CN103954895A - 一种油纸复合绝缘电老化试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油纸复合绝缘电老化试验系统，包括：交直流高压电源、高压阻容分压器、油纸绝缘试品罐体、局部放电测试仪和上位机；交直流高压电源与油纸绝缘试品罐体连接；高压阻容分压器与油纸绝缘试品罐体连接；局部放电测试仪与油纸绝缘试品罐体连接，并对其内部局部放电信号进行采集；上位机，与交直流高压电源、局部放电测试仪双向通信连接。本发明采用交直流复合电压对油纸绝缘，尤其固体绝缘纸板进行精确的加速老化，实现了油纸绝缘电老化的实验室测试。

Description

一种油纸复合绝缘电老化试验系统

技术领域

本发明属于电力领域，特别涉及一种油纸复合绝缘电老化试验系统。

背景技术

油纸复合绝缘是电力设备主要的绝缘方式，其在运行过程中不可避免出现老化/劣化问题将极大影响设备的运行可靠性。为适应电力设备电压等级、容量逐步提高及体积小型化等迫切需求，原有油纸复合绝缘受传统电介质绝缘理论及试验手段等技术条件的限制，设备运行可靠性大幅降低，实际使用寿命往往难以达到设计预期，更无法满足电力用户的需求，尤其在设备过负荷、检修状态或发生故障等情况下，导致设备运行的经济性和可靠性严重下降。

油纸绝缘作为输变电设备的主要绝缘方式，其运行可靠性对整个输电系统而言，具有重要作用。国内外不少研究表明，除了热应力外，油纸复合绝缘老化的电老化/劣化还与诸多电应力因素相关，如波形、幅值、施加电压时间等。目前，针对油纸复合绝缘热老化理论及试验方法相对成熟，但尚无成熟的适用于油纸绝缘电老化试验系统，不能满足电网油浸式设备安全可靠性要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种油纸复合绝缘电老化试验系统，所述系统包括交直流高压电源、油纸绝缘试品罐体、高压阻容分压器，和局部放电测试仪，其特征在于：

交直流高压电源与油纸绝缘试品罐体连接，用于为油纸绝缘试品罐体中的油纸绝缘试品施加电老化试验所需的交流高压或直流高压，或交流高压和直流高压所复合形成的复合电压；

高压阻容分压器与油纸绝缘试品罐体连接，用于对所述施加的交流电压或直流电压，或复合电压进行测量；

局部放电测试仪，用于对油纸绝缘试品内部的局部放电信号进行采集；

所述系统还包括上位机，所述上位机与交直流高压电源、局部放电测试仪连接，且用于接收所述局部放电测试仪输出的局部放电信号，并通过所述局部放电信号来控制交直流高压电源以实现对施加于油纸绝缘试品的所述交流高压或直流高压的幅值和/或波形的控制，或实现对施加于油纸绝缘试品的所述复合电压的幅值和/或波形的叠加控制。

本发明的技术效果为：采用局部放电测试仪对施加在油纸绝缘上的电应力进行准确测量，实现油纸绝缘实验室加速电应力老化试验。系统能够适用于多种油纸绝缘系统的加速电老化试验，采用局部放电仪进行电应力测量，实现油纸绝缘施加电应力的实时准确控制，保证油纸绝缘状态的加速老化控制，同时大幅提升油纸绝缘电老化数据的可用性。本发明既能够对施加在油纸绝缘试品上的交流高压与直流高压复合形成的复合电压进行控制，实现交直流电压的叠加控制；也能够对直流电源和交流电源独立调节。

附图说明

图1为本发明电老化试验系统结构示意图；

图2为本发明的交直流高压电源与油纸绝缘试品罐体连接示意图；

图3为本发明的罐体结构示意图；

图4为本发明的局部放电检测结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

请参阅图1，本发明的电老化试验系统包括交直流高压电源、油纸绝缘试品罐体、高压阻容分压器、局部放电测试仪和上位机；交直流高压电源与油纸绝缘试品罐体连接，为油纸绝缘提供电老化所需的电压；高压阻容分压器与油纸绝缘试品罐体连接，用于对所述施加的交流电压或直流电压，或复合电压进行测量；局部放电测试仪用于对油纸绝缘试品内部的局部放电信号进行采集；上位机，与交直流高压电源、局部放电测试仪双向通信连接，接收局部放电测试仪的放电信号，并对试品的外施电压进行幅值和波形控制。

本发明中的交直流电源包括交流电压、直流电压及交直流复合电压等。

如图2所示，以交直流复合电压为例，图2示出了直流电源、交流电源与油纸绝缘试品的具体接线图并示意了所述交直流耦合电路。交直流电源用于产生超过油纸绝缘试品额定的复合电压，并施加在油纸绝缘试品上，令油纸绝缘试品产生加速电老化，所述交直流耦合电路至少包括耦合电容、滤波电感和抗短路电感，其中图中C₁为耦合电容，隔除直流电源对交流电源的影响，并耦合高频高压至直流高压。L₁为滤波电感，隔除交流电源对直流电源影响，并滤除直流电源输出的纹波，取值满足ωL₁>>1/ωC₁，其中ω为电流的频率。L₂为抗短路电感。高压阻容分压器与油纸绝缘试品罐体相连接，当该分压器选择合适级别的高输入阻抗时，还能降低测试电流，且便于确保电容器在高频范围内的任何频率下测得的低电压端子和接地端子之间的杂散电容值不超过200pF，杂散电导不超过20μS，功耗小，能实现更稳定的性能，和更佳的测量精度，从而用于对施加在油纸绝缘试品上的复合电压进行更准确的测量。

有别于其它油纸复合绝缘单纯提高试验温度的传统加速热老化方法，本发明一方面能够分别对交直流电源调压器的组合控制，利用交直流耦合电路实现对油纸绝缘试品灵活施加多种电压方式(交流高压、直流高压和/或交直流复合高压等)，另一方面通过不同绝缘油、绝缘纸板材料的组合，并利用可更换的电极结构(例如尖板电极、板板电极及悬浮电极等电极结构)实现不同油纸绝缘试品产生多种类型的局部放电(电晕放电、表面放电、空穴放电及悬浮电极等)，因此本发明通过控制施加在油纸绝缘试品上的电压幅值(1.1U_PDIV～1.4U_PDIV，U_PDIV为局部放电起始电压)与波形，使试品上获得超过其正常运行电压但低于击穿耐受的外施电压，并引起试品内部产生不同能量级别的局部放电，并以局部放电测试仪对放电能量进行测量，从而以放电能量控制并实现油纸绝缘试品的加速电老化。

可选的，油纸绝缘试品罐体除罐体自身外还包括电极结构、高压套管、油压表、油温测量装置；其中，所述试品罐体作为交直流电源的负载，罐体内部充变压器油，所述电极结构用于放置油纸绝缘试品以便实施电老化试验；所述高压套管用于将所述交流高压、直流高压或复合电压引入试品罐体并施加于电极结构上，所述油压表用于测量罐体内部变压器油的油压，所述油温测量装置用于测量罐体内部变压器油的温度。

本发明的交直流高压电源包括控制台、高压直流电源、高压交流电源、交直流耦合电路和调压器组成，控制台、调压器、高压电源顺次连接，所述控制台用于在试验过程中实现所述交流高压、直流高压和复合电压这三种电压模式的切换控制；所述调压器分别连接于交流高压及直流高压的电源端，以用于对施加于油纸绝缘试品的交流高压和/或直流高压的电压进行调整；上位机与调压器连接，且上位机通过调压器、并通过所述局部放电信号来利用所述调压器控制交直流高压电源以实现对施加于油纸绝缘试品的所述交流高压或直流高压的幅值和/或波形的控制，或实现对施加于油纸绝缘试品的所述复合电压的幅值和/或波形的叠加控制；所述的交直流耦合电路与高压直流电源、高压交流电源相连接，用于交直流电压的叠加；所述的高压阻容分压器用于对负载电压幅值和波形进行准确测量。

本发明的试品罐体如图3所示，上电极利用环氧板进行固定，高电压信号利用高压套管引入油纸绝缘试品罐体的上电极，作为被测对象的绝缘纸板放置在接地电极及信号电极上，罐体内充变压器油，并应用环氧板对罐体进行密封。

图4为本发明局部放电测试仪接线方式示意图，如图4所示，局部放电测试仪对罐体内局部放电信号的获取有两种方式，其一是通过所述分压器的低压臂采集局部放电电压信号，其二是通过串联于所述油纸绝缘试品罐体的接地线上的测量阻抗来采集局部放电电压信号。如果有必要，也可以将电压信号转为电流信号来采集。通过GPIB通信模块或者其他适宜的通信方式将采集的局部放电信号远传至上位机进行分析处理，同时也能与上位机进行数据交互，如对交直流高压电源输出电压波形和幅值进行设置。

本发明的上位机用于对各被试油纸绝缘试品的局部放电数据进行监控，如发现异常将发出报警，同时上位机可以通过远程控制油纸绝缘试品上的电压进行调控。

可选的，上位机包括至少一监视器，监视器上显示其所接收的局部放电测试仪发送的局部放电信号，且：

上位机具备对局部放电测试仪的信号采集参数进行设置的能力，包括采样频率、测试时间、数据显示方式选择；其中：采样频率的范围为0-1MHz；测试时间的范围为从零至数小时；数据显示方式则有二维的Q-φ，N-φ方式和三维的Q-φ-T，N-Q-φ方式，N表示放电重复次数，Q表示放电量，φ表示放电相位。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种油纸复合绝缘电老化试验系统，所述系统包括交直流高压电源、油纸绝缘试品罐体、高压阻容分压器，和局部放电测试仪，其特征在于：

交直流高压电源与油纸绝缘试品罐体连接，用于为油纸绝缘试品罐体中的油纸绝缘试品施加电老化试验所需的交流高压或直流高压，或交流高压和直流高压所复合形成的复合电压；

高压阻容分压器与油纸绝缘试品罐体连接，用于对所述施加的交流电压或直流电压，或复合电压进行测量；

局部放电测试仪，用于对油纸绝缘试品内部的局部放电信号进行采集；

所述系统还包括上位机，所述上位机与交直流高压电源、局部放电测试仪连接，且用于接收所述局部放电测试仪输出的局部放电信号，并通过所述局部放电信号来控制交直流高压电源以实现对施加于油纸绝缘试品的所述交流高压或直流高压的幅值和/或波形的控制，或实现对施加于油纸绝缘试品的所述复合电压的幅值和/或波形的叠加控制。

2.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于：所述交直流高压电源包括控制台、高压直流电源、高压交流电源、交直流耦合电路和调压器，控制台、调压器、高压直流电源抑或高压交流电源顺次连接，其中：

所述控制台用于在试验过程中实现所述交流高压、直流高压和复合电压这三种电压模式的切换控制；

所述调压器分别连接于交流高压及直流高压的电源端，以用于对施加于油纸绝缘试品的交流高压和/或直流高压的电压进行调整；上位机与调压器连接，且上位机通过调压器、并通过所述局部放电信号来利用所述调压器控制交直流高压电源以实现对施加于油纸绝缘试品的所述交流高压或直流高压的幅值和/或波形的控制，或实现对施加于油纸绝缘试品的所述复合电压的幅值和/或波形的叠加控制；

所述的交直流耦合电路与高压直流电源、高压交流电源相连接，用于交直流电压的叠加以实现所述复合电压；

所述交直流耦合电路至少包括耦合电容、滤波电感和抗短路电感，其中耦合电容用来隔除直流电源对交流电源的影响，并耦合高频高压至直流高压；其中滤波电感用来隔除交流电源对直流电源影响，并滤除直流电源输出的纹波；其中抗短路电感用来限制由试品短路造成的过大电流。

3.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于：所述油纸绝缘试品罐体除罐体自身外还包括可更换电极结构、高压套管、油压表、油温测量装置；其中：

所述试品罐体作为交直流电源的负载，罐体内部充变压器油；

所述可更换电极结构包括尖板电极、板板电极及悬浮电极结构，用于放置油纸绝缘试品以便实施电老化试验；

所述高压套管用于将所述交流高压、直流高压或复合电压引入试品罐体并施加于电极结构上；

所述油压表用于测量罐体内部变压器油的油压，所述油温测量装置用于测量罐体内部变压器油的温度。

4.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于：所述局部放电测试仪对罐体内局部放电信号的获取有两种方式，其一是通过所述分压器的低压臂采集局部放电信号，其二是通过串联于所述油纸绝缘试品罐体的接地线上的测量阻抗来采集局部放电信号。

5.据权利要求1所述的试验系统，其特征在于：

上位机包括至少一监视器，监视器上显示其所接收的局部放电测试仪发送的局部放电信号，且：

上位机具备对局部放电测试仪的信号采集参数进行设置的能力，包括采样频率、测试时间、数据显示方式选择；其中：采样频率的范围为0-1MHz；测试时间的范围为从零至数小时；数据显示方式则有二维的Q-φ，N-φ方式和三维的Q-φ-T，N-Q-φ方式，N表示放电重复次数，Q表示放电量，φ表示放电相位。

6.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于：优选的，所述的油纸绝缘试品包括矿物油、植物油、硅油、绝缘纸、绝缘板、绝缘木。