CN111122930B - 一种缺陷检测用的专用带电隔离注入装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缺陷检测用的专用带电隔离注入装置，其包括三相耦合注入电容、信号发生器、电压波形测量模数转换器、微控制器、物联模块，电压互感器二次端连接有三相耦合注入电容，每一相耦合注入电容包括串联的2个分压电容和控制开关；信号发生器分别与三相耦合注入电容的BNC信号注入端、电压波形测量模数转换器连接，物联模块分别与三相耦合注入电容中的控制开关连接，微控制器分别与信号发生器、电压波形测量模数转换器、物联模块连接，物联模块与天线连接；本发明装置具有较好的合理性、可操作性；能对电压互感器自身的状态进行评估，具有模块自检、电压互感器诊断、升压的特点。

Description

一种缺陷检测用的专用带电隔离注入装置及使用方法

技术领域

本发明涉及一种缺陷检测用的专用带电隔离注入装置，属于电力设备技术领域。

背景技术

开展现场电力设备试验时，通常是停电试验或带电状态下的简单信号接收的工作模式；但实际研究发现，有必要开展带电环境的信号注入测试。

针对运行高压设备而言，施加信号最关键的地方在于安全性，不能因施加信号源导致系统对地绝缘降低，产生新的隐患。一种典型的耦合注入方式是通过电流互感器或电压互感器二次注入。但由于电流互感器一次侧通常只有1匝或为数不多的几匝线圈，因此很难通过二次侧给一次侧注入可以探测到的电压值。在系统回路电流较大时，通过CT二次注入到一次的电流微乎其微。

PT二次注入有较高的可行性，但PT二次压降考核非常严格，注入装置不能明显改变二次回路的功率因数和负载。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种缺陷检测用的专用带电隔离注入装置，该装置为谐振式PT注入耦合装置，通过特殊的谐振电容器设计架构，达到pF级别的等效电容情况下，完成对信号的耦合注入；耦合装置可以长期安装在PT二次侧，也可以临时带电接入，而需要注入的信号源通过特殊端口耦合到PT二次侧，在一次侧形成脉冲或正弦电压，从而为分析电力设备缺陷提供了较好的试验源。

本发明装置包括三相耦合注入电容、信号发生器、电压波形测量模数转换器、微控制器、物联模块，电压互感器二次端连接有三相耦合注入电容，每一相耦合注入电容包括串联的2个分压电容和控制开关；信号发生器分别与三相耦合注入电容的BNC信号注入端、电压波形测量模数转换器连接，物联模块分别与三相耦合注入电容中的控制开关连接，微控制器分别与信号发生器、电压波形测量模数转换器、物联模块连接，物联模块与天线连接。

所述三相耦合注入电容为可插拔式的；

本发明中所述PT为电压互感器，包括电磁式电压互感器PT和电容式电压互感器CVT，为了简便起见，仅以PT表述。

考虑实际变电管理运行过程中，PT可能切换，如果只是简单在PT二次侧安装，则可能出现关键时候PT停运，没法将谐振电压注入到高压侧的情况，或只能通过所有的PT二次回路进行安装，但这不仅会增加高额的成本，还会增加安全隐患，导致PT二次负荷过大的情况。

本发明中谐振式PT注入耦合装置考虑到该情况，优化了设计的深度，采取了两个设计特征，解决以上问题：

（1）在不使用升压时，可本地或远程控制实现谐振电容器开路，从而不给PT二次增加额外负荷；

（2）在使用升压装置时，设计成框架安装固定，但内嵌电容可拆装结构，从而达到将谐振电容合理配置到没有停运的PT回路。

以上两种方式结合，可以满足经济性和可靠性的要求。

同时，进一步优化，为了确保PT自身不会存在已有故障，导致升压效果不达标或误导测试人员的情况，采取三相回路升压并具备相位比较校正的作用。三相回路之间具备通信功能，借助微处理器实现相位比较、幅度比较，对PT自身的状态进行评估，因而具有模块自检、PT诊断、升压的特点。

本发明另一目的是提供上述缺陷检测用的专用带电隔离注入装置的分析方法，包括如下步骤：

1、通过物联模块或微控制器对三相耦合注入电容按通道进行地址标注，用于区分ABC三相通道；

2、通过变电站控制室内的PT状态信息，确定哪一路PT处于停运状态，然后通过物联模块以及天线，读取安装在该停运PT二次回路的三相耦合注入电容的工作状态，如能够读取到三相的电压信息，或至少能读取到某一相的电压信息，则认为该路PT并没有停运；在该情况下应立即进行检查，是否存在线路切换管理上的纰漏；只有当无法读取到三相的电压信息，再开展下一步工作；

3、当需要读取准备升压的安装在PT二次回路的三相耦合注入电容的电压及相位信息时，在三相电压波形正常、相序正常、幅度一致时，将信号发生器接入三相耦合注入电容的BNC信号注入端；通过物联模块以及天线，应用无线采集方式读取信号发生器注入到BNC回路的信号波形，并分析PT工作状态，如信号波形出现较大的抖动和衰减，并且三相的抖动和衰减基本一致，应重点检查线路上高压侧或二次侧是否存在非线性较大的负荷；如不存在非线性较大负荷，则三相PT内部存在匝间短路或绝缘缺陷；如信号波形出现较大的抖动和衰减，并且只有一相幅度出现非常大的衰减，衰减后的幅度小于其他两相的50%，则判断该PT出现绝缘缺陷或匝间短路情况。

上述缺陷检测用的专用带电隔离注入装置的分析方法还包括用信号发生器进行通信控制的分析，包括如下步骤：

（1）当信号发生器启动时，为了产生谐振冲击波，在信号发生器输出端串联电感，待信号发生器输出稳定后，通过微处理器发出断开开关的信号，同时微处理器通过物联模块断开3个控制开关，从而切断三相耦合注入电容的电容支路；在切断电容电容支路瞬间，PT自感电动势作用，产生了较高的陡峭的高频波，该高频波瞬间通过PT变比作用，耦合到一次高压侧，产生较陡峭的高压高频信号，用于其他状态分析；

（2）当微处理器向物联模块发出闭合的指令，三相耦合注入电容的电容支路闭合，信号发生器的稳定信号又开始注入PT二次侧；在该情况下，再次利用PT自感作用产生一个与之前的高频脉冲相反的脉冲电压，耦合到一次高压侧；从而实现正负方向的高频高压陡峭脉冲的产生；该高频高压陡峭脉冲用于模拟直击雷电信号、绕击雷电信号。

本发明的优点和技术效果如下：

本发明充分考虑了现场应用的实际问题，而不是简单的设计耦合电容注入装置出发，并且考虑了在应用过程中对现有管理、PT自身的绝缘不良或线圈短路等故障条件下导致误判的情况，有较好的合理性、可操作性；本发明三相回路具备通信功能，能借助微处理器实现相位比较、幅度比较，对PT自身的状态进行评估，具有模块自检、PT诊断、升压的特点。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。

实施例1：如图1所示，设应用环境为220kV的电容式电压互感器二次回路，本缺陷检测用的专用带电隔离注入装置包括A相耦合注入电容、B相耦合注入电容、C相耦合注入电容、信号发生器、电压波形测量模数转换器、微控制器、物联模块，A相耦合注入电容、B相耦合注入电容、C相耦合注入电容分别与电压互感器二次端连接，A相耦合注入电容包括串联的2个分压电容1（容量100PF）、分压电容2（容量100PF）和控制开关；B相耦合注入电容包括串联的2个分压电容3（容量100PF）、分压电容4（容量100PF）和控制开关；C相耦合注入电容包括串联的2个分压电容5（容量100PF）、分压电容6（容量100PF）和控制开关；串联电容的一段连接高压端，一段连接地端；信号发生器分别与三相耦合注入电容的BNC信号注入端、电压波形测量模数转换器连接，物联模块（典型型号ESP8266）分别与三相耦合注入电容中的控制开关（继电器）连接，微控制器（采用STM32 ARM结构芯片）分别与信号发生器、电压波形测量模数转换器、物联模块连接，物联模块与天线连接；

上述装置的使用分析方法如下：

1、将安装在PT二次回路的三相耦合注入电容进行地址标注，通过微控制器实现地址写入；

2、通过变电站控制室内的PT状态信息，确定哪一路PT处于停运状态，然后通过物联模块以及天线，读取安装在该停运PT二次回路的三相耦合注入电容的工作状态，如能够读取到三相的电压信息，或至少能读取到某一相的电压信息（电压标准值为57.7V），则认为该路PT并没有停运；在该情况下应立即进行检查，是否存在线路切换管理上的纰漏；只有当无法读取到三相的电压信息或三相电压值均小于10V，再开展下一步工作；

3、当需要读取准备升压的安装在PT二次回路的三相耦合注入电容的电压及相位信息时，在三相电压波形正常、相序正常、幅度一致时，将信号发生器接入三相耦合注入电容的BNC信号注入端，信号发生器发射100kHz脉冲信号；通过ESP8266物联WIFI模块以及天线，应用无线采集方式读取信号发生器注入到BNC回路的信号波形，并分析PT工作状态，如信号波形出现较大的抖动和衰减，并且三相的抖动和衰减基本一致，应重点检查线路上高压侧或二次侧是否存在非线性较大的负荷；如不存在非线性较大负荷，则三相PT内部存在匝间短路或绝缘缺陷；如信号波形出现较大的抖动和衰减，并且只有一相幅度出现非常大的衰减，衰减后的幅度小于其他两相的50%，则判断该PT出现绝缘缺陷或匝间短路情况。

实施例2：本实施例装置结构同实施例1，装置使用方法还包括用信号发生器进行通信控制的分析，步骤如下：

（1）当信号发生器启动时，为了产生谐振冲击波，在信号发生器输出端串联电感，待信号发生器输出稳定后（如4.5V），通过微处理器发出断开开关的信号，同时微处理器通过物联模块断开3个控制开关，从而切断三相耦合注入电容的电容支路；在切断电容电容支路瞬间，PT自感电动势作用，产生了较高的陡峭的高频波（如30V），该高频波瞬间通过PT变比作用，耦合到一次高压侧，产生较陡峭的高压高频信号。设电压互感器变比为220kV/57.7V=3818.8，PT二次耦合到一次高压侧为升压，实际在一次侧产生的高压达30V*3818.8=114.38kV，该脉冲高压可用于其他状态分析，如分析变压器在高频脉冲下的泄露电流，分析高压电容器或高压电抗器的高频滤波，分析电抗器高频条件下的异常谐振噪声等；

（2）当微处理器向物联模块发出闭合的指令，三相耦合注入电容的电容支路闭合，信号发生器的稳定信号又开始注入PT二次侧；在该情况下，再次利用PT自感作用产生一个与之前的高频脉冲相反的脉冲电压，耦合到一次高压侧；从而实现正负方向的高频高压陡峭脉冲的产生；该高频高压陡峭脉冲用于模拟直击雷电信号、绕击雷电信号。

Claims (2)

1.一种缺陷检测用的专用带电隔离注入装置，其特征在于：所述的专用带电隔离注入装置包括三相耦合注入电容、信号发生器、电压波形测量模数转换器、微控制器、物联模块，电压互感器二次端连接有三相耦合注入电容，每一相耦合注入电容包括串联的2个分压电容和控制开关；信号发生器分别与三相耦合注入电容的BNC信号注入端、电压波形测量模数转换器连接，物联模块分别与三相耦合注入电容中的控制开关连接，微控制器分别与信号发生器、电压波形测量模数转换器、物联模块连接，物联模块与天线连接；

所述的缺陷检测用的专用带电隔离注入装置的使用方法步骤如下：

（1）通过物联模块或微控制器对三相耦合注入电容按通道进行地址标注；

（2）通过变电站控制室内的PT状态信息，确定哪一路PT处于停运状态，然后通过物联模块以及天线，读取安装在该停运PT二次回路的三相耦合注入电容的工作状态，如能够读取到三相的电压信息，或至少能读取到某一相的电压信息，则认为该路PT并没有停运；在该情况下应立即进行检查，是否存在线路切换管理上的纰漏；只有当无法读取到三相的电压信息，再开展下一步工作；

（3）当需要读取准备升压的安装在PT二次回路的三相耦合注入电容的电压及相位信息时，在三相电压波形正常、相序正常、幅度一致时，将信号发生器接入三相耦合注入电容的BNC信号注入端；通过物联模块以及天线，应用无线采集方式读取信号发生器注入到BNC回路的信号波形，并分析PT工作状态，如信号波形出现大的抖动和衰减，并且三相的抖动和衰减一致，应重点检查线路上高压侧或二次侧是否存在非线性的负荷；如不存在非线性负荷，则三相PT内部存在匝间短路或绝缘缺陷；如信号波形出现抖动和衰减，并且只有一相幅度出现非常大的衰减，衰减后的幅度小于其他两相的50%，则判断该相PT出现绝缘缺陷或匝间短路情况。

2.权利要求1所述的缺陷检测用的专用带电隔离注入装置，其特征在于，所述的使用方法还包括用信号发生器进行通信控制的分析，步骤如下：

（1）当信号发生器启动时，为了产生谐振冲击波，在信号发生器输出端串联电感，待信号发生器输出稳定后，通过微处理器发出断开开关的信号，同时微处理器通过物联模块断开3个控制开关，从而切断三相耦合注入电容的电容支路；在切断电容支路瞬间，PT自感电动势作用，产生了高陡峭的高频波，该高频波瞬间通过PT变比作用，耦合到一次高压侧，产生较陡峭的高压高频信号，用于其他状态分析；

（2）当微处理器向物联模块发出闭合的指令，三相耦合注入电容的电容支路闭合，信号发生器的稳定信号又开始注入PT二次侧；在该情况下，再次利用PT自感作用产生一个与之前的高频脉冲相反的脉冲电压，耦合到一次高压侧；从而实现正负方向的高频高压陡峭脉冲的产生；该高频高压陡峭脉冲用于模拟直击雷电信号、绕击雷电信号。

Images