CN108051715B - 一种空心电抗器匝间绝缘缺陷检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空心电抗器匝间绝缘缺陷检测系统及方法，所述系统包括测试主机、测试绕组、上位机、前端信号采集模块、后端信号采集模块、RC负载和待测的空心电抗器；测试绕组与空心电抗器邻近，或是固定在空心电抗器内部中央区域，测试主机与测试绕组之间通过同轴线缆连接，空心电抗器的两个端口之间通过RC负载构成闭合回路；所述测试主机，用于在上位机的控制下，向测试绕组输出扫频信号；所述的上位机，用于接收来自前端信号采集模块和后端采集模块的信息，并结合测试主机的扫频信号，对空心电抗器的匝间绝缘缺陷进行检测分析。本发明利用互感耦合的方式对空心电抗器进行绝缘缺陷测试，避免了高电流和大电压对空心电抗器带来的匝间绝缘损伤。
Description
技术领域
本发明涉及空心电抗器检测，具体是涉及一种空心电抗器匝间绝缘缺陷检测系统及方法。
背景技术
空心电抗器因具有电压分布均匀、线性度良好、噪声低、损耗低、维护方便等优点而日益受至世界各国电力部门的欢迎，然而，在实际运行过程中，常发生空心电抗器烧毁事故，造成很大的经济损失；国内外空心电抗器的实际运行经验和大量资料表明：空心电抗器有事故是很大程度上是因匝间绝缘缺陷所致。
目前空心电抗器的检测主要采用电抗测量法，在测量时需要施加数十千伏高电压，在绕组间产生短时千安培级别的大电流，以分析空心电抗器的电抗值及匝间绝缘能力，然而实际中，由于空心电抗器为减轻重量，大多采用铝制扁平导线，其耐受短路大电路的能力较弱，因此大电流的测试和高电压的测试，对其匝间绝缘有损伤，会一定程度改变电抗值，对空心电抗器的正常使用带来了不利影响。并且，目前的空心电抗器测试过程中，通常是在空心电抗器上直接进行接线输出测试，但由于输出接线和测试设备以及空心电抗器之间的谐振，可能会影响测试结果，从而对空心电抗器自身的缺陷判定带来干扰。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种空心电抗器匝间绝缘缺陷检测系统及方法，利用互感耦合的方式对空心电抗器进行绝缘缺陷测试，避免了高电流和大电压对空心电抗器带来的匝间绝缘损伤，进而避免了对空心电抗器的正常使用带来的不利影响。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种空心电抗器匝间绝缘缺陷检测系统，包括测试主机、测试绕组、上位机、前端信号采集模块、后端信号采集模块、空心电抗器和RC负载；
所述测试绕组与空心电抗器邻近，或是固定在空心电抗器内部中央区域，与空心电抗器形成同心结构；所述测试主机与测试绕组之间通过同轴线缆连接，空心电抗器的两个端口之间通过RC负载组成闭合回路；
所述前端信号采集模块，用于在测试主机和测试绕组之间的同轴线缆上进行信号采集；所述后端信号采集模块，用于在空心电抗器与RC负载组成闭合回路中进行信号采集；前端信号采集模块与后端信号采集模块的输出端均与上位机连接；
所述测试主机，用于在上位机的控制下，向测试绕组输出扫频信号，使测试绕组周围产生变化的电磁场与空心电抗器之间进行电磁互感，进而形成等效的输出耦合变压器，使得空心电抗器匝间产生高频电压；
所述的上位机，用于接收来自前端信号采集模块和后端采集模块的信息，并结合测试主机的扫频信号，对空心电抗器的匝间绝缘缺陷进行检测分析。
其中，所述测试绕组通过环形支架固定在空心电抗器内部的中央区域，环形支架可以是固定半径的支架，也可以是半径可变伸缩支架。
优选地，所述的RC负载为可调阻容负载，可以由电阻、电容串联构成，也可以由电阻、电容并联构成。
优选地，测试主机产生的扫频信号为电压扫频信号，可以是正弦波，也可以是方波。
其中，所述上位机为PC机或工控机；所述前端信号采集模块为电压采样电路或电流采样电路；所述后端信号采集模块也为电压采样电路或电流采样电路；所述测试主机产生的扫频信号频率为2kHz~5000kHz，步进值为1k~20kHz。
所述的一种空心电抗器匝间绝缘缺陷检测系统的检测方法，包括以下步骤：
S1.在上位机的控制下，测试主机产生扫频信号，并通过同轴线缆施加在测试绕组上；
S2.测试绕组在扫频信号下，产生变化的电磁场与空心电抗器之间进行电磁互感，进而形成等效的输出耦合变压器，使得空心电抗器匝间产生高频电压；
S3.空心电抗器的两个端口之间通过RC负载组成闭合回路，使得匝间高频电压施加在RC负载上；
S4.在扫频信号的每一个频点下，前端信号采集模块在测试主机和测试绕组之间的同轴线缆上进行信号采集，并将采集结果传输给上位机；与此同时，后端信号采集模块在空心电抗器与RC负载组成闭合回路中进行信号采集，并将采集结果传输给上位机；
S5.上位机根据扫频信号各个频点下，前端信号采集模块和后端采集模块的采集到的信息，对空心电抗器进行检测分析，判断空心电抗器是否存在绝缘缺陷。
步骤S4中，前端信号采集模块输出的信号为电流信号或电压信号；后端信号采集模块输出的信号也为电流信号或电压信号。
其中，所述步骤S5包括信号增益检测子步骤和相位增益检测子步骤；
所述信号增益检测子步骤包括：在扫频信号的每一个频点下，上位机利用前端信号采集模块和后端信号采集模块输出的信号，计算每一个频点下前后端之间的信号增益；对扫频频率的每一个频点，上位机将计算得到的信号增益与标准信号增益作差，判断是否存在信号增益差值高于设定的门限值的频点：
若是，上位机判定空心电抗器存在绝缘缺陷；
若否，进入相位增益检测子步骤；
所述相位增益检测子步骤包括：在扫频信号的每一个频点下，上位机对前端信号采集模块和后端信号采集模块输出的信号进行相位信息提取，并计算每一个频点下，前后端之间的相位增益；对扫频信号的每一个频点，上位机将计算得到的相位增益与标准相位增益作差，判断是否存在相位增益差值高于设定门限值的频点：
若是，上位机判定空心电抗器存在绝缘缺陷；
若否，上位机判定空心电抗器不存在绝缘缺陷。
本发明的有益效果是：本发明利用互感耦合的方式对空心电抗器进行绝缘缺陷测试，避免了高电流和大电压对空心电抗器带来的匝间绝缘损伤，进而避免了对空心电抗器的正常使用带来的不利影响；同时，本发明在测试主机和测试绕组之间的同轴线缆上进行前端信号采集，在空心电抗器与RC负载组成闭合回路进行后端信号采集，并将采集到的信号传输给上位机，由上位机结合测试主机的扫频信号，对空心电抗器的匝间绝缘缺陷进行检测分析，避免了在空心电抗器上直接进行接线输出测试带来的谐振影响，进而提高了检测的准确性。
附图说明
图1为空心电抗器匝间绝缘缺陷检测系统原理框图；
图2为空心电抗器匝间绝缘缺陷检测方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种空心电抗器匝间绝缘缺陷检测系统，包括测试主机、测试绕组、上位机、前端信号采集模块、后端信号采集模块、空心电抗器和RC负载；
所述测试绕组与空心电抗器邻近，或是固定在空心电抗器内部中央区域，与空心电抗器形成同心结构；所述测试主机与测试绕组之间通过同轴线缆连接，空心电抗器的两个端口之间通过RC负载组成闭合回路；
所述前端信号采集模块，用于在测试主机和测试绕组之间的同轴线缆上进行信号采集；所述后端信号采集模块，用于在空心电抗器与RC负载组成闭合回路中进行信号采集；前端信号采集模块与后端信号采集模块的输出端均与上位机连接；
所述测试主机，用于在上位机的控制下，向测试绕组输出扫频信号，使测试绕组周围产生变化的电磁场与空心电抗器之间进行电磁互感，进而形成等效的输出耦合变压器，使得空心电抗器匝间产生高频电压；
所述的上位机，用于接收来自前端信号采集模块和后端采集模块的信息，并结合测试主机的扫频信号，对空心电抗器的匝间绝缘缺陷进行检测分析。
在本申请的实施例中，所述测试绕组通过环形支架固定在空心电抗器内部的中央区域，环形支架可以是固定半径的支架，也可以是半径可变伸缩支架。
在本申请的实施例中，所述的RC负载为可调阻容负载，可以由电阻、电容串联构成，也可以由电阻、电容并联构成。
其中，测试主机产生的扫频信号为电压扫频信号，可以是正弦波，也可以是方波。
其中，所述上位机为PC机或工控机；所述前端信号采集模块为电压采样电路或电流采样电路；所述后端信号采集模块也为电压采样电路或电流采样电路；所述测试主机产生的扫频信号频率为2kHz~5000kHz，步进值为1k~20kHz。
如图2所示，所述的一种空心电抗器匝间绝缘缺陷检测系统的检测方法，包括以下步骤：
S1.在上位机的控制下，测试主机产生扫频信号，并通过同轴线缆施加在测试绕组上；
S2.测试绕组在扫频信号下，产生变化的电磁场与空心电抗器之间进行电磁互感，进而形成等效的输出耦合变压器，使得空心电抗器匝间产生高频电压；
S3.空心电抗器的两个端口之间通过RC负载组成闭合回路，使得匝间高频电压施加在RC负载上；
S4.在扫频信号的每一个频点下，前端信号采集模块在测试主机和测试绕组之间的同轴线缆上进行信号采集，并将采集结果传输给上位机；与此同时，后端信号采集模块在空心电抗器与RC负载组成闭合回路中进行信号采集，并将采集结果传输给上位机；
S5.上位机根据扫频信号各个频点下，前端信号采集模块和后端采集模块的采集到的信息，对空心电抗器进行检测分析，判断空心电抗器是否存在绝缘缺陷。
所述步骤S4中，前端信号采集模块输出的信号为电流信号或电压信号；后端信号采集模块输出的信号也为电流信号或电压信号。
所述步骤S5包括信号增益检测子步骤和相位增益检测子步骤；
所述信号增益检测子步骤包括：在扫频信号的每一个频点下，上位机利用前端信号采集模块和后端信号采集模块输出的信号，计算每一个频点下前后端之间的信号增益；
在本申请的实施例中，设其中一个频点下，前端信号采集模块输出的信号为M1，后端信号采集模块输出的信号为M2，则前后端之间的信号增益可表示为A*lg（M2/M1）, A为自定义系数，例如，A可以取-20,则信号增益可以表示为-20 lg（M2/M1）；其他频点的信号增益计算同理；
需要说明的是，由于前端信号采集模块为电压采样电路或电流采样电路，后端信号采集模块也为电压采样电路或电流采样电路，故M2/M1包括以下四种情况：
第一，前端信号采集模块和后端信号采集模块均为电压采样电路，则M2/M1表示后端采样电压与前端采样电压的比值；
第二，若前端信号采集模块和后端信号采集模块均为电流采样电路，则M2/M1表示后端采样电流与前端采样电流的比值；
第三，若前端信号采集模块为电压采样电路，后端信号采集模块为电流采样电路，则M2/M1表示后端采样电流与前端采样电压的比值；
第四，若前端信号采集模块为电流采样电路，后端信号采集模块为电压采样电路，则M2/M1表示后端采样电压与前端采样电流的比值。
接着，对扫频频率的每一个频点，上位机将计算得到的信号增益与标准信号增益作差，判断是否存在信号增益差值高于预设门限值的频点：
若是，上位机判定空心电抗器存在绝缘缺陷；
若否，进入相位增益检测子步骤；
其中，各个频点的标准信号增益可根据需要进行自定义，也可以取各个频点的信号增益历史测量值作为标准信号增益。
在本申请的实施例中，也可以由上位机根据各个频点的频率及其对应的信号增益，生成信号增益-频率的曲线图，与历史的信号增益-频率曲线图绘制在同一个坐标系中，通过上位机自带的显示屏呈现给工作人员，供其进行判断。
所述相位增益检测子步骤包括：在扫频信号的每一个频点下，上位机对前端信号采集模块和后端信号采集模块输出的信号进行相位信息提取，并计算每一个频点下，前后端之间的相位增益；
假设，其中一个频点下，前端信号采集模块输出的信号相位为φ1，后端信号采集模块输出的信号相位为φ2，则该频点的相位增益为B*lg（φ2/φ1），其中B为自定义系数，例如，B取-30时，相位增益可表示为-30*lg（φ2/φ1），其他频点的相位增益计算同理。
对扫频信号的每一个频点，上位机将计算得到的相位增益与标准相位增益作差，判断是否存在相位增益差值高于预设门限值的频点：
若是，上位机判定空心电抗器存在绝缘缺陷；
若否，上位机判定空心电抗器不存在绝缘缺陷。
需要说明的是，标准相位增益可根据需要进行自定义，也可取各个频点的相位增益历史测量值作为标准相位增益。
综上所述，本发明利用互感耦合的方式对空心电抗器进行绝缘缺陷测试，避免了高电流和大电压对空心电抗器带来的匝间绝缘损伤，进而避免了对空心电抗器的正常使用带来的不利影响；同时，本发明在测试主机和测试绕组之间的同轴线缆上进行前端信号采集，在空心电抗器与RC负载组成闭合回路进行后端信号采集，并将采集到的信号传输给上位机，由上位机结合测试主机的扫频信号，对空心电抗器的匝间绝缘缺陷进行检测分析，避免了在空心电抗器上直接进行接线输出测试带来的谐振影响，进而提高了检测的准确性。
Claims (8)
1.一种空心电抗器匝间绝缘缺陷检测系统，其特征在于：包括测试主机、测试绕组、上位机、前端信号采集模块、后端信号采集模块、RC负载和待测的空心电抗器；
所述测试绕组与空心电抗器邻近，或是固定在空心电抗器内部中央区域，与空心电抗器形成同心结构；所述测试主机与测试绕组之间通过同轴线缆连接，空心电抗器的两个端口之间通过RC负载构成闭合回路；
所述前端信号采集模块，用于在测试主机和测试绕组之间的同轴线缆上进行信号采集；所述后端信号采集模块，用于在空心电抗器与RC负载组成闭合回路中进行信号采集；前端信号采集模块与后端信号采集模块的输出端均与上位机连接；
所述测试主机，用于在上位机的控制下，向测试绕组输出扫频信号，使测试绕组周围产生变化的电磁场与空心电抗器之间进行电磁互感，进而形成等效的输出耦合变压器，使得空心电抗器匝间产生高频电压；
所述的上位机，用于接收来自前端信号采集模块和后端采集模块的信息，并结合测试主机的扫频信号，对空心电抗器的匝间绝缘缺陷进行检测分析；
利用互感耦合的方式对空心电抗器进行绝缘缺陷测试，避免了高电流和大电压对空心电抗器带来的匝间绝缘损伤，进而避免了对空心电抗器的正常使用带来的不利影响；同时，在测试主机和测试绕组之间的同轴线缆上进行前端信号采集，在空心电抗器与RC负载组成闭合回路进行后端信号采集，避免了在空心电抗器上直接进行接线输出测试带来的谐振影响，进而提高了检测的准确性。
2.根据权利要求1所述的一种空心电抗器匝间绝缘缺陷检测系统，其特征在于：所述测试绕组通过环形支架固定在空心电抗器内部的中央区域。
3.根据权利要求1所述的一种空心电抗器匝间绝缘缺陷检测系统，其特征在于：所述上位机为PC机或工控机。
4.根据权利要求1所述的一种空心电抗器匝间绝缘缺陷检测系统，其特征在于：所述前端信号采集模块为电压采样电路或电流采样电路。
5.根据权利要求1所述的一种空心电抗器匝间绝缘缺陷检测系统，其特征在于：所述后端信号采集模块为电压采样电路或电流采样电路。
6.根据权利要求1所述的一种空心电抗器匝间绝缘缺陷检测系统，其特征在于：所述测试主机产生的扫频信号频率为2kHz~5000kHz，步进值为1k~20kHz。
7.根据权利要求1~6中任意一项所述的一种空心电抗器匝间绝缘缺陷检测系统的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.在上位机的控制下，测试主机产生扫频信号，并通过同轴线缆施加在测试绕组上；
S2.测试绕组在扫频信号下，产生变化的电磁场与空心电抗器之间进行电磁互感，进而形成等效的输出耦合变压器，使得空心电抗器匝间产生高频电压；
S3.空心电抗器的两个端口之间通过RC负载组成闭合回路，使得匝间高频电压施加在RC负载上；
S4.在扫频信号的每一个频点下，前端信号采集模块在测试主机和测试绕组之间的同轴线缆上进行信号采集，并将采集结果传输给上位机；与此同时，后端信号采集模块在空心电抗器与RC负载组成闭合回路中进行信号采集，并将采集结果传输给上位机；
S5.上位机根据扫频信号各个频点下，前端信号采集模块和后端采集模块的采集到的信息，对空心电抗器进行检测分析，判断空心电抗器是否存在绝缘缺陷。
8.根据权利要求7所述的一种空心电抗器匝间绝缘缺陷检测系统的检测方法，其特征在于：所述步骤S5包括信号增益检测子步骤和相位增益检测子步骤；
所述信号增益检测子步骤包括：
在扫频信号的每一个频点下，上位机利用前端信号采集模块和后端信号采集模块输出的信号，计算每一个频点下前后端之间的信号增益；
对扫频频率的每一个频点，上位机将计算得到的信号增益与标准信号增益作差，判断是否存在信号增益差值高于设定的门限值的频点：
若是，上位机判定空心电抗器存在绝缘缺陷；
若否，进入相位增益检测子步骤；
所述相位增益检测子步骤包括：
在扫频信号的每一个频点下，上位机对前端信号采集模块和后端信号采集模块输出的信号进行相位信息提取，并计算每一个频点下，前后端之间的相位增益；
对扫频信号的每一个频点，上位机将计算得到的相位增益与标准相位增益作差，判断是否存在相位增益差值高于设定门限值的频点：
若是，上位机判定空心电抗器存在绝缘缺陷；
若否，上位机判定空心电抗器不存在绝缘缺陷。
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