CN109444690B - 一种模拟变压器内部绝缘缺陷放电的试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟变压器内部绝缘缺陷放电的试验方法，属于电力电网领域。该方法包括步骤：1)试品处理：2)试验布置；3)采集装置布置；4)电压施加及放电监测。本发明优点为：试验试品关键结构部位一定程度上是对变压器的还原，使得模拟结果能更大程度还原变压器真实放电情况；在低压侧通过带高频响应良好的自积分罗氏线圈进行窄带检测耦合出放电电流，同时在高压侧采用隐患监测装置进行宽带检测，在线采集放电电流，实现放电电流的全面、准确监测与还原。通过调整施加电压与试品排布及接线方式可以模拟变压器从局部放电到电弧放电进而发展到火花放电的过程，进而获取变压器绝缘缺陷放电发展过程。

Description

一种模拟变压器内部绝缘缺陷放电的试验方法

技术领域

本发明涉及一种模拟变压器内部绝缘缺陷放电的试验方法。

背景技术

变压器内部绝缘缺陷放电是指在变压器内部，由于高电场强度作用导致的变压器内绝缘性能下降或劣化。产生的绝缘故障按照部位可分为绕组匝间、层间、相间绝缘等，按照电能密度分为局部放电、电弧放电、火花放电。放电性故障在故障潜伏初期难以有效监测到，后期随着绝缘缺陷逐渐发展，引起变压器油纸绝缘的不断劣化，最终导致故障发生，威胁到输变设备的安全运行。大量故障统计表明绝缘故障是影响变压器正常运行的主要原因。因此通过对变压器进行状态监测，掌握变压器内放电情况，及时准确地发现和处理变压器潜伏性故障，一来可以避免变压器的“过度检修”，二来有利于电力系统的安全稳定运行。

依照电力变压器预防性试验规程的规定，需要对变压器定期进行停电试验、检修和维护。这种停电状态下的检修与试验结果并不能准确反应变压器的实际绝缘情况，不具有针对性，监测结果并不利于变压器隐患的及时排除。鉴于此，变压器状态监测正在向在线监测为主，离线试验为辅相结合的方向发展，逐步实现由预防性维修体系向状态维修体系的转变，因此需要加强对电力变压器的状态监测来进一步获得变压器的真实放电特性，实现隐患及时消除。

变压器内部绝缘缺陷放电特性规律的获取依赖于实验室模拟试验，目前已有的研究中，大部分是关于变压器局部放电的模拟，通过针-板、柱-板、球-板电极来模拟变压器内部各种局部放电特性。这种试验方法一定程度上能模拟出变压器的一些放电特性，但也存在明显的不足，一是这些放电模型并不是对变压器的真实还原，虽然能用于变压器的一些放电特性模拟，但模拟结果与实际变压器放电结果仍有偏差，试验结果无法与变压器实际放电相等同；二是模拟放电结果监测受限于监测手段，不管是采用电测法还是非电测法，最终监测结果都会由于受限于监测装置的分辨率、受干扰、灵敏度等问题，导致实际监测结果出现偏差，从而与真实变压器放电结果偏差进一步加大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种模拟变压器内部绝缘缺陷放电的试验方法，使试品的关键部位最大程度的还原真实变压器，通过设置试验回路，对试品提供电压差，同时调整试品布置与接线方式，进而来模拟各种变压器故障放电类型。一方面通过调节试品电压差来模拟试品从局部放电到电弧放电再到火花放电的过程，真实还原变压器的放电发展过程；另一方面在接地侧通过高性能高频罗氏线圈进行宽带检测耦合出放电电流，并在高电位侧通过隐患监测装置进行窄带检测，实现对放电电流的在线、全面、准确监测。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种模拟变压器内部绝缘缺陷放电的试验方法，该方法包括以下步骤：

1)试品处理：整个模拟试品由三相绕组、铁芯及套管组成，其中每相绕组还包含高、低压绕组；各绕组、铁芯及套管都是独立可分的；各绕组下方有滑动轨道能够改变绕组间距；对绕组、套管、铁芯的某些部位分别根据试验需求进行绝缘薄弱处理，通过合理安排绕组与绕组、绕组与铁芯、绕组与套管的接线与放置方式，配合施加不同压差来模拟绕组匝间、层间、相间放电，绕组与铁芯之间以及套管放电过程；

2)试验布置：试验变压器与保护电阻和分压器依次串联，然后接地；分压器与耦合电容并联；分压器还与串联的试品、罗氏线圈并联；耦合电容和试品之间接有监测装置；分压器还与保护电路并联；分压器与罗氏线圈之间接有示波器；试验电压由试验变压器提供；保护电阻用于在试品击穿时，起限流作用，保护试验设备；示波器用于在试品接地侧采集试验数据；监测装置可以实时监测试品高电位侧故障放电行波电流并将数据传输给服务器；保护电路用于保护试品，防止其被击穿；

3)采集装置布置：监测装置实时采集试品高电位侧导线上高频电流，并将电流信息通过无线方式发送至后台；监测装置包括高频电流传感器、调理电路、采集与高速处理电路、电池、GPS时钟模块以及无线发射模块；试品接地侧采用罗氏线圈传感器来测量高频放电电流；分压器与罗氏线圈分别与示波器连接，用于实时观察试品放电情况，同时在放电发展过程中，采集大量放电信息，为后期研究变压器内绝缘缺陷放电基本特征参量的统计规律收集数据；

4)电压施加及放电监测：每一种放电类型都需要确定好起始放电电压U0和击穿电压Ub；在布置好模型后，均匀缓慢地升高电压，当发现监测终端出现放电脉冲时，此时所加的电压就对应着该类放电类型的起始U0，然后继续升高直至击穿，记录击穿电压；对每一种典型缺陷放电类型，从起始电压至击穿电压，每隔一个电压等级，即500V，放电经过5min后，用监测装置实时监测放电脉冲信号。

进一步，所述放电过程具体为：

①绕组层间放电：取一个绕组，绕组相应位置进行绝缘弱化处理，其中高压绕组通过试验回路施加高压，低压绕组接地，使高低绕组之间产生压差进而模拟放电过程；

②绕组相间放电：取两个绕组，分别对两绕组相应部位进行绝缘弱化处理，再对其中一绕组施加高压，另一绕组接地处理；调整施加电压，同时通过绕组下方滑轨来调整两绕组相对距离以模拟相间放电过程；

③绕组匝间放电：将试验绕组设计成上下可分的两部分，通过调整上下两部分绕组之间的位置及电压来模拟匝间放电，进而获取匝间放电电流特征；取一绕组，分别对绕组上下部分相应部位进行绝缘弱化，再对其上部绕组施加高压，下部绕组接地处理；实验时，调整施加电压，同时调整两部分绕组相对距离以模拟匝间放电过程；

④绕组与铁芯之间放电：取左侧绕组，绕组某部位进行绝缘弱化，对绕组施加高压，铁芯接地；试验时，调整绕组上电压以及铁芯与绕组之间的距离以获得绕组与铁芯之间的放电电流；

⑤套管放电：取一个套管进行劣化处理，试验时，套管出线端接高电压，套管中部加金属带，通过金属带接地，调整施加电压，从而模拟套管放电。

本发明的有益效果是：

(1)试验试品关键结构部位一定程度上是对变压器的还原，使得模拟结果能更大程度还原变压器真实放电情况；

(2)在低压侧通过带高频响应良好的自积分罗氏线圈进行窄带检测耦合出放电电流，同时在高压侧采用隐患监测装置进行宽带检测，在线采集放电电流，实现放电电流的全面、准确监测与还原。

(3)通过调整施加电压与试品排布及接线方式可以模拟变压器从局部放电到电弧放电进而发展到火花放电的过程，进而获取变压器绝缘缺陷放电发展过程。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

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的详细描述，其中：

图1为变压器内部绝缘缺陷放电试验系统示意图；

图2为放电模拟试品结构图；

图3为放电模拟试品剖面图。

附图标记：1-试验变压器，2-保护电阻，3-分压器，4-示波器，5-耦合电容Ck，6-试品，7-罗氏线圈，8-监测装置，9-保护电路，10-套管，11-接地线，12-高压绕组，13-低压绕组，14-铁芯。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

如图1所示，为变压器内部绝缘缺陷放电试验方法与装置示意图，包含试验变压器1、保护电阻2、分压器3、示波器4、耦合电容Ck 5、罗氏线圈7、试品6、监测装置8和保护电路9。整个试验平台具体功能分为两块：绝缘缺陷放电模拟与放电采集。

本发明描述的试验方法如下：

1)试品处理：放电模拟试品结构如图2所示，剖面如图3所示，整个模拟试品由三相绕组、铁芯及套管组成，其中每相绕组还包含高压绕组12、低压绕组13，各绕组、铁芯14及套管10都是独立可分的。各绕组下方有滑动轨道可以改变绕组间距。对绕组、套管、铁芯的某些部位分别根据试验需求进行绝缘薄弱处理，通过合理安排绕组与绕组、绕组与铁芯、绕组与套管的接线与放置方式，配合施加不同压差来模拟绕组匝间、层间、相间放电，绕组与铁芯之间以及套管放电过程。具体放电模拟方式如下：

①绕组层间放电：取图3中一个绕组，绕组相应位置进行绝缘弱化处理，其中高压绕组通过试验回路施加高压，低压绕组接地，使高低绕组之间产生压差进而模拟放电过程。

②绕组相间放电：取两个绕组，分别对两绕组相应部位进行绝缘弱化处理，再对其中一绕组施加高压，另一绕组接地处理。调整施加电压，同时通过绕组下方滑轨来调整两绕组相对距离以模拟相间放电过程。

③绕组匝间放电：由于试验用绕组的匝数有限，电感值小，在单个绕组两端无法施加真实变压器中一个绕组耐受的高电压，因而也难以在匝间产生足够压差而导致放电发生，因此，将试验绕组设计成上下可分的两部分，通过调整上下两部分绕组之间的位置及电压来模拟匝间放电，进而获取匝间放电电流特征。取图3中一绕组，分别对绕组上下部分相应部位进行绝缘弱化，再对其上部绕组施加高压，下部绕组接地处理。实验时，调整施加电压，同时调整两部分绕组相对距离以模拟匝间放电过程。

④绕组与铁芯之间放电：取图3左侧绕组，绕组某部位进行绝缘弱化，对绕组施加高压，铁芯接地。试验时，调整绕组上电压以及铁芯与绕组之间的距离以获得绕组与铁芯之间的放电电流。

⑤套管放电：取一个套管进行劣化处理，试验时，套管出线端接高电压，套管中部加金属带，通过金属带接地，如图3右侧套管所示，调整施加电压，从而模拟套管放电。

2)试验布置：按图1所示布置试验，其中试验电压由试验变压器提供；保护电阻用于在试品击穿时，起限流作用，保护试验设备；示波器用于在试品接地侧采集试验数据；监测装置可以实时监测试品高电位侧故障放电行波电流并将数据传输给服务器；保护电路用于保护试品，防止其被击穿。

3)采集装置布置：监测装置实时采集试品高电位侧导线上高频电流，并将电流信息通过无线方式发送至后台。监测终端主要包括高频电流传感器、调理电路、采集与高速处理电路、电池、GPS时钟模块以及无线发射模块等。试品接地侧采用罗氏线圈传感器来测量高频放电电流。分压器与罗氏线圈分别与示波器连接，用于实时观察试品放电情况，同时在放电发展过程中，采集大量放电信息，为后期研究变压器内绝缘缺陷放电基本特征参量的统计规律收集数据。

4)电压施加及放电监测：每一种放电类型都需要确定好起始放电电压U0和击穿电压Ub。在布置好模型后，均匀缓慢地升高电压，当发现监测终端出现放电脉冲时，此时所加的电压就对应着该类放电类型的起始U0，然后继续升高直至击穿，记录击穿电压。对每一种典型缺陷放电类型，从起始电压至击穿电压，每隔一个电压等级(500V)，放电经过5min后，用监测装置实时监测放电脉冲信号。

本发明的创新点

1)低压侧通过带高频响应良好的自积分罗氏线圈进行宽带检测耦合出放电电流，同时高压侧采用隐患监测装置进行窄带检测，在线采集放电电流，实现放电电流的全面、准确监测与还原。

2)试验试品关键结构部位一定程度上是对变压器的还原，利于放电电流特征准确测量与还原。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种模拟变压器内部绝缘缺陷放电的试验方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

1）试品处理：整个模拟试品由三相绕组、铁芯及套管组成，其中每相绕组还包含高、低压绕组；各绕组、铁芯及套管都是独立可分的；各绕组下方有滑动轨道能够改变绕组间距；对绕组、套管、铁芯分别根据试验需求进行绝缘薄弱处理，通过合理安排绕组与绕组、绕组与铁芯、绕组与套管的接线与放置方式，配合施加不同压差来模拟绕组匝间、层间、相间放电，绕组与铁芯之间以及套管放电过程；

2）试验布置：试验变压器与保护电阻和分压器依次串联，然后接地；分压器与耦合电容并联；分压器还与串联的试品、罗氏线圈并联；耦合电容和试品之间接有监测装置；分压器还与保护电路并联；分压器与罗氏线圈之间接有示波器；试验电压由试验变压器提供；保护电阻用于在试品击穿时，起限流作用，保护试验设备；示波器用于在试品接地侧采集试验数据；监测装置可以实时监测试品高电位侧故障放电行波电流并将数据传输给服务器；保护电路用于保护试品，防止其被击穿；

3）采集装置布置：监测装置实时采集试品高电位侧导线上高频电流，并将电流信息通过无线方式发送至后台；监测装置包括高频电流传感器、调理电路、采集与高速处理电路、电池、GPS时钟模块以及无线发射模块；试品接地侧采用罗氏线圈传感器来测量高频放电电流；分压器与罗氏线圈分别与示波器连接，用于实时观察试品放电情况，同时在放电发展过程中，采集大量放电信息，为后期研究变压器内绝缘缺陷放电基本特征参量的统计规律收集数据；

4）电压施加及放电监测：每一种放电类型都需要确定好起始放电电压U0和击穿电压Ub；在布置好模型后，均匀缓慢地升高电压，当发现监测终端出现放电脉冲时，此时所加的电压就对应着该放电类型的起始U0，然后继续升高直至击穿，记录击穿电压；对每一种典型缺陷放电类型，从起始电压至击穿电压，每隔一个电压等级，即500V，放电经过5min 后，用监测装置实时监测放电脉冲信号;

所述放电过程具体为：

①绕组层间放电：取一个绕组，绕组相应位置进行绝缘弱化处理，其中高压绕组通过试验回路施加高压，低压绕组接地，使高低绕组之间产生压差进而模拟放电过程；

②绕组相间放电：取两个绕组，分别对两绕组相应部位进行绝缘弱化处理，再对其中一绕组施加高压，另一绕组接地处理；调整施加电压，同时通过绕组下方滑轨来调整两绕组相对距离以模拟相间放电过程；

③绕组匝间放电：将试验绕组设计成上下可分的两部分，通过调整上下两部分绕组之间的位置及电压来模拟匝间放电，进而获取匝间放电电流特征；取一绕组，分别对绕组上下部分相应部位进行绝缘弱化，再对其上部绕组施加高压，下部绕组接地处理；实验时，调整施加电压，同时调整两部分绕组相对距离以模拟匝间放电过程；

④绕组与铁芯之间放电：取左侧绕组，绕组某部位进行绝缘弱化，对绕组施加高压，铁芯接地；试验时，调整绕组上电压以及铁芯与绕组之间的距离以获得绕组与铁芯之间的放电电流；

⑤套管放电：取一个套管进行劣化处理，试验时，套管出线端接高电压，套管中部加金属带，通过金属带接地，调整施加电压，从而模拟套管放电。

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