CN208109986U - 局部放电模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种局部放电模拟装置，包括：电源：产生所需的电压信号；局部放电物理模型：电性连接所述电源以获取所述电压信号，物理仿真局部放电现象；局部放电信号输出部：接收所述局部放电物理模型发生局部放电现象时产生的可检测信号。本实用新型体积小，便于携带，可真实模拟多种电源电压形式下的多种类型局部放电场景，而且简单易行，对外部试验设备环境依赖度低，可操作性强。

Description

局部放电模拟装置

技术领域

本实用新型涉及电力技术领域，具体地，涉及一种局部放电模拟装置。

背景技术

局部放电是引起电力设备绝缘故障的重要原因，深入研究局部放电现象，探究局部放电检测方法，实施局部放电带电检测和在线监测是保障电力设备安全、可靠、稳定运行的重要手段。因为电力设备中实际所发生的局部放电具有随机性和不可控性，局部放电模拟装置成为局部放电研究，特别是试验研究的一种重要工具。

目前实验室对于局部放电的模拟均采用高压试验系统配合各类真型局部放电试验模型进行放电图谱的仿真，存在体积庞大，不可移动，只能在高压大厅等特定环境进行试验，试验设备搭建困难，试验周期长，试验电源为工频或者直流电压等单一形式等问题。

另外一类则是类似静电枪的形式，可以产生瞬时高压脉冲，但是不能仿真真实的与施加在试品上的高压电源同步的局部放电图谱。

还有一类则是通过编程的方式数字仿真局部放电图谱序列，然后对数字仿真的脉冲进行放大处理，这类仿真的局部放电脉冲往往与实际局部放电脉冲在时频特性上存在一定的差距，并不能完全反应真实的局部放电脉冲特性，一般用作局部放电信号的校准。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种局部放电模拟装置。

根据本实用新型提供的一种便携式局部放电模拟装置，包括：

电源：产生所需的电压信号；

局部放电物理模型：电性连接所述电源以获取所述电压信号，物理仿真局部放电现象；

局部放电信号输出部：接收所述局部放电物理模型发生局部放电现象时产生的可检测信号。

较佳的，所述电源包括：

波形发生器：产生所述电压信号；

功率放大器：连接所述波形发生器，接收所述电压型并放大所述电压信号的功率；

高压变压器：接收经过放大的电压信号，并提升经过放大的电压信号的信号幅值，并输出至所述局部放电物理模型。

较佳的，所述电压信号包括：工频信号、振荡波信号、方波信号或三角波信号。

较佳的，所述局部放电物理模型包括沿面放电模型、气隙放电模型以及电晕放电模型。

较佳的，所述局部放电物理模型还包括串联的保护电阻。

较佳的，所述电晕放电模型包括铁探针以及铜铆钉，所述铁探针连接所述电源，所述铜铆钉接地，电势为0。

较佳的，所述沿面放电模型包括铁螺丝、铝平板电极，以及设置在所述铁螺丝和所述铝平板电极之间的亚克力板，所述铁螺丝连接所述电源，所述铝平板电极接地，电势为0。

较佳的，所述气隙放电模型包括小铁平板电极、大铁平板电极，以及设置于所述小铁平板电极与所述大铁平板电极之间的有机玻璃板，所述有机玻璃板中间位置留有一个填充空气的圆形小孔，所述小铁平板电极连接所述电源，所述大铁平板电极接地，电势为0。

较佳的，所述局部放电信号输出部包括：检测阻抗的串接接口、检测高频脉冲电流的钳形或者非开口型电流检测导线端口，以及电磁波信号、超声信号的检测位置。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

本实用新型提供的局部放电模拟装置体积小，便于携带，可真实模拟多种电源电压形式下的多种类型局部放电场景，而且简单易行，对外部试验设备环境依赖度低，可操作性强。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型电源的示意图；

图3为电晕放电模型的示意图；

图4为沿面放电模型的示意图；

图5为气隙放电模型的示意图；

图6为电晕放电波形序列图；

图7为PRPD图谱；

图8为PRPS图谱；

图9为火焰灰度图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型提供的一种便携式局部放电模拟装置，包括：电源1、局部放电物理模型2以及局部放电信号输出部3三个部分。

电源1用于产生施加于局部放电物理模型的所需的各种形式的高电压信号。

局部放电物理模型2电性连接电源1以获取产生的电压信号，真实地物理仿真各种类型的局部放电现象，局部放电物理模型2在本实用新型中作为试品，被连接至电源1两端，施加以高电压。

局部放电信号输出部3接收局部放电物理模型2发生局部放电现象时产生的可检测信号，输出保存以待进一步分析处理。

如图2所示，电源1包括：波形发生器101、功率放大器102以及高压变压器103。

波形发生器101用于产生施加于局部放电物理模型2上的电压信号，电压信号可编程设定，可调节信号大小，可以是工频信号、振荡波信号、方波信号、三角波信号等，波形发生器101输出的电压信号连接至功率放大器102。

功率放大器102用于接收放大波形发生器101所产生的电压信号并放大其功率，以满足电压信号施加在局部放电物理模型2上时，可以产生足够大的局部放电脉冲电流，功率放大器102并不调整电压信号的电压，主要是提高电压信号的带负载能力，同时其最大输出功率也起到保护作用，功率放大器102输出的电压信号连接至高压变压器103。

高压变压器103用于接收功率放大器102输出的电压信号，并将波形发生器101发生的电压信号幅值升高至足够产生局部放电的高电压状态，高压变压器103作为电源1的最后输出部，其产生的电压信号连接至局部放电物理模型2。

局部放电物理模型2包括电晕放电模型、沿面放电模型以及气隙放电模型，

具体类型可根据不同电力设备局部放电的形式进行模拟设定，根据具体需要而设计定做进行模拟试验，其模拟试验的模型为真实模型在物理尺寸上的缩小版，以减少为局部放电物理模型产生局部放电所需要施加的电压，从而在相对电压比较低的情形下真实地物理仿真各种类型的局部放电现象；局部放电物理模型2包含串联的保护电阻，以限制产生局部放电时的最大电流，保护电源1和使用者的安全。

局部放电信号输出部3，包括常用检测阻抗的串接接口、检测高频脉冲电流的钳形或者非开口型电流检测导线端口，以及电磁波信号、超声信号等检测位置。

在以下实施例中，以FPA作为信号放大器以及自行定做的1:1000原副线圈匝数比变压器作为高压变压器进行说明。

波形发生器：本例中通过调整电阻比值使得输出电压为正负5V，放电波形信号可选方波、三角波以及正弦波，另有输出信号频率调节功能，以实现频率、幅值、波形都可调节的信号输出，此处频率为50H。

功率放大器：选取FPA1000作为功率放大器，自带输出过流保护、内部温度异常保护，本例中输出功率为20W。其具体性能参数如下：(1)输入特性：全功率带宽100KHz，输入阻抗10kΩ(2)输出特性:最大输出电流2A，最大输出电压50V，最大输出功率30W。

高压变压器：局部放电的发生需要较高的电压等级，所以要用高压变压器将功率放大后的波形信号进行升压，将10V升压至10kV，以满足发生局部放电的电压需求。考虑到本设备的设计体积较小重量较轻，故选择定做一款单相双绕组变压器以满足需求。其性能参数如下：(1)原副线圈匝数比：1/1000；(2)频率特性：工作频率50Hz，工作频率段为低频段；(3)防潮方式：环氧灌封；(4)外形尺寸：125mm*96mm*75m。

局部放电发生的类型和发生局放时的空间电场分布以及电极形状关系密切。想要模拟出所需的局部放电类型，就需要搭建合理的局部放电模型。本例中设计电晕放电、沿面放电、气隙放电的局部放电模型。

(1)电晕放电模型

本例设计的电晕放电模型的几何结构仿真如图3，左端为铁探针202，右端为铜铆钉203，周围填充空气，四周亚克力所制的绝缘外壳201，铁探针202接频率为50Hz，幅值7kV的电源1，右端铆钉接地，电势为零。

(2)沿面放电模型

参考图4，沿面放电模型左端是直径为3mm的铁螺丝212，中间夹着一块厚度为5mm的亚克力板214；右端是铝平板电极213，四周为亚克力材质的绝缘外壳211。铁螺丝212接频率为50Hz、幅值为7.5KV的电源1，铝平板电极213接地电势为零。接触面均做圆角倒角处理。

(3)气隙放电模型

如设计图5，气隙放电模型左边为一个小铁平板电极222，右边是一个大铁平板电极223；中间是一块有机玻璃板224，有机玻璃板224的中间位置留有一个填充空气的直径2mm的圆形小孔225，四周为亚克力材质的绝缘外壳221。小铁平板电极222接幅值为5kV、频率50Hz的电源1，右边的大铁平板电极223接地电势为零。对接触面均做倒角处理。

电源1、局部放电物理模型2以及局部放电信号输出部3三个部分集成于Pelican1500安全箱内，该型号安全箱外部尺寸(长*宽*高)47*35.7*17.6cm，内部尺寸(长*宽*高)42.5*28.4*15.5cm，箱盖深度4.6cm，箱体深度10.9cm。安全箱内用三根宽度为2cm、厚度为3mm的弯折铝条搭建一个框状结构，作为整个模拟局部放电设备平台的承重及固定支点，铝框的底部用2mm厚的环氧树脂板作为绝缘衬底，环氧树脂板用螺丝固定在打孔后的铝条上，以此作为各部分组件的固定支撑体系。

调整波形发生器在电晕放电模型外加高达7kV的50Hz交流电压，通过模拟局放平台得到1000次放电脉冲数据，滤波处理得图6所示电晕放电波形序列，进一步处理可得PRPD图谱、PRPS图谱以及火焰灰度图如图7至图9所示。电晕放电首先仅发生在试验电压的负半周峰值处，且放电时刻点在峰值点两边对称分布。只有在试验电压过高时，才会有第二组具有类似分布特征的放电出现在试验电压正半周峰值附近。对比本例的电晕放电特征图可以看出，其分布特征与上述典型电晕放电特征符合得较好。电晕放电PRPD图和火焰灰度图中，绝大部分放电点的发生时刻都处在270°相位的两边，且分布较为均匀，幅值也相差不多。这说明，电晕放电模型可以较为准确的模拟电晕放电的发生，伴随的干扰较少且放电特征明显。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种局部放电模拟装置，其特征在于，包括：

电源：产生所需的电压信号；

局部放电物理模型：电性连接所述电源以获取所述电压信号，物理仿真局部放电现象；

局部放电信号输出部：接收所述局部放电物理模型发生局部放电现象时产生的可检测信号。

2.根据权利要求1所述的局部放电模拟装置，其特征在于，所述电源包括：

波形发生器：产生所述电压信号；

功率放大器：连接所述波形发生器，接收所述电压型并放大所述电压信号的功率；

高压变压器：接收经过放大的电压信号，并提升经过放大的电压信号的信号幅值，并输出至所述局部放电物理模型。

3.根据权利要求2所述的局部放电模拟装置，其特征在于，所述电压信号包括：工频信号、振荡波信号、方波信号或三角波信号。

4.根据权利要求1所述的局部放电模拟装置，其特征在于，所述局部放电物理模型包括沿面放电模型、气隙放电模型以及电晕放电模型。

5.根据权利要求4所述的局部放电模拟装置，其特征在于，所述局部放电物理模型还包括串联的保护电阻。

6.根据权利要求4所述的局部放电模拟装置，其特征在于，所述电晕放电模型包括铁探针以及铜铆钉，所述铁探针连接所述电源，所述铜铆钉接地，电势为0。

7.根据权利要求4所述的局部放电模拟装置，其特征在于，所述沿面放电模型包括铁螺丝、铝平板电极，以及设置在所述铁螺丝和所述铝平板电极之间的亚克力板，所述铁螺丝连接所述电源，所述铝平板电极接地，电势为0。

8.根据权利要求4所述的局部放电模拟装置，其特征在于，所述气隙放电模型包括小铁平板电极、大铁平板电极，以及设置于所述小铁平板电极与所述大铁平板电极之间的有机玻璃板，所述有机玻璃板中间位置留有一个填充空气的圆形小孔，所述小铁平板电极连接所述电源，所述大铁平板电极接地，电势为0。

9.根据权利要求1所述的局部放电模拟装置，其特征在于，所述局部放电信号输出部包括：检测阻抗的串接接口、检测高频脉冲电流的钳形或者非开口型电流检测导线端口，以及电磁波信号、超声信号的检测位置。