CN103176110B - 一种中压开关柜局部放电检测试验平台 - Google Patents

Abstract

一种中压开关柜局部放电检测试验平台，包括：金属柜体；故障模型；导电杆，共有三根对称竖在金属柜体内，每根由上、下导电杆构成，上导电杆的上端穿出金属柜体顶部并连接接线柱、下端与故障模型连接，下导电杆的上端连接故障模型、下端与金属柜体连接；信号检测单元：超声波传感器和超高频传感器都设置在金属柜体方孔附近，并分别与第一、第二数字示波器连接；TEV传感器粘附在金属柜体外表面上，并与第二数字示波器连接；罗氏线圈环绕在下端导电杆上、高压探头设在绝缘子接线柱的高压进线上，都与第一数字示波器连接；工频高压源接入接线柱。本发明能够模拟真实开关柜内的局部放电，便于移动和操作，并且充分考虑了绝缘距离，安全性好。

Description

一种中压开关柜局部放电检测试验平台

技术领域

本发明涉及一种试验平台，尤其是涉及一种用于中压开关柜内局部放电检测试验平台。

背景技术

中压开关柜是向用户供电最直接的设备。电网要求开关柜能够长期稳定地工作，但是开关柜一方面在制造时不可避免留下工艺性缺陷，另一方面受到电磁发热，环境湿度、粉尘等因素，特别在我国的东南部沿海地区，某些特定天气状况下湿度很大，将严重地削弱绝缘强度。根据1989年到1997年的一项统计调查显示，开关柜的故障中，绝缘故障与载流故障大约占了40%~50%。在绝缘载流故障的发展前期，一般表现为局部微弱的异常放电，即局部放电。此时异常放电尚未对开关柜造成致命影响。在此阶段通过不同的监测手段捕获局部放电的信号，以判断故障的严重程度，决定是否需要停机检修。产生局部放电的故障种类繁多，但是基本上可以用几种典型的故障模型在实验室环境下进行模拟，即针-板故障模型、绝缘空隙故障模型、悬浮电位故障模型和表面污秽故障模型。检测局部放电的方法也很多，常见的如脉冲电流法、超声波法、超高频法、瞬态对地电压（TEV）法等。不同的检测方法对不同的故障类型的敏感程度不尽相同，因此多种检测方法之间能相互对比印证。中国发明专利《一种开关柜局部放电检测装置》（申请公布号CN102749557A）公开了一种利用超高频传感器、声发射传感器、高频电流传感器和TEV传感器检测局部放电信号的方法，但只涉及检测方法而没有具体故障模型和试验参数；中国专利《一种10kV开关柜局部放电检测系统》（授权公告号CN202471902）公开了一种利用瞬态对地电压（TEV）技术对开关柜内的针-板放电、绝缘空隙和悬浮电位故障模型进行局部放电信号检测的系统，此系统还配备了光电检测和声波检测等辅助检测设备，但局部放电初期信号一般很微弱，不会出现亮光，用光电倍增管的检测效果可能不理想，另一方面此系统未考虑湿度的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种框架式的中压开关柜局部放电检测试验平台，其考虑到故障类型和检测方法的多样性，可提供完善和便捷的实验条件，对开关柜局部放电特性展开综合研究。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种中压开关柜局部放电检测试验平台，其特征是：包括金属柜体、故障模型、导电杆、信号检测单元和工频高压源；

所述金属柜体左、右侧面分别开有多个方孔，右侧方孔面积为左侧方孔面积的两倍，方孔上方覆盖有磁性挡板；金属柜体内部设有小型加湿器、内壁上下端各安装有一个温湿度计；

所述故障模型包括模型和固定装置，固定装置由对称的上、下螺杆快速夹头组成，模型为针-板故障模型、绝缘空隙故障模型和悬浮电位故障模型，固定在上、下螺杆快速夹头之间；

所述的导电杆共有三根并对称分布竖在所述的金属柜体内，每根由上、下导电杆构成，上导电杆的上端穿出金属柜体顶部并连接有绝缘子接线柱、下端与故障模型的固定装置的上螺杆快速夹头连接，下导电杆的上端连接故障模型的固定装置的下螺杆快速夹头连接、下端与金属柜体连接；

所述信号检测单元包括超声波传感器、超高频传感器，TEV传感器、罗氏线圈、高压探头和第一、第二数字示波器，超声波传感器设置在金属柜体左、右侧面的方孔附近，通过屏蔽共轴电缆与第一数字示波器连接；超高频传感器设置在金属柜体左、右侧面的方孔附近，通过屏蔽共轴电缆与第二数字示波器连接；TEV传感器粘附在金属柜体外表面上，通过屏蔽共轴电缆与第二数字示波器连接；罗氏线圈环绕在下端导电杆上，通过屏蔽共轴电缆与第一数字示波器连接；高压探头设在绝缘子接线柱的高压进线上，通过屏蔽共轴电缆与第一数字示波器连接；

所述的工频高压源接入绝缘子接线柱。

在上述基础上，本发明还可以做进一步的完善改进：

所述的金属柜体设在一支撑台上，支撑台包括台面与4根支撑柱，支撑柱底部安装有可锁死滑轮，便于移动；

所述针-板故障模型的针尖曲率为30微米，针与板分别固定在前述固定装置的上下两部分，间距可调；

所述绝缘空隙由两层透明有机玻璃粘合而成，圆柱形电极与有机玻璃紧密配合，电极与空隙的最短绝缘距离为2mm。

所述悬浮电位故障模型包括两个圆柱形电极，一个有机玻璃块和悬浮针电极；所述圆柱形电极两端为半球形，嵌入有机玻璃块内10mm深度，两者紧密配合；所述有机玻璃块上表面围绕圆柱形电极周围每隔90°有一个直径1mm，深度20mm的小孔；所述小孔与圆柱形表面的最短距离分别为1mm，1.5mm，2mm，2.5mm；针电极可以放置在前述4个小孔中的任何一个。

本发明的有益效果是：

（1）本试验平台能够模拟真实开关柜内的局部放电，便于移动和操作，并且充分考虑了绝缘距离，安全性好；

（2）对称三相进线柱可以承载三相交流电源或单相电源，可最多同时模拟三个故障，也可试验某一故障在不同位置的局部放电信号检测；

（3）所采用固定装置可方便拆卸更换故障模型，极大提升实验效率；

（4）此平台适用各种局部放电故障模型，可对中压开关柜内的局部放电进行综合的实验研究；

（5）此平台适用多种检测手段，可获取完善的故障模型放电信息，并且对不同的检测方法进行横向对比；

（6）可调整试验环境的湿度，研究湿度对局部放电的影响。

附图说明

图1为本发明的俯视图；

图2为本发明的剖视图；

图3为本发明的左视图；

图4为本发明的右视图；

图5为本发明的绝缘空隙故障模型示意图；

图6为本发明的针-板故障模型示意图；

图7为本发明的悬浮电位故障模型主视示意图；

图8为本发明的悬浮电位故障模型俯视示意图；

图9为绝缘空隙故障模型的电场仿真分布图；

图10为针-板故障模型的电场仿真分布图；

图11为悬浮电位故障模型的电场仿真分布图。

图中，1为金属柜壁，2为对称三相绝缘子进线柱，3为加湿器，4为高压探头，5为温湿度计，6为导电杆，7为故障模型固定夹头，8为故障模型，9支撑平台，10为接地电缆，11为罗氏线圈，12为数字示波器，13为超高频探头，14为超声波探头，15为TEV探头，16为一倍面积方孔，17为两倍面积方孔，18为故障模型电极，19为两层粘合的有机玻璃板，20为两层玻璃板之间加工的空隙，21为针电极，22为板电极，23为有机玻璃板，24为圆柱形小孔，25为针悬浮电极，26为方孔上的挡板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所提供的中压开关柜局部放电检测试验平台做进一步的解释说明。

如图2所示，本发明的中压开关柜局部放电检测试验平台，包括支撑台9、金属柜体1、信号检测单元、故障模型8和工频高压源。

金属柜体1外部尺寸为800*800*1000mm³，壁厚1.5mm，参见图3和图4，金属柜体1左、右侧面分别开有5个等距离方孔左侧方孔16和右侧方孔17，右侧方孔面积为左侧方孔面积的两倍，方孔上覆盖有磁性挡板26。

金属柜内有加湿器3，金属柜体1内壁上下安置有温湿度计5(a)和5(b)，用于监测柜体内的温度和湿度。

共有三根对称分布竖在金属柜体内的导电杆6，每根导电杆6由上、下导电杆6(a)、6(b)构成，上导电杆的上端穿出金属柜体顶部并连接有绝缘子接线柱2、下端与故障模型的固定装置7的上螺杆快速夹头7(a)连接，下导电杆的上端连接故障模型的固定装置的下螺杆快速夹头7(b)连接、下端与金属柜体连接。

故障模型8包括模型和固定装置7，固定装置7由上下对称两部分上、下螺杆快速夹头7(a)、7(b)组成，分别与故障模型8的上下电极相连；固定装置7(b)与下导电杆6(b)相连；下导电杆6(b)与罗氏线圈11和金属柜体1连接。

金属柜体1由支撑平台9支撑，支撑平台9的垂直高度1000mm，台面为边长1000mm的正方形，底部固定4个可锁死滑轮，便于移动。

导电杆6(a)与固定装置7(a)上半部分通过100mm长的细螺纹连接，导电杆6(b)与固定装置7(b)通过100mm长的细螺纹连接，用于调节固定装置7(a)与7(b)的间距；

固定装置7的前端为快速夹头，最大适用直径为20mm。

高压探头4与罗氏线圈11连接第一数字示波器12(1)，第一数字示波器12(1)还与超声波探头14相连；超高频探头13和TEV探头15与第二数字示波器12(2)相连。

高压探头4用于读取进线的电压波形，罗氏线圈11用于获取局部放电的电流波形；

超高频探头13放置在方孔16或者方孔17附近，通过感应局部放电产生的高频电磁波检测局部放电信号；

超声波探头14粘附在方孔16或者方孔17附近，通过感应局部放电产生的超声波检测局部放电信号；

TEV探头15粘附在金属柜1的外壁，通过感应局部放电在金属柜外表上感生的对地电压检测局部放电信号。

加湿器3工作时置于金属柜内部，用于增加试验环境的湿度；

温湿度计5(a)和5(b)分别设置在金属柜1内壁的上端和下端，柜体内的温度、湿度取两个温湿度计的平均值。

如图3和图4所示，方孔16和方孔17各包括5个等距等面积方孔，方孔16的内截面尺寸为100*6mm²，方孔17的内截面尺寸为100*12mm²，用于探究开孔大小和位置对信号检测的影响。

如图3所示，挡板26为一组10块磁性方板，截面尺寸是120mm*20mm，可根据需要粘附在方孔16和17的上方或移开，用于电磁屏蔽和防尘。

故障模型8包括绝缘空隙故障模型、针-板故障模型和悬浮电位故障模型。

如图5所示，绝缘空隙故障模型由对称上下电极18、对称上下有机玻璃板19和对称上下空隙20粘合而成。电极18直径16mm，长度60mm，两端呈半球形，表面打磨；有机玻璃板19直径100mm，单层厚度30mm；电极18嵌入有机玻璃板内，顶端与圆柱形空隙20的距离固定为2mm。

如图6所示，针-板故障模型的针电极21长度50mm，针尖曲率30微米；板电极22直径100mm，顶角处倒角，表面打磨；试验此故障模型时将针电极固定于上夹头7(a)，板电极固定于下夹头7(b)，通过调节导电杆与固定装置的配合螺纹改变电极间距。

如图7和图8所示，悬浮电位故障模型的有机玻璃板23直径100mm，厚度60mm；电极18嵌入有机玻璃板23中10mm，在高压电极周围每隔90度，依次以1mm，1.5mm，2mm和2.5mm的最短距离分布4个直径1mm，深度20mm的小孔24；悬浮电极25为日常用钢针，放置在小孔24内。

分别如图9、图10和图11所示，绝缘空隙故障模型的电场集中在空穴20中，因此空穴20将优先击穿；针-板故障模型的电场主要集中在针电极21的针尖处，形成电晕放电；悬浮电位故障模型在悬浮电极25周围感应强烈的电场,且以针尖电场最高，容易诱发电晕放电甚至击穿。

本发明所提供的中压开关柜局部放电检测试验平台的工作步骤如下：

将需要试验的故障模型8固定在固定装置7上，可最多同时试验3套故障模型。对于针-板故障模型可通过调节导电杆6与固定装置7的配合螺纹改变针电极21与板电极22的间距。根据图1，布置超声波探头14在方孔16或者方孔17上，超高频探头13放置在方孔16或者方孔17附近，TEV探头15粘附在金属柜外壁上，罗氏线圈11环绕在接地导电杆6(b)上，高压探头4与绝缘子进线柱2连接。

如果试验需要改变环境湿度，系统未通电前打开加湿器3增加湿度，停止3分钟后读取两块温湿度计5的读数；打开各传感器的数字示波器通道；将工频高压源接入进线柱2，调节电压幅值，各传感器进行局部放电信号信息采集。

Claims (2)

1.一种中压开关柜局部放电检测试验平台，其特征是：包括金属柜体、故障模型、导电杆、信号检测单元和工频高压源；

所述金属柜体左、右侧面分别开有多个方孔，右侧方孔面积为左侧方孔面积的两倍，方孔上方覆盖有磁性挡板；金属柜体的内部设有小型加湿器、内壁上下各安装有温湿度计；

所述故障模型包括模型和固定装置，固定装置由对称的上、下螺杆快速夹头组成，模型为针-板故障模型、绝缘空隙故障模型和悬浮电位故障模型，固定在所述固定装置的上、下螺杆快速夹头之间；

所述的导电杆共有三根并对称分布竖在所述的金属柜体内，每根由上、下导电杆构成，上导电杆的上端穿出金属柜体顶部并连接绝缘子接线柱、下端与故障模型的固定装置的上螺杆快速夹头连接，下导电杆的上端连接故障模型的固定装置的下螺杆快速夹头、下端与金属柜体连接；

所述信号检测单元包括超声波传感器、超高频传感器、TEV传感器、罗氏线圈、高压探头和第一、第二数字示波器，超声波传感器设置在金属柜体左、右侧面的方孔附近，通过屏蔽共轴电缆与第一数字示波器连接；超高频传感器设置在金属柜体左、右侧面的方孔附近，通过屏蔽共轴电缆与第二数字示波器连接；TEV传感器粘附在金属柜体外表面上，通过屏蔽共轴电缆与第二数字示波器连接；罗氏线圈环绕在下导电杆上，通过屏蔽共轴电缆与第一数字示波器连接；高压探头设在绝缘子接线柱的高压进线上，通过屏蔽共轴电缆与第一数字示波器连接；

所述的工频高压源接入绝缘子接线柱；

所述针-板故障模型的针电极长度50mm、针尖曲率为30微米，板电极直径100mm，针电极与板电极分别固定在所述固定装置的上、下螺杆快速夹头部分，间距可调；

所述绝缘空隙故障模型由对称的上下电极、对称的上下有机玻璃板和对称的上下空隙粘合而成，电极直径16mm，长度60mm，两端呈半球形，表面打磨；有机玻璃板直径100mm，单层厚度30mm；电极嵌入有机玻璃板内，顶端与圆柱形空隙的距离固定为2mm；

所述悬浮电位故障模型包括两个圆柱形电极，一个有机玻璃块和悬浮针电极；所述圆柱形电极两端为半球形，嵌入有机玻璃块内10mm深度，两者紧密配合；所述有机玻璃块上表面围绕圆柱形电极周围每隔90°有一个直径1mm，深度20mm的小孔；所述小孔与圆柱形表面的最短距离分别为1mm，1.5mm，2mm，2.5mm；针电极放置在前述4个小孔中的任何一个。

2.根据权利要求1所述的中压开关柜局部放电检测试验平台，其特征是：所述的金属柜体设在一支撑台上，支撑台包括台面与4根支撑柱，支撑柱底部安装有可锁死滑轮，便于移动。