一種測(cè)試變壓器油紙絕緣頻域介電響應(yīng)的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測(cè)試變壓器油紙絕緣頻域介電響應(yīng)的方法及裝置，包括變頻信號(hào)發(fā)生器（1）、信號(hào)調(diào)理模塊（3）、信號(hào)采集模塊（8）以及處理模塊（11），所述的變頻信號(hào)發(fā)生器（1）的信號(hào)輸出端連接到被測(cè)變壓器（2）的輸入端，被測(cè)變壓器（2）的輸出端連接到信號(hào)調(diào)理模塊（3）的接收端以及信號(hào)采集模塊（8）的接收端。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明測(cè)試方法及裝置操作簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高，抗干擾能力強(qiáng)，測(cè)量結(jié)果信息豐富，能夠在復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中完成變壓器油紙絕緣頻域介電響應(yīng)特性的測(cè)量工作，且本發(fā)明測(cè)試方法及裝置成本低廉，能夠在國內(nèi)電力系統(tǒng)中得到推廣應(yīng)用，進(jìn)一步完善變壓器油紙絕緣老化狀態(tài)評(píng)估和故障診斷，對(duì)電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行具有重要意義。
【專利說明】-種測(cè)試變壓器油紙絕緣頻域介電響應(yīng)的方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及到一種介電響應(yīng)的測(cè)試裝置以及方法，特別是涉及到一種測(cè)試變壓器 油紙絕緣頻域介電響應(yīng)的方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 油浸式電力變壓器作為電力系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)暮诵脑O(shè)備，其安全、可靠運(yùn) 行對(duì)于電力的穩(wěn)定供應(yīng)具有決定性的意義。大部分電力變壓器以油紙絕緣作為其內(nèi)部的主 絕緣系統(tǒng)，在實(shí)際運(yùn)行過程中，油紙絕緣系統(tǒng)由于受到電、熱、化學(xué)、機(jī)械等應(yīng)力的作用而逐 漸老化，老化嚴(yán)重時(shí)可能引發(fā)變壓器故障乃至影響整個(gè)電網(wǎng)的供電。對(duì)于老化前期的電力 變壓器，需要采取有效的維護(hù)措施以延長(zhǎng)其使用壽命；對(duì)于老化中期的電力變壓器，需要采 取及時(shí)有效的檢修措施以消除故障隱患；對(duì)于老化后期的電力變壓器，需要及時(shí)更換以避 免故障的發(fā)生。鑒于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的考慮，亟需對(duì)使用中的電力變壓器油紙絕緣老化狀態(tài) 和剩余壽命進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，從而指導(dǎo)實(shí)際運(yùn)行中變壓器的運(yùn)行維護(hù)管理，保障設(shè)備安全運(yùn) 行。能夠有效評(píng)估變壓器油紙絕緣老化狀態(tài)的特征參量數(shù)量眾多，其中傳統(tǒng)的特征參量包 括絕緣紙聚合度、抗拉伸強(qiáng)度、水分含量以及絕緣油中溶解氣體含量、糠醛含量、酸值等，但 是獲取這些特征參量需要對(duì)變壓器油紙絕緣進(jìn)行采樣并經(jīng)歷一系列復(fù)雜繁瑣的化學(xué)測(cè)量 過程，不僅會(huì)對(duì)實(shí)際運(yùn)行中的變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成損傷，而且操作困難，無法及時(shí)地對(duì)變壓 器油紙絕緣老化狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估。
[0003] 近年來，以介電響應(yīng)理論為基礎(chǔ)的變壓器絕緣老化狀態(tài)無損診斷技術(shù)受到了研 究學(xué)者的廣泛關(guān)注，其中包括回復(fù)電壓法（RVM)和極化去極化電流法（PDC)?；貜?fù)電壓法 (RVM)是利用固體材料在直流電壓下的極化特性，獲得其回復(fù)電壓曲線及參數(shù)，通過相關(guān)參 數(shù)與含水量和老化程度等的關(guān)系對(duì)固體絕緣老化狀況進(jìn)行判斷，但回復(fù)電壓法只能判斷油 紙絕緣的整體老化狀態(tài)。極化去極化電流法（PDC)通過在絕緣試樣兩端施加一定幅值的直 流電壓,試樣會(huì)由于極化特性產(chǎn)生極化電流，接通一定時(shí)間后短接試樣，流過試樣的電流突 然轉(zhuǎn)向，產(chǎn)生去極化電流。通過分析極化去極化電流曲線可以分別判斷絕緣油和絕緣紙的 老化狀態(tài)，但是極化電流難以準(zhǔn)確測(cè)得，易受外界干擾。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種測(cè)試變壓器油紙絕 緣頻域介電響應(yīng)的方法及裝置，解決現(xiàn)有的變壓器油紙絕緣測(cè)試方法，其中回復(fù)電壓法只 能測(cè)試油紙絕緣整體老化狀態(tài)，具有測(cè)試不全面缺陷，而去極化電流法容易受到外界干擾， 使得測(cè)試不準(zhǔn)確的缺點(diǎn)。
[0005] 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種測(cè)試變壓器油紙絕緣頻域介電響應(yīng)的 裝置，包括變頻信號(hào)發(fā)生器、信號(hào)調(diào)理模塊、信號(hào)采集模塊以及處理模塊，所述的變頻信號(hào) 發(fā)生器的信號(hào)輸出端連接到被測(cè)變壓器的輸入端，被測(cè)變壓器的輸出端連接到信號(hào)調(diào)理模 塊的接收端以及信號(hào)采集模塊的接收端，信號(hào)調(diào)理模塊的輸出也連接到信號(hào)采集模塊的接 收端，信號(hào)采集模塊的輸出連接處理模塊，變頻信號(hào)發(fā)生器的控制端也連接到處理模塊上。 本裝置中，處理模塊的作用，一是控制變頻信號(hào)發(fā)生器的輸出，二是通過收到的信息計(jì)算出 被測(cè)變壓器中油紙絕緣復(fù)電容和介電損耗因數(shù)，工作人員即通過計(jì)算出的數(shù)據(jù)，判斷被測(cè) 變壓器的老化狀況，信號(hào)調(diào)節(jié)模塊主要是對(duì)被測(cè)變壓器的信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，主要有濾波放大 的作用，信號(hào)采集模塊是采集存儲(chǔ)收到的信號(hào)，然后發(fā)送到處理模塊。本發(fā)明的測(cè)變壓器的 輸出要分別輸出到信號(hào)調(diào)理模塊和信號(hào)采集模塊，驗(yàn)證放大倍數(shù)是否一致，避免較大的誤 差。
[0006] 進(jìn)一步，上述的信號(hào)調(diào)理模塊包括依次連接的電流放大器、低通濾波器、帶阻濾波 器以及電壓放大器，電流放大器即連接到被測(cè)變壓器的輸出，電壓放大器即連接到信號(hào)采 集模塊。
[0007] 進(jìn)一步，上述的信號(hào)采集模塊包括A/D轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)，所述的A/D轉(zhuǎn)換器的輸出 連接到單片機(jī)，單片機(jī)的輸出連接到處理模塊。A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，方 便存儲(chǔ)和處理。
[0008] -種測(cè)試變壓器油紙絕緣頻域介電響應(yīng)的方法，包括以下步驟： (1) 被測(cè)變壓器為一個(gè)停運(yùn)的電力變壓器，其高壓端和低壓端的三相分別并聯(lián)連接，如 需測(cè)試高壓端和低壓端之間的油紙絕緣頻域介電響應(yīng)特性，則被測(cè)變壓器的輸入端、輸出 端分別是其高壓端、低壓端；如需測(cè)試低壓端對(duì)地的油紙絕緣頻域介電響應(yīng)特性，則被測(cè)變 壓器的輸入端、輸出端分別是其低壓端、接地端；如需測(cè)試高壓端對(duì)地的油紙絕緣頻域介電 響應(yīng)特性，則被測(cè)變壓器的輸入端、輸出端分別是其高壓端、接地端； (2) 接線完畢后，變頻信號(hào)發(fā)生器由處理模塊控制向被測(cè)變壓器輸出電壓信號(hào)，該電壓 信號(hào)的幅值范圍為(T200V，頻率范圍為1(Γ 3~103Ηζ，被測(cè)變壓器向信號(hào)調(diào)節(jié)模塊以及信號(hào)采 集模塊分別輸出電流信號(hào)，該電流信號(hào)的幅值為1〇_ 12Α~1(Γ6Α，該電流信號(hào)首先由電流放大 器放大，被轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再由低通濾波器、帶阻濾波器濾波處理，然后由電壓放大器再 次放大信號(hào)，然后發(fā)送到信號(hào)采集模塊，信號(hào)采集模塊會(huì)接收到兩個(gè)信號(hào)，一個(gè)是被測(cè)變壓 器直接發(fā)送的電流信號(hào)，還有一個(gè)是該電流信號(hào)被信號(hào)調(diào)節(jié)模塊處理后的電壓信號(hào)，A/D轉(zhuǎn) 換器將接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后由單片機(jī)收集信號(hào)并發(fā)送到處理模塊； (3) 處理模塊對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，從而計(jì)算出被測(cè)變壓器的復(fù)電容和介電損耗因數(shù)。
[0009] 進(jìn)一步，上述被測(cè)變壓器輸入電壓信號(hào)

【權(quán)利要求】
1. 一種測(cè)試變壓器油紙絕緣頻域介電響應(yīng)的裝置，其特征在于，包括變頻信號(hào)發(fā)生器 (1)、信號(hào)調(diào)理模塊（3)、信號(hào)采集模塊（8)以及處理模塊（11)，所述的變頻信號(hào)發(fā)生器（1) 的信號(hào)輸出端連接到被測(cè)變壓器（2)的輸入端，被測(cè)變壓器（2)的輸出端連接到信號(hào)調(diào)理 模塊（3)的接收端以及信號(hào)采集模塊（8)的接收端，信號(hào)調(diào)理模塊（3)的輸出也連接到信號(hào) 采集模塊（8)的接收端，信號(hào)采集模塊（8)的輸出連接處理模塊（11)，變頻信號(hào)發(fā)生器（1) 的控制端也連接到處理模塊（11)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)試變壓器油紙絕緣頻域介電響應(yīng)的裝置，其特征在 于，所述的信號(hào)調(diào)理模塊（3)包括依次連接的電流放大器（4)、低通濾波器（5)、帶阻濾波器 (6)以及電壓放大器（7)，電流放大器（4)即連接到被測(cè)變壓器（2)的輸出，電壓放大器（7) 即連接到信號(hào)采集模塊（8)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種測(cè)試變壓器油紙絕緣頻域介電響應(yīng)的裝置，其特征 在于，所述的信號(hào)采集模塊（8)包括A/D轉(zhuǎn)換器（9)和單片機(jī)（10)，所述的A/D轉(zhuǎn)換器（9) 輸出連接到單片機(jī)（10)，單片機(jī)（10)的輸出連接到處理模塊（11 )。
4. 一種測(cè)試變壓器油紙絕緣頻域介電響應(yīng)的方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 被測(cè)變壓器（2)為一個(gè)停運(yùn)的電力變壓器，其高壓端和低壓端的三相分別并聯(lián)連 接，如需測(cè)試高壓端和低壓端之間的油紙絕緣頻域介電響應(yīng)特性，則被測(cè)變壓器（2)的輸入 端、輸出端分別是其高壓端、低壓端；如需測(cè)試低壓端對(duì)地的油紙絕緣頻域介電響應(yīng)特性， 則被測(cè)變壓器的輸入端、輸出端分別是其低壓端、接地端；如需測(cè)試高壓端對(duì)地的油紙絕緣 頻域介電響應(yīng)特性，則被測(cè)變壓器的輸入端、輸出端分別是其高壓端、接地端； (2) 接線完畢后，變頻信號(hào)發(fā)生器（1)由處理模塊（11)控制向被測(cè)變壓器（2)輸出電 壓信號(hào)，該電壓信號(hào)的幅值范圍為〇~200V，頻率范圍為1(Γ 3~103Ηζ，被測(cè)變壓器（2)向信號(hào) 調(diào)節(jié)模塊（3)以及信號(hào)采集模塊（8)分別輸出電流信號(hào)，該電流信號(hào)的幅值為1(Γ 12Α~1(Γ6Α， 該電流信號(hào)首先由電流放大器（4)放大，被轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，再由低通濾波器（5)、帶阻濾 波器（6)濾波處理，然后由電壓放大器再次放大信號(hào)，然后發(fā)送到信號(hào)采集模塊（8)，信號(hào) 采集模塊（8 )會(huì)接收到兩個(gè)信號(hào)，一個(gè)是被測(cè)變壓器（2 )直接發(fā)送的電流信號(hào)，還有一個(gè)是 該電流信號(hào)被信號(hào)調(diào)節(jié)模塊（3)處理后的電壓信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換器（9)將接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號(hào)，然后由單片機(jī)（10)收集信號(hào)并發(fā)送到處理模塊（11); (3) 處理模塊（11)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，從而計(jì)算出被測(cè)變壓器（2)的復(fù)電容和介電 損耗因數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種測(cè)試變壓器油紙絕緣頻域介電響應(yīng)的方法，其特征在 于，所述的被測(cè)變壓器輸入電壓信號(hào)U與輸出電流信號(hào)I滿足以下關(guān)系：
式中，C和G分別為被測(cè)變壓器油紙絕緣的電容和電導(dǎo)，Q為真空電容量，ε *為復(fù)介電 常數(shù)，其中ε'為復(fù)介電常數(shù)的實(shí)部，表征絕緣材料的極化能力，即相對(duì)介電常數(shù)；ε''為 復(fù)介電常數(shù)的虛部，表征絕緣材料的介質(zhì)損耗，所述的復(fù)電容
，其中變壓器油 紙絕緣的電容C為復(fù)電容的實(shí)部，變壓器油紙絕緣電導(dǎo)與角頻率的比值
·為復(fù)電容的虛 部； 所述的介質(zhì)損耗因數(shù)tan δ與復(fù)電容的關(guān)系如下：
【文檔編號(hào)】G01R27/26GK104155528SQ201410410025
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月19日
【發(fā)明者】彭倩, 何良, 吳廣寧, 崔運(yùn)光, 甘德剛, 劉益岑, 高波, 辛東立 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院, 西南交通大學(xué)