CN112557984A - 一种用于验证直流pd超宽频带检测系统的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于验证直流PD超宽频带检测系统的试验装置，包括调压器、高压直流发生器、水电阻、直流分压器、耦合电容器、双回路投切开关、试品、测量阻抗、数据采集模块、工控机、信号接头盒和终端，调压器的输出端与高压直流发生器相连，高压直流发生器与水电阻相连，水电阻与直流分压器串联，双回路投切开关、试品和测量阻抗串联连接，串联线路与耦合电容器并联连接，然后并联线路接入水电阻与直流分压器之间的线路，数据采集模块的输入端分别与直流分压器和测量阻抗相连，数据采集模块的输出端与工控机相连，信号接头盒的输入端分别与直流分压器和测量阻抗相连，输出端与终端相连。与现有技术相比，本发明具有验证结果可信度高等优点。

Description

一种用于验证直流PD超宽频带检测系统的试验装置

技术领域

本发明涉及直流PD超宽频带检测系统的试验验证技术领域，尤其是涉及一种用于验证直流PD超宽频带检测系统的试验装置。

背景技术

大型变压器局部放电(partial discharge,PD)的脉冲电流检测法一种按照GB/T7354规定的方法对大型变压器进行局部放电检测的方法，其应用历史最为悠久、最为广泛。但随着电网电压等级的不断提高、换流变压器的大量投入运行，传统的PD脉冲电流检测法已越来越难以满足现场试验的需要，亟待进行改进。

换流变压器与电力变压器不同，直流电压下的PD试验只在阀侧进行，换流变压器出厂和现场PD试验的采用的脉冲电流法如图1描述。但对于现场交接以及故障性诊断试验，存在复杂电磁背景下、难以剔除干扰脉冲信号的工况。在上述工况下，GB/T 7354标准推荐检测带宽(≤1MHz)下的抗干扰技术实施难度大，且直流电压下PD没有相位参考信息，导致现场直流耐压PD试验无法处理随机出现的干扰脉冲、特别是存在外部电晕的工况，这使得目前换流变压器直流耐压PD仅在出厂时进行，在现场仅开展交流耐压PD试验。由于直流试验无法用交流试验替代，为换流变压器尤其是阀侧绕组的零缺陷投运带来了不确定性，这也可能是目前换流变压器(含套管)在运行工况下故障频发的原因之一。

相关研究表明，基于超宽频带检测的PD测试系统可以基于脉冲群分类技术，实现多PD源和噪声源的分离。但直流PD超宽频带检测系统以及相关的直流PD超宽频带检测系统试验验证平台缺乏，特别是能够模拟变压器油中放电和耐压试验存在外部电晕工况的试验平台，现阶段亟需一种能够对直流PD超宽频带检测系统进行试验验证的装置。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结果可信度高的用于验证直流PD超宽频带检测系统的试验装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于验证直流PD超宽频带检测系统的试验装置，所述的试验装置包括调压器、高压直流发生器、水电阻、直流分压器、耦合电容器、双回路投切开关、试品、测量阻抗、数据采集模块、内嵌有脉冲-时间序列超宽频带检测系统的工控机、信号接头盒和内嵌有直流PD超宽频带检测系统的终端；

所述的调压器的输入端接入220V交流电，输出端与高压直流发生器的输入端相连；所述的高压直流发生器的输出端与水电阻相连；所述的水电阻与直流分压器串联；

所述的双回路投切开关、试品和测量阻抗串联连接；所述的双回路投切开关、试品和测量阻抗组成的串联线路与耦合电容器并联连接；所述的双回路投切开关、试品、测量阻抗和耦合电容器组成的并联线路接入水电阻与直流分压器之间的线路；

所述的数据采集模块的输入端分别与直流分压器和测量阻抗相连；所述的数据采集模块的输出端与工控机相连；

所述的信号接头盒的输入端分别与直流分压器和测量阻抗相连，输出端与终端相连。

优选地，所述的调压器为单相0～400V调压器。

优选地，所述的高压直流发生器包括四个二次侧绕组L₁、L₂、L₃和L₄、两个全波桥式整流硅堆D₁和D₂、滤波电容C和负载R；所述的四个二次侧绕组L₁、L₂、L₃和L₄分别与调压器的一次侧绕组对应设置；所述的二次侧绕组L₁和L₂串联后接入全波桥式整流硅堆D₁的电源端；所述的二次侧绕组L₃和L₄串联后接入全波桥式整流硅堆D₂的电源端；所述的全波桥式整流硅堆D₂的输出端负端接地，正端与全波桥式整流硅堆D₁的输出端负端相连；所述的全波桥式整流硅堆D₁的输出端正端与滤波电容C相连；所述的滤波电容的另一端接地；所述的负载R与滤波电容C并联。

优选地，所述的水电阻为100kΩ的水电阻。

优选地，所述的直流分压器为电阻分压式直流分压器。

优选地，所述的耦合电容器为100pF的PD试验用100kV无局放耦合电容器。

优选地，所述的试品包括油中尖端放电模型试品Cx1和空气中电晕放电模型试品Cx2；所述的试品的一端与双回路投切开关相连，另一端与测量阻抗相连。

优选地，所述的测量阻抗包括电压保护器P和无感电阻R_d；所述的电压保护器P和无感电阻R_d并联连接。

优选地，所述的数据采集模块包括第一局放PD通道和第一电压V通道；所述的第一PD通道前端接有100kHz～50MHz的带通滤波器；所述的第一局放PD通道与测量阻抗的输出端相连；所述的第一电压V通道与直流分压器的输出端相连。

优选地，所述的信号接头盒包括局放第二PD通道和第二电压V通道；所述的第二PD通道与测量阻抗的输出端相连；所述的第二电压V通道与直流分压器的输出端相连。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

结果可信度高：本发明中的试验装置模拟实际情况下直流PD超宽频带检测系统的应用工况，并且通过设置对比试验来验证直流PD超宽频带检测系统可靠性和稳定性；同时，试验装置巧妙设计放电电极的位置，模拟了变压器油中放电和耐压试验存在的空气中电晕工况，为研发的直流PD超宽频带检测系统进行试验验证提供了全面的考核，进一步提高了验证结果的可信度。

附图说明

图1为现有技术中换流变直流耐压PD试验的线路结构示意图；

图2为本发明中试验装置的结构示意图；

图3为本发明中高压直流发生器的结构示意图；

图4为本发明中高压支流发生器的等效电路结构示意图；

图5为本发明实施例中油中尖端放电模型试品Cx1的结构示意图；

图6为本发明实施例中空气中电晕放电模型试品Cx2的结构示意图；

图7为本发明实施例中油中尖端放电模型试品Cx1的等效电路示意图；

图8为本发明实施例中空气中电晕放电模型试品Cx2的等效电路示意图；

图9为本发明实施例中第一应用案例脉冲-时间序列超宽频带检测系统获取的波形图；

图10为本发明实施例中第一应用案例脉冲-时间序列超宽频带检测系统获取的脉冲波形-时间序列对应的峰值序列示意图；

图11为本发明实施例中第一应用案例直流PD超宽频带检测系统获取的波形图；

图12为本发明实施例中第一应用案例直流PD超宽频带检测系统获取的脉冲波形-时间序列对应的峰值序列示意图；

图13为本发明实施例中第二应用案例脉冲-时间序列超宽频带检测系统获取的波形图；

图14为本发明实施例中第二应用案例脉冲-时间序列超宽频带检测系统获取的脉冲波形-时间序列对应的峰值序列示意图；

图15为本发明实施例中第二应用案例直流PD超宽频带检测系统获取的波形图；

图16为发明实施例中第二应用案例直流PD超宽频带检测系统获取的脉冲波形-时间序列对应的峰值序列示意图。

图中标号所示：

1、调压器，2、高压直流发生器，3、水电阻，4、直流分压器，5、耦合电容器，6、双回路投切开关，7、试品，8、测量阻抗，9、数据采集模块，10、工控机，11、信号接头盒，12、终端。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

一种用于验证直流PD超宽频带检测系统的试验装置，其结构如图2所示，包括：调压器1、高压直流发生器2、水电阻3、直流分压器4、耦合电容器5、双回路投切开关6、试品7、测量阻抗8、数据采集模块9、内嵌有脉冲-时间序列超宽频带检测系统的工控机10、信号接头盒11和内嵌有直流PD超宽频带检测系统的终端12。

调压器1的输入端接入220V交流电，输出端与高压直流发生器2的输入端相连。高压直流发生器2的输出端与水电阻3相连。水电阻3与直流分压器4串联。

双回路投切开关6、试品7和测量阻抗8串联连接。双回路投切开关6、试品7和测量阻抗8组成的串联线路与耦合电容器5并联连接。双回路投切开关6、试品7、测量阻抗8和耦合电容器5组成的并联线路接入水电阻3与直流分压器4之间的线路。

数据采集模块9的输入端分别与直流分压器4和测量阻抗8相连。数据采集模块9的输出端与工控机10相连。

信号接头盒11的输入端分别与直流分压器4和测量阻抗8相连，输出端与终端12相连。

下面对上述模块进行详细描述：

一、调压器1

具体为单相0～400V调压器，利用公网220V交流电通过单相隔离变压器，对输出0～400V单相调压，作为高压直流发生器2的电压调节装置。

二、高压直流发生器2

结构示意图3如图3和图4所示，包括四个二次侧绕组L₁、L₂、L₃和L₄、两个全波桥式整流硅堆D₁和D₂、滤波电容C和负载R，四个二次侧绕组L₁、L₂、L₃和L₄分别与调压器1的一次侧绕组对应设置，二次侧绕组L₁和L₂串联后接入全波桥式整流硅堆D₁的电源端，二次侧绕组L₃和L₄串联后接入全波桥式整流硅堆D₂的电源端，全波桥式整流硅堆D₂的输出端负端接地，正端与全波桥式整流硅堆D₁的输出端负端相连，全波桥式整流硅堆D₁的输出端正端与滤波电容C相连，滤波电容的另一端接地，负载R与滤波电容C并联。电压经过整流后，通过滤波电容C变为直流高压0～100kV施加到负载R上。

三、水电阻3

本实施例中的水电组R_z为绝缘橡木塞封堵的有机玻璃管灌装一定程度的去离子水、两头带导引线组成的电阻，阻值为100kΩ，用于防止试品内部绝缘击穿后的过流。

四、直流分压器4

选用常用的电阻分压式直流分压器，其量程配合高压直流发生器2输出0～100kV。

五、耦合电容器5

本实施例中的耦合电容器C_k选用常用的PD试验用100kV无局放耦合电容，容值为100pF。

六、双回路投切开关6

在整个试验回路无电且耦合电容器C_k挂在接地棒的情况下，实现两个试品的单独投入或退出。

七、试品7

本实施例中的试品7包括油中尖端放电模型试品Cx1和空气中电晕放电模型试品Cx2，两者的结构以及等效电路分别如图5、图6、图7和图8所示。

Cx1和Cx2试品在HVDC(负极性)下，PD脉冲电流极性判别原理为：Cx1试品模拟内部发生PD，耦合电容C_k向Cx1快速充电，在负极性直流电压下测量阻抗获取的脉冲电流波形具有负极性；Cx2试品模拟外部放电电晕工况，由于耦合电容C_k和试品电容Cx2均同时向杂散电容C_s快速充电，使得在负极性直流电压下测量阻抗获取的脉冲电流波形具有正极性，这里作为实际耐压试验下存在的电晕放电工况，对比试验验证所连接的脉冲-时间序列超宽频带检测系统在现场实际工况下工作的可靠性和稳定性。

八、测量阻抗8

包括电压保护器P和无感电阻R_d，电压保护器P和无感电阻R_d并联连接，无感电阻R_d的阻值为50Ω，检测灵敏度为0.5pC，检测3dB带宽10kHz～50MHz。

九、数据采集模块9

包括第一局放PD通道和第一电压V通道，第一PD通道前端接有100kHz～50MHz的带通滤波器，第一局放PD通道与测量阻抗8的输出端相连；所述的第一电压V通道与直流分压器4的输出端相连。

数据采集模块9的设计具体为：

(1)具有PD和电压V两个测量通道；

(2)PD通道前端接入10kHz～50MHz的带通滤波器，滤除工频干扰和无用的高频信号，输入阻抗为50Ω，与信号传输电缆良好匹配；

(3)V通道接入直流分压器的低压信号，输入阻抗1MΩ；

(4)PD通道采样率100MS/s，采集长度可人为设置为100个点、200个点、…5000个点，分别对应脉冲记录时间长度为1μs～5μs，用于适应不同长度的脉冲电流波形；

(5)PD通道为触发通道，触发类型(上升沿或下降沿)根据直流电压极性设置(当传感器与试品串接时，触发类型与直流电压极性相同；而当传感器与耦合电容串接时，触发类型与直流电压极性相反)；

(6)触发阈值即为采集PD电流脉冲波形的最小峰值。

下面提供两个具体的应用案例：

第一应用案例：

在36kV下，脉冲-时间序列超宽频带检测系统和直流PD超宽频带检测系统获取的波形分别如图9和图11所示，最终两个系统获取的脉冲波形-时间序列对应的峰值序列分别如图10和图12所示。

第二应用案例：

在17kV下，脉冲-时间序列超宽频带检测系统和直流PD超宽频带检测系统获取的波形分别如图13和图15所示，最终两个系统获取的脉冲波形-时间序列对应的峰值序列分别如图14和图16所示。

上述两个应用案例中脉冲-时间序列超宽频带检测系统所获取的波形图虽然受前置滤波的性能差异影响，峰值-时间序列也有一定的差异，但最终直流PD超宽频带检测系统的检测结果与脉冲-时间序列超宽频带检测系统的检测结果无较大差别，本实施例中的试验装置验证了直流PD超宽频带检测系统的可靠性和稳定性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于验证直流PD超宽频带检测系统的试验装置，其特征在于，所述的试验装置包括调压器(1)、高压直流发生器(2)、水电阻(3)、直流分压器(4)、耦合电容器(5)、双回路投切开关(6)、试品(7)、测量阻抗(8)、数据采集模块(9)、内嵌有脉冲-时间序列超宽频带检测系统的工控机(10)、信号接头盒(11)和内嵌有直流PD超宽频带检测系统的终端(12)；

所述的调压器(1)的输入端接入220V交流电，输出端与高压直流发生器(2)的输入端相连；所述的高压直流发生器(2)的输出端与水电阻(3)相连；所述的水电阻(3)与直流分压器(4)串联；

所述的双回路投切开关(6)、试品(7)和测量阻抗(8)串联连接；所述的双回路投切开关(6)、试品(7)和测量阻抗(8)组成的串联线路与耦合电容器(5)并联连接；所述的双回路投切开关(6)、试品(7)、测量阻抗(8)和耦合电容器(5)组成的并联线路接入水电阻(3)与直流分压器(4)之间的线路；

所述的数据采集模块(9)的输入端分别与直流分压器(4)和测量阻抗(8)相连；所述的数据采集模块(9)的输出端与工控机(10)相连；

所述的信号接头盒(11)的输入端分别与直流分压器(4)和测量阻抗(8)相连，输出端与终端(12)相连。

2.根据权利要求1所述的一种用于验证直流PD超宽频带检测系统的试验装置，其特征在于，所述的调压器(1)为单相0～400V调压器。

3.根据权利要求1所述的一种用于验证直流PD超宽频带检测系统的试验装置，其特征在于，所述的高压直流发生器(2)包括四个二次侧绕组L₁、L₂、L₃和L₄、两个全波桥式整流硅堆D₁和D₂、滤波电容C和负载R；所述的四个二次侧绕组L₁、L₂、L₃和L₄分别与调压器(1)的一次侧绕组对应设置；所述的二次侧绕组L₁和L₂串联后接入全波桥式整流硅堆D₁的电源端；所述的二次侧绕组L₃和L₄串联后接入全波桥式整流硅堆D₂的电源端；所述的全波桥式整流硅堆D₂的输出端负端接地，正端与全波桥式整流硅堆D₁的输出端负端相连；所述的全波桥式整流硅堆D₁的输出端正端与滤波电容C相连；所述的滤波电容的另一端接地；所述的负载R与滤波电容C并联。

4.根据权利要求1所述的一种用于验证直流PD超宽频带检测系统的试验装置，其特征在于，所述的水电阻(3)为100kΩ的水电阻。

5.根据权利要求1所述的一种用于验证直流PD超宽频带检测系统的试验装置，其特征在于，所述的直流分压器(4)为电阻分压式直流分压器。

6.根据权利要求1所述的一种用于验证直流PD超宽频带检测系统的试验装置，其特征在于，所述的耦合电容器(5)为100pF的PD试验用100kV无局放耦合电容器。

7.根据权利要求1所述的一种用于验证直流PD超宽频带检测系统的试验装置，其特征在于，所述的试品(7)包括油中尖端放电模型试品Cx1和空气中电晕放电模型试品Cx2；所述的试品(7)的一端与双回路投切开关(6)相连，另一端与测量阻抗(8)相连。

8.根据权利要求1所述的一种用于验证直流PD超宽频带检测系统的试验装置，其特征在于，所述的测量阻抗(8)包括电压保护器P和无感电阻R_d；所述的电压保护器P和无感电阻R_d并联连接。

9.根据权利要求1所述的一种用于验证直流PD超宽频带检测系统的试验装置，其特征在于，所述的数据采集模块(9)包括第一局放PD通道和第一电压V通道；所述的第一PD通道前端接有100kHz～50MHz的带通滤波器；所述的第一局放PD通道与测量阻抗(8)的输出端相连；所述的第一电压V通道与直流分压器(4)的输出端相连。

10.根据权利要求1所述的一种用于验证直流PD超宽频带检测系统的试验装置，其特征在于，所述的信号接头盒(11)包括局放第二PD通道和第二电压V通道；所述的第二PD通道与测量阻抗(8)的输出端相连；所述的第二电压V通道与直流分压器(4)的输出端相连。

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