CN103149518B - 一种局部放电测试电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种局部放电测试电路，可以包括并联连接的第一支路和第二支路，以及为第一支路和第二支路提供电压的高压试验变压器，第一支路可以包括串联连接的耦合电容器和测量阻抗，第一支路可以包括由顶针和极板构成的电容。调节高压试验变压器的输入电压，调节顶针和极板之间的距离，当顶针和极板两端的电压差达到一定值时，就会在顶针和极板之间产生局放，在顶针和极板间可以产生电磁波信号，在测量阻抗可以产生电压脉冲信号。因为电磁波信号和电压脉冲信号是在同一局放下产生的，所以我们也就获得了电磁波信号和电压脉冲信号的对应关系。

Description

一种局部放电测试电路

技术领域

本发明涉及智能电网技术领域，更具体地说，涉及一种局部放电测试电路。

背景技术

大量故障统计表明，绝缘故障是影响变压器正常运行的主要原因。目前大型变压器的绝缘结构主要由油、纸、纸板和其他固体绝缘材料构成，虽然在设计上具有足够的电气强度和优良的机械特性，但是在制造过程中的偶然因素会造成一些先天性局部缺陷，如气泡、裂缝、悬浮导电介质和电极毛刺等。正是这些缺陷会造成绝缘体内部或表面出现某些区域电场异常升高，进而影响绝缘结构内部的气隙、油膜或导体的边缘发生非贯穿性的放电现象。我们将这种绝缘体内部出现的非贯穿性的放电现象称为局部放电。对于大型变压器，局部放电虽然不会直接导致设备击穿，但是局部放电产生的高温、活性气体都会加快设备老化，继而影响设备的绝缘，引起设备故障。

目前主要采用变压器局部放电智能组件对变压器局部放电进行检测。变压器局部放电智能组件一般采用特高频(Ultra High Frequency，UHF)传感器。特高频传感器从变压器油箱的油阀内伸入，采集变压器局部放电时的电磁波信号，通过判断电磁波信号大小是否异常，来判断变压器是否存在局部放电。这种测量方法工作简单，即将特高频传感器从变压器油箱的油阀深入即可，无需停电试验，大大降低了人工成本。并且取油样周期可以自动，能够实现变压器局部放电量的实时分析，实现设备状态的实时把握。

但是，变压器局部放电智能组件检测到的是变压器的电磁波信号，而国网公司《输变电设备状态检修试验规程》中记载的是电压脉冲信号与变压器运行状况的对应关系。因为无法将电磁波信号转化为电压脉冲信号，所以我们无法根据变压器局部智能组件检测到的电磁波信号准确判断变压器的运行状态，只能根据获得的电磁波信号大小对变压器的运行状态进行估测，对电磁波信号大小异常的变压器进行检修，因此根据变压器局部放电智能组件检测到的结果，对变压器运行状态的判断存在很大的误差。在获得对应关系后，就可以使得采用变压器局部放电智能组件对变压器局部放电进行检测的误差降低。因此本发明进一步还可以实现对局部放电实时和低误差的测量。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种局部放电测试电路，以获得电磁波信号和电压脉冲信号的对应关系，实现对变压器运行状态的准确判断。

一种局部放电测试电路，包括：

并联连接的第一支路和第二支路，为所述第一支路和所述第二支路提供电压的高压试验变压器；

所述第一支路包括串联连接的耦合电容器和测量阻抗，所述第二支路包括由顶针和极板构成的第一电容，其中，所述顶针和所述极板之间的距离可调。

优选的，当所述顶针和所述极板间放电时，所述测量阻抗产生电压脉冲信号。

优选的，还包括特高频传感器，所述特高频传感器对所述顶针和所述极板放电产生的电磁波信号进行检测，获得所述电磁波信号。

优选的，还包括与所述测量阻抗连接的第一示波器和与所述特高频传感器连接的第二示波器，

所述第一示波器能够将所述电压脉冲信号转化为局放量的值；

所述第二示波器能够将所述电磁波信号转换为特高频传感器的输出电压值。

优选的，所述测量阻抗包括：相并连的第二电容、电阻和电感，其中，所述第二电容、所述电阻和所述电感的第一公共端与所述耦合电容器相连，第二公共端接地，所述电感的第一输出端与所述第一示波器的输入端连接，所述电感第二输出端与所述第一示波器的接地端相连且接地。

优选的，所述特高频传感器和所述第二示波器通过同轴电缆相连接。

优选的，还包括与所述高压试验变压器相连接的调压器。

优选的，所述第一示波器、所述第二示波器和所述调压器均设置在控制柜中。

优选的，还包括与所述控制柜连接的操作台，所述操作台接收所述控制柜发送的所述局放量的值和所述电压值，并将接收的操作指令发送给所述控制柜。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种局部放电测试电路，可以包括并联连接的第一支路和第二支路，以及为第一支路和第二支路提供电压的高压试验变压器，第一支路可以包括串联连接的耦合电容器和测量阻抗，第一支路可以包括由顶针和极板构成的第一电容。调节高压试验变压器的输入电压，调节顶针和极板之间的距离，当顶针和极板两端的电压差达到一定值时，就会在顶针和极板之间产生局放，在顶针和极板间可以产生电磁波信号，在测量阻抗可以产生电压脉冲信号。因为电磁波信号和电压脉冲信号是在同一局放下产生的，所以我们也就获得了电磁波信号和电压脉冲信号的对应关系。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种局部放电测试电路；

图2为本发明实施例提供的一种测量阻抗的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种局部放电测试电路；

图4为本发明实施例提供的另一种局部放电测试电路；

图5为本发明实施例提供的另一种局部放电测试电路；

图6为本发明实施例提供的另一种局部放电测试电路；

图7为本发明实施例提供的一种局部放电测试装置的侧视图；

图8为本发明实施例提供的一种局部放电测试装置的俯视图；

图9为本发明实施例提供的一种油箱内部结构示意图。

具体实施方式

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。

如图1所示，本发明实施例提供了一种局部放电测试电路，可以包括：并联连接的第一支路100和第二支路200，为所述第一支路100和所述第二支路200提供电压的高压试验变压器300；

所述第一支路100可以包括串联连接的耦合电容器110和测量阻抗120，所述第二支路200可以包括由顶针和极板构成的第一电容210，其中，所述顶针和所述极板之间的距离可调。

其中，高压试验变压器300是发电厂、供电局及科研单位等用来做交流试验的基本试验设备，其通过了国家质量监督局的标准，可以用于对各种电气产品、电器元件、绝缘材料等进行规定电压下的绝缘强度试验，以考核产品的绝缘水平，发现被试品的绝缘缺陷，衡量其过电压的能力。

可以理解的是，局部放电测试电路的输入电压越大，所述顶针和所述极板间发生局放的可能性就越大。因此，为增大局部放电测试电路的输入电压，高压试验变压器300高压侧为第一支路100和第二支路200提供电压，高压试验变压器300低压侧与外部输入电压连接。调节高压试验变压器300低压侧的输入电压，即可以实现高压试验变压器300高压侧电压的变化。

其中，耦合电容器110是一种可以在电力网络中传递信号的电容器，主要用于工频高压及超高压交流输电线路中，以实现载波、通讯、测量、控制、保护及抽取电能等目的。耦合电容器110可以使强电和弱电两个系统通过电容器耦合并隔离，提供高频信号通路，阻止工频电流进入弱电系统，以保证人身安全。

本发明中，通过调节高压试验变压器300的输入电压以及调节顶针和极板之间的距离，实现了对局部放电的模拟，在顶针和极板之间产生了局放。在顶针和极板间可以获得电磁波信号，在测量阻抗上可以获得电压脉冲信号。因为电磁波信号和电脉冲信号是在同一局放下产生的，所以我们就可以获得电磁波信号和电脉冲信号的对应关系。

如图2所示，本发明实施例提供的一种测量阻抗的结构示意图，测量阻抗120可以包括：相并连的第二电容C、电阻R和电感L，其中所述第二电容C、所述电阻R和所述电感L的第一公共端001与所述耦合电容器110相连，第二公共端002接地，所述电感L的第一输出端003和第二输出端004与能够检测测量阻抗产生的电压脉冲信号的电气元件(例如示波器)相连，其中第二输出端004与电气元件相连后接地。

本领域技术人员可以理解的是，变压器每一次放电都发生正负电荷中和，并伴随产生一定的电压脉冲信号、电磁波信号和超声波信号等。本发明中，当顶针和极板之间发生局部放电时，就会在顶针和极板之间产生一个电压脉冲信号，即在第一电容210两端产生一个电压增量△u，也即在第二支路200上产生一个电压增量△u。因为由串联连接的耦合电容器110和测量阻抗120构成的第一支路100，和由顶针和极板构成的第一电容210所在的第二支路200并联连接，所以在第一支路100上也产生一个电压增量△u，相应的在测量阻抗120上也产生一个电压增量△u1。当耦合电容器110和测量阻抗120发生串联谐振时，电压增量△u1远远大于电压增量△u，因此可以通过检测测量阻抗120产生的电压脉冲信号，来对变压器的局部放电进行检测。

如图3所示，本发明实施例提供的另一种局部放电测试电路，还可以包括特高频传感器400，所述特高频传感器400可以对所述顶针和所述极板放电产生的电磁波信号进行检测，获得所述电磁波信号。

试验表明：局部放电所辐射的电磁波的频谱特性与局放源的集合形状以及放电间隙的绝缘强度有关，当放电间隙较小时，放电过程的时间比较短，电压脉冲的陡度比较大，辐射高频电磁波的能力比较强；而放电间隙的绝缘强度比较高时，击穿过程比较快，此时电压脉冲的陡度比较大，辐射高频电磁波的能力比较强。因为变压器油隔板绝缘强度比较高，因此，变压器中的局部放电能够辐射很高频率的电磁波信号。

目前主要将特高频传感器400作为变压器局部放电智能组件，通过将特高频传感器400从变压器油箱的油阀内深入，对变压器局部放电进行检测。本发明中通过调节高压试验变压器300的输入电压，以及顶针和极板之间的距离，使顶针和极板间放电产生电磁波信号，以模拟变压器局部放电产生的电磁波信号，然后由特高频传感器400获得该电磁波信号并对其进行检测。

如图4所示，本发明实施例提供的另一种局部放电测试电路，还可以包括与所述测量阻抗120连接的第一示波器510和与所述特高频传感器400连接的第二示波器520，

所述第一示波器510能够将所述电压脉冲信号转化为局放量的值；

所述第二示波器520能够将所述电磁波信号转换为特高频传感器400的输出电压值。

其中，所述测量阻抗120中电感L的第一输出端003可以与第一示波器510的输入端连接，电感L的第二输入端004可以与第一示波器510的接地端相连且接地。

可以看出，第一示波器510可以作为电压脉冲信号检测示波器，第二示波器520可以作为电磁波信号检测示波器。

可以理解的是，在图4所示的测试电路中，我们可以在同一局放下同时检测到该局放下的电压脉冲信号和电磁波信号。当我们在不同的局放下采用同一个特高频传感器400时，我们就可以得出该特高频传感器400在不同的局放下，其电压脉冲信号和电磁波信号的对应关系。因此，当我们用该特高频传感器400对变压器进行局部放电检测时，就可以将检测到的电磁波信号转化为与其对应的电压脉冲信号，根据该电压脉冲信号判断变压器的运行状况。

优选的，特高频传感器400和第二示波器520可以通过同轴电缆521相连接。

其中，同轴电缆521是一种先由两根同轴心、相互绝缘的圆柱形金属导体构成基本单元，再由单个或多个同轴对组成的电缆。同轴电缆521可以传导交流电，即每秒钟会有多次电流方向发生逆转的电流。一般电线传输高频率电流时，该电线就会相当于一根向外发射无线电的天线，这种效应会损坏信号的功率，使得接收到的信号强度减小。而同轴电缆中心线发射出的无线电被网状导线层所隔离，网状导线层可以通过接地的方式来控制发射出来的无线电，很好的解决了一般电线传输高频率电流时出现的问题。

优选的，如图5所示，本发明实施例提供的另一种局部放电测试电路，还可以包括与高压试验变压器300相连接的调压器530。

其中，局部放电测试电路的输入电压越大，产生局放的可能性越大。因此，为增加局部放电测试电路的输入电压，可以将高压试验变压器300低压侧与调压器530相连。将调压器530连接在电源和负载中间，然后配上相应的触发控制电路板，就可以调整加到负载上的电压、电流和功率。本实施例中，通过调节调压器530就可以调节高压试验变压器300低压侧的输入电压，实现高压试验变压器300高压侧电压的变化。

可以理解的是，我们可以先将高压试验变压器300高压侧的电压调到一定值，然后调节顶针和极板之间的距离，以调节第一电容210两端的电压，当顶针和极板之间的距离到达一定值时，就会在顶针和极板之间产生局放。或是先将顶针和极板之间的距离调节到一定值，然后调节高压试验变压器300高压侧的电压，当高压试验变压器300高压侧的电压到达一定值时，就会在顶针和极板之间产生局放。或是高压试验变压器300高压侧的电压以及顶针和极板之间的距离同时调节，直到顶针和极板之间产生局放。

其中，所述第一示波器510、所述第二示波器520和所述调压器530均设置在控制柜500中。

如图6所示，本发明实施例提供的另一种局部放电测试电路，还可以包括与所述控制柜500连接的操作台600，所述操作台600接收所述控制柜500发送的所述局放量的值和所述电压值，并将接收的操作指令发送给所述控制柜500。

具体的，在操作台600输入一组顶针和极板的间距值以及电压值，操作台600将该操作指令发送给控制柜500，控制柜500控制高压试验变压器300的输入电压，以及顶针和极板之间的距离，当顶针和极板发生局放时，控制柜将第一示波器510显示的局放量的值和第二示波器520显示的输出电压值发送给操作台600，操作台600将收到的局放量的值和输出电压值进行记录，并将再次接收的顶针和极板的间距值以及电压值发送给控制柜500。按照上述方法，即可以获得多组局放量的值和输出电压值的对应关系即电压脉冲信号和电磁波信号的对应关系。

如图7为本发明实施例提供的一种局部放电测试装置的侧视图和如图8为本发明实施例提供的一种局部放电测试装置的俯视图，可以包括高压套管1、油箱2、油位计3、油温计4、耦合电容器5、高压试验变压器高压套管6、高压试验变压器7、步进电机控制器8、变压器局部放电智能组件安装阀门9及平台底座10。

其中，高压套管1和高压试验变压器高压套管6均可以将变压器内部的高压线引到油箱外部的出线装置，不仅可以作为引线的对地绝缘，而且还起着固定引线的作用，是变压器重要附件之一。

油位计3可以显示变压器油箱内部的变压器油量，油温计4可以测量变压器内部变压器油的温度。

耦合电容器5的作用同上述实施例中耦合电容器110的作用，此处不再赘述。高压试验变压器7同上述实施例中高压试验变压器300的作用，此处不再赘述。

步进电机控制器8可以控制油箱2内部移动平台的左右移动。

如图9为本发明实施例提供的一种油箱内部结构示意图，可以包括高压套管1、耦合电容5、变压器局部放电安装阀门9、极板11、顶针12、绝缘棒13、移动平台14和高压电缆15。

其中，绝缘棒13一端与移动平台14相连、一端与顶针12相连。通过步进电机控制器8可以实现移动平台的左右移动，进而调节顶针12和极板11之间的距离。顶针12与高压套管1之间通过高压电缆15相连。极板11直接接地。耦合电容5上端与高压套管1通过高压电缆15相连，下端与测量阻抗(图中未显示)相连。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种局部放电测试电路，其特征在于，包括：

并联连接的第一支路和第二支路，为所述第一支路和所述第二支路提供电压的高压试验变压器；

所述第一支路包括串联连接的耦合电容器和测量阻抗，所述第二支路包括由顶针和极板构成的第一电容，其中，所述顶针和所述极板之间的距离可调；当所述顶针和所述极板间放电时，所述测量阻抗产生电压脉冲信号；

还包括特高频传感器，所述特高频传感器对所述顶针和所述极板放电产生的电磁波信号进行检测，获得所述电磁波信号；

还包括与所述测量阻抗连接的第一示波器和与所述特高频传感器连接的第二示波器，

所述第一示波器能够将所述电压脉冲信号转化为局放量的值；

所述第二示波器能够将所述电磁波信号转换为特高频传感器的输出电压值；

所述测量阻抗包括：相并连的第二电容、电阻和电感，其中，所述第二电容、所述电阻和所述电感的第一公共端与所述耦合电容器相连，第二公共端接地，所述电感的第一输出端与所述第一示波器的输入端连接，所述电感第二输出端与所述第一示波器的接地端相连且接地；

所述第一示波器用于检测所述测量阻抗产生的电压脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述特高频传感器和所述第二示波器通过同轴电缆相连接。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，还包括与所述高压试验变压器相连接的调压器。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述第一示波器、所述第二示波器和所述调压器均设置在控制柜中。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，还包括与所述控制柜连接的操作台，所述操作台接收所述控制柜发送的所述局放量的值和所述电压值，并将接收的操作指令发送给所述控制柜。