CN107576856A - 一种高压套管内绝缘不均匀受潮实验的方法 - Google Patents

一种高压套管内绝缘不均匀受潮实验的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高压套管内绝缘不均匀受潮实验的方法,先搭建实验平台,再进行套管受潮处理,之后设置参考温度T 1,同时测试环境温度T,通过比较参考温度T 1与环境温度T的大小,将温度调整至参考温度T 1,测试参考温度T 1下套管模型1Hz~1kHz的介电谱,测试完成后,计算补偿温度T 2,接通升温系统将温度升高至补偿温度T 2,测试补偿温度T 2下套管模型1Hz~1kHz的介电谱,测试完成后,计算参考温度T 1频域谱内补偿频率点,通过补偿温度T 2下的测试结果补偿参考温度T 1下低频段的介电谱,最后将参考温度T 1下的测试介电谱和补偿介电谱合成完整的介电谱。本发明能够实现不均匀受潮状态下对油浸式套管进行频域介电谱测试,得到高压套管内绝缘不均匀受潮时的频域介电谱。

Description

一种高压套管内绝缘不均匀受潮实验的方法
技术领域
本发明属于油浸式套管绝缘状态诊断领域,具体涉及一种高压套管内绝缘不均匀受潮实验的方法。
背景技术
油浸式套管起着连接变压器内部高压线与外部电力网络的作用,其绝缘性能的好坏决定着电力系统运行的稳定性,因此需要对油浸式套管进行准确的绝缘诊断,频域介电谱是能有效诊断油浸式套管水分含量和老化状态的方法之一。频域介电谱法是在不同频率下对电介质进行扫频测量,测量频段选择1mHz~1kHz,进行完整的测试所需时间约为35min,其中高频部分(1Hz~1kHz)测试时间约为1.27min,低频部分(1mHz~1Hz)测试时间约为34.17min。由于实际工况中受环境等因素的影响,油浸式套管油纸绝缘中的水分分布一直是动态变化的,在进行频域介电谱的测试时,在对油浸式套管进行频域介电谱测试时(尤其是低频段部分的测试),由于低频测试时间较长,无法有效的得到与研究套管绝缘不均匀受潮时的频域介电特性,因此会影响套管绝缘水分含量评估的有效性产生影响。因此急需一种一种高压套管内绝缘不均匀受潮实验的方法,实现在不均匀受潮下对油浸式套管进行频域介电谱测试,得到高压套管内绝缘不均匀受潮情况下的频域介电谱。
发明内容
为了得到不均匀受潮状态下油浸式套管内绝缘的频域介电谱,本发明提供一种一种高压套管内绝缘不均匀受潮实验的方法,包括以下步骤:
第一步:搭建试验平台
搭建一种高压套管内绝缘不均匀受潮时的介电响应试验平台,主要由套管芯子(1)、电机(8)、传动装置(7)、温控系统(14)、加热装置(5)、搅拌器(4)、压缩机(15)、冷凝管(16)、第一温度传感器(3a)、第二温度传感器(3b)、湿度控制系统(17)、加湿器(18)、气体循环系统(19)、第一湿度传感器(6a)、第二湿度传感器(6b)、第三湿度传感器(6c)、第四湿度传感器(6d)、水分传感器(9)、介电谱测试仪(12)以及终端机(13)构成,套管芯子(1)通过传动装置(7)与电机(8)连接,实现套管芯子(1)的转动;压缩机(15)与冷凝管(16)相连,加热装置(5)、搅拌器(4)、第一温度传感器(3a)、第二温度传感器(3b)、压缩机(15)分别与温控系统(14)相连,温控系统(14)与终端机(13)相连,实现油箱(11)的温度控制;加湿器(18)、气体循环系统(19)通过通气管道(20)与油箱(11)相连,加湿器(18)、气体循环系统(19)、第一湿度传感器(6a)、第二湿度传感器(6b)、第三湿度传感器(6c)、第四湿度传感器(6d)分别与湿度控制系统(17)相连,湿度控制系统(17)与终端机(13)相连,实现油箱(11)的湿度控制;水分传感器(9)与终端机(13)相连,实现套管芯子(1)水分分布的监测;套管芯子(1)的中心导管与介电谱测试仪(12)的输出端相连,套管芯子(1)的末屏与介电谱测试仪(12)的输入端相连,介电谱测试仪(12)与终端机(13)相连,实现套管芯子的频域介电谱测试;套管芯子(1)通过支架(2a)和支架(2b)置于油箱(11)内1/2高度处,油箱(11)中装有1/2的绝缘油(10),套管芯子(1)的一半恰好浸在绝缘油(10)中,加热装置(5)置于油箱(11)底部中心处,搅拌器(4)置于加热装置(5)上方,第一温度传感器(3a)置于油箱(11)前侧的左下角,第二温度传感器(3b)置于油箱(11)左侧1/2高度处,第二温度传感器(3b)浸在绝缘油(10)中,冷凝管(16)铺设在油箱(11)底部,第一湿度传感器(6a)置于油箱(11)的前侧的左上角,第二湿度传感器(6b)置于油箱(11)的后侧的左上角,第三湿度传感器(6c)置于油箱(11)的后侧的右上角,第四湿度传感器(6d)置于油箱(11)的前侧的右上角,水分传感器(9)置于套管芯子(1)的绝缘层中。
第二步:接通湿度控制系统,对套管进行受潮处理
终端机(13)控制湿度控制系统(17),开启加湿器(18)增加油箱(11)中的湿度,开启气体循环系统(19)对实验箱(11)中气体进行循环,第一湿度传感器(6a)、第二湿度传感器(6b)、第三湿度传感器(6c)、第四湿度传感器(6d)监测气体水分含量并将监测值传回终端机(13),同时终端机(13)控制电机(8)转动,电机(8)通过传动装置(7)带动套管芯子(1)转动,对套管芯子(1)进行不均匀受潮处理,水分传感器(9)监测套管芯子(1)的受潮情况并将监测值传回终端机(13),套管芯子(1)受潮情况达到预期后,湿度控制系统(17)关闭加湿器(18);
第三步:设置参考温度T1
设置参考温度T1(单位:K),测试环境温度T(单位:K);
第四步:测试参考温度T1下1Hz~1kHz的介电谱
比较参考温度T1与环境温度T,若环境温度T小于参考温度T1,终端机(13)控制开启温控系统(14)对绝缘油(10)加热,开启搅拌器(4),第一温度传感器(3a)、第二温度传感器(3b)监测油温,返回至终端机(13),终端机(13)监测到绝缘油(10)温度达到T1后,开启介电谱测试仪(12)测试套管芯子(1)在T1温度下1Hz~1kHz(测试频率点依次为1Hz,2Hz,5Hz,10Hz,20Hz,42Hz,60Hz,90Hz,220Hz,470Hz,1000Hz)的相对复介电常数实部ε′与相对复介电常数虚部ε″;
若环境温度T大于等于参考温度T1,终端机(13)控制温控系统(14),开启压缩机(15),通过冷凝管(16)对绝缘油(10)降温,第一温度传感器(3a)、第二温度传感器(3b)监测油温,返回至终端机(13),终端机(13)监测绝缘油(10)温度达到T1后,开启介电谱测试仪(12),测试套管芯子(1)在T1温度下1Hz~1kHz(测试频率点依次为1Hz,2Hz,5Hz,10Hz,20Hz,42Hz,60Hz,90Hz,220Hz,470Hz,1000Hz)的相对复介电常数实部ε′与相对复介电常数虚部ε″;
第五步:计算补偿温度T2
根据设置的参考温度T1、测试过程起始频率为1Hz以及补偿过程起始频率为1mHz,采用式计算测试过程的温度T2(单位:K)
第六步:测试补偿温度T2下1Hz~1kHz的介电谱
终端机(13)控制开启温控系统(14)对绝缘油(10)加热,开启搅拌器(4),第一温度传感器(3a)、第二温度传感器(3b)监测油温,返回至终端机(13),终端机(13)监测到绝缘油(10)温度达到T2后,开启介电谱测试仪(12)测试套管芯子(1)在T2温度下1Hz~1kHz(测试频率点依次为1Hz,2Hz,5Hz,10Hz,20Hz,42Hz,60Hz,90Hz,220Hz,470Hz,1000Hz)的相对复介电常数实部ε′与相对复介电常数虚部ε″;
第七步:计算参考温度T1下对应的补偿频率点
采用式(2)计算补偿温度T2下各测试频率点fT2_n(1Hz,2Hz,5Hz,10Hz,20Hz,42Hz,60Hz,90Hz,220Hz,470Hz,1000Hz)在参考温度T1下对应的频率值依次f1,f2,f3,f4,…….,f9,f10,f11,式(2)中n=1,2,3,4,……,11;
第八步:补偿T1下的频域谱曲线
根据补偿温度T2的1Hz至1000Hz内各频率点(1Hz,2Hz,5Hz,10Hz,20Hz,42Hz,60Hz,90Hz,220Hz,470Hz,1000Hz)测试得到相对复介电常数实部ε′(T2_n),采用式(3)对参考温度T1下低频的相对复介电常数实部进行补偿,得到参考温度T1低频补偿结果ε′(T1_n),根据补偿温度T2的1Hz至1000Hz内各频率点(1Hz,2Hz,5Hz,10Hz,20Hz,42Hz,60Hz,90Hz,220Hz,470Hz,1000Hz)测试得到相对复介电常数实部ε″(T2_n),采用式(4)对参考温度T1下低频的相对复介电常数实部进行补偿,得到参考温度T1低频补偿结果ε″(T1_n),式(3)与式(4)中n=1,2,3,4,……,11;
第九步:合成T1下完整的频域介电谱
根据第四步测试所得的温度T1下1Hz至1kHz的频域谱和第八步补偿的温度T1下1mHz至1Hz频域谱,组成参考温度T1下1mHz至1kHz范围内的频域介电谱。
本发明的有益效果是:本发明能够实现不均匀受潮状态下对油浸式套管进行频域介电谱测试,得到高压套管内绝缘不均匀受潮时的频域介电谱。
附图说明
图1一种高压套管内绝缘不均匀受潮实验的方法流程图
图2高压套管内绝缘不均匀受潮时的介电响应试验平台
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明:
图1所示是一种高压套管内绝缘不均匀受潮实验的方法流程图,图2所示为高压套管内绝缘不均匀受潮时的介电响应试验平台。由图1可以看出一种高压套管内绝缘不均匀受潮实验的方法主要包括以下步骤:
第一步:搭建试验平台
搭建高压套管内绝缘不均匀受潮时的介电响应试验平台,主要由套管芯子1、电机8、传动装置7、温控系统14、加热装置5、搅拌器4、压缩机15、冷凝管16、第一温度传感器3a、第二温度传感器3b、湿度控制系统17、加湿器18、气体循环系统19、第一湿度传感器6a、第二湿度传感器6b、第三湿度传感器6c、第四湿度传感器6d、水分传感器9、介电谱测试仪12以及终端机13构成,套管芯子1通过传动装置7与电机8连接,实现套管芯子1的转动;压缩机15与冷凝管16相连,加热装置5、搅拌器4、第一温度传感器3a、第二温度传感器3b、压缩机15分别与温控系统14相连,温控系统14与终端机13相连,实现油箱11的温度控制;加湿器18、气体循环系统19通过通气管道20与油箱11相连,加湿器18、气体循环系统19、第一湿度传感器6a、第二湿度传感器6b、第三湿度传感器6c、第四湿度传感器6d分别与湿度控制系统17相连,湿度控制系统17与终端机13相连,实现油箱11的湿度控制;水分传感器9与终端机13相连,实现套管芯子1水分分布的监测;套管芯子1的中心导管与介电谱测试仪12的输出端相连,套管芯子1的末屏与介电谱测试仪12的输入端相连,介电谱测试仪12与终端机13相连,实现套管芯子的频域介电谱测试;套管芯子1通过支架2a和支架2b置于油箱11内1/2高度处,油箱11中装有1/2的绝缘油10,套管芯子1的一半恰好浸在绝缘油10中,加热装置5置于油箱11底部中心处,搅拌器4置于加热装置5上方,第一温度传感器3a置于油箱11前侧的左下角,第二温度传感器3b置于油箱11左侧1/2高度处,第二温度传感器3b浸在绝缘油10中,冷凝管16铺设在油箱11底部,第一湿度传感器6a置于油箱11的前侧的左上角,第二湿度传感器6b置于油箱11的后侧的左上角,第三湿度传感器6c置于油箱11的后侧的右上角,第四湿度传感器6d置于油箱11的前侧的右上角,水分传感器9置于套管芯子1的绝缘层中。
第二步:接通湿度控制系统,对套管进行受潮处理
终端机13控制湿度控制系统17,开启加湿器18增加油箱11中的湿度,开启气体循环系统19对实验箱11中气体进行循环,第一湿度传感器6a、第二湿度传感器6b、第三湿度传感器6c、第四湿度传感器6d监测气体水分含量并将监测值传回终端机13,同时终端机13控制电机8转动,电机8通过传动装置7带动套管芯子1转动,对套管芯子1进行不均匀受潮处理,水分传感器9监测套管芯子1的受潮情况并将监测值传回终端机13,套管芯子1受潮情况达到预期后,湿度控制系统17关闭加湿器18。
第三步:设置参考温度T1
设置参考温度T1(单位:K),测试环境温度T(单位:K);
第四步:测试参考温度T1下1Hz~1kHz的介电谱
比较参考温度T1与环境温度T,若环境温度T小于参考温度T1,终端机13控制开启温控系统14对绝缘油10加热,开启搅拌器4,第一温度传感器3a、第二温度传感器3b监测油温,返回至终端机13,终端机13监测到绝缘油10温度达到T1后,开启介电谱测试仪12测试套管芯子1在T1温度下1Hz~1kHz(测试频率点依次为1Hz,2Hz,5Hz,10Hz,20Hz,42Hz,60Hz,90Hz,220Hz,470Hz,1000Hz)的相对复介电常数实部ε′与相对复介电常数虚部ε″;
若环境温度T大于等于参考温度T1,终端机13控制温控系统14,开启压缩机15,通过冷凝管16对绝缘油10降温,第一温度传感器3a、第二温度传感器3b监测油温,返回至终端机13,终端机13监测绝缘油10温度达到T1后,开启介电谱测试仪12,测试套管芯子1在T1温度下1Hz~1kHz(测试频率点依次为1Hz,2Hz,5Hz,10Hz,20Hz,42Hz,60Hz,90Hz,220Hz,470Hz,1000Hz)的相对复介电常数实部ε′与相对复介电常数虚部ε″;
第五步:计算补偿温度T2
根据设置的参考温度T1、测试过程起始频率为1Hz以及补偿过程起始频率为1mHz,采用下式计算测试过程的温度T2(单位:K)
第六步:测试补偿温度T2下1Hz~1kHz的介电谱
终端机13控制开启温控系统14对绝缘油10加热,开启搅拌器4,第一温度传感器3a、第二温度传感器3b监测油温,返回至终端机13,终端机13监测到绝缘油10温度达到T2后,开启介电谱测试仪12测试套管芯子1在T2温度下1Hz~1kHz(测试频率点依次为1Hz,2Hz,5Hz,10Hz,20Hz,42Hz,60Hz,90Hz,220Hz,470Hz,1000Hz)的相对复介电常数实部ε′与相对复介电常数虚部ε″;
第七步:计算参考温度T1下对应的补偿频率点
采用式(2)计算补偿温度T2下各测试频率点fT2_n(1Hz,2Hz,5Hz,10Hz,20Hz,42Hz,60Hz,90Hz,220Hz,470Hz,1000Hz)在参考温度T1下对应的频率值依次f1,f2,f3,f4,…….,f9,f10,f11,式(2)中n=1,2,3,4,……,11;
第八步:补偿T1下的频域谱曲线
根据补偿温度T2的1Hz至1000Hz内各频率点(1Hz,2Hz,5Hz,10Hz,20Hz,42Hz,60Hz,90Hz,220Hz,470Hz,1000Hz)测试得到相对复介电常数实部ε′(T2_n),采用式(3)对参考温度T1下低频的相对复介电常数实部进行补偿,得到参考温度T1低频补偿结果ε′(T1_n),根据补偿温度T2的1Hz至1000Hz内各频率点(1Hz,2Hz,5Hz,10Hz,20Hz,42Hz,60Hz,90Hz,220Hz,470Hz,1000Hz)测试得到相对复介电常数实部ε″(T2_n),采用式(4)对参考温度T1下低频的相对复介电常数实部进行补偿,得到参考温度T1低频补偿结果ε″(T1_n),式(3)与式(4)中n=1,2,3,4,……,11;
第九步:合成T1下完整的频域介电谱
根据第四步测试所得的温度T1下1Hz至1kHz的频域谱和第八步补偿的温度T1下1mHz至1Hz频域谱,组成参考温度T1下1mHz至1kHz范围内的频域介电谱。

Claims (1)

1.一种高压套管内绝缘不均匀受潮实验的方法,其特征在于,包括以下步骤:
第一步:搭建试验平台
搭建一种高压套管内绝缘不均匀受潮时的介电响应试验平台,主要由套管芯子(1)、电机(8)、传动装置(7)、温控系统(14)、加热装置(5)、搅拌器(4)、压缩机(15)、冷凝管(16)、第一温度传感器(3a)、第二温度传感器(3b)、湿度控制系统(17)、加湿器(18)、气体循环系统(19)、第一湿度传感器(6a)、第二湿度传感器(6b)、第三湿度传感器(6c)、第四湿度传感器(6d)、水分传感器(9)、介电谱测试仪(12)以及终端机(13)构成,套管芯子(1)通过传动装置(7)与电机(8)连接,实现套管芯子(1)的转动;压缩机(15)与冷凝管(16)相连,加热装置(5)、搅拌器(4)、第一温度传感器(3a)、第二温度传感器(3b)、压缩机(15)分别与温控系统(14)相连,温控系统(14)与终端机(13)相连,实现对油箱(11)的温度控制;加湿器(18)、气体循环系统(19)通过通气管道(20)与油箱(11)相连,加湿器(18)、气体循环系统(19)、第一湿度传感器(6a)、第二湿度传感器(6b)、第三湿度传感器(6c)、第四湿度传感器(6d)分别与湿度控制系统(17)相连,湿度控制系统(17)与终端机(13)相连,实现对油箱(11)的湿度控制;水分传感器(9)与终端机(13)相连,实现对套管芯子(1)水分分布的监测;套管芯子(1)的中心导管与介电谱测试仪(12)的输出端相连,套管芯子(1)的末屏与介电谱测试仪(12)的输入端相连,介电谱测试仪(12)与终端机(13)相连,实现套管芯子的频域介电谱测试;套管芯子(1)通过支架(2a)和支架(2b)置于油箱(11)内1/2高度处,油箱(11)中装有1/2的绝缘油(10),套管芯子(1)的一半浸在绝缘油(10)中,加热装置(5)置于油箱(11)底部中心处,搅拌器(4)置于加热装置(5)上方,第一温度传感器(3a)置于油箱(11)前侧的左下角,第二温度传感器(3b)置于油箱(11)左侧1/2高度处,第二温度传感器(3b)浸在绝缘油(10)中,冷凝管(16)铺设在油箱(11)底部,第一湿度传感器(6a)置于油箱(11)的前侧的左上角,第二湿度传感器(6b)置于油箱(11)的后侧的左上角,第三湿度传感器(6c)置于油箱(11)的后侧的右上角,第四湿度传感器(6d)置于油箱(11)的前侧的右上角,水分传感器(9)置于套管芯子(1)的绝缘层中;
第二步:接通湿度控制系统,对套管进行受潮处理
终端机(13)控制湿度控制系统(17),开启加湿器(18)增加油箱(11)中的湿度,开启气体循环系统(19)对实验箱(11)中气体进行循环,第一湿度传感器(6a)、第二湿度传感器(6b)、第三湿度传感器(6c)、第四湿度传感器(6d)监测气体水分含量并将监测值传回终端机(13),同时终端机(13)控制电机(8)转动,电机(8)通过传动装置(7)带动套管芯子(1)转动,对套管芯子(1)进行不均匀受潮处理,水分传感器(9)监测套管芯子(1)的受潮情况并将监测值传回终端机(13),套管芯子(1)受潮情况达到预期后,湿度控制系统(17)关闭加湿器(18);
第三步:设置参考温度T1
设置参考温度T1,并测试环境温度T;
第四步:测试参考温度T1下1Hz~1kHz的介电谱
比较参考温度T1与环境温度T,若环境温度T小于参考温度T1,终端机(13)控制开启温控系统(14)对绝缘油(10)加热,开启搅拌器(4),第一温度传感器(3a)、第二温度传感器(3b)监测油温,返回至终端机(13),终端机(13)监测到绝缘油(10)温度达到T1后,开启介电谱测试仪(12)测试套管芯子(1)在T1温度下1Hz~1kHz内多个频率点的相对复介电常数实部ε′与相对复介电常数虚部ε″;
若环境温度T大于等于参考温度T1,终端机(13)控制温控系统(14),开启压缩机(15),通过冷凝管(16)对绝缘油(10)降温,第一温度传感器(3a)、第二温度传感器(3b)监测油温,返回至终端机(13),终端机(13)监测绝缘油(10)温度达到T1后,开启介电谱测试仪(12),测试套管芯子(1)在T1温度下1Hz~1kHz内各频率点的相对复介电常数实部ε′与相对复介电常数虚部ε″;
第五步:计算补偿温度T2
根据设置的参考温度T1、测试过程起始频率为1Hz以及补偿过程起始频率为1mHz,采用下式计算测试过程的温度T2
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第六步:测试补偿温度T2下1Hz~1kHz的介电谱
终端机(13)控制开启温控系统(14)对绝缘油(10)加热,开启搅拌器(4),第一温度传感器(3a)、第二温度传感器(3b)监测油温,返回至终端机(13),终端机(13)监测到绝缘油(10)温度达到T2后,开启介电谱测试仪(12)测试套管芯子(1)在T2温度下1Hz~1kHz内各频率点的相对复介电常数实部ε′与相对复介电常数虚部ε″;
第七步:计算参考温度T1下对应的补偿频率点
采用式(2)计算补偿温度T2下各测试频率点fT2_n在参考温度T1下对应的频率值依次f1,f2,f3,f4,…….,f9,f10,f11,式(2)中n=1,2,3,4,……,11;
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第八步:补偿T1下的频域谱曲线
根据补偿温度T2的1Hz至1000Hz内各频率点测试得到相对复介电常数实部ε′(T2_n),采用式(3)对参考温度T1下低频的相对复介电常数实部进行补偿,得到参考温度T1低频补偿结果ε′(T1_n),根据补偿温度T2的1Hz至1000Hz内各频率点测试得到相对复介电常数实部ε″(T2_n),采用式(4)对参考温度T1下低频的相对复介电常数实部进行补偿,得到参考温度T1低频补偿结果ε″(T1_n),式(3)与式(4)中n=1,2,3,4,……,11;
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第九步:合成T1下完整的频域介电谱
根据第四步测试所得的温度T1下1Hz至1kHz的频域谱和第八步补偿的温度T1下1mHz至1Hz频域谱,组成参考温度T1下1mHz至1kHz范围内的频域介电谱。
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