CN110907779A - 一种基于振荡波的局部放电模拟测试系统及测试方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于振荡波的局部放电模拟测试系统及测试方法，属于局部放电测试技术领域。包括电缆（5），自电缆（5）中设置有测试点，测试点处的内芯和护层分别测试接头机构（3）引出，测试接头机构（3）与测试插头机构插接，振荡波信号在测试插头机构内的局放测试模块（15）中放电，还包括如下步骤：步骤1001，计算起始电压；步骤1002，将测试插头机构与测试接头机构（3）插接；步骤1003，将电缆接头（6）与振荡波主机连接；步骤1004，输出振荡波信号；步骤1005，观察波形。在本基于振荡波的局部放电模拟测试系统及测试方法中，通过向电缆输入实际的振荡波信号，便于对测试波形进行识别，便于技术人员掌握振荡波局放测试技术，使之更接近实际测试。
Description
技术领域
一种基于振荡波的局部放电模拟测试系统及测试方法，属于局部放电测试技术领域。
背景技术
局部放电现象，主要指的是高压电气设备的绝缘体中只有局部区域发生放电的现象，据电网统计，局部放电是造成高压电气设备最终发生绝缘击穿的重要原因，也是绝缘劣化的重要标征。随着技术的不断进步，为了保障供电的可靠性，国家电网公司也将电缆的计划检修逐步向状态检修推进，而振荡波局放测试作为一种电缆状态评估的新技术，可以及时发现电缆的局放缺陷，及时消除缺陷可以保证电缆的正常运行，因此国家电网公司也制定了相应的振荡波局放测试的规程和标准。
然而由于振荡波局放引入国内的时间较短，而且振荡波局放测试相对电缆故障测试来说，其波形比较难以识别，而目前市面上局部放电模拟系统，只能模拟不同局放缺陷的经典图谱，不能承受高压，而在实际进行振荡波的局部放电测试中，需要对电缆施加高压，因此现有技术的模拟系统不利于技术人员对于振荡波局放测试技术的掌握。所以为了便于技术人员掌握振荡波局放测试技术，设计一种能够承受高压，使之更接近实际测试的模拟测试系统，成为本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种通过向电缆输入实际的振荡波信号，便于对测试波形进行识别，便于技术人员掌握振荡波局放测试技术，使之更接近实际测试的基于振荡波的局部放电模拟测试系统及测试方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该基于振荡波的局部放电模拟测试系统，其特征在于：包括外壳，在外壳内缠绕有电缆，电缆的电缆接头自外壳的两端引出，自电缆中任意位置设置有至少一个测试点，并在外壳的侧部固定有与测试点一一对应的测试接头机构，测试点处的内芯和护层分别引出后接入测试接头机构中；还设置有与测试接头机构插接的测试插头机构，在测试插头机构内设置有局放测试模块，测试点处的内芯和护层分别经过测试接头机构接入局放测试模块中；通过电缆接头向电缆输出测试用的振荡波信号，振荡波信号经过测试接头机构进入测试插头机构内，并在局放测试模块进行局部放电。
优选的，在所述外壳的侧部接头固定板，所述的测试接头机构固定在接头固定板上，所述的测试插头机构自外壳的外部与测试接头机构插接。
优选的，所述的测试接头机构包括自上而下固定在接头固定板上的两个接头插座，接头插座一端中心处设置有插孔，另一端穿过接头固定板后与连接罩固定，连接罩的开口背向接头固定板，并自其开口处引出测试点连接线，测试点连接线一端与相对应的接头插座内的插孔连接，另一端连接电缆的内芯或护层。
优选的，所述的测试插头机构包括插头机构基座，在插头机构基座的一个端面上开设有两个插槽，并在插槽的尽头处分别固定有一个插针；两个插针一端与测试接头机构插接，另一端自插头机构基座的背面引出后与所述的局放测试模块连接。
优选的，所述的插针自插头机构基座的背面引出后通过螺母固定，并分别连接有一条用于与局放测试模块连接的插头连接线，在插头机构基座的背面中部同时形成有一个夹口，上述的局放测试模块固定在该夹口中。
优选的，在所述插头机构基座的背面还罩设有插头机构外壳，插头机构外壳的罩口与插头机构基座的外圈对接后通过螺栓固定，插头机构外壳将插头机构基座的背面罩设在其内。
优选的，其特征在于：所述的局放测试机构包括对接的一组绝缘体：第一绝缘体和第二绝缘体，第二绝缘体进入第一绝缘体内部并通过螺纹连接，在第一绝缘体和第二绝缘体的对接面之间形成距离可调的放电间隙；
在第一绝缘体和第二绝缘体内分别设置有放电电极，放电电极的端面突出于第一绝缘体和第二绝缘体，放电电极分别通过测试接头机构与电缆的内芯和护层连接；
优选的，在每一个放电电极上还分别固定有圆板状的均压件；在所述第一绝缘体与第二绝缘体的外圈还形成伞群结构。
一种基于振荡波的局部放电模拟测试方法，包括用于产生振荡波信号的振荡波主机，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1001，计算局放测试的起始电压；
步骤1002，将测试插头机构与测试接头机构插接；
步骤1003，将电缆接头与振荡波主机连接；
步骤1004，通过振荡波主机向电缆输出振荡波信号；
步骤1005，观察振荡波测试波形。
优选的，步骤1001所述的起始电压，包括如下计算步骤：
步骤1001-1，计算局放测试模块中放电间隙的等效电容C2；
计算放电间隙等效电容C2的计算公式为：
C2=（ε*ε0*S）/d0
其中：ε0表示真空介电常数，ε0=8.86*10-12F/m，ε表示空气的相对介电常数，ε=1.00053，S为放电间隙的面积，d0表示放电间隙的厚度；
步骤1001-2，计算局放测试模块中绝缘体的等效电容C1，
绝缘体的等效电容C1的计算公式为：
C1=（ε’*ε0*S’）/（d1+d2）
其中：ε0表示真空介电常数，ε0=8.86*10-12F/m，ε’表示绝缘体材质的相对介电常数，S’表示绝缘体的对接面的面积，d1和d2分别表示相对的两个绝缘体的厚度；
步骤1001-3，计算得到局放测试的起始电压；
局放测试起始电压U的计算公式为：
U=（C1+C2）*U1/C1
其中：C1表示绝缘体的等效电容，C2表示放电间隙的等效电容，U1表示放电间隙的击穿电压。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
1、在本基于振荡波的局部放电模拟测试系统及测试方法中，通过向电缆输入实际的振荡波信号，便于对测试波形进行识别，便于技术人员掌握振荡波局放测试技术，使之更接近实际测试。
2、第一绝缘体与第二绝缘体通过螺纹连接，因此可以通过第一绝缘体与第二绝缘体的相对转动对放电间隙的宽度进行调节。
3、在每一个放电电极中固定有圆板状的均压件，通过均压件可以防止在插头连接线与放电电极的连接处产生局部放电。
4、在第一绝缘体与第二绝缘体的外圈还形成伞群结构，有效避免测试时在放电电极之间产生污闪。
附图说明
图1为基于振荡波的局部放电模拟测试系统结构示意图。
图2为基于振荡波的局部放电模拟测试系统测试接头机构结构示意图。
图3为基于振荡波的局部放电模拟测试系统测试插头机构结构示意图。
图4为基于振荡波的局部放电模拟测试系统局放测试模块结构示意图。
图5为基于振荡波的局部放电模拟测试系统局放测试机构等效电路图。
图6为基于振荡波的局部放电模拟测试方法流程图。
图7为基于振荡波的局部放电模拟测试系统实施例2结构示意图。
图8为基于振荡波的局部放电模拟测试系统实施例3局放测试模块结构示意图。
其中：1、外壳 2、接头固定板 3、测试接头机构 4、电缆缠绕部 5、电缆 6、电缆接头 7、连接罩 8、测试点连接线 9、接头插座 10、插孔 11、插头机构基座 12、插针 13、插头机构外壳 14、插头连接线 15、局放测试模块 16、均压件 17、接线孔18、放电电极 19、第一绝缘体 20、放电间隙 21、第二绝缘体 22、放电尖端。
具体实施方式
图1~6是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~8对本发明做进一步说明。
实施例1：
如图1所示，一种基于振荡波的局部放电模拟测试系统，包括竖直放置的矩形体状的外壳1，在外壳1内腔底部的中心位置设置有电缆缠绕部4，在电缆缠绕部4上缠绕有电缆5，电缆5为一段无局放缺陷的电缆。电缆5接头的两端分别自外壳1底部相对的两个侧面上作为电缆接头6引出。
在本实施例中，将电缆5中任意两处位置设置为测试点，并将测试点处的电缆内芯和护层（接地端）分别通过导线引出并连接到测试接头机构3中，测试接头机构3通过接头固定板2固定在外壳1的侧部。在外壳1的侧部，测试接头机构3自上而下设置有两个，分别与设置在电缆5中的两个测试点相对应连接。
在使用时，首先在至少一个测试点所对应的测试接头机构3上插接测试插头机构（见图3），在测试插头机构中设置有局放测试模块15，局放测试模块15与自测试点引出的电缆内芯和护层连接，最后通过电缆接头6向电缆5加载振荡波信号，通过与电缆5测试点连接的局放测试模块15实现局部放电模拟测试，得到相应的波形信号。
如图2所示，测试接头机构3包括自上而下固定在接头固定板2上的两个接头插座9，接头插座9一端中心处设置有插孔10，另一端穿过接头固定板2后同时从位于接头固定板2另一面的连接罩7的中心处穿过，通过连接罩7将接头插座9固定在接头固定板2上。接头插座9上的插孔10朝向外壳1的侧面，并与上述的测试插头机构插接。连接罩7的开口背向接头固定板2，并自其开口处引出测试点连接线8，两条测试点连接线8一端与相对应的接头插座9内的插孔10连接，另一端分别连接测试线处的电缆内芯和护层。
如图3所示，上述的测试插头机构包括插头机构基座11，在插头机构基座11的一个端面上开设有一组插槽，并在插槽的尽头处分别固定有一个插针12，两个插槽的间距与测试接头机构3中两个接头插座9的间距相同，测试插头机构与测试接头机构3对接时，接头插座9整体置于测试插头机构的插槽内，同时插槽内的插针12进入相对应的插孔10内，完成测试插头机构与测试接头机构3的插接。
插针12的前端与插孔10对接，其后端穿过插槽的槽壁后自插头机构基座11的背面引出后通过螺母固定，并分别连接有一条插头连接线14，在插头机构基座11的背面中部同时形成有一个夹口，上述的局放测试模块15固定在该夹口中，连接在两个插针12后端的插头连接线14接入局放测试模块15中。在插头机构基座11的背面还罩设有插头机构外壳13，插头机构外壳13的罩口与插头机构基座11的外圈对接后通过螺栓固定，插头机构外壳13将插头机构基座11的背面罩设在其内。
如图4所示，局放测试机构15包括对接的一组绝缘体：第一绝缘体19和第二绝缘体21，第一绝缘体19和第二绝缘体21的对接面均为平面，在第一绝缘体19与第二绝缘体21对接面上开设有凹槽，并在凹槽的内圈开设有内螺纹，第二绝缘体21通过开设在其外周圈的外螺纹与第一绝缘体19螺纹连接，从而在第一绝缘体19和第二绝缘体21的对接面之间形成放电间隙20，并可通过第一绝缘体19与第二绝缘体21的相对转动对放电间隙20的宽度进行调节。
在第一绝缘体19和第二绝缘体21背向放电间隙20的端面上分别开设有凹槽，并在凹槽内分别设置有放电电极18，放电电极18的端面突出于第一绝缘体19和第二绝缘体21，并在突出的端面上开设有接线孔17，上述自插针12引出的两条插头连接线14分别接入接线孔17内与第一绝缘体19和第二绝缘体21内的两个放电电极18相连。
因此在将测试接头机构3与测试插头机构插接之后，两个放电电极18分别通过插头连接线14、插针12接入测试接头机构3，并进一步通过插孔10、测试点连接线8与测试点处的电缆内芯和护层连接。在对电缆接头6处加载振荡波信号之后，振荡波信号通过与相通的路线反向加载到放电电极18上，通过放电电极18进行测试。
局放测试机构15的等效电路图如图5所示，包括串联连接的电容C1~C2，电容C1~C2串联后连接到接线端A、B之间，接线端A、B分别表示两个放电电极18，电容C1表示绝缘体的等效电容，其具体含义为：将第一绝缘体19端面凹槽底部与放电间隙20之间的厚度记为d1，第二绝缘体21端面凹槽底部与放电间隙20之间的厚度记为d2，电容C1表示（d1+d2）厚度下绝缘体（采用聚四氟乙烯实现）的等效电容，电容C2表示放电间隙20厚度（记为d0）下空气的等效电容。
在每一个放电电极18中接线孔17的侧部还分别固定有圆板状的均压件16，通过均压件16可以防止在插头连接线14与放电电极18的连接处产生局部放电。同时在第一绝缘体19与第二绝缘体21的外圈还形成伞群结构，有效避免测试时在放电电极18之间产生污闪。
如图6所示，利用上述基于振荡波的局部放电模拟测试系统完成的测试方法，包括如下步骤：
步骤1001，计算局放测试的起始电压；
在计算局放测试模块15的设计参数时，还包括如下步骤：
步骤1001-1，计算放电间隙20的等效电容C2；
计算放电间隙20等效电容C2的计算公式为：
C2=（ε*ε0*S）/d0
其中：ε0表示真空介电常数，ε0=8.86*10-12F/m，ε表示空气的相对介电常数，ε=1.00053，S为放电间隙20的面积（第一绝缘体19和第二绝缘体21对接面的面积），d0表示放电间隙20的厚度。
步骤1001-2，计算绝缘体的等效电容C1，
绝缘体的等效电容C1的计算公式为：
C1=（ε’*ε0*S’）/（d1+d2）
其中：ε0表示真空介电常数，ε0=8.86*10-12F/m，ε’表示绝缘体材质的相对介电常数，由于本申请中绝缘体采用聚四氟乙烯材质，因此ε’=2.55，S’ 第一绝缘体19和第二绝缘体21对接面的面积，d1表示第一绝缘体19端面凹槽底部与放电间隙20之间的厚度，d2表示第二绝缘体21端面凹槽底部与放电间隙20之间的厚度。
步骤1001-3，计算得到局放测试的起始电压；
局放测试起始电压U的计算公式为：
U=（C1+C2）*U1/C1
其中：C1表示绝缘体的等效电容，C2表示放电间隙20的等效电容，U1表示放电间隙20的击穿电压，击穿电压的确定方式为：每1mm空气击穿电压为3kV，击穿电压的实际值可通过放电间隙20的厚度d0具体计算得到。
步骤1002，将测试插头机构与测试接头机构3插接。
步骤1003，将电缆接头6与振荡波主机连接。
步骤1004，通过振荡波主机向电缆5输出振荡波信号。
进行振荡波局放测试时，根据电缆振荡波测试规程中规定的电压从低到高的顺序施加高压信号，当施加电压大于步骤1001中计算得到的局放测试的起始电压时，可以观察到局放测试波形。
步骤1005，观察振荡波测试波形。
实施例2：
本实施例与实施例1的区别在于：如图7所示，在本实施例中，在电缆5中只设置有一个测试点，因此对应设置有一个测试接头机构3，同样将测试点处的电缆内芯和护层（接地端）分别通过导线引出并连接到测试接头机构3中，测试接头机构3通过接头固定板2固定在外壳1的侧部。
实施例3：
本实施例与实施例1的区别在于：如图8所示，在本实施例局放测试模块15中的第一绝缘体19内设置有放电尖端22，放电尖端22的一端与相对应的放电电极18连接，其尖端穿过第一绝缘体19后进入放电间隙20内。通过本实施例的局放测试模块15可以实现尖端放电的测试。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于振荡波的局部放电模拟测试系统，其特征在于：包括外壳（1），在外壳（1）内缠绕有电缆（5），电缆（5）的电缆接头（6）自外壳（1）的两端引出，自电缆（5）中任意位置设置有至少一个测试点，并在外壳（1）的侧部固定有与测试点一一对应的测试接头机构（3），测试点处的内芯和护层分别引出后接入测试接头机构（3）中；还设置有与测试接头机构（3）插接的测试插头机构，在测试插头机构内设置有局放测试模块（15），测试点处的内芯和护层分别经过测试接头机构（3）接入局放测试模块（15）中；通过电缆接头（6）向电缆（5）输出测试用的振荡波信号，振荡波信号经过测试接头机构（3）进入测试插头机构内，并在局放测试模块（15）进行局部放电。
2.根据权利要求1所述的基于振荡波的局部放电模拟测试系统，其特征在于：在所述外壳（1）的侧部接头固定板（2），所述的测试接头机构（3）固定在接头固定板（2）上，所述的测试插头机构自外壳（1）的外部与测试接头机构（3）插接。
3.根据权利要求2所述的基于振荡波的局部放电模拟测试系统，其特征在于：所述的测试接头机构（3）包括自上而下固定在接头固定板（2）上的两个接头插座（9），接头插座（9）一端中心处设置有插孔（10），另一端穿过接头固定板（2）后与连接罩（7）固定，连接罩（7）的开口背向接头固定板（2），并自其开口处引出测试点连接线（8），测试点连接线（8）一端与相对应的接头插座（9）内的插孔（10）连接，另一端连接电缆（5）的内芯或护层。
4.根据权利要求1所述的基于振荡波的局部放电模拟测试系统，其特征在于：所述的测试插头机构包括插头机构基座（11），在插头机构基座（11）的一个端面上开设有两个插槽，并在插槽的尽头处分别固定有一个插针（12）；两个插针（12）一端与测试接头机构（3）插接，另一端自插头机构基座（11）的背面引出后与所述的局放测试模块（15）连接。
5.根据权利要求4所述的基于振荡波的局部放电模拟测试系统，其特征在于：所述的插针（12）自插头机构基座（11）的背面引出后通过螺母固定，并分别连接有一条用于与局放测试模块（15）连接的插头连接线（14），在插头机构基座（11）的背面中部同时形成有一个夹口，上述的局放测试模块（15）固定在该夹口中。
6.根据权利要求4所述的基于振荡波的局部放电模拟测试系统，其特征在于：在所述插头机构基座（11）的背面还罩设有插头机构外壳（13），插头机构外壳（13）的罩口与插头机构基座（11）的外圈对接后通过螺栓固定，插头机构外壳（13）将插头机构基座（11）的背面罩设在其内。
7.根据权利要求1或4或5所述的基于振荡波的局部放电模拟测试系统，其特征在于：所述的局放测试机构（15）包括对接的一组绝缘体：第一绝缘体（19）和第二绝缘体（21），第二绝缘体（21）进入第一绝缘体（19）内部并通过螺纹连接，在第一绝缘体（19）和第二绝缘体（21）的对接面之间形成距离可调的放电间隙（20）；
在第一绝缘体（19）和第二绝缘体（21）内分别设置有放电电极（18），放电电极（18）的端面突出于第一绝缘体（19）和第二绝缘体（21），放电电极（18）分别通过测试接头机构（3）与电缆（5）的内芯和护层连接。
8.根据权利要求7所述的基于振荡波的局部放电模拟测试系统，其特征在于：在每一个放电电极（18）上还分别固定有圆板状的均压件（16）；在所述第一绝缘体（19）与第二绝缘体（21）的外圈还形成伞群结构。
9.一种利用权利要求1~8任一项所述的基于振荡波的局部放电模拟测试系统实现的测试方法，包括用于产生振荡波信号的振荡波主机，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1001，计算局放测试的起始电压；
步骤1002，将测试插头机构与测试接头机构（3）插接；
步骤1003，将电缆接头（6）与振荡波主机连接；
步骤1004，通过振荡波主机向电缆（5）输出振荡波信号；
步骤1005，观察振荡波测试波形。
10.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于：步骤1001所述的起始电压，包括如下计算步骤：
步骤1001-1，计算局放测试模块（15）中放电间隙（20）的等效电容C2；
计算放电间隙（20）等效电容C2的计算公式为：
C2=（ε*ε0*S）/d0
其中：ε0表示真空介电常数，ε0=8.86*10-12F/m，ε表示空气的相对介电常数，ε=1.00053，S为放电间隙（20）的面积，d0表示放电间隙（20）的厚度；
步骤1001-2，计算局放测试模块（15）中绝缘体的等效电容C1，
绝缘体的等效电容C1的计算公式为：
C1=（ε’*ε0*S’）/（d1+d2）
其中：ε0表示真空介电常数，ε0=8.86*10-12F/m，ε’表示绝缘体材质的相对介电常数，S’表示绝缘体的对接面的面积，d1和d2分别表示相对的两个绝缘体的厚度；
步骤1001-3，计算得到局放测试的起始电压；
局放测试起始电压U的计算公式为：
U=（C1+C2）*U1/C1
其中：C1表示绝缘体的等效电容，C2表示放电间隙（20）的等效电容，U1表示放电间隙（20）的击穿电压。
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