CN112462209A - 油浸式电力设备工况模拟下绝缘缺陷检测实验平台及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于油浸式电力设备绝缘缺陷检测技术领域，特别涉及一种油浸式电力设备工况模拟下的绝缘缺陷检测综合实验平台及实验方法，该实验平台包括无局放高压电源、油浸式电力设备无局放绝缘缺陷模拟平台、油浸式电力设备绝缘缺陷综合检测系统。该实验平台结构设计合理，能够真实模拟油浸式电力设备运行的温度和油流工况，能够模拟油浸式电力设备多种绝缘缺陷，能够在该平台上开展油浸式电力设备多个大类绝缘相关课题的研究，对应的实验方法也简便，并且可有效降低高校和相关科研院所开展油浸式电力设备绝缘课题研究的成本，推动绝缘检测技术的研究范围。
Description
技术领域
本发明属于油浸式电力设备绝缘缺陷检测技术领域，特别涉及一种油浸式电力设备工况模拟下的绝缘缺陷检测综合实验平台及实验方法。
背景技术
电力是人民生活所必须的能源。随着电网运行时间的增加，一些电力设备的绝缘系统逐渐开始劣化，尤其是油浸式电力设备，例如油浸式电力变压器和套管，绝缘劣化的油浸式电力设备易产生放电绝缘缺陷和过热绝缘缺陷，除此之外绝缘纸劣化后会产生纤维杂质颗粒、设备内部的金属材料也会因为维修和潜油泵的老化会产生金属颗粒杂质微粒，这些杂质颗粒会导致电力设备绝缘水平降低：
(1)放电绝缘缺陷会产生脉冲电流信号、超声信号、高频电磁波信号等特征信号，除此之外，放电缺陷会导致绝缘油(多为矿物油)发生分解，产生甲烷、乙烷、乙炔、氢气等特征气体；
(2)过热绝缘缺陷会导致绝缘油(多为矿物油)发生分解，产生甲烷、乙烷、乙炔、氢气等特征气体；
(3)纤维杂质微粒和金属杂质微粒在设备内部随着油流运动，在设备内部狭窄的小油道内易发生集聚，导致电力设备内部的电场畸变，劣化设备的整个绝缘系统。
所以，研究油浸式电力设备的放电缺陷、过热缺陷以及研究电力设备内部杂质微粒对设备的特性和危害，提前预警油浸式电力设备的工作状态对电网系统非常重要。
由于电网系统的特殊性，无法在运行的电力设备上开展实验研究，且由于油浸式电力设备价格高昂，在实验室很难在电力设备上开展研究，一般是通过制造模拟装置在实验室开展模拟研究。而现在各高校、科研机构对不同缺陷的研究一般是针对具体缺陷设计对应的实验平台，无法在上面开展系统、全方面的实验研究，导致制造的实验平台利用率不高。
另外，利用油色谱检测油浸式电力设备内部绝缘缺陷是目前电力行业常用的检测技术，且已经有相应的国标和行业标准对其诊断规律进行的规范，新投入的高压、特高压油浸式电力变压器均已经安装了油色谱在线监测系统，检测油中溶解气体的含量，并根据检测结果进行设备评估。
但是对于严重突发性故障，故障产生的特征气体会以气泡形式逸散到油面以上，并在油面上汇集，导致仅仅通过检测油中溶解气体的含量对设备进行评估准确率的下降，汇集到油面上的特征气体的种类、含量、增长率等有效信息的遗失，严重突发性故障是导致电力设备爆炸的主要原因。
发明内容
针对背景技术存在的问题，本发明提供一种油浸式电力设备工况模拟下的绝缘缺陷检测综合实验平台及方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种油浸式电力设备工况模拟下绝缘缺陷检测实验平台，包括无局放高压电源、油浸式电力设备无局放绝缘缺陷模拟平台、油浸式电力设备绝缘缺陷综合检测系统。
在上述的油浸式电力设备工况模拟下绝缘缺陷检测实验平台中，无局放高压电源包括无局放交流高压场、无局放直流高压场、以及交-直流复合高压场。
在上述的油浸式电力设备工况模拟下绝缘缺陷检测实验平台中，无局放绝缘缺陷模拟平台包括有机玻璃罐体、有机玻璃罐体内部设置有加热棒，上、下表面分别设置有典型局放绝缘缺陷模拟体的高压端和低压端；有机玻璃罐体外部上方设置有压力表、温度计和油面气体汇集模块，下方设置有导电螺栓附加绝缘板，导电螺栓连接有PID温控与显示模块，加热棒通过导电螺栓与PID温控与显示模块连接；有机玻璃罐体外部还连接有一矩形导油管，靠近有机玻璃罐体一端的导油管上设置有流量计，有机玻璃罐体下方的导油管上依次设置有放油阀、潜油泵和膨胀节，膨胀节右侧的导油管外部设置有加热带；有机玻璃罐体所处的一侧高于潜油泵所处的一侧。
在上述的油浸式电力设备工况模拟下绝缘缺陷检测实验平台中，油浸式电力设备绝缘缺陷综合检测系统包括特高频检测系统、超声波检测系统、泄漏电流检测系统、高速摄像检测系统、油面特征气体和油中特征气体检测系统。
一种油浸式电力设备工况模拟下绝缘缺陷检测实验平台的实验方法，包括：
步骤1、基于油中和油面上特征气体的油浸式电力设备绝缘缺陷检测；
步骤1.1、通过注油阀对装置抽真空，利用注油阀注入绝缘油，然后调整油浸式电力设备典型局放绝缘缺陷模拟体间距，调整潜油泵使综合实验平台为中油流速度，并在综合实验平台加入无局放高压电源，同时利用油色谱检测模块检测绝缘油中的特征气体的种类和浓度，利用气相色谱检测模块检测油面上特征气体浓度；
步骤1.2、通过注油阀对装置抽真空，利用注油阀注入绝缘油，然后调整导电螺栓和绝缘板，调整加热棒温度，调整潜油泵使综合实验平台为中油流速度，同时利用油色谱检测模块检测绝缘油中的特征气体的种类和浓度，利用气相色谱检测模块检测油面上特征气体浓度；
步骤2、油浸式电力设备局部放电绝缘缺陷检测；
通过注油阀对装置抽真空，利用注油阀注入绝缘油，然后调整油浸式电力设备典型局放绝缘缺陷模拟体间距，调整潜油泵使综合实验平台为中油流速度，并在综合实验平台加入无局放高压电源，利用油浸式电力设备局放的放电绝缘缺陷，综合检测系统包括局放特高频检测系统、超声波检测系统、泄漏电流检测系统、油面和油中气体检测系统检测相应特征信号；
步骤3、油浸式电力设备过热绝缘缺陷实验；
通过注油阀对装置抽真空，利用注油阀注入绝缘油，然后调整过热绝缘缺陷模拟装置，调整加热棒温度，调整潜油泵使综合实验平台为中油流速度，利用油浸式电力设备过热绝缘缺陷综合检测系统检测相应特征信号；
步骤4、油浸式电力设备中杂质微粒的实验；
通过注油阀对装置抽真空，利用注油阀注入绝缘油，然后利用注油阀加入一定量的金属杂质微粒或者纤维杂质微粒，调整油浸式电力设备典型局放绝缘缺陷模拟体间距，调整潜油泵使综合实验平台为中油流速度，并在综合实验平台加入无局放高压电源，利用油浸式电力设备局放的放电绝缘缺陷检测系统检测相应特征信号、以及金属杂质微粒的运动轨迹或者纤维杂质的聚集规律；
步骤5、油浸式电力设备分别在交流高压场、直流高压场和交-直流复合高压场下的进行步骤1至步骤4的实验；
对于步骤1-步骤4利用局放高压电源，分别为综合检测实验平台加上交流高压电源、直流高压电源和交-直流复合高压电源，分别在交流高压场、直流高压场和交-直流复合高压场下进行实验。
在上述的油浸式电力设备工况模拟下绝缘缺陷检测实验平台的实验方法中，步骤3所述油浸式电力设备过热绝缘缺陷综合检测系统包括油面和油中气体检测系统。
在上述的油浸式电力设备工况模拟下绝缘缺陷检测实验平台的实验方法中，步骤4所述放电绝缘缺陷检测系统包括：局放产生特高频检测系统、超声波检测系统、泄漏电流检测系统、油面和油中气体检测系统。
与现有技术相比，该实验平台结构设计合理，能够真实模拟油浸式电力设备运行的温度和油流工况，能够模拟油浸式电力设备多种绝缘缺陷，能够在该平台上开展油浸式电力设备多个大类绝缘相关课题的研究，对应的实验方法也简便，并且可有效降低高校和相关科研院所开展油浸式电力设备绝缘课题研究的成本，推动绝缘检测技术的研究范围。
附图说明
图1为本发明公开的油浸式电力设备工况模拟下的绝缘缺陷检测综合实验平台正视图；
图2为本发明公开的油浸式电力设备工况模拟下的绝缘缺陷检测综合实验平台侧视图；
其中，1-有机玻璃罐体、2-典型局放绝缘缺陷模拟体、3-低压端、4-高压端、5-加热棒、6-导电螺栓、7-绝缘板、8-压力表、9-温度计、10-注油阀、11-气相色谱仪、12-油面气体汇集模块、13-流量计、14-放油阀、15-潜油泵、16-膨胀节、17-加热带、18-PID温控与显示模块、19-特高频天线、20-电流计、21-超声波探头、22-示波器、23-计算机、24-无局放高压电源、25-不锈钢导油管、26-软质导油管、27-油色谱检测模块、28-检测阻抗装置、29-高速摄影机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本实施例用于模拟不同类型和相同严重程度下的油浸式电力设备内部局部放电和过热绝缘缺陷，并可调节油流速度和和油温；油浸式电力设备绝缘缺陷综合检测系统，包括放电缺陷和过热缺陷对应的油中和油面上特征气体检测技术、放电缺陷电信号、磁信号及超声信号检测技术、油中杂质颗粒运动和集聚状态检测技术。利用该平台可开展油浸式电力设备绝缘缺陷多个相关实验：①开展基于油中和油面上特征气体的油浸式电力设备绝缘缺陷检测课题研究；②开展油浸式电力设备局部放电绝缘缺陷检测技术研究；③开展油浸式电力设备过热绝缘缺陷实验研究；④开展油浸式电力设备中杂质微粒(金属杂质微粒、纤维杂质微粒)的综合研究；⑤开展油浸式电力设备分别在交流高压场、直流高压场和交-直流复合高压场下的以上四类实验。该实验平台和对应实验方法在电气工程高压绝缘领域具有重要实用价值，尤其是对高校和相关科研机构，可有效降低其开展绝缘检测技术研究的实验成本。
本实施例是通过以下技术方案来实现的，如图1所示，一种油浸式电力设备工况模拟下的绝缘缺陷检测综合实验平台，该综合实验平台包括无局放高压电源、油浸式电力设备无局放绝缘缺陷模拟平台、浸式电力设备绝缘缺陷综合检测系统。无局放高压电源部分可分别提供无局放交流高压、无局放直流高压、以及交-直流复合高压场，在实验过程中，可根据所需情况进行调节。无局放绝缘缺陷模拟平台可开展放电绝缘缺陷的模拟、过热绝缘缺陷的模拟及杂质微粒(金属杂质微粒、纤维杂质微粒)的模拟。实验平台包括有机玻璃罐体1、压力表8、油浸式电力设备典型局放绝缘缺陷模拟体2、加热棒5、PID温控和显示模块18、流量计13、温度计9、不锈钢导油管25、潜油泵15、加热带17、注油阀10、放油阀14、油面气体汇集模块12。实验平台从侧面看，有机玻璃罐体1所在的一侧高于潜油泵15所在的一侧。而绝缘缺陷综合检测系统用于进行绝缘缺陷特征参量的综合检测，本实施例实验平台还包括特高频检测系统19、超声波检测系统21、泄漏电流检测系统20、高速摄像检测系统29、油面特征气体和油中特征气体检测系统27。
并且，有机玻璃罐体1内的低压端3要外接电流计20，用于测量纤维杂质(金属杂质微粒、纤维杂质微粒)运动所、集聚产生的泄漏电流。
并且，有机玻璃罐体1外的压力表8既可用于测有机玻璃罐体内的真空压力，也可以测注油后的油压；
并且，有机玻璃罐体1外设有导电螺栓6，并附加绝缘板7，用于过热绝缘缺陷模拟实验(加热棒5内置有机玻璃罐体1内，加热电源的控制和加热棒温度显示部分在罐体外部，二者通过导电螺栓6连接导电)；
如图2所示，油浸式电力设备无局放绝缘缺陷模拟平台，从侧面看，有机玻璃罐体1所在的一侧高于潜油泵15所在的一侧。
本实施例还提供了一种油浸式电力设备工况模拟下绝缘检测综合实验方法，其实验方法如下：
1)基于油中和油面上特征气体的油浸式电力设备绝缘缺陷的检测
①通过注油阀10对装置抽真空，使其满足真空要求，利用注油阀10注入绝缘油，然后调整油浸式电力设备典型局放绝缘缺陷模拟体2的间距，调整潜油泵15使综合实验平台中油流速度，并在综合实验平台加入无局放高压电源24，同时利用油色谱检测模块27检测绝缘油中的特征气体的种类和浓度，利用气相色谱检测模块11检测油面上特征气体浓度；
②通过注油阀10对装置抽真空，使其满足真空要求，利用注油阀10注入绝缘油，然后调整过热绝缘缺陷模拟实验平台的导电螺栓6、绝缘板7，调整加热棒5温度，调整潜油泵15使综合实验平台中油流速度，同时利用油色谱检测模块27检测绝缘油中的特征气体的种类和浓度，利用气相色谱检测模块11检测油面上特征气体浓度。
2)进行油浸式电力设备局部放电绝缘缺陷的检测
通过注油阀10对装置抽真空，使其满足真空要求，利用注油阀10注入绝缘油，然后调整油浸式电力设备典型局放绝缘缺陷模拟体2间距，调整潜油泵15使综合实验平台中油流速度，并在综合实验平台加入无局放高压电源24，利用油浸式电力设备局放绝缘缺陷(放电缺陷)综合检测系统检测相应特征信号。放电缺陷综合检测系统包括局放特高频检测系统、超声波检测系统、泄漏电流检测系统、油面和油中气体检测系统。
3)进行油浸式电力设备过热绝缘缺陷的检测
通过注油阀10对装置抽真空，使其满足真空要求，利用注油阀10注入绝缘油，然后调整过热绝缘缺陷模拟装置的导电螺栓6、绝缘板7，调整加热棒5温度，调整潜油泵15使综合实验平台中油流速度，利用油浸式电力设备局放绝缘缺陷(过热缺陷)综合检测系统检测相应特征信号。油浸式电力设备局放绝缘缺陷(过热缺陷)综合检测系统包括油面和油中气体检测系统，具体包括油面气体汇集模块12和油色谱检测模块27。
4)进行油浸式电力设备中杂质微粒(金属杂质微粒、纤维杂质微粒)的综合实验；
通过注油阀10对装置抽真空，使其满足真空要求，利用注油阀10注入绝缘油，然后利用注油阀10加入一定量的金属杂质微粒或者纤维杂质微粒，分别在然后调整油浸式电力设备典型局放绝缘缺陷模拟体2间距，调整潜油泵15使综合实验平台中油流速度，并在综合实验平台加入无局放高压电源24，利用油浸式电力设备局放绝缘缺陷(放电缺陷)综合检测系统检测相应特征信号，利用高速摄影机29记录下金属杂质微粒的运动轨迹或者纤维杂质的聚集规律。
油浸式电力设备局放绝缘缺陷(放电缺陷)综合检测系统包括局放产生特高频检测系统、超声波检测系统、泄漏电流检测系统、油面和油中气体检测系统。
5)进行油浸式电力设备分别在交流高压场、直流高压场和交-直流复合高压场下的以上四类实验的检测；
对于以上步骤1)至步骤4)，利用无局放高压电源24，分别为综合检测实验平台加上交流高压电源、直流高压电源和交-直流复合高压电源，分别在交流高压场、直流高压场和交-直流复合高压场下进行以上四类实验。
综上所述，本实施例通过油浸式电力设备工况模拟下绝缘检测综合平台模拟换流变压器现场绝缘油流动的实际状况，可开展多工况下绝缘缺陷检测的一系列研究。并且通过一些参量的调整，利用控制变量法，可以获取不同实验参量下实验数据，获取的数据又可以供后续分析使用，这对于特高压换流变压器设备使用寿命预测，绝缘系统故障诊断等具有指导意义。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种油浸式电力设备工况模拟下绝缘缺陷检测实验平台，其特征是，包括无局放高压电源、油浸式电力设备无局放绝缘缺陷模拟平台、油浸式电力设备绝缘缺陷综合检测系统。
2.如权利要求1所述的油浸式电力设备工况模拟下绝缘缺陷检测实验平台，其特征是，无局放高压电源包括无局放交流高压场、无局放直流高压场、以及交-直流复合高压场。
3.如权利要求1所述的油浸式电力设备工况模拟下绝缘缺陷检测实验平台，其特征是，无局放绝缘缺陷模拟平台包括有机玻璃罐体、有机玻璃罐体内部设置有加热棒，上、下表面分别设置有典型局放绝缘缺陷模拟体的高压端和低压端；有机玻璃罐体外部上方设置有压力表、温度计和油面气体汇集模块，下方设置有导电螺栓附加绝缘板，导电螺栓连接有PID温控与显示模块，加热棒通过导电螺栓与PID温控与显示模块连接；有机玻璃罐体外部还连接有一矩形导油管，靠近有机玻璃罐体一端的导油管上设置有流量计，有机玻璃罐体下方的导油管上依次设置有放油阀、潜油泵和膨胀节，膨胀节右侧的导油管外部设置有加热带；有机玻璃罐体所处的一侧高于潜油泵所处的一侧。
4.如权利要求1所述的油浸式电力设备工况模拟下绝缘缺陷检测实验平台，其特征是，油浸式电力设备绝缘缺陷综合检测系统包括特高频检测系统、超声波检测系统、泄漏电流检测系统、高速摄像检测系统、油面特征气体和油中特征气体检测系统。
5.如权利要求1-4任意一项所述的油浸式电力设备工况模拟下绝缘缺陷检测实验平台的实验方法，其特征是，包括：
步骤1、基于油中和油面上特征气体的油浸式电力设备绝缘缺陷检测；
步骤1.1、通过注油阀对装置抽真空，利用注油阀注入绝缘油，然后调整油浸式电力设备典型局放绝缘缺陷模拟体间距，调整潜油泵使综合实验平台为中油流速度，并在综合实验平台加入无局放高压电源，同时利用油色谱检测模块检测绝缘油中的特征气体的种类和浓度，利用气相色谱检测模块检测油面上特征气体浓度；
步骤1.2、通过注油阀对装置抽真空，利用注油阀注入绝缘油，然后调整导电螺栓和绝缘板，调整加热棒温度，调整潜油泵使综合实验平台为中油流速度，同时利用油色谱检测模块检测绝缘油中的特征气体的种类和浓度，利用气相色谱检测模块检测油面上特征气体浓度；
步骤2、油浸式电力设备局部放电绝缘缺陷检测；
通过注油阀对装置抽真空，利用注油阀注入绝缘油，然后调整油浸式电力设备典型局放绝缘缺陷模拟体间距，调整潜油泵使综合实验平台为中油流速度，并在综合实验平台加入无局放高压电源，利用油浸式电力设备局放的放电绝缘缺陷，综合检测系统包括局放特高频检测系统、超声波检测系统、泄漏电流检测系统、油面和油中气体检测系统检测相应特征信号；
步骤3、油浸式电力设备过热绝缘缺陷实验；
通过注油阀对装置抽真空，利用注油阀注入绝缘油，然后调整过热绝缘缺陷模拟装置，调整加热棒温度，调整潜油泵使综合实验平台为中油流速度，利用油浸式电力设备过热绝缘缺陷综合检测系统检测相应特征信号；
步骤4、油浸式电力设备中杂质微粒的实验；
通过注油阀对装置抽真空，利用注油阀注入绝缘油，然后利用注油阀加入一定量的金属杂质微粒或者纤维杂质微粒，调整油浸式电力设备典型局放绝缘缺陷模拟体间距，调整潜油泵使综合实验平台为中油流速度，并在综合实验平台加入无局放高压电源，利用油浸式电力设备局放的放电绝缘缺陷检测系统检测相应特征信号、以及金属杂质微粒的运动轨迹或者纤维杂质的聚集规律；
步骤5、油浸式电力设备分别在交流高压场、直流高压场和交-直流复合高压场下的进行步骤1至步骤4的实验；
对于步骤1-步骤4利用局放高压电源，分别为综合检测实验平台加上交流高压电源、直流高压电源和交-直流复合高压电源，分别在交流高压场、直流高压场和交-直流复合高压场下进行实验。
6.如权利要求5所述的油浸式电力设备工况模拟下绝缘缺陷检测实验平台的实验方法，其特征是，步骤3所述油浸式电力设备过热绝缘缺陷综合检测系统包括油面和油中气体检测系统。
7.如权利要求5所述的油浸式电力设备工况模拟下绝缘缺陷检测实验平台的实验方法，其特征是，步骤4所述放电绝缘缺陷检测系统包括：局放产生特高频检测系统、超声波检测系统、泄漏电流检测系统、油面和油中气体检测系统。
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