具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一晶体管称为第二晶体管，且类似地，可将第二晶体管称为第一晶体管。第一晶体管和第二晶体管两者都是晶体管，但其不是同一晶体管。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

如图1所示，提供一种超低频余弦方波发生装置示意图，超低频余弦方波发生装置100包括高压电源模块110，电抗器130和控制模块150。高压电源模块110用于分时输出正向高压和负向高压；电抗器130一端与高压电源模块连接，另一端用于连接电缆，电抗器130用于根据接收到的正向高压和负向高压，使得电缆产生超低频余弦方波信号；控制模块150一端与高压电源模块和电抗器之间的控制节点连接，另一端用于接地，控制模块150用于在高压电源模块不输出正向高压且不输出负向高压时，对控制节点的电平状态进行翻转，以完成对电缆输出正向高压或负向高压的转向。

其中，控制节点的电平状态的翻转指的是控制节点处的状态由高电平转变为低电平，或者由低电平转变为高电平。

本实施例，通过高压电源模块110的分别输出一定时长的正向高压和负向高压，在连接有电抗器130和电缆的电路中分别导通正向高压路径和负向高压路径，并且，电路中的正负电压通过控制模块150进行换向，具体表现在连接于高压电源模块和电抗器之间的控制节点的电平状态发生了翻转，因此，可以使得电缆上的电压产生正负换向，并且通过控制正负高压输出的时间进而得到超低频余弦方波信号。

在其中一个实施例中，如图2所示，提供一种控制模块的电路图。控制模块150包括第一高压半导体开关151和第二高压半导体模块153。第一高压半导体开关151一端与高压电源模块和电抗器之间的控制节点连接，另一端用于连接接地端，第一高压半导体开关151用于控制控制节点流向接地端方向的电流路径导通，以控制控制节点由负电平状态翻转为正电平状态；第二高压半导体模块153一端与高压电源模块和电抗器之间的控制节点连接，另一端用于连接接地端，第二高压半导体模块153用于控制接地端流向控制节点方向的电流路径导通，以控制控制节点由正电平状态翻转为负电平状态。

本实施例中，控制模块150用于在高压电源模块对电路中不输出任何电压时，通过第一高压半导体开关151和第二半导体开关153一端连接接地端的线路连接关系，对电路中的正负电压进行换向，使得在电抗器130与电缆之间产生串联谐振，可以用于局部放电检测。

在其中一个实施例中，继续参看图2，第一半导体开关151包括串联的n个第一晶体管T1，第一个第一晶体管T1的集电极用于接地，第m个第一晶体管T1的集电极与第m-1个第一晶体管T1的发射极连接，第n个第一晶体管T1的发射极与控制节点连接，其中，1＜m≤n，m和n均为正整数，各第一晶体管T1的门极分别用于接收第一控制信号，第一控制信号分别用于控制各第一晶体管T1的通断。具体地，在图2的实施例中，包含两个第一晶体管T1。

本实施例中，多个第一晶体管的串联可以降低高压电路中对单个晶体管耐压限值的要求。

在其中一个实施例中，继续参看图2，第二半导体开关153包括串联的p个第二晶体管T2，第一个第二晶体管T2的集电极与控制节点连接，第q个第二晶体管T2的集电极与第m-1个第二晶体管T2的发射极连接，第p个第二晶体管T2的发射极用于接地，其中，1＜q≤p，q和p均为正整数，各第二晶体管T2的门极分别用于接收第二控制信号，第二控制信号分别用于控制各第二晶体管T2的通断。具体地，在图2的实施例中，包含两个第二晶体管T2。

本实施例中，多个第二晶体管的串联可以降低高压电路中对单个晶体管耐压限值的要求。

在其中一个实施例中，上述的各第一晶体管T1和各第二晶体管T2的最大耐受电压相同。

在其中一个实施例中，上述第一半导体开关和第二半导体开关分别还包括第一控制信号模块和第二控制信号模块，分别用于输出第一控制信号和第二控制信号，第一控制信号和第二控制信号都通过光纤进行传递，以分别控制各第一晶体管和第二晶体管的通断。

在其中一个实施例中，上述的第一半导体开关和第二半导体开关分别包括24个串联连接的光触发晶体管，各光触发晶体管的最大耐受电压为7.5kV，最大工作电流为200A。

在其中一个实施例中，为保证不出现局部电场过大，各光触发晶体管的两端还包括均压环，用于在每一级晶体管的两端做一定的均压。

在其中一个实施例中，如图3所示，提供一种高压电源模块电路图。高压电源模块110包括直流电源111和高压继电器113。直流电源111被配置有第一输出端和第二输出端，第一输出端用于输出正向高压，第二输出端用于输出负向高压；高压继电器单元113被配置有第一输入端、第二输入端和高压输出端，高压继电器单元113的第一输入端与直流电源的第一输出端连接，高压继电器单元113的第二输入端与直流电源111的第二输出端连接，高压继电器单元113的输出端与电抗器130连接，高压继电器单元113用于控制正向高压的输出路径和负向高压的输出路径分时导通。

本实施例中，高压电源模块110通过与直流电源111连接的高压继电器单元113能够将具有高压的直流电源111与后级连接的电路进行隔离，保证直流电源111的正向高压和负向高压的分时输出。

在其中一个实施例中，继续参看图3，高压继电器113单元包括两个高压继电器子单元，其中一个高压继电器子单元与电阻R1的输入端串联连接，另一个高压继电器子单元与电阻R2的输入端串联连接。各高压继电器子单元的输入端与分别直流电源的各输出端一一对应连接，连接于高压继电器子单元的电阻R1与电阻R2的输出端连接节点作为整个高压继电器单元的输出端。其中，如图4所示，提供一种高压继电器子单元的的电路图。高压继电器子单元包括a个串联的继电器电路113A，第一个继电器电路的输入端与高压电源模块的一输入端连接，第b个继电器电路的输入端与第b-1个继电器电路的输出端连接，第a个继电器电路的输出端与电抗器连接，其中，1＜b≤a，a和b均为正整数。具体地，图4实施例包括两个继电器电路。

本实施例中，由于电路中的正向高压和负向高压在换向过程中，直流电源中的电荷不能及时释放，例如在180kV正向高压换向到负向高压过程中，前端的连接于直流电源输出正向高压输出端的第一高压继电器子单元，在连接直流电源端的180kV残余电荷来不及释放，其输出电压在短时间内仍然保持为180kV左右，而后端的电缆电压会在最高不超过20ms内完成换向达到-180kV，此时第一高压继电器子单元两端电压的压差最高可能达到360kV。因此，本发明采用多个继电器电路串联能够实现耐高压的效果，进而起到隔离了直流电源与后级电路的作用，达到保护直流电源的目的。

在其中一个实施例中，上述的继电器电路的最大耐受电压相同。

在其中一个实施例中，高压继电器子单元包括6个，各所述继电器电路的耐压值70kV，最大导通电流为10A。本实施例中，6个耐压70kV的继电器电路可以保证高压继电器子单元能够承受最高420kV的电压差，达到保护直流电源的目的。

在其中一个实施例中，继续参看图4，继电器电路113A中包括继电器开关113A₁、均压电路113A₂、驱动电路113A₃和驱动电源113A₄。

具体地，驱动电路113A₃包括金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，MOSFET)、金氧半场效晶体管驱动电路和光电二极管D₀。均压电路包括并联的均压电容C₀和均压电阻R₀。其中，均压电容C₀的容值为1nF，用于动态均压，均压电阻R₀的阻值为10MΩ，用于静态均压。

其中，驱动电源正负极皆连接于金氧半场效晶体管驱动电路中，用于为其供电；金氧半场效晶体管驱动电路与金氧半场效晶体管的门极和发射极连接，用于驱动金氧半场效晶体管；光电二极管连接于金氧半场效晶体管驱动电路中，用于利用光信号通断金氧半场效晶体管；金氧半场效晶体管的集电极与继电器开关的一端连接，用于通断继电器；继电器开关的另一端与驱动电源的正极连接；均压电路两端分别与继电器开关两端并联连接，均压电路与继电器开关两端的并联节点分别作为继电器电路的输入端和输出端。

其中，驱动电源可以为电池，并且，参照设计标准，驱动电路在完成一次充电后可持续工作不小于5个小时。

在其中一个实施例中，如图5所示，提供一种超低频余弦方波发生装置电路图，直流电源111包括正向高压电源HVDC-a和负向高压电源HVDC-b。正向高压电源HVDC-a用于对电缆进行正向充电，最高输出直流电压为+180kV，最大输出功率为4kV。负向高压电源HVDC-b用于对电缆进行反向充电，最高输出直流电压为-180kV，最大输出功率为4kV，峰值电压下充电电流超过20mA。

在其中一个实施例中，上述直流电源的正向高压电源和负向高压电源还连接有输出电压控制端口和开关使能端口。输出电压控制端口通过0～5V的低压信号线性的控制0kV～+180kV或-180kV～0kV的高压输出；开关使能端口通过高低电平的变化控制正负向高压电源的开关，当正负向高压电源被关闭时，装置内部所有基于开关的器件都被关闭。

本实施例通过输出电压控制端口和开关使能端口能够调控直流电源输出电压值的大小，同时保证整个装置的安全性。

在其中一个实施例中，电抗器的轴线绕制形式为自下而上的纠结型，不同于常规方法中采用的由内而外的绕线形式，能够使其纵向电压尽可能均衡。其中，电抗器参数为耐压180kV，电感值6H，电阻值90Ω，电抗器的重量约为110kg，单个电抗器的尺寸约为600mm×600mm×800mm。

在其中一个实施例中，超低频余弦方波发生装置中还包括高压继电器支撑柱，用于支撑高压继电器开关。由于高压继电器开关在工作过程中整个开关都长时间处于高压状态，因此需要将其支撑起来，其将高压继电器开关支撑起约1.5米的距离，防止发生对地击穿与沿面闪络。

在其中一个实施例中，提供一种超低频余弦方波发生装置的驱动方法，用于驱动上述的驱动超低频余弦方波发生装置，参考图6，所述驱动方法包括步骤S100-S300。

步骤S100，分时输出正向高压和负向高压。

其中，一个周期内整个输出电压过程包括四个阶段。第一阶段为输出一定时长的正向高压阶段0～t₁；第二阶段为不输出正向高压且不输出负向高压的阶段t₁～t₂；第三阶段为输出一定时长的负向高压阶段t₂～t₃；第四阶段为不输出正向高压且不输出负向高压的阶段t₃～t₄。

具体地，一个周期内的四个阶段时长是相等的，皆为5s。

步骤S200，在不输出正向高压且不输出负向高压时，对超低频余弦方波发生装置控制节点的电平状态进行翻转，以完成电缆上的正向高压或负向高压的换向。

其中，在第一阶段0～t₁时，输出的正向高压用于对电缆进行正向充电，而在第二阶段t₁～t₂时，控制电缆的放电，完成电缆上的正向高压换向为负向高压，其表现形式为超低频余弦方波发生装置中的控制节点的电平状态发生翻转，由高电平翻转为低电平；同理，在第三阶段t₂～t₃时，输出的负向高压用于对电缆进行反向充电，而在第四阶段t₃～t₄时，控制电缆的放电，完成电缆上的负向高压换向为正向高压，其表现形式为超低频余弦方波发生装置中的控制节点的电平状态发生翻转，由低电平翻转为高电平。

步骤S300，根据接收到的正向高压和负向高压，使得电缆上产生超低频余弦方波信号。

其中，通过对电缆的正向充电、反向换向、反向充电以及正向换向使得电缆产生了一个周期的超低频余弦方波信号。

本实施例中，可以不断循环对超低频余弦方波发生装置进行第一阶段至第四阶段的操作，以产生多个周期的余弦方波。由于每一个阶段的维持时长都是5s，因此整个余弦方波呈现超低频的状态，而第二阶段的换向过程相对于传统技术中的时时间较长，有利于对电缆，即电缆的局部放电检测。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。