CN104407230B - 用于高压套管的频域介电谱测量装置 - Google Patents

用于高压套管的频域介电谱测量装置 Download PDF

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本发明涉及一种用于高压套管的频域介电谱测量装置，包括：上位机、信号发生采集模块、高压放大模块以及电流放大模块；信号发生采集模块包括USB接口端、扫描信号输出端、采集电压输入端以及泄露电流输入端，USB接口端与上位机相连；所述扫描信号输出端与高压放大模块输入端相连，所述高压放大模块输出端与被测高压套管的高压端相连；采集电压输入端连接至分压电阻R1和分压电阻R2之间，所述泄露电流输入端经过电流放大模块与被测高压套管的末屏端子相连。本发明的频域介电谱测量装置能够准确而快速地得到变压器高压套管的频域介电谱，进而对变压器高压套管的绝缘状态作出准确评估，能够应用于油浸式电力变压器现场的频域介电谱测量。

Description

用于高压套管的频域介电谱测量装置
【技术领域】
本发明涉及电气设备绝缘检测技术领域，特别是涉及一种用于高压套管的频域介电谱测量装置。
【背景技术】
目前，我国111KV及以上大型变压器主要采用油浸式电力变压器。油浸式电力变压器是电力传输和分配的核心和枢纽，它的稳定运行对于整个电力系统具有重要的意义。在油浸式电力变压器的故障中，高压套管绝缘故障占有较大的比重。作为油浸式电力变压器的重要组成部分，高压套管起着使高低压引线对地绝缘和固定高低压引线的作用。通过对油浸式电力变压器的高压套管绝缘特性的测试，能够及时发现变压器套管的潜伏性故障，避免发生突发性的绝缘故障，将在很大程度上有利于电力系统的安全运行。
国内外对于变压器高压套管绝缘状态诊断领域采用的研究方法主要包括：回复电压法(RVM)、极化去极化电流法(PDC)和频域介电谱法(FDS)等。RVM和PDC都是基于时域介质响应理论的电气测量。对于RVM来说，由于电介质响应中包含很多的界面松弛极易偶记松弛等极化过程，所以对RVM测量结果的解释比较困难，不易诊断高压套管的绝缘状态。对于PDC来说，在高压套管异常老化(热老化或介质老化等)的情况下，通过使用PDC检测高压套管测试结果所形成的曲线容易歪曲，导致无法准确诊断高压套管的绝缘状态。
FDS是一种基于频域介电响应的电气测量方法，相比前面两种方法，FDS携带信息丰富，受噪音干扰程度小，所需实验电源电压低，能够克服RVM和PDC的缺陷，但是目前FDS大都处于实验阶段，在检测领域目前还没有应用于油浸式电力变压器现场的频域介电谱的专用测量装置或者仪器，使得FDS的推广受到限制。
【发明内容】
基于此，有必要针对现有技术中检测领域目前没有频域介电谱专用测量装置的问题，提供一种用于高压套管的频域介电谱测量装置。
一种用于高压套管的频域介电谱测量装置，包括：上位机、信号发生采集模块、高压放大模块以及电流放大模块；
所述信号发生采集模块包括USB接口端、扫描信号输出端、采集电压输入端以及泄露电流输入端，所述USB接口端与上位机相连；所述上位机控制信号发生采集模块发出扫描信号，并接受信号发生采集模块所收集用于计算频域介电谱的采集电压和泄露电流；
所述扫描信号输出端与高压放大模块输入端相连，所述高压放大模块输出端一方面与被测高压套管的高压端相连，另一方面经过分压电阻R1和分压电阻R2接地；
所述采集电压输入端连接至分压电阻R1和分压电阻R2之间，所述泄露电流输入端经过电流放大模块与被测高压套管的末屏端子相连。
本发明信号发送采集模块经过上位机的控制产生不同频率的扫描信号，扫描信号经过高压放大模块放大后注入被测高压套管，被测高压套管的泄露电流经过电流放大模块放大后被信号发送采集模块的泄露电流输入端采集，然后信号发生采集模块获取采集电压与泄露电流，最后由上位机计算采集电压和泄露电流间的介质损失角，从而获取被测高压套管的频域介电谱特性曲线。本发明所述的频域介电谱测量装置能够准确而快速地得到变压器高压套管的频域介电谱，进而对变压器高压套管的绝缘状态作出准确评估，能够应用于油浸式电力变压器现场的频域介电谱测量。
【附图说明】
图1为本发明用于高压套管的频域介电谱测量装置一种实施例的电路结构示意图；
图2为本发明用于高压套管的频域介电谱测量装置中高压放大模块一种实施例的结构示意图；
图3为本发明用于高压套管的频域介电谱测量装置中电流放大模块一种实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
请参阅图1，其是发明用于高压套管的频域介电谱测量装置一种实施例的电路结构示意图。
一种用于高压套管的频域介电谱测量装置，包括：上位机10、信号发生采集模块20、高压放大模块30以及电流放大模块40；
所述信号发生采集模块20包括USB接口端、扫描信号输出端、采集电压输入端以及泄露电流输入端，所述USB接口端与上位机10相连；所述上位机控制信号发生采集模块20发出扫描信号，并接受信号发生采集模块20所收集用于计算频域介电谱的采集电压和泄露电流；优选地，所述信号发生采集模块20基于NI(National Instrument，国家半导体)USB-6211采集卡的信号发生采集模块。NI USB-6211采集卡是一款多功能USB总线供电的DAQ(Data Acquisition，数据采集)模块，具有采样精度高，最大能够支持16路模拟输入，2路模拟输出，单通道采样率可达250 kS/s。因此，所述信号发生采集模块20最大可以包括1个采集电压输入端和15路泄露电流输入端。优选地，所述信号发生采集模块20包括10路泄露电流输入端，以减轻所述高压放大电路的负荷压力。所述信号发生采集模块20可同时对10个高压套管进行泄露电压采集，使得测试时间能够大幅度节省。
所述扫描信号输出端与高压放大模块30输入端相连，所述高压放大模块30输出端一方面与被测高压套管的高压端相连，另一方面经过分压电阻R1和分压电阻R2接地；
所述采集电压输入端连接至分压电阻R1和分压电阻R2之间，所述泄露电流输入端经过电流放大模块40与被测高压套管的末屏端子相连。
上位机10通过USB连接线与信号发生采集模块20的USB端连接，上位机10控制信号发生采集模块发出预设频率的扫描信号，扫描信号经过高压放大模块放大后作用在高压套管上。信号发生采集模块通过采集电压输入端和泄露电流输入端采集得到多个高压套管的泄漏电流大小和相位，然后上位机10通过分析计算不同频率下的采集电压和泄露电流的相位差，得到不同频率下的变压器高压套管的频域接地那片，用所述频域介电谱分析高压套管的绝缘状态。在所述扫描信号为低频信号时，所述信号发生采集模块20可同时对10个高压套管进行泄露电压采集，使得测试时间能够大幅度节省。在扫描信号为高频信号时，只对进行单通道循环测试，也就是说一个时间段内只对一个被测高压套管进行测试，以降低对信号发生采样模块20的采样频率要求。
本发明信号发送采集模块经过上位机的控制产生不同频率的扫描信号，扫描信号经过高压放大模块放大后注入被测高压套管，被测高压套管的泄露电流经过电流放大模块放大后被信号发送采集模块的泄露电流输入端采集，然后信号发生采集模块获取采集电压与泄露电流，最后由上位机计算采集电压和泄露电流间的介质损失角，从而获取被测高压套管的频域介电谱特性曲线。本发明所述的频域介电谱测量装置能够准确而快速地得到变压器高压套管的频域介电谱，进而对变压器高压套管的绝缘状态作出准确评估，能够应用于油浸式电力变压器现场的频域介电谱测量。
请参阅图2，其是本发明用于高压套管的频域介电谱测量装置中高压放大模块一种实施例的结构示意图。
在一个优选的实施例中，上述高压放大模块30可以包括：高压放大器301、保险丝302以及限流电阻303；
其中，所述高压放大器301输入端与所述信号发送采集模块的扫描信号输出端相连，所述高压放大器输出端经过限流电阻一方面与被测高压套管的高压端相连，另一方面经过分压电阻R1和分压电阻R2接地；所述保险丝两端分别与高压放大器输出端以及限流电阻连接。
高压放大器301优选型号为PA15FL，PA15FL放电电压最高可达450V，其最大输出电流可达200mA。
通过高压放大器301对扫描信号的电压进行放大，使得输出至被测高压套管足够大，保证被测高压套管的泄露电流能够被检测接收，另外，通过保险丝302和限流电阻303防止流经高压放大器301的电流过大，避免高压放大器301因电流过大而烧坏，从而保护高压放大器301的使用寿命。
请参阅图3，其是本发明用于高压套管的频域介电谱测量装置中电流放大模块一种实施例的结构示意图。
在一个优选的实施例中，上述电流放大模块包括：运算放大器401以及放大电阻Rf；
所述运算放大器401的正向输入端接地，反向输入端与被套高压套管的末屏端子相连，所述放大电阻Rf一端与运算放大器401的反向输入端相连，另一端与运算放大器401的输出端相连。
被测高压套管的泄露电流理论值在500pA-0.5mA之间，在深度负反馈的情况下，运算放大器401输出电压Eout≈-IinRf，其中，Iin为泄露电流，Rf为放大电阻的阻值，也就是说电流放大模块40将泄露电流放大成适合采集的泄露电压输出到信号发生采集模块。优选地，所述运算放大器401为AD712运算放大器。AD712运算放大器是一款双通道、精密、低成本、高速运算放大器，开环放大倍数为400V/mV，单位增益带宽3MHz，失调电压0.3mV。具有开环放大倍数大，单位增益带宽大以及失掉电压小的特点，能够保证泄露电流经过放大后波形和相位能够不失真。
通过运算放大器401将泄露电流放大成适合采集的泄露电压输出到信号发生采集模块，能够降低泄露电流的采集难度，能够避免通过串联电阻采集泄露电流时导致产生电流相位误差的问题。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种用于高压套管的频域介电谱测量装置，其特征在于，包括：上位机、信号发生采集模块、高压放大模块以及电流放大模块；
所述信号发生采集模块包括USB接口端、扫描信号输出端、采集电压输入端以及泄露电流输入端，所述USB接口端与上位机相连；所述上位机控制信号发生采集模块发出扫描信号，并接受信号发生采集模块所收集用于计算频域介电谱的采集电压和泄露电流；所述信号发生采集模块包括10路泄露电流输入端；
所述扫描信号输出端与高压放大模块输入端相连，所述高压放大模块输出端一方面与被测高压套管的高压端相连，另一方面经过分压电阻R1和分压电阻R2接地；
所述采集电压输入端连接至分压电阻R1和分压电阻R2之间，所述泄露电流输入端经过电流放大模块与被测高压套管的末屏端子相连。
2.根据权利要求1所述的用于高压套管的频域介电谱测量装置，其特征在于，所述高压放大模块包括：高压放大器以及限流电阻，其中所述高压放大器输入端与所述信号发送采集模块的扫描信号输出端相连，所述高压放大器输出端经过限流电阻一方面与被测高压套管的高压端相连，另一方面经过分压电阻R1和分压电阻R2接地。
3.根据权利要求2所述的用于高压套管的频域介电谱测量装置，其特征在于，所述高压放大模块还包括：保险丝，所述保险丝两端分别与高压放大器输出端以及限流电阻连接。
4.根据权利要求1所述的用于高压套管的频域介电谱测量装置，其特征在于，所述电流放大模块包括：运算放大器以及放大电阻，所述运算放大器的正向输入端接地，反向输入端与被套高压套管的末屏端子相连，所述放大电阻一端与运算放大器的反向输入端相连，另一端与运算放大器的输出端相连。
5.根据权利要求4所述的用于高压套管的频域介电谱测量装置，其特征在于，所述运算放大器为AD712运算放大器。
6.根据权利要求1所述的用于高压套管的频域介电谱测量装置，其特征在于，所述信号发生采集模块为基于NIUSB-6211采集卡的信号发生采集模块。
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