CN101713810A - 一种监测油纸绝缘状态的试验装置 - Google Patents

Abstract

一种监测油纸绝缘状态的试验装置，适用于变压器及油纸绝缘监测领域，包括计算机、静电计、控制总线通讯电缆，高压直流电源和电流表设置在静电计内，控制总线通讯电缆的一端连接静电计的控制总线接口，另一端连接计算机内控制总线控制卡的接口，高压直流电源的低压端接口和静电计的接地接口共同连接地，高压直流电源的高压端通过高压导线连接被测试品的第一电极，电流表的测量端通过同轴电缆连接被测试品的第二电极，试验装置上具有一个可以显示、保存数据和设定参数的控制面板。本发明装置操作简单，对电流的检测速率至少为1sps，可产生丰富的测量信息，便于试验结果的分析与处理，相对于国外的测试仪器，成本较低。

Description

一种监测油纸绝缘状态的试验装置

技术领域

本发明涉及油纸绝缘的状态监测领域，涉及一种油纸绝缘设备及材料绝缘状态监测的试验装置。

背景技术

油纸绝缘的材料及设备，特别是应用最为广泛的大型油浸式电力变压器的运行可靠性直接关系电力系统的安全稳定，据统计，变压器的运行事故主要由其绝缘系统故障造成，因此其寿命很大程度上取决于油纸绝缘系统老化状态。在变压器运行过程中，油纸绝缘长期承受热、电、机械、化学等多种外部应力作用，导致自身绝缘和机械性能逐渐下降并可能造成变压器故障。因此，准确诊断油纸绝缘系统的老化状态，对预测变压器的寿命至关重要，也是实现变压器状态维护的前提和基础。温度、水分、氧气等都会加速变压器绝缘的老化进程，其中水分既是固体绝缘老化降解的产物，同时又反过来作为催化剂加速固体绝缘的老化。同时水分还有其它的危害，如水分使电气绝缘强度显著下降，损耗加剧，加快绝缘纸板的老化速率；增加损耗和漏电流，从而使变压器发热，运行温度升高，降低变压器使用寿命；水分分布不平衡将引起高场强区域发生较低局放起始电压及较强程度的局部放电；少量水分的迁移将引起油纸界面上油流带电，可能使表面干燥的局部界面区域累积更多的电荷等，因此对变压器绝缘危害尤为严重，需要严格控制在规定范围之内。电力设备预防性试验规程DL/T597-1996中规定，对于220kV变压器，其固体绝缘含水量不得超过3％，330kV变压器不得超过2％，500kV变压器不得超过1％。

传统诊断变压器油纸绝缘老化状态的试验方法主要有油中溶解气体分析(DGA)、局部放电检测(PD)、油中糠醛含量分析以及绝缘纸聚合度(DP)分析等，这些方法都能从一定的角度来揭示和反映变压器绝缘的老化状态，但是无法反应油纸绝缘的含水量。如果变压器受潮，虽然尚未明显老化，但已处于非健康状态，应及时停运检修。对于固体绝缘中含水量的检测，目前采用的方法有两种：一种是从变压器中抽取油样，采用卡氏滴定法、蒸馏法等方法测定油中微水含量，然后根据水分在油纸中分布的平衡曲线来估测固体绝缘含水量；另一种是直接吊芯取纸样，采用卡氏滴定法、称重法等测定固体绝缘含水量。但是前一种方法误差太大，由于电力变压器的水分迁移过程非常复杂，通常高达99％以上的水分存在于固体绝缘中，油中只含有不到1％，且在不同温度下水分存在油纸间的迁移现象，需要很长时间才能达到平衡状态，故该方法具有很大的局限性。后一种方法虽然可以直接获得固体绝缘含水量，但是需变压器吊芯，操作复杂且具有破坏性，纸样选取的区域不同同样会带来水分估测误差，不适宜在现场推广采用。

近年来，原本属于电介质物理领域的电介质介电响应法被逐渐引入到油纸绝缘设备及材料的绝缘状态监测领域，其中尤其以极化去极化电流法反映绝缘状态最为全面，信息量最为丰富。所谓极化去极化电流法，即在时间T_c内，将幅值为U_c的直流阶跃电压施加在绝缘的两个电极之间，这样就会产生绝缘的充电电流，即所谓的极化电流。充电时间过后，将绝缘的两个电极短路同样时间T_c，即施加0V直流电压，此时绝缘开始放电，该电流即去极化电流。处于不同绝缘状态的油纸绝缘设备和材料，经过极化去极化电流法试验后，所记录的极化去极化电流曲线就保存了其绝缘状态的信息，利用这些曲线可以评估油纸绝缘设备和材料的绝缘状态。

该方法可以代替预防性试验中的绝缘电阻、极化指数和吸收比的测试，还可以弥补预防性试验的一些缺点，而其最大的优势就是可以实现无创伤的监测油纸绝缘设备和材料的绝缘状态。基于极化去极化电流的油纸绝缘设备及材料的绝缘状态监测仪器国内尚无成型产品，国外虽有，但是价格昂贵，信息获取量也较少，其数据采样时间间隔按对数均匀分布，每个数量级之间(如从10s到100s)固定为25个采样点，采样周期的大部分时间内采样率低于1sps(采样点/秒)，这既不利于国内的普及也不利于后续的试验结果分析。因此有必要开发一种廉价的、数据获取量较多的，可用于无损监测油纸绝缘设备和材料绝缘状态的基于极化去极化电流的试验装置。

发明内容

针对传统诊断油纸绝缘设备及材料的绝缘状态需要采集固体绝缘样本，操作复杂且对被测试品具有破坏性，而国外采用同种方法的测试仪器价格昂贵，所获得信息量较少的技术问题，本发明提出如下技术方案：

一种监测油纸绝缘状态的试验装置，包括，计算机、静电计、控制总线通讯电缆，高压直流电源和电流表设置在静电计内，控制总线通讯电缆的一端连接静电计的控制总线接口，另一端连接计算机内控制总线控制卡的接口，高压直流电源的低压端接口和静电计的接地接口共同连接于大地，高压直流电源的高压端通过高压导线连接被测试品的第一电极，电流表的测量端通过同轴电缆连接被测试品的第二电极，试验装置上设置有被测试品的支架和一个可以显示、保存数据和设定参数的控制面板。

所述的电流表是高精度电流表，测量范围从10^-13到10^-3A。

所述的被测试品所述在被测试品上设置有接地端。

所述的控制面板具有时间、电流数据记载区及参数设定区域。

所述试验装置上的参数设定区域包括设定电压瞬时值、连续值，设定时间及其所需参数的机构。

本发明装置也适用于变压器油纸绝缘状态的监测，操作简单，方便灵活，对电流的检测速率至少为1sps，可产生丰富的测量信息，便于试验结果的分析与处理，相对于国外的测试仪器，成本较低，因而适应于在实际工作中使用。

附图说明

图1、本发明试验装置的结构示意图；

图2、本发明试验装置的工作原理示意图；

图3、本发明试验装置的运行流程图；

图4、本发明试验装置的操作区域示意图；

图5、本发明试验装置的试验效果示意图；

具体实施方式

下面结合附图进一步加以详细说明；

一种监测油纸绝缘状态的试验装置，如附图1所示，包括，计算机1、静电计2、控制总线通讯电缆3，GPIB控制卡安装在计算机的PCI插槽内，GPIB通讯电缆3连接静电计2的GPIB接口12和插在计算机1的PCI插槽内的GPIB控制卡的接口13，高压直流电源5和电流表6设置在静电计2内，控制总线通讯电缆3的一端连接静电计2的控制总线接口12，另一端连接计算机1内控制总线控制卡的接口13，高压直流电源5的低压端接口10和静电计2的接地接口9共同连接于大地11，高压直流电源5的高压端7通过高压导线15连接被测试品4的第一电极17，高精度电流表6的测量端8通过同轴电缆14连接被测试品4的第二电极16，试验装置上设置有被测试品4的支架23和一个可以记载数据和设定参数的控制面板18。

本发明装置的工作原理如附图2所示，图2(a)为被测试品采用本发明试验过程中所受电压示意图，图2(b)为被测试品在图2(a)所示电压下的相应电流示意图，图2(c)为将图2(b)中曲线④沿时间轴翻转，并向左平移后的示意图。在一定时间T_c即极化时间内，将幅值为U_c的直流阶跃电压施加在绝缘的两个电极之间，如附图2(a)中曲线①所示，这样就会产生绝缘的极化电流，如附图2(b)中曲线③所示，该极化电流在电压施加瞬间就会产生一个类似脉冲电流，然后在整个充电时间内会逐渐降低，一直降到一个比较稳定的值。充电时间T_c过后，将绝缘的两个电极短路相同时间T_c，即施加0V直流电压，如附图2(a)中曲线②所示，此时绝缘开始放电，产生去极化电流，如附图2(b)中曲线④所示，此去极化电流初始会突变跳跃至一个负值上，然后在整个放电时间内会逐渐衰减接近零。一般为方便分析，将去极化电流～时间曲线以时间轴对称上下翻转，即去极化电流的相反数～时间曲线，并将放电初始时刻记为0，即将该曲线沿时间轴向左平移，如附图2(c)中曲线⑥所示，然后将曲线⑤与曲线⑥置于一张图内。

本装置的程序通过控制静电计2内的高压直流电源5可以向设置在支架23上的被测试品4的第一电极17和第二电极16施加0～1000V(步长0.5V)任意值的直流电压，持续1～200000s(步长1s)的任意时间；通过控制静电计2内的高精度电流表6测量流过被测试品4第一电极17和第二电极16间的电流，测量范围从10^-13到10^-3A，并控制高精度电流表6的量程自动切换。

本发明的程序首先通过控制静电计2内的高压直流电源5向被测试品4的第一电极17和第二电极16施加由用户设定的直流电压，持续由用户设定的充电时间，同时控制静电计2内的高精度电流表6测量流过被测试品4的第一电极17和第二电极16间的电流；然后控制高压直流电源5，施加0V到第一电极17和第二电极16上，持续时间和充电时间相同，同时测量流过第一电极17和第二电极16间的电流。

本发明的高精度电流表6，使其采样速率至少达到1sps。

本发明装置的静电计2内的高精度电流表6可以探测记录流过被测试品4第一电极17和第二电极16上的充电和放电电流及其对应的时间，并连续显示在计算机1的显示屏上，同时生成记录所有测量结果的以ASCII字符保存的.dat文件。

高压直流电源5的高压端7通过高压导线15连接于被测试品4的第一电极17，高精度电流表6的测量端8通过同轴电缆14连接于被测试品4的第二电极16，被测试品4的两个电极对等，可互换接线位置，安装于计算机内的程序用于控制静电计内的高压直流电源5和高精度电流表6。

本装置的运行过程，如附图3所示，包括试验参数的设定，试验装置系统的复位，系统初始化，极化电流的测量，去极化电流的测量，复位系统等几部分。

试验参数的设定是指用户在控制面板18设定试验装置需要输出的充电电压(U_c)和充电时间(T_c)，测量数据的保存名称和存储位置，油纸绝缘的油温和注释等，然后运行程序。

系统复位指的是程序向静电计发送复位指令，使其处于开机启动的原始状态，建立后继设置的基础。

系统初始化是指设置静电计的直流高压电源和高精度电流表的初始状态，即按先后顺序将直流高压电源的短路保护关闭，电压输出关闭，待命输出的电压值设定为用户设置的U_c；高精度电流表的量程设置为自动量程，数据采样触发方式设置为立即触发，采样延迟时间设定为0，采样点总数设定为无穷大，采样的滤波器关闭，所采数据类型设定为采样时间和电流，采样计时设定为0，数据采样可通过关闭数据采样功能指令终止。

极化电流测量是指高压直流电源5向被测试品4的第一电极17第二电极16施加U_c，高精度电流表6同步测量流过被测试品4两个电极的电流，即按先后顺序分别将高压直流源5的电压输出功能打开并输出U_c，高精度电流表6的数据采样启动，将采集到的每个数据中的采样时间和电流值分开，将该时间和电流的瞬时值以数值形式与连续记录值以电流～时间的曲线形式同步显示在显示屏上，如附图4所示，将该连续记录值以电流～时间的数组形式不断保存在计算机的内存中，在判断持续时间达到了用户所设定充电时间T_c后，结束极化电流测量阶段。

去极化电流测量是指高压直流电源5向被测试品4的两个电极施加0V电压，高精度电流表6同步测量流过被测试品4两个电极的电流，即按先后顺序将高压直流电源5的输出电压设定为0V并输出，采样计时设定为0，将采集到的每个数据中的采样时间和电流值分开，将该时间和电流的瞬时值以数值形式，其连续记录值以电流相反数～时间的曲线形式不断显示在计算机的显示屏上，将该连续记录值以电流～时间的数组形式不断保存在计算机的内存中，在判断持续时间达到了用户所设定充电时间T_c后，结束去极化电流测量阶段。

复位系统是指保存所采样的数据，并使系统退出工作状态，即按先后顺序将极化电流和去极化电流测量阶段保存在内存中的电流～时间数组，和用户输入的油温和注释，以ASCII字符格式保存在用户指定存储位置和名称的.dat文件中，关闭高压直流电源5，关闭高精度电流表6的数据采样，复位静电计2，完成整个试验过程。

本发明中的控制面板18上有设置时间s、电流瞬时值A的显示区域19及电流～时间曲线的显示区域20，充电电压U_c、充电时间T_c、油温及注释、测量数据文件的保存路径和文件名的输入区域21及确认机构22。控制面板18可以是实体的仪器控制面板，其所实现的功能也可以通过计算机1实现，在计算机1的显示系统界面中显示与操作。

使用过程：将本发明的监测油纸绝缘状态的试验装置的控制程序启动。用户在用户输入区域21设置充电电压U_c，充电时间T_c，测量数据的存储路径和存储名称，油温和注释等内容，然后点击确认机构22启动系统。实时的测量结果显示在瞬时值记录区域19，连续的测量结果显示在连续值记录区域20，测量数据和注释保存在用户设定的存储位置。本发明装置操作简单，方便灵活。

附图5为本发明装置对某油纸绝缘材料试验后所记录的曲线，其设定的充电电压U_c＝200V，充电时间T_c＝600s。其中曲线⑦为极化电流，曲线⑧为去极化电流。从曲线⑦和曲线⑧在双对数坐标系下1～10s的松散部分可以看出，本发明装置对电流的检测速率至少为1sps，可产生丰富的测量信息，对试验结果的分析与处理提供了充分的依据。

Claims (5)

1.一种监测油纸绝缘状态的试验装置，包括，计算机(1)、静电计(2)、控制总线通讯电缆(3)，高压直流电源(5)和电流表(6)设置在静电计(2)内，其特征在于：控制总线通讯电缆(3)的一端连接静电计(2)的控制总线接口(12)，另一端连接计算机(1)内控制总线控制卡的接口(13)，高压直流电源(5)的低压端接口(10)和静电计(2)的接地接口(9)共同连接地(11)，高压直流电源(5)的高压端(7)通过高压导线(15)连接被测试品(4)的第一电极(17)，电流表(6)的测量端(8)通过同轴电缆(14)连接被测试品(4)的第二电极(16)，试验装置上设置有放置被测试品(4)的支架(23)和一个可以显示、保存数据和设定参数的控制面板(18)。

2.根据权利要求1所述的监测油纸绝缘状态的试验装置，其特征在于：所述电流表(6)是高精度电流表，测量范围从10-13到10-3A。

3.根据权利要求1所述的监测油纸绝缘状态的试验装置，其特征在于：所述的被测试品(4)上设置有接地端。

4.根据权利要求1所述的监测油纸绝缘状态的试验装置，其特征在于：所述的控制面板(18)具有时间、电流数据记载区(19、20)及参数设定区域(21)。

5.根据权利要求4所述的监测油纸绝缘状态的试验装置，其特征在于：所述试验装置上的参数设定区域(21)包括设定电压瞬时值、连续值，设定时间及其所需参数的机构(22)。

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