第三電容32的第二接口連接，作為高壓直流發生模塊的第三擴展接口，第二電容17的輸出端作為高壓直流發生模塊的第四擴展接口。在高壓直流發生器需要擴展更高電壓時，只需通過高壓直流發生模塊10的四個擴展接口進行高壓直流發生模塊10的擴展組合，連接組合方式為上一層高壓直流發生模塊10的第三擴展接口連接下一層高壓直流發生模塊10的第一擴展接口，上一層高壓直流發生模塊10的第四擴展接口連接下一層高壓直流發生模塊10的第二擴展接口，最上一層的高壓直流發生模塊10的第一擴展接口和第二擴展接口連接，最下一層的高壓直流發生模塊10的第三擴展接口連接至內部分壓單元，最下一層的高壓直流發生模塊10的第四擴展接口接地。在本實施方式中，以2個高壓直流發生模塊組合為例進行說明。

值得一提的是，擴展接口可以通過絕緣端子引出，多個高壓直流發生模塊通過絕緣端子連接，無需使用焊接的方式進行連接，連接更加方便快捷。

具體的說，發生模塊10-1與底座連接，發生模塊10-1的輸入端連接電源電壓，發生模塊10-1的輸出端與發生模塊10-2的輸入端連接；發生模塊10-1的第四擴展接口接地，發生模塊10-1的第三擴展接口連接內部分壓單元，發生模塊10-1的第二擴展接口與發生模塊10-2的第四擴展接口連接，發生模塊10-1的第一擴展接口與發生模塊10-2的第三擴展接口連接；發生模塊10-2的輸出端與待測電力設備連接，發生模塊10-2的第二擴展接口與第一擴展接口連接。

本實施方式中提供的高壓直流發生器，通過高壓直流發生模塊中的第三電阻和第三電容，擴展了高壓直流發生模塊的接口，擴展接口通過絕緣端子引出，使得高低壓部分分離，在施工檢查時，可以分開檢查，更利于施工及維護。

值得一提的是，本實施方式中所涉及到的各模塊均為邏輯模塊，在實際應用中，一個邏輯單元可以是一個物理單元，也可以是一個物理單元的一部分，還可以以多個物理單元的組合實現。此外，為了突出本發明的創新部分，本實施方式中并沒有將與解決本發明所提出的技術問題關系不太密切的單元引入，但這并不表明本實施方式中不存在其它的單元。

本領域的普通技術人員可以理解，上述各實施方式是實現本發明的具體實施例，而在實際應用中，可以在形式上和細節上對其作各種改變，而不偏離本發明的精神和范圍。