一种变压器用光纤式油温传感器性能检测装置
技术领域
本发明涉及一种检测装置,具体讲涉及一种变压器用光纤式油温传感器的性能检测装置,属于智能电器领域。
背景技术
随着用电量的急剧增长,用电不平衡问题表现尤为突出,很多地方面临用电紧缺的问题。在用电紧缺的地方需要开展电网互联,发展特高压坚强智能电网。电网已成为工业化、信息化社会发展的基础和重要组成部分;同时,电网也在不断吸纳工业化、信息化成果,使各种先进技术在输变电一次设备中得到集成应用,这极大提升了变压器设备的智能化程度。
变压器的安全运行和使用寿命是和运行温度密切相关的,变压器标准中规定了变压器运行时油顶层温度和绕组平均温度;因此,变压器使用单位要求监测变压器运行时油顶层温度和绕组温度,并以这些数据和变压器运行导致来确定变压器允许的负荷。目前变电站中油浸式风冷变压器(或强迫油循环风冷变压器)的温度计及其温度控制指示器,在电力系统中已广泛运用,起到测量和控制变压器油温,便于变电站及其集控中心、操作队、调度中心等值班人员监视变压器运行状况,并且给变压器非电量保护提供温度控制节点信号。如:在油温高于设定值时自动投入冷却系统,在油温低于设定值时自动退出冷却系统,来改善变压器运行工况;强迫油循环风冷系统失电,且温度高于设定值时主变压器跳闸。变压器温度测量通常使用压力式/铂电阻温度计测量油顶层温度,对于变压器绕组温度测量通常采用互感器换算的方法,即根据压力式/铂电阻探头先测量油面温度,然后根据变压器套管CT的二次电流与温度的换算关系,模拟得到绕组的温度,这种测量方法并不准确,是一个理论计算值。压力式温度计由温包、毛细管和指示仪表组成,但变压器需要远距离采集温度时需要将温包和铂电阻做成复合结构,铂电阻输出信号与数显温控仪配合使用可实现变压器油温的远程温度信号采集。
近几年,随着变电站综自改造,主变压器温度计和油位计的室内外指示不正确情况每年都要发生几次,特别是老变电站的主变压器温度计及其变送器已经无法使用,严重影响调度运行系统值班人员对变压器的运行状况的正确判断,温度计偏差超标还直接影响非电量保护正确动作,不利于变压器安全运行。传统的模拟型主变压器温度计及其温度控制器本身就有几度的误差,随着时间的推移,热敏元件、机械表计和数码温度显示器、温度变送器的电阻等元件相继老化,造成误差增大或故障是在所难免,导致传感器使用寿命不长。
光纤式油温测量系统由光纤式油温传感器、光纤解调仪和电脑等组成。光纤式油温传感器直接接触绝缘油和绕组温度,其测量数据更为准确可靠,在变电站内传输时为光纤传输,不存在信号干扰等问题;近几年已开展部分应用,但光纤式油温测量系统入网时缺乏检测校验,其性能和可靠性验证不足,如直接在现场安装后进行验证,出现问题不易更换和维护。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述问题,本发明提供一种变压器用光纤式油温传感器性能检测装置。
本发明提供的技术方案是:一种变压器用光纤式油温传感器性能检测装置,其改进之处在于:所述检测装置包括变压器油箱模拟装置,所述变压器油箱模拟装置包括内部充有绝缘油的油箱,所述油箱上安装有水银温度计和光纤式油温传感器;所述水银温度计和所述光纤式油温传感器分别测量绝缘油的油温温度;所述光纤式油温传感器与一温度采集系统相连。
优选的,所述变压器油箱模拟装置还包括用于加热所述绝缘油的加热装置、以及使所述油箱内的绝缘油产生固定油压并使所述油箱内的绝缘油循环流动的强迫油循环系统;所述水银温度计和所述光纤式油温传感器分别安装在油箱顶部。
进一步,所述加热装置包括设于所述油箱内的加热电阻丝,以及设于所述油箱外的电源和调压器,所述电源、所述调压器以及所述加热电阻丝依次并联;所述调压器通过调节输出电压改变所述加热电阻丝两端的电压,以控制所述加热电阻丝给所述绝缘油加热。
进一步,所述强迫油循环系统包括存储有绝缘油的储油系统和设于所述储油系统内的油泵,所述油泵两端分别通过输油管道与所述油箱连接;所述油泵一端的输油管道上设有第一截止阀,其另一端的输油管道上分别设有压力计、流量计、以及位于所述流量计和所述压力计之间的第二截止阀;
所述强迫油循环系统通过如下方式使油箱内的绝缘油产生固定油压:关闭所述第二截止阀;开启所述第一截止阀;启动所述油泵工作;用所述压力计检测绝缘油压:当所述油压达到0.2Mpa时,关闭所述油泵,使所述油箱内的绝缘油保持0.2Mpa的油压;
所述强迫油循环系统通过如下方式使所述绝缘油循环流动:开启所述第一截止阀和所述第二截止阀;控制所述油泵工作;用流量计检测所述绝缘油的流速;调节所述油泵的输出功率,以使所述绝缘油的流速满足试验需求。
优选的,所述变压器油箱模拟装置还包括垂直安装在所述油箱顶部的变压器套管和连接所述变压器套管的故障模拟装置,所述故障模拟装置用于模拟所述变压器的运行故障。
优选的,所述变压器油箱模拟装置还包括垂直安装在所述油箱顶部的变压器套管、以及设于所述油箱内的振动模拟装置,所述振动模拟装置用于模拟变压器套管在运行过程中油箱的振动。
进一步,所述变压器套管包括高压变压器套管和低压变压器套管,所述高压变压器套管和所述低压变压器套管的底端贯穿所述油箱后浸没在绝缘油内,所述高压变压器套管和所述低压变压器套管的顶端位于外部空气环境当中;所述高压变压器套管的顶端与高压电源相连;所述低压变压器套管的顶端和所述油箱分别接地。
进一步,所述故障模拟装置包括用于模拟局部放电的电极模型和用于测量所述电极模型放电信号的局部放电检测系统;所述电极模型串联在所述高压变压器套管的底端和所述低压变压器套管的底端之间,用于模拟变压器故障;
所述局部放电检测系统包括设于所述油箱外部的局部放电检测电路和/或设于所述油箱内部的UHF局部放电传感器;所述局部放电传感器的输出端与油箱外的UHF局放检测仪相连,用于检测电极模型的局部放电信号,并将所述局部放电信号上传至UHF局放检测仪进行显示;
所述局部放电检测电路包括耦合电容Ck和检测阻抗Zm,所述耦合电容Ck与所述检测阻抗Zm串联后一端接地,另一端与所述高压变压器套管的顶端电连接,所述耦合电容Ck与所述检测阻抗Zm的连接端同数字式局部放电检测仪相连。
进一步,所述振动模拟装置由电抗器组成,所述电抗器包括与所述油箱同轴设置的铁心、以及缠绕在所述铁心上的绕组;所述铁心的上下两端通过压板与所述油箱固定,所述绕组两端分别与两个变压器套管的底端相连。
优选的,所述油温采集系统包括光纤解调仪和计算机,所述光纤式油温传感器的输出端通过光纤与所述光纤解调仪的输入端相连,所述光纤解调仪的输出端通过信号线与所述计算机连接;所述光纤解调仪接收所述光纤式油温传感器上传的光信号,并将所述光信号转换为电信号后上传至所述计算机,所述计算机对所述光纤式油温传感器测量的油温值进行显示。
与最接近的现有技术相比,本发明具有如下显著进步:
本发明提供的变压器用光纤式油温传感器性能检测装置设置了充有绝缘油的油箱、以及给绝缘油加热的加热系统和使绝缘油循环流动的强迫油循环系统,可用于模拟变压器的运行环境、并检测光纤式油温传感器在特定油压下的安装密封性能;设置水银温度计可用于检测光纤式油温传感器的温度测量不确定度;设置故障模拟装置,可用于检测光纤式油温传感器在变压器发生故障状态下的报警性能;设置振动模拟装置,可用于检测变压器在振动环境下的工作可靠性;弥补了现有技术中光纤式油温测量系统入网时缺乏检测校验、性能和可靠性得不到检测的不足,为保障变压器的安全可靠运行提供了技术支撑。
附图说明
图1为用于检测变压器用光纤式油温传感器温度测量准确度的检测装置结构示意图;
图2为用于检测变压器用光纤式油温传感器故障报警性能的检测装置结构示意图;
图3为图2中检测装置的电路原理图;
图4为用于检测变压器用光纤式油温传感器抗振性能的检测装置结构示意图。
其中1-接地;2-电压源;3-调压器;4-加热电阻丝;5-水银温度计;6-光纤式油温传感器;7-光纤解调仪;8-计算机;9-油泵;10-流量计;11-压力计;12-第一截止阀;13-第二截止阀;14-高压变压器套管;15-低压变压器套管;16-电极模型;17-UHF局部放电传感器;18-UHF局放检测仪;19-数字式局部放电检测仪;20-分压器;21-放电保护电阻;22-无局放升压变压器;23-隔离滤波变压器;24-可调电压源;25-油箱;26-铁心和绕组。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
为了彻底了解本发明实施例,将在下列的描述中提出详细的结构。显然,本发明实施例的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下,然而除了这些详细描述外,本发明还可以具有其他实施方式。
图1为用于检测变压器用光纤式油温传感器6温度测量准确度的检测装置结构示意图。所述检测装置包括变压器油箱模拟装置、所述变压器油箱模拟装置包括内部充有绝缘油的油箱25,所述油箱25上安装有水银温度计5和光纤式油温传感器6;所述水银温度计5和所述光纤式油温传感器6分别测量绝缘油的油温温度;所述光纤式油温传感器6与温度采集系统相连。
所述变压器油箱模拟装置还包括用于加热所述绝缘油的加热装置、以及使所述油箱25内的绝缘油产生固定油压并使所述油箱25内的绝缘油循环流动的强迫油循环系统。所述水银温度计5和所述光纤式油温传感器6分别安装在油箱25顶部。
所述油温采集系统包括光纤解调仪7和计算机8,所述光纤式油温传感器6的输出端通过光纤与所述光纤解调仪7的输入端相连,所述光纤解调仪7的输出端通过信号线与所述计算机8连接;所述光纤解调仪7接收所述光纤式油温传感器6上传的光信号,并将所述光信号转换为电信号后上传至所述计算机8,所述计算机8对所述光纤式油温传感器6测量的油温值进行显示。
所述加热装置包括设于所述油箱25内的加热电阻丝4,以及设于所述油箱25外的电源和调压器3,所述电源、所述调压器3以及所述加热电阻丝4依次并联;所述调压器3通过调节输出电压改变所述加热电阻丝4两端的电压,以使所述加热电阻丝4给所述绝缘油加热。
由所述加热装置给所述绝缘油加热,使得绝缘油产生室温至120℃范围的油温,同时使用水银温度计5和光纤式油温传感器6测量温度,并通过计算机8读出示值,示值的样本数为N,对N个样本开展不确定度计算,给出光纤式油温传感器6的温度数值和油温测量不确定度。
所述强迫油循环系统包括存储有绝缘油的储油系统和设于所述储油系统内的油泵9,所述油泵9两端分别通过输油管道与所述油箱25连接;所述油泵9两端的输油管道上分别设有用于开启或关闭所述输油管道的截止阀;所述油泵9一端的输油管道上还设置有用于测量油压的压力计11和用于测量绝缘油流速的流量计10。
所述截止阀包括设于所述油泵9另一端输油管道上的第一截止阀12、以及设于所述流量计10和所述压力计11之间的第二截止阀13。
变压器在实际运行过程中,光纤式油温传感器6与油箱25的接缝部位应满足在24小时以上的0.2MPa油压下,密封性能良好,不能发生绝缘油泄露事件;通过图1所示的检测装置,可以检测光纤式油温传感器6的安装密封性能,本实施例中,0.2MPa油压由强迫油循环系统产生,先打开第一截止阀12,关闭第二截止阀13,启动油泵9,使油箱25内油压升高,油泵9产生的油压由压力计11计量显示,当压力达到0.2Mpa时,关闭油泵9,本实施例采用的油泵9具有保压功能,可使油箱25内的绝缘油维持0.2Mpa油压;观察光纤式油温传感器6的安装部位在持续时间为24小时的0.2Mpa油压下,是否有漏油现象。
变压器在实际运行过程中,光纤式油温传感器6的温度测量准确度不应受到流油影响;利用图1中的检测装置,可以检测光纤式油温传感器6在绝缘油循环流动下的温度测量准确度;本实施例中,采用强迫油循环系统使绝缘油循环流动:开启第一截止阀12和第二截止阀13,启动油泵9,用流量计10计量绝缘油的循环流动的速度,对于不同结构的变压器,允许流油的速度也不同;本实施例采用1.2倍的变压器允许流油速度测量光纤式油温传感器6的温度测量准确度,流油速度通过油泵9中的变频器控制电机转速实现。采用强迫油循环系统使油箱25内的绝缘油循环流动24h*7,考核在24h*7小时的时间内光纤式油温传感器6的温度测量准确度,要求光纤式油温传感器6的测量结果不能超出误差范围,该误差范围由光纤式油温传感器6的出厂设计决定。
本发明还提供一种检测变压器用光纤式油温传感器6故障报警性能的检测装置,其结构如图2所示:变压器油箱模拟装置包括内部充有绝缘油的油箱25、垂直安装在所述油箱25顶部的变压器套管和连接所述变压器套管的故障模拟装置,所述故障模拟装置用于模拟所述变压器的运行故障。
所述变压器套管包括高压变压器套管14和低压变压器套管15,所述高压变压器套管14和所述低压变压器套管15的底端贯穿所述油箱25后浸没在所述绝缘油内,所述高压变压器套管14和所述低压变压器套管15的顶端位于外部空气环境当中;所述高压变压器套管14的顶端与高压电源相连;所述低压变压器套管15的顶端和所述油箱25分别接地。
所述高压电源包括可调电压源24、隔离滤波变压器23、无局放升压变压器22和放电保护电阻21;所述可调电压源24的输出端与所述隔离滤波变压器23的输入端相连,所述隔离滤波变压器23的输出端与所述无局放升压变压器22的输入端相连,所述无局放升压变压器22的输出端一端接地,另一端串联所述放电保护电阻21后与高压变压器套管14顶端电连接。
所述高压变压器套管14的输入电压通过分压器20测量,所述分压器20包括电容C1和电容C2;所述电容C1和所述电容C2串联后一端与所述高压变压器套管14的顶端相连,另一端接地。
所述高压变压器套管14的底端与所述低压变压器套管15的底端之间串联所述故障模拟装置。所述故障模拟装置包括用于模拟局部放电的电极模型16和用于测量所述电极模型16放电信号的局部放电检测系统;所述电极模型16串联在所述高压变压器套管14的底端与所述低压变压器套管15的底端之间,用于模拟变压器故障。电极模型16的种类很多,包括针板电极、球板电极、悬浮电极、平板电极、沿面电极等,各类型电极模型16的体积不同。鉴于本发明中油箱25的体积较小,本实施例中所采用的电极模型16为球板电极。
可调电源的输出电压过低会导致变压器发生低能故障;调节可调电压源24的输出电压可以使电极模型16产生局部放电,调节可调电压源24的过流保护值可改变局部放电的放电时间;电极模型16的局部放电会导致变压器的发热故障;长时间的局部放电可造成变压器的短路故障。
在上述故障发生的情况下,光纤式油温传感器6应及时给出示值并发出报警信号。变压器的故障类型通过局部放电检测系统进行检测,所述局部放电检测系统包括设于所述油箱25外部的局部放电检测电路和/或设于所述油箱25内部的UHF局部放电传感器17;所述UHF局部放电传感器17通过UHF法对电极模型的局部放电信号进行检测:UHF局部放电传感器17的输出端与油箱25外的UHF局放检测仪18相连,用于检测电极模型16的局部放电信号,并将所述局部放电信号上传至UHF局放检测仪18进行显示。
所述局部放电检测电路通过脉冲电流法对电极模型的局部放电信号进行检测:包括耦合电容Ck和检测阻抗Zm,所述耦合电容Ck与所述检测阻抗Zm串联后一端接地,另一端与所述高压变压器套管14的顶端电连接,所述耦合电容Ck与所述检测阻抗Zm的连接端同数字式局部放电检测仪19相连,所述数字式局部放电检测仪19通过计算机8与UHF局放检测仪18相连;所述数字式局部放电检测仪19检测所述电极模型16的局部放电信号,并将所述局部放电信号上传至计算机8,经所述计算机8处理后输出到UHF局放检测仪18进行显示。
变压器用光纤式油温传感器6安装在变压器油箱25上后,在电网频率50Hz下,会产生100Hz振动激励,即光纤式油温传感器6需要承受100Hz频率下振动的长时间冲击,因此需要对100Hz下的光纤式油温传感器6的抗振性能进行检测,检测光纤式油温传感器6在振动试验过程中能否正常工作,检测光纤式油温传感器6的温度测量结果是否超出了传感器本身规定的误差范围。
鉴于上述原因,本发明还提供一种用于检测变压器用光纤式油温传感器6抗振性能的检测装置,其结构如图3所示:变压器油箱模拟装置包括内部充有绝缘油的油箱25、垂直安装在所述油箱25顶部的变压器套管以及设于所述油箱25内的振动模拟装置,所述振动模拟装置用于模拟变压器套管在运行过程中油箱25的振动。
所述变压器套管包括高压变压器套管14和低压变压器套管15,所述高压变压器套管14和所述低压变压器套管15的底端贯穿所述油箱25后浸没在所述绝缘油内,所述高压变压器套管14和所述低压变压器套管15的顶端位于外部空气环境当中;所述高压变压器套管14的顶端与高压电源相连;所述低压变压器套管15的顶端和所述油箱25分别接地。
所述振动模拟装置由电抗器组成,所述电抗器包括与所述油箱25同轴设置的铁心、以及缠绕在所述铁心上的绕组;所述铁心的上下两端通过压板与所述油箱25固定,所述绕组两端分别与两个变压器套管的底端相连。
检测装置采用电抗器对光纤式油温传感器6进行抗振性能检测,利用电抗器铁心间隙中漏磁场较大的特性:当漏磁场较大时,铁心外部绕组在漏磁场的作用下会产生较大电动力,电动力通过压板传递到油箱25,油箱25上光纤式油温传感器6受到振动。变压器的振动特性小于电抗器,为了更好地验证光纤式油温传感器6的抗振性能,本实施例用电抗器的振动特性考核传感器的抗振动性能,通过24h*7小时的持续振动试验,对光纤式油温传感器6进行抗振性能考核,观察其在振动试验过程中是否一直处于正常工作状态。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,均在申请待批的权利要求保护范围之内。