CN110161392A - 一种高温高压云母类大型套管绝缘性能检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电气设备绝缘诊断技术领域，提供了一种高温高压云母类大型套管绝缘性能检测系统及方法。该极化去极化电流测试试验装置包括直流高压试验电源系统、高温套管绝缘试验平台、信号采集与处理系统。本发明设计使用直流高压试验电源产生120kV高电压，经过限流电阻、测量电阻以及保护球隙引入高温环境试验房内与被试验套管连接，并将试验套管的另一端接地，形成完整的试验电路，并由Ni采集模块采集流过实验电路的极化去极化电流信号并发送给上位机进行数据处理。本发明适合于500℃以上高温环境使用的120kV穿墙套管的极化去极化电流测试试验要求。
Description
技术领域
本发明属于电气设备绝缘诊断技术领域，具体涉及一种基于极端条件下使用的针对大型云母类套管绝缘性能检测装置及方法。
背景技术
由于北方地区冬季供暖期存在大规模弃风现象，故为了缓解风电消纳矛盾，提高清洁能源利用率而研制大容量、高可靠性的电储热装置具有实际价值。在当前能源互联网迅速发展及电能联系日渐紧密的环境下，储能系统与大容量风力发电、光伏发电、燃料电池等新能源的发电系统结合，通过储能元件和装置对机组的出力进行调控，在电力统中发挥着调峰、电压补偿、频率调节等作用。
大容量、高可靠性的电储热装置，由于其高温高压的极端工况，对于其关键设备绝缘性能检测提出了更高的要求。极化去极化电流测量试验作为一种全新的高压绝缘系统老化状态检测方法，可以很好的反映被试品的绝缘性能。目前针对该检测方法的的成熟商业化产品较少，且基本价格昂贵，多场景应用性较差。为实现在高温高压条件下对大型云母套管进行绝缘性能检测，本发明提出了一种基于极化去极化电流法的高温高压云母类大型套管绝缘检测方法，通过使用Labview上位机编程与NIUSB-6003采集卡配合自研极化去极化电流测量系统，并将该系统应用在自研的高温高压绝缘实验平台上。采用该实验系统对大型云母套管绝缘试品开展了试验后，通过对试验结果的分析表明，此系统可以持续稳定的运行，且试验测量结果连续、精确，可以灵敏反应试验电流的变化，实现了极端条件下对于大型云母套管的绝缘性能检测。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，旨在提出一种基于极化去极化电流法的高温高压云母类大型套管绝缘检测方法。
本发明的技术方案：
一种高温高压云母类大型套管绝缘性能检测系统，所述的高温高压云母类大型套管绝缘性能检测系统包括上位机1、直流高压发生器2、高压电源控制台3、采集装置4、限流电阻5、保护球隙6、分压器7、法兰8、精密采样电阻9、连接套管10、绝缘支柱11、均压环12、大伞裙13、支架14、弹簧15、高温加热箱16、云母套管17、导电极18、U型环19和可移动试验台20；
所述的可移动试验台20上方设置高温加热箱16，云母套管17的一端部分位于高温加热箱16内，另一端穿过高温加热箱16延伸至箱外；云母套管17的的内部同轴设置导电极18，实现高温加热箱16对导电极18进行加热；其中，云母套管17与高温加热箱16的接触部分设置U型环19，用于支撑云母套管17，U型环19的上下两端设置弹簧15，以缓冲云母套管17热胀冷缩所造成的体积变换；
位于高温加热箱16外的云母套管17上，依次套设四组大伞裙13和均压环12，从高温加热箱16开始向外，大伞裙13和均压环12的直径逐渐变小呈圆锥体状，所有均压环12相互并联接地；
位于高温加热箱16外部的导电极18设置连接套管10，连接套管10的两端设置法兰8，且法兰8下方对应设置绝缘支柱11，绝缘支柱11设置于支架14上，并接地；
所述的高压电源控制台3用于调控整个高温高压云母类大型套管绝缘性能检测系统使用过程中的电压；高压电源控制台3与直流高压发生器2相连，直流高压发生器2输出直流高压，所述的直流高压发生器2与限流电阻5以及精密采样电阻9串接后与套管中的导电极18相连；限流电阻5与精密采样电阻9之间一方面依次连接采集装置4和上位机1，采集装置4采集流经精密采样电阻9上的极化去极化电流，并将采集到的数据发送给上位机1；另一方面依次连接保护球隙6和分压器7，保护球隙6以防止试验端短路损坏高压电源控制台3，分压器7一端与导电极18相连，采集施加在样品上的直流电压数值，另一端与高压电源控制台3相连，输出试验电压信号，供高压电源控制台3显示、调控。
一种高温高压云母类大型套管绝缘性能检测方法，具体步骤如下：
(1)将所需检测的高温高压大型云母套管固定在可移动试验台20上，套管一端伸入高温加热炉16内，将导电极18的一端接地，保证所有的连接牢靠无松动，接地良好；
(2)开启高温加热炉16，用测温枪检测套管加热端是否达到实验所需温度值，并保温一段时间，使空间温度和被试品充分均匀受热；
(3)待空间温度和被试品温度均符合试验要求后，连接直流电压试验电源系统；
(4)基于极化/去极化电流法PDC，首先整个系统对地放电，保证系统内无电荷残留，保证试验的准确性。第一步将开关闭合持续持续一段时间为对试验样品进行充电，整个充电过程中电路中流过的电流为极化电流，回路开通时长记作极化时间；第二步将开关断开并对地放电回路持续一段时间，是整个试验样品与大地短接进而发生对地放电，将整个放电过程中产生的电流称为去极化电流，放电持续时间记作去极化时间。
(5)打开上位机1选择接线配置方式，选择最大/最小电压，输入通道名称，开始读取数据，输入截止频率，进行低通滤波，将读取的数据写入电子表格，生成数据文件。由上位机1根据数据文件中的数据绘制极化去极化电流曲线。
(6)关闭高温加热炉16，自然冷却至室温，根据绘制的极化去极化电流曲线评估绝缘套管的绝缘性能。
所述的采集装置4为NI采集卡，所述的上位机1中载有Labview程序，用于对采集装置4进行控制，并对其输出的实验数据进行滤波、运算、曲线绘制、存储四项功能。
所述的NI采集卡选用模数转换器分辨率为16位的ADC模块进行数据采集；采用接地差分方式去除环境噪声干扰。所述的Labview程序使用Butterworth滤波器对信号进行滤波。并且Labview程序包括程序框图、前面板两部分。所述的前面板部分设置了示波器窗口，便于观察试验波形，同时通过对试验参数的修改，随时调整采集范围、采集信号输入端口以及测量试验的采样方式、采样频率。
所述导电极18的材质为镍基耐热铜合金；所述的连接套管10是具有伸缩功能的绝缘套管。
所述连接套管10为带有波纹管式结构的硅胶绝缘套管，确保在高温状态下所产生的热变形通过波纹管式结构得到有效释放，同时减小由高温引起的热震动；所述法兰8的端面采用高温胶粘和不锈钢圈密封处理，并加装均压环改善法兰周围电场环境。
所述的高压电源控制台3是具有均压环的升压变压器，是具有手自一体的升降压功能和过流保护功能的控制台。
本发明的有益效果：
1.本发明通过所述高温加热炉提供500℃以上最高可达800℃的高温试验环境，并能保证加热炉内温度均匀；加热炉口处装有U型环以及弹簧，解决了在高温环境下套管膨胀自伸缩的问题。
2.本发明采用的NI选择模块，选用模数转换器分辨率为16位的ADC模块进行数据采集，采样精度高；采用接地差分方式去除环境噪声干扰，有很强的的抗干扰能力，谐波含量低。
3.本发明的直流高压试验电源系统为本试验提供了120kV的直流高电压，整个测试装置为穿墙套管提供了120kV、500℃以上的高电压高温度的测试环境，能够真实地模拟了研制高温储热装置中所需的穿墙套管的实际运行环境，进而实现穿墙套管在高温度高电压环境下的绝缘性能试验。
4.本发明所述的前面板部分设置了示波器窗口，便于观察试验波形，同时可以通过对试验参数的修改，随时调整采集范围、采集信号输入端口以及测量试验的采样方式、采样频率。通过人工手动开关保存试验数据等功能。
附图说明
图1为120kV大型云母套管高温环境下极化去极化电流试验装置。
图2为高温高压大型云母套管绝缘测试系统。
图中：1上位机；2直流高压发生器；3高压电源控制台；4采集装置；5限流电阻；6保护球隙；7分压器；8法兰；9精密采样电阻；10连接套管；11绝缘支柱；12均压环；13大伞裙；14支架；15弹簧；16高温加热箱；17云母套管；18导电极；19 U型环；20可移动试验台。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明。
一种高温高压云母类大型套管绝缘性能检测方法，包括硬件与软件两个部分，硬件部分包括高温绝缘套管试验平台、直流高压发生器2、高压电源控制台3、精密采样电阻9、NI采集模块4。软件部分主要包括Labview上位机1程序来对NI采集卡进行控制，并对其输出的实验数据进行滤波、运算、曲线绘制、存储四项功能。
所述的高温绝缘套管实验平台包括高温加热炉16，待测套管17，绝缘支柱11，导电极18，均压环12；其中待测套管17固定在绝缘支柱11上，一端伸入高温加热炉16中，待测套管17内部接有导电极18，外部套设多个均压环12，均压环12与接地系统相连。
所述的直流高压发生器2与限流电阻5以及精密采样电阻9串接后与套管中的导电极18相连；
所述的NI采集模块4与精密采样电阻9相连，用以采集流经精密采样电阻9上的极化去极化电流，并将采集到的数据发送给上位机。
所述的NI选择模块，选用模数转换器分辨率为16位的ADC模块进行数据采集；采用接地差分方式去除环境噪声干扰。
所述的测量系统的软件部分基于上位机Labview图形化编程语言进行设计开发，由程序框图、前面板两部分构成。
所述的Labview上位机程序使用Butterworth滤波器对信号进行滤波。
所述的前面板部分设置了示波器窗口，便于观察试验波形，同时可以通过对试验参数的修改，随时调整采集范围、采集信号输入端口以及测量试验的采样方式、采样频率。通过人工手动开关保存试验数据等功能。
如图2，直流120KV电压经过限流电阻及精密采样电阻加在试品上，试品另一端接地，采集模块与精密采样电阻相连，用以采集流经电路的极化去极化电流信号，并将电流信号输入给上位机，直流电源控制台与直流120KV电源相连用以控制直流电压输出，控制台外壳与接地系统相连。
(1)将所需检测的高温高压大型云母套管固定在可移动试验台20上，套管一端伸入高温加热炉16内，将导电极18的一端接地，保证所有的连接牢靠无松动，接地良好；
(2)开启高温加热炉16，用测温枪检测套管加热端是否达到实验所需温度值，并保温一段时间，使空间温度和被试品充分均匀受热；
(3)待空间温度和被试品温度均符合试验要求后，连接直流电压试验电源系统；
(4)基于极化/去极化电流法PDC，首先整个系统对地放电，保证系统内无电荷残留，保证试验的准确性。第一步将开关闭合持续持续一段时间为对试验样品进行充电，整个充电过程中电路中流过的电流为极化电流，回路开通时长记作极化时间；第二步将开关断开并对地放电回路持续一段时间，是整个试验样品与大地短接进而发生对地放电，将整个放电过程中产生的电流称为去极化电流，放电持续时间记作去极化时间。
(5)打开上位机1选择接线配置方式，选择最大/最小电压，输入通道名称，开始读取数据，输入截止频率，进行低通滤波，将读取的数据写入电子表格，生成数据文件。由上位机1根据数据文件中的数据绘制极化去极化电流曲线。
(6)关闭高温加热炉16，自然冷却至室温，根据绘制的极化去极化电流曲线评估绝缘套管的绝缘性能。
一、直流高压试验电源系统
直流高压试验电源系统为套管的极化去极化电流试验提供稳定地可调节的直流高压，其电压等级为150KV，整个电源系统有四部分构成：直流高压发生器，高压电源控制台，升压变压器，测量和保护设备。高压电源控制台可对直流高压发生器进行控制，可以实现平稳升降电压，本系统还配有测量和保护系统，通过限流电阻以及球形间隙实现对整个实验电路的保护。
二、高温绝缘套管实验平台
高温绝缘套管实验平台包括高温加热炉，待测套管，绝缘支柱，导电极，均压环。高温加热炉为套管的极化去极化电流试验提供高温环境，加热炉里有隔热层，已实现隔热和保温的作用，实验平台上有绝缘支柱用以固定试验套管，试验套管一端伸入高温加热炉中，待测套管内部接有导电极，外部套设多个均压环，均压环与接地系统相连。
三、信号采集与处理系统
采用NI采集卡模拟输入端直接测取采样电阻的电压值，选用模数转换器分辨率为16位的ADC模块进行数据采集；采用接地差分方式去除环境噪声干扰；通过上位机软件对电压数据进行换算得到PDC测量电流值。基于上位机Labview图形化编程语言进行设计开发，由程序框图、前面板两部分构成。程序使用Butterworth滤波器对信号进行滤波；上位机可随时修改采样频率、幅值；添加示波器功能，可及时观测试验结果。
Claims (10)
1.一种高温高压云母类大型套管绝缘性能检测系统，其特征在于，所述的高温高压云母类大型套管绝缘性能检测系统包括上位机(1)、直流高压发生器(2)、高压电源控制台(3)、采集装置(4)、限流电阻(5)、保护球隙(6)、分压器(7)、法兰(8)、精密采样电阻(9)、连接套管(10)、绝缘支柱(11)、均压环(12)、大伞裙(13)、支架(14)、弹簧(15)、高温加热箱(16)、云母套管(17)、导电极(18)、U型环(19)和可移动试验台(20)；
所述的可移动试验台(20)上方设置高温加热箱(16)，云母套管(17)的一端部分位于高温加热箱(16)内，另一端穿过高温加热箱(16)延伸至箱外；云母套管(17)的内部同轴设置导电极(18)，实现高温加热箱(16)对导电极(18)进行加热；其中，云母套管(17)与高温加热箱(16)的接触部分设置U型环(19)，用于支撑云母套管(17)，U型环(19)的上下两端设置弹簧(15)，以缓冲云母套管(17)热胀冷缩所造成的体积变换；
位于高温加热箱(16)外的云母套管(17)上，依次套设四组大伞裙(13)和均压环(12)，从高温加热箱(16)开始向外，大伞裙(13)和均压环(12)的直径逐渐变小呈圆锥体状，所有均压环(12相互并联接地；
位于高温加热箱(16)外部的导电极(18)设置连接套管(10)，连接套管(10)的两端设置法兰(8)，且法兰(8)下方对应设置绝缘支柱(11)，绝缘支柱(11)设置于支架(14)上，并接地；
所述的高压电源控制台(3)用于调控整个高温高压云母类大型套管绝缘性能检测系统使用过程中的电压；高压电源控制台(3)与直流高压发生器(2)相连，直流高压发生器(2)输出直流高压，所述的直流高压发生器(2)与限流电阻(5)以及精密采样电阻(9)串接后与套管中的导电极(18)相连；限流电阻(5)与精密采样电阻(9)之间一方面依次连接采集装置(4)和上位机(1)，采集装置(4)采集流经精密采样电阻(9)上的极化去极化电流，并将采集到的数据发送给上位机(1)；另一方面依次连接保护球隙(6)和分压器(7)，保护球隙(6)以防止试验端短路损坏高压电源控制台(3)，分压器(7)一端与导电极(18)相连，采集施加在样品上的直流电压数值，另一端与高压电源控制台(3)相连，输出试验电压信号，供高压电源控制台(3)显示、调控。
2.根据权利要求1所述的一种高温高压云母类大型套管绝缘性能检测系统，其特征在于，所述的采集装置(4)为NI采集卡，所述的上位机(1)中载有Labview程序，用于对采集装置(4)进行控制，并对其输出的实验数据进行滤波、运算、曲线绘制、存储四项功能。
3.根据权利要求3所述的一种高温高压云母类大型套管绝缘性能检测系统，其特征在于，所述的NI采集卡选用模数转换器分辨率为16位的ADC模块进行数据采集；采用接地差分方式去除环境噪声干扰；所述的Labview程序使用Butterworth滤波器对信号进行滤波；并且Labview程序包括程序框图、前面板两部分；所述的前面板部分设置了示波器窗口，便于观察试验波形，同时通过对试验参数的修改，随时调整采集范围、采集信号输入端口以及测量试验的采样方式、采样频率。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种高温高压云母类大型套管绝缘性能检测系统，其特征在于，所述导电极(18)的材质为镍基耐热铜合金；所述的连接套管(10)是具有伸缩功能的绝缘套管。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种高温高压云母类大型套管绝缘性能检测系统，其特征在于，所述连接套管(10)为带有波纹管式结构的硅胶绝缘套管，确保在高温状态下所产生的热变形通过波纹管式结构得到有效释放，同时减小由高温引起的热震动；所述法兰(8)的端面采用高温胶粘和不锈钢圈密封处理，并加装均压环改善法兰周围电场环境。
6.根据权利要求4所述的一种高温高压云母类大型套管绝缘性能检测系统，其特征在于，所述连接套管(10)为带有波纹管式结构的硅胶绝缘套管，确保在高温状态下所产生的热变形通过波纹管式结构得到有效释放，同时减小由高温引起的热震动；所述法兰(8)的端面采用高温胶粘和不锈钢圈密封处理，并加装均压环改善法兰周围电场环境。
7.根据权利要求1、2、3或6所述的一种高温高压云母类大型套管绝缘性能检测系统，其特征在于，所述的高压电源控制台(3)是具有均压环的升压变压器，是具有手自一体的升降压功能和过流保护功能的控制台。
8.根据权利要求4所述的一种高温高压云母类大型套管绝缘性能检测系统，其特征在于，所述的高压电源控制台(3)是具有均压环的升压变压器，是具有手自一体的升降压功能和过流保护功能的控制台。
9.根据权利要求5所述的一种高温高压云母类大型套管绝缘性能检测系统，其特征在于，所述的高压电源控制台(3)是具有均压环的升压变压器，是具有手自一体的升降压功能和过流保护功能的控制台。
10.采用权利要求1-9任一所述的一种高温高压云母类大型套管绝缘性能检测系统的检测方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将所需检测的高温高压大型云母套管固定在可移动试验台(20)上，套管一端伸入高温加热炉(16)内，将导电极(18)的一端接地，保证所有的连接牢靠无松动，接地良好；
(2)开启高温加热炉(16)，用测温枪检测套管加热端是否达到实验所需温度值，并保温一段时间，使空间温度和被试品充分均匀受热；
(3)待空间温度和被试品温度均符合试验要求后，连接直流电压试验电源系统；
(4)基于极化/去极化电流法PDC，首先整个系统对地放电，保证系统内无电荷残留，保证试验的准确性；第一步将开关闭合持续持续一段时间为对试验样品进行充电，整个充电过程中电路中流过的电流为极化电流，回路开通时长记作极化时间；第二步将开关断开并对地放电回路持续一段时间，是整个试验样品与大地短接进而发生对地放电，将整个放电过程中产生的电流称为去极化电流，放电持续时间记作去极化时间；
(5)打开上位机(1)选择接线配置方式，选择最大/最小电压，输入通道名称，开始读取数据，输入截止频率，进行低通滤波，将读取的数据写入电子表格，生成数据文件；由上位机(1)根据数据文件中的数据绘制极化去极化电流曲线；
(6)关闭高温加热炉(16)，自然冷却至室温，根据绘制的极化去极化电流曲线评估绝缘套管的绝缘性能。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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