CN103149517A - 基于虚拟仪器的油浸式设备绝缘老化无损检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于虚拟仪器的油浸式设备绝缘老化无损检测装置及方法，包括继电器模块、无极高压直流电源、数据采集传送模块及虚拟仪器控制平台，无极高压直流电源经继电器模块并接于被测油浸式设备绝缘油纸的两端；数据采集传送模块用于采集虚拟仪器控制平台所需的各数据，并将虚拟仪器控制平台的控制命令传送给继电器模块和无极高压直流电源；该虚拟仪器控制平台为内置虚拟仪器软件的计算机，其顺序连接数据采集传送模块、无极高压直流电源，用于设置无极高压直流电源的充电参数及绝缘油纸的放电时间，并控制继电器模块动作，同时接受数据采集传送模块传送来的各数据，并以不同直流高压下的回复电压峰值为纵轴，对应的峰值时间为横轴绘制回复电压的极化图谱。

Description

基于虚拟仪器的油浸式设备绝缘老化无损检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种油浸式设备绝缘老化的检测装置，特别涉及一种基于虚拟仪器的油浸式设备绝缘老化无损检测装置及方法。

背景技术

电力系统在国民生产中占据举足轻重的位置。而变压器是电力系统最重要的变电设备，是电网中能量转换及传输的核心，其运行状态直接影响整个电力系统的安全。一旦某台变压器退出运行或者发生故障,将造成较大范围的电力中断,给国民经济及人民生活造成极大影响。作为最昂贵的电力设备,变压器故障,如果盲目的进行变压器更换,会对电力运营部门带来巨大的经济损失。随着特高压和超高压输变电技术的迅速发展，电网容量增大，覆盖面增广，电力变压器的作用日益突出。油浸式变压器因其高绝缘强度、较长使用寿命广泛应用于高压、超高压输电系统。变压器的失效主要是因其绝缘老化所致，变压器绝缘老化引发事故占变压器总事故的85%以上。因此，定期对变压器绝缘材料进行诊断，准确掌握其绝缘状态，对提高变压器的利用率，保证整个电网安全可靠运行具有重大意义。

传统的变压器绝缘状态评估方法一般用介电频谱法、绝缘电阻及绝缘纸聚合度检测法、局部放电法、油中溶解气体分析方法等。这些方法的测量结果只能给出固体绝缘状态的部分信息，且破坏变压器固体绝缘。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种不需要从绝缘油或绝缘纸中提取样品，无需破坏油浸式设备固体绝缘，就可判断油浸式设备绝缘老化状态的无损检测装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于虚拟仪器的油浸式设备绝缘老化无损检测装置，其包括继电器模块、无极高压直流电源、数据采集传送模块及虚拟仪器控制平台，其中：

继电器模块包括至少三个继电器，第一继电器用于控制充电过程，第二继电器用于控制放电过程，第三继电器用于接通测量回复电压电路； 

无极高压直流电源经继电器模块并接于被测油浸式设备的绝缘油纸的两端，用于给被测油浸式设备的绝缘油纸施加不同的直流高压；

数据采集传送模块包括D/A转换放大单元、A/D转换放大单元及回复电压传感器、电阻传感器、电流传感器、温度/湿度传感器，该回复电压传感器、电阻传感器、电流传感器、温度/湿度传感器经继电器模块连接于被测油浸式设备绝缘油纸两端；该D/A转换放大单元的一端连接虚拟仪器控制平台，另一端连接无极高压直流电源；该A/D转换放大单元一端连接虚拟仪器控制平台，另一端连接回复电压传感器、电阻传感器、电流传感器、温度/湿度传感器，该回复电压传感器、电阻传感器、电流传感器、温度/湿度传感器；该数据采集传送模块用于采集被测油浸式设备的绝缘油纸在设定的充电电压、充电时间、初始电压上升沿、充放电时间比参数下的回复电压、回复电压峰值、峰值时间、绝缘电阻、极化电流、去极化电流、油纸温度、湿度，并将虚拟仪器控制平台的控制命令传送给继电器模块和无极高压直流电源；

虚拟仪器控制平台为内置虚拟仪器软件的计算机，该虚拟仪器控制平台顺序连接数据采集传送模块、无极高压直流电源，用于设置无极高压直流电源的充电电压、充电时间、初始电压上升沿及被测油浸式设备绝缘油纸的充放电时间比，并发送命令给数据采集传送模块以控制继电器模块，从而实现回复电压电路闭合及断开，同时接受数据采集传送模块传送来的回复电压峰值、峰值时间、绝缘电阻、极化电流、去极化电流、油纸温度、湿度，并以在不同的直流高压下多次测量的回复电压峰值为纵轴，对应的回复电压峰值时间为横轴绘制极化图谱，得到回复电压的极化谱图。

上述方案的一优选为，该无极高压直流电源的步长为1V，输出的直流电压范围为50V—2000V。

上述方案的一优选为，虚拟仪器控制平台与数据采集传送模块通过以太网口通讯。

为解决上述技术问题，本发明还提供了上述装置用于油浸式设备绝缘老化无损检测的方法，其包括下列步骤：

A、将被测油浸式设备绝缘油纸浸在油箱中；

B、用户在虚拟仪器控制平台中设置无极高压直流电源的充电电压、充电时间、放电时间；

C、虚拟仪器控制平台发送充电信号给继电器模块和无极高压直流电源，无极直流高压源开始对被测油浸式设备绝缘材料进行充电；

D、当充电到虚拟仪器控制平台设定的充电时间后，虚拟仪器控制平台发送放电信号给继电器模块，结束被测油浸式设备绝缘油纸的充电过程，并使被测油浸式设备绝缘油纸两端短接而进行放电；

E、当短接至虚拟仪器控制平台设定的放电时间后，虚拟仪器控制平台发送测量信号给继电器模块，使被测油浸式设备绝缘材料的放电过程结束，数据采集传送模块的各传感器动作，采集被测油浸式设备绝缘油纸两端的回复电压、回复电压峰值、峰值时间、绝缘电阻、极化电流、去极化电流、油纸温度、湿度传送给虚拟仪器控制平台；

F、虚拟仪器控制平台接收数据采集传送模块传送的回复电压、回复电压峰值、峰值时间、绝缘电阻、极化电流、去极化电流、油纸温度、湿度后，发送信号给继电器模块，再次短接被测油浸式设备绝缘油纸两端，直至绝缘油纸内部去极化过程彻底完成；

G、重复步骤A-F，直到采集到预定组数的回复电压、回复电压峰值、峰值时间、绝缘电阻、极化电流、去极化电流、油纸温度、湿度；

H、虚拟仪器控制平台以接收的回复电压峰值为纵轴，对应的回复电压峰值时间为横轴绘制极化图谱，得到回复电压的极化谱曲线；

I、根据所得到的极化谱曲线的回复电压峰值对应的充电时间来判断绝缘材料含水量，计算公式为：G=（3.8268-lgT_C）÷0.8773

其中，T_C为回复电压峰值对应的充电时间，单位为秒；G为变压器绝缘含水量；a、当G<1%时，油浸式设备绝缘性能良好，变压器正常运行； 

b、当1%≤G≤2.5%时，油浸式设备绝缘性能一般，可继续运行，但需跟踪观察；

c、当G>2.5%时，油浸式设备绝缘性能很差，发生故障的可能性很大，需停止工作，进行检修或更换。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为： 

1、传统的油浸式设备绝缘油纸检测方法，需提取油浸式设备绝缘油纸样本，有一定的破坏性，或者只能得到变压器绝缘的部分信息。本发明不需要从绝缘油或绝缘纸中提取样品，无需破坏变压器固体绝缘，以无损检测的方式，利用虚拟仪器软件，构造一个基于虚拟仪器的控制平台，测量绝缘材料在回复电压下的极化参数，通过极化曲线就可全面判断变压器的绝缘老化状态，是一种无损、高效、准确的检测方法。

2、本发明中采用基于虚拟仪器技术的虚拟仪器控制平台，功能强大，灵活性强。在计算机上安装虚拟仪器软件，编写测控系统程序，设定参数后运行，便能自动完成测试全过程，包括完成回复电压电路的控制、绝缘油纸的极化谱数据采集、显示、数据分析及参数保存。

3、传统的回复电压测量装置用电控柜做操作台，安装众多电气元件，如开关、指示灯、断路器、接触器等，电路复杂，操作繁琐，只能手动操作。本发明采用内置虚拟仪器软件的计算机替代传统的电控柜，并优化其功能，实现了全自动的测量和控制，自动显示、数据自动分析、有故障报警、参数自动保存，测试效率提高30%以上。

4、因外部环境温度、湿度对回复电压影响很大，影响其绝缘性能的判定，本发明采集了外部环境的温度、湿度参数，且系统可以选择合适的时刻自动进行测量，保证了检测结果的客观性和可靠性。

5、本发明采用虚拟仪器软件，通过编程就可控制整个测控过程，减少了其它电气元件的介入，既节约了成本，提高了系统的灵活性，又提高了系统的精度。因为系统中部件越多，引入的误差越大。

附图说明

图1为本发明基本架构示意图。

图2为本发明用到的回复电压法的电路原理图。

图3为本发明测得的回复电压测量曲线图。

具体实施方式

下面将以油浸式变压器来具体说明本发明，但需要说明的一点是，本发明方案并不局限于油浸式变压器，熟悉本领域的技术人员皆可明了，本发明完全可运用于其它含油纸式绝缘材料的电力设备或其它设备。

如图1所示，本发明包括继电器模块1、无极高压直流电源2、数据采集传送模块3及虚拟仪器控制平台4，其中：

继电器模块1包括至少三个继电器，第一继电器用于控制充电过程，第二继电器用于控制放电过程，第三继电器用于接通测量回复电压电路； 

无极高压直流电源2经继电器模块1并接于被测油浸式设备的绝缘油纸的两端，用于给被测油浸式设备的绝缘油纸施加不同的直流高压；

数据采集传送模块3包括D/A转换放大单元、A/D转换放大单元及回复电压传感器、电阻传感器、电流传感器、温度/湿度传感器，该回复电压传感器、电阻传感器、电流传感器、温度/湿度传感器经继电器模块1连接于被测油浸式设备绝缘油纸两端；该D/A转换放大单元的一端连接虚拟仪器控制平台4，另一端连接无极高压直流电源2；该A/D转换放大单元一端连接虚拟仪器控制平台4，另一端连接回复电压传感器、电阻传感器、电流传感器、温度/湿度传感器，该回复电压传感器、电阻传感器、电流传感器、温度/湿度传感器；该数据采集传送模块3用于采集被测油浸式设备的绝缘油纸在设定的充电电压、充电时间、初始电压上升沿、充放电时间比参数下的回复电压、回复电压峰值、峰值时间、绝缘电阻、极化电流、去极化电流、油纸温度、湿度，并将虚拟仪器控制平台4的控制命令传送给继电器模块1和无极高压直流电源2；

虚拟仪器控制平台4为内置虚拟仪器软件的计算机，该虚拟仪器控制平台4的I/O口顺序连接数据采集传送模块3、无极高压直流电源2。该虚拟仪器控制平台4用于设置无极高压直流电源2的充电电压、充电时间、初始电压上升沿及被测油浸式设备绝缘油纸的充放电时间比，并发送命令给数据采集传送模块3以控制继电器模块1，从而实现回复电压电路闭合及断开，同时接受数据采集传送模块3传送来的回复电压峰值、峰值时间、绝缘电阻、极化电流、去极化电流、油纸温度、湿度，并以在不同的直流高压下多次测量的回复电压峰值为纵轴，对应的回复电压峰值时间为横轴绘制极化图谱，得到回复电压的极化谱图。

该无极高压直流电源2是连续可调的，步长为1V，输出的直流电压范围为50V—2000V。在虚拟仪器控制平台4的控制下，能给被测变压器绝缘油纸施加不同的直流高压。

本实施例中的被测变压器是油浸式变压器5，其具有良好的绝缘性能，使用寿命长，其绝缘材料在直流高压下会产生极化特性。

该虚拟仪器控制平台4与数据采集传送模块3通讯除以太网方式外，还可采用CAN总线方式、串口（RS232 、RS485）方式。

该虚拟仪器控制平台4还连接一声光报警装置6，当虚拟仪器控制平台4通过回复电压极化谱分析发现，变压器绝缘状态差，发生故障的可能性大，声光报警装置6立刻发出报警声，提示用户进一步检修或更换绝缘材料。

如图1-图3所示，上述装置用于被测变压器绝缘老化无损检测时，包括下列步骤：

A、将被测变压器绝缘材料（一般是绝缘油纸）浸在油箱中；

B、用户在虚拟仪器控制平台4中设置无极高压直流电源2的充电电压、充电时间、被测变压器绝缘材料的放电时间；

C、虚拟仪器控制平台4通过数据采集传送模块3发送充电信号给继电器模块1，第一继电器的线圈吸合，其常开触点8闭合，使无极直流高压源2开始对被测变压器绝缘材料进行充电；此过程中绝缘材料将产生极化现象，内部偶极子按电场方向定向排列，绝缘材料表面出现束缚电荷。

D、当充电到虚拟仪器控制平台4设定的充电时间后，虚拟仪器控制平台4通过数据采集传送模块3发送放电信号给继电器模块1，第二继电器的线圈吸合，其常开触点9闭合，使被测变压器绝缘材料的充电过程结束，并使被测变压器绝缘材料两端短接而进行放电；

E、当短接至虚拟仪器控制平台4设定的放电时间后，虚拟仪器控制平台4发送测量信号给继电器模块1，第三继电器的线圈吸合，其常开触点10闭合，使被测变压器绝缘材料的放电过程结束，数据采集传送模块3的各传感器11动作，采集被测变压器绝缘材料的回复电压、回复电压峰值、峰值时间、绝缘电阻、极化电流、去极化电流、油纸温度、湿度，并经数据采集传送模块3的A/D转换放大单元传送给虚拟仪器控制平台4；

F、虚拟仪器控制平台4接收数据采集传送模块3传送的回复电压、回复电压峰值、峰值时间、绝缘电阻、极化电流、去极化电流、油纸温度、湿度后，虚拟仪器控制平台4发送信号给继电器模块1，再次短接被测油浸式设备绝缘油纸两端，直至绝缘油纸内部去极化过程彻底完成；

G、重复步骤A-F，直到采集到预定组数的回复电压、回复电压峰值、峰值时间、绝缘电阻、极化电流、去极化电流、油纸温度、湿度，得到回复电压曲线图，如图3所示；

H、虚拟仪器控制平台4以接收的回复电压峰值为纵轴，对应的回复电压峰值时间为横轴绘制极化图谱，得到回复电压的极化谱曲线；

I、根据所得到的极化谱曲线的回复电压峰值对应的充电时间来判断绝缘材料含水量，计算公式为：G=（3.8268-lgT_C）÷0.8773

其中，T_C为回复电压峰值对应的充电时间，单位为秒；G为变压器绝缘含水量；a、当G<1%时，油浸式设备绝缘性能良好，变压器正常运行； 

b、当1%≤G≤2.5%时，油浸式设备绝缘性能一般，可继续运行，但需跟踪观察；

c、当G>2.5%时，油浸式设备绝缘性能很差，发生故障的可能性很大，需停止工作，进行检修或更换。

Claims (5)

1.一种基于虚拟仪器的油浸式设备绝缘老化无损检测装置，其特征在于包括继电器模块（1）、无极高压直流电源（2）、数据采集传送模块（3）及虚拟仪器控制平台（4），其中：

继电器模块（1）包括至少三个继电器，第一继电器用于控制充电过程，第二继电器用于控制放电过程，第三继电器用于接通测量回复电压电路； 

无极高压直流电源（2）经继电器模块（1）并接于被测油浸式设备的绝缘油纸的两端，用于给被测油浸式设备的绝缘油纸施加不同的直流高压；

数据采集传送模块（3）包括D/A转换放大单元、A/D转换放大单元及回复电压传感器、电阻传感器、电流传感器、温度/湿度传感器，该回复电压传感器、电阻传感器、电流传感器、温度/湿度传感器经继电器模块（1）连接于被测油浸式设备绝缘油纸两端；该D/A转换放大单元的一端连接虚拟仪器控制平台（4），另一端连接无极高压直流电源（2）；该A/D转换放大单元一端连接虚拟仪器控制平台（4），另一端连接回复电压传感器、电阻传感器、电流传感器、温度/湿度传感器，该回复电压传感器、电阻传感器、电流传感器、温度/湿度传感器；该数据采集传送模块（3）用于采集被测油浸式设备的绝缘油纸在设定的充电电压、充电时间、初始电压上升沿、充放电时间比参数下的回复电压、回复电压峰值、峰值时间、绝缘电阻、极化电流、去极化电流、油纸温度、湿度，并将虚拟仪器控制平台（4）的控制命令传送给继电器模块（1）和无极高压直流电源（2）；

虚拟仪器控制平台（4）为内置虚拟仪器软件的计算机，该虚拟仪器控制平台（4）顺序连接数据采集传送模块（3）、无极高压直流电源（2），用于设置无极高压直流电源（2）的充电电压、充电时间、初始电压上升沿及被测油浸式设备绝缘油纸的充放电时间比，并发送命令给数据采集传送模块（3）以控制继电器模块（1），从而实现回复电压电路闭合及断开，同时接受数据采集传送模块（3）传送来的回复电压峰值、峰值时间、绝缘电阻、极化电流、去极化电流、油纸温度、湿度，并以在不同的直流高压下多次测量的回复电压峰值为纵轴，对应的回复电压峰值时间为横轴绘制极化图谱，得到回复电压的极化谱图。

2.根据权利要求1所述的基于虚拟仪器的油浸式设备绝缘老化无损检测装置，其特征在于，该无极高压直流电源（2）的调节步长为1V，输出的直流电压范围为50V—2000V DC。

3.根据权利要求1所述的基于虚拟仪器的油浸式设备绝缘老化无损检测装置，其特征在于，该虚拟仪器控制平台（4）与数据采集传送模块（3）通过以太网口通讯。

4.根据权利要求1所述的基于虚拟仪器的油浸式设备绝缘老化无损检测装置，其特征在于，该虚拟仪器控制平台（4）连接一声光报警装置（6）。

5.一种权利要求1或2或3或4所述装置用于油浸式设备绝缘老化无损检测的方法，其特征在于包括下列步骤：

A、将被测油浸式设备绝缘油纸浸在油箱中；

B、用户在虚拟仪器控制平台（4）中设置无极高压直流电源（2）的充电电压、充电时间、放电时间；

C、虚拟仪器控制平台（4）发送充电信号给继电器模块（1），使无极直流高压源（2）开始对被测油浸式设备绝缘材料进行充电；

D、当充电到虚拟仪器控制平台（4）设定的充电时间后，虚拟仪器控制平台（4）发送放电信号给继电器模块（1），结束被测油浸式设备绝缘油纸的充电过程，并使被测油浸式设备绝缘油纸两端短接而进行放电；

E、当短接至虚拟仪器控制平台（4）设定的放电时间后，虚拟仪器控制平台（4）发送测量信号给继电器模块（1），使被测油浸式设备绝缘材料的放电过程结束，数据采集传送模块（3）的各传感器动作，采集被测油浸式设备绝缘油纸两端的回复电压、回复电压峰值、峰值时间、绝缘电阻、极化电流、去极化电流、油纸温度、湿度传送给虚拟仪器控制平台（4）；

F、虚拟仪器控制平台（4）接收数据采集传送模块（3）传送的回复电压、回复电压峰值、峰值时间、绝缘电阻、极化电流、去极化电流、油纸温度、湿度后，虚拟仪器控制平台（4）发送信号给继电器模块（1），再次短接被测油浸式设备绝缘油纸两端，直至绝缘油纸内部去极化过程彻底完成；

G、重复步骤A-F，直到采集到预定组数的回复电压、回复电压峰值、峰值时间、绝缘电阻、极化电流、去极化电流、油纸温度、湿度；

H、虚拟仪器控制平台（4）以接收的回复电压峰值为纵轴，对应的峰值时间为横轴绘制极化图谱，得到回复电压的极化谱曲线；

I、根据所得到的极化谱曲线的回复电压峰值对应的充电时间来判断绝缘材料含水量，计算公式为：G=（3.8268-lgT_C）÷0.8773

其中，T_C为回复电压峰值对应的充电时间，单位为秒；G为变压器绝缘含水量；a、当G<1%时，油浸式设备绝缘性能良好，变压器正常运行； 

b、当1%≤G≤2.5%时，油浸式设备绝缘性能一般，可继续运行，但需跟踪观察；

c、当G>2.5%时，油浸式设备绝缘性能很差，发生故障的可能性很大，需停止工作，进行检修或更换。

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