CN105116201A - 回复电压参数的测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回复电压参数的测量装置，包括一电容器，电容器的上极板设有上接线端、下极板设有下接线端，下接线端上串联连接有一微电流测试仪，微电流测试仪的输出接口与一数据采集卡相连接；电容器置于一密封容器内，上接线端、下接线端伸出到密封容器外，密封容器与一抽真空装置相连通。与现有技术相比，本发明工具有如下优点：1)通过测量电容极板上的充放电电流直接得到回复电压的评估参数，避免泄漏电流对电压测量的影响，同时由电流获取的评估参数更加方便、准确；2)测量装置的外壳采用高低凹凸衣褶状设计，增加了表面泄漏电流的沿面距离，减少了泄漏电流引起的误差；3)测量装置内部处于真空状态，能够消除空气中湿度等因素带来的影响。

Description

回复电压参数的测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及一种回复电压参数的测量装置。本发明还涉及一种使用所述测量装置进行回复电压参数测量的方法。

背景技术

现代电力***中，电能安全、可靠与优质的供给是最基本的要求。电力***中，变压器是整个电网传输电能和分配电能的关键设备。因此，变压器的良好与否直接影响到整个电力***的可靠、稳定运行。变压器绝缘部分性能下降，特别内绝缘劣化损坏，会直接导致电力变压器故障。截止目前，变压器绝缘状态的监测方法主要可分为化学方法、电方法和其它诊断方法。其中化学方法包括绝缘纸聚合度测试、油中糠醛含量分析、微水分析、油中溶解气体分析等，电方法包括介电响应法(时域、频域)和传统的电测试方法。

基于介电响应基础的回复电压法(Returnvoltagemethod，RVM)始于20世纪90年代，是一种通过外加电压获得电力变压器固体绝缘状态的非破坏性测试方法。其优点是抗干扰能力强，其回复电压曲线的初始斜率S_i、中心时间常数t_dom等参数与变压器的老化程度、纸中水分等密切相关；同时还可以方便地用于变压器的现场监测。近年来随着变压器绝缘状态检测在无损绝缘状态测试研究方面的发展，回复电压法逐渐受到重视。

目前回复电压的测试方法是直接在被测试对象两端接入电压测试装置，但是该方法在进行回复电压测试时：一是在测试对象的两端并联上了测试支路的等效输入电阻，等效输入电阻往往远小于被测试对象自身的绝缘电阻，因此等效输入电阻的接入使得产生回复电压的自由电荷有了新的泄漏途径，加快了自由电荷的泄漏速度，使得获得的回复电压曲线有很大的误差，得到的状态评估数据不准确；二是在数据处理过程中，电压测试装置连续测量样品获得回复电压数值，再通过拟合其数值获得回复电压曲线，最后对回复电压曲线进行数值分析获得评估参数，过程较为繁琐且拟合过程中也会出现数据准确度下降的问题。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题，就是提供一种回复电压参数的测量装置。

本发明所要解决的第二个技术问题，就是提供一种回复电压参数的测量方法。

采用本发明的装置和方法，能直接获得评估变压器油纸绝缘状态的回复电压参数，从而避免了现有回复电压测试设备泄露电流导致误差的缺陷，提高了测量的准确率，同时简化了繁琐的评估参数计算过程，使得测量更加便捷。

解决上述第一个技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种回复电压参数的测量装置，其特征是：包括一电容器，所述电容器的上极板设有上接线端、下极板设有下接线端，所述的下接线端上串联连接有一微电流测试仪，所述的微电流测试仪的输出接口与一数据采集卡相连接；所述的电容器置于一密封容器内，所述的上接线端、下接线端伸出到密封容器外，所述的密封容器与一抽真空装置相连通。。

进一步地，所述的电容器为平行板电容器，所述的上接线端为上金属导杆，所述的下接线端为下金属导杆，所述的上金属导杆设有外螺纹，所述的密封容器上开有一与上金属导杆配合的螺纹孔，所述的上金属导杆穿过螺纹孔伸出密封容器外且可通过旋转上金属导杆来调节电容器两极板之间的距离，所述的下金属导杆固定设在密封容器上并伸出密封容器外。

作为本发明的一种实施例，所述密封容器的器壁为凹凸的褶裙状。

所述的密封容器由高电阻率绝缘材料(SMC板)制造而成。

所述的抽真空装置为真空抽气泵，其设置在密封容器的器壁上。

所述的平行板电容器由紫铜材料制造而成。

解决上述第二个技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种回复电压参数的测量方法，其特征是包括以下步骤：

S1将直流电源与变压器高低压绕组的正负接线端相连接，利用直流电源给变压器高低压绕组的绝缘电阻Rg和几何电容Cg进行充电，充电时间为T_c；

S2断开直流电源，将变压器高低压绕组的正负接线端直接相连接，变压器高低压绕组的几何电容Cg进行放电，放电时间为T_d；

S3将变压器高低压绕组的正负接线端断开，将所述测量装置的上接线端与变压器高低压绕组的正接线端相连接、下接线端与变压器高低压绕组的负接线端相连接,通过微电流测试仪获得电容器极板上的电流i_C，并用数据采集卡收集微电流测试仪获得的电流数据。

与现有技术相比，本发明工具有如下优点：

1)通过测量电容极板上的充放电电流直接得到回复电压的评估参数，避免泄漏电流对电压测量的影响，同时由电流获取的评估参数更加方便、准确；

2)测量装置的外壳采用高低凹凸衣褶状设计，增加了表面泄漏电流的沿面距离，减少了泄漏电流引起的误差；

3)测量装置内部处于真空状态，能够消除空气中湿度等因素带来的影响。

附图说明

图1为本发明测量装置的示意图；

图2为本发明测量装置的使用示意图；

图3为本发明测量的回复电压曲线图。

图中：1-密封容器，2-真空抽气泵，3-上极板，4-下极板，5-螺纹孔，6-上金属导杆，7-下金属导杆，8-微电流测试仪,9-数据采集卡，10-电容器。

具体实施方式

下面结合附图用实施例对本发明作进一步说明。

如图1、2所示，本发明的回复电压参数的测量装置实施例，包括一电容器10，电容器10置于一密封容器1内，密封容器1与一抽真空装置相连通，其中抽真空装置为真空抽气泵2，其设置在密封容器1的器壁上，电容器10处于真空的工作环境中能够消除空气中湿度等因素带来的影响；

电容器10的上极板3设有上接线端、下极板4设有下接线端，下接线端上串联连接有一微电流测试仪8，微电流测试仪8的输出接口与一数据采集卡9相连接，通过测量电容极板上的充放电电流直接得到回复电压的评估参数，避免泄漏电流对电压测量的影响，同时由电流获取的评估参数更加方便、准确；

密封容器2的器壁为凹凸的褶裙状，其由高电阻率绝缘材料(SMC板)制造而成，测量装置的外壳采用高低凹凸衣褶状设计，增加了表面泄漏电流的沿面距离，减少了泄漏电流引起的误差。

其中电容器10为平行板电容器，其由紫铜材料制造而成，上接线端为上金属导杆6，下接线端为下金属导杆7，上金属导杆6设有外螺纹，密封容器1上开有一与上金属导杆配合的螺纹孔5，上金属导杆6穿过螺纹孔5伸出密封容器1外且可通过旋转上金属导杆来调节电容器两极板之间的距离，下金属导杆7固定设在密封容器1上并伸出密封容器外。

如图2所示，采用上述测量装置对变压器进行回复电压参数的测量方法的具体步骤如下：首先闭合开关J1，将直流电源与变压器高低压绕组的正负接线端相连接，利用直流电源给变压器高低压绕组的绝缘电阻Rg和几何电容Cg进行充电，充电时间为T_c；断开开关J1，闭合开关J2，将变压器高低压绕组的正负接线端直接相连接，变压器高低压绕组的几何电容Cg进行放电，放电时间为T_d；断开开关J2,闭合开关J3，将所述测量装置的上接线端与变压器高低压绕组的正接线端相连接、下接线端与变压器高低压绕组的负接线端相连接,通过旋转上金属导杆调节本发明的测量装置的电容器的上、下极板间距d，使得满足以下关系

$\frac{S}{d}\≤\frac{\mathrm{\ρ}}{100*R_g}---\left(1\right)$

$\frac{S}{d}\≤\frac{C_g}{10*\mathrm{\ϵ}}---\left(2\right)$

式中，S为真空电容极板的面积，d为上、下电容极板之间的距离，ρ为上、下电容极板之间的电阻率，ε为电容极板间的介电常数；

本发明的测量装置的数据采集卡与计算机终端连接，这时通过微电流测试仪即可获得电容器极板上的电流i_C。最后通过数据采集卡将微电流测试仪获得的数据发送到计算机终端进行分析。

通过测量电容器的充放电电流获得评估变压器油纸绝缘状态的参数，我们可以通过以下公式推导得到回复电压测试评估参数与充放电电流的关系。首先，电容电压与电容电流的关系如下，

$u_C\left(t\right)=\frac{1}{C}{\∫}_{\mathrm{\∞}}^t{i}_C\left(\mathrm{\τ}\right)d\mathrm{\τ}=u\left(0\right)+\frac{1}{C}{\∫}_0^t{i}_C\left(\mathrm{\τ}\right)d\mathrm{\τ}---\left(3\right)$

根据电容的决定式并将其带入式(3)，得

$u_C\left(t\right)=u\left(0\right)+\frac{d}{\mathrm{\ϵ}S}{\∫}_0^t{i}_C\left(\mathrm{\τ}\right)d\mathrm{\τ}---\left(4\right)$

根据相关数学知识可知，电容电压初始值u(0)只决定u_C(t)的上下平移变化，而用于变压器油纸绝缘状态评估的主要参数是回复电压的初始斜率S_i和中心时间常数t_dom(当回复电压有多个极值点时，回复电压最大值点对应的时间称为主要时间常数)，以上参量与电容电压初始值u(0)无关。从而，回复电压u_re(t)曲线为

$u_{re}\left(t\right)=\frac{d}{\mathrm{\ϵ}S}{\∫}_0^t{i}_C\left(\mathrm{\τ}\right)d\mathrm{\τ}---\left(5\right)$

见图3，初始斜率S_i是测量阶段的初始斜率，因此

$\frac{{\mathrm{du}}_{re}\left(t\right)}{dt}=\frac{d}{\mathrm{\ϵ}S}({{\∫}_0^t{i}_C\left(\mathrm{\τ}\right)d\mathrm{\τ})}^{\′}=\frac{d}{\mathrm{\ϵ}S}{i}_C(t)---\left(6\right)$

从而，

$S_i=\frac{{\mathrm{du}}_{re}\left(t\right)}{dt}{|}_{t=0}=\frac{d}{\mathrm{\ϵ}S}{i}_C\left(0\right)---\left(7\right)$

应当说明的是，式(7)中的t＝0时刻指的是图3中回复电压检测T_p阶段(充、放电阶段之后)的初始时刻，也就是J3闭合瞬间。当u_re(t)＝U_max时，此极大值点处对应的导数值为0，从而

$\frac{{\mathrm{du}}_{re}\left(t\right)}{dt}=\frac{d}{\mathrm{\ϵ}S}{i}_C\left(t\right)=0---\left(8\right)$

即i_C(t_dom)＝0时，所对应的时刻即为中心时间常数。利用反函数，可将t_dom表示出来，即在实际操作中，根据数据采集卡记录的回复电压测试阶段的电流数据，在微电流测试仪所检测的电流第一次由正变为负的阶段，当电流示数为0时所对应的时刻即为中心时间常数t_dom。

同时，我们也可以获得回复电压曲线的最大回复电压U_max，该参数也可作为回复电压测试评估绝缘状态的补充参数。对于U_max根据式(5)，可得，

$U_{\max }=\frac{d}{\mathrm{\ϵ}S}{\∫}_0^{t_{dom}}{i}_C\left(\mathrm{\τ}\right)d\mathrm{\τ}---\left(9\right)$

其中，t_dom可由数据采集卡获取的数据读出。

Claims (7)

1.一种回复电压参数的测量装置，其特征是：包括一电容器(10)，所述电容器(10)的上极板(3)设有上接线端、下极板(4)设有下接线端，所述的下接线端上串联连接有一微电流测试仪(8)，所述的微电流测试仪(8)的输出接口与一数据采集卡(9)相连接；所述的电容器(10)置于一密封容器(1)内，所述的上接线端、下接线端伸出到密封容器(1)外，所述的密封容器(1)与一抽真空装置相连通。

2.根据权利要求1所述的回复电压参数的测量装置，其特征是：所述的电容器(10)为平行板电容器，所述的上接线端为上金属导杆(6)，所述的下接线端为下金属导杆(7)，所述的上金属导杆(6)设有外螺纹，所述的密封容器(1)上开有一与上金属导杆(6)配合的螺纹孔(5)，所述的上金属导杆(6)穿过螺纹孔(5)伸出密封容器(1)外且可通过旋转上金属导杆(6)来调节电容器(10)两极板之间的距离，所述的下金属导杆(7)固定设在密封容器(1)上并伸出密封容器外。

3.根据权利要求2所述的回复电压参数的测量装置，其特征是：所述密封容器(1)的器壁为凹凸的褶裙状。

4.根据权利要求2所述的回复电压参数的测量装置，其特征是：所述的密封容器(10)由高电阻率绝缘材料制造而成。

5.根据权利要求2所述的回复电压参数的测量装置，其特征是：所述的抽真空装置为真空抽气泵(2)，其设置在密封容器(1)的器壁上。

6.根据权利要求2所述的回复电压参数的测量装置，其特征是：所述的平行板电容器由紫铜材料制造而成。

7.一种根据权利要求1至6任意一项所述的回复电压参数的测量装置进行回复电压参数测量的方法，其特征是包括以下步骤：

S1将直流电源与变压器高低压绕组的正负接线端相连接，利用直流电源给变压器高低压绕组的绝缘电阻Rg和几何电容Cg进行充电，充电时间为T_c；

S2断开直流电源，将变压器高低压绕组的正负接线端直接相连接，变压器高低压绕组的几何电容Cg进行放电，放电时间为T_d；

S3将变压器高低压绕组的正负接线端断开，将所述测量装置的上接线端与变压器高低压绕组的正接线端相连接、下接线端与变压器高低压绕组的负接线端相连接,通过微电流测试仪获得电容器极板上的电流i_C，并用数据采集卡收集微电流测试仪获得的电流数据。