CN107728020B - 一种高压容性设备缺陷快速诊断*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高压容性设备缺陷快速诊断***，该装置由高频方波发生器、高频方波功率放大器、高频方波二次升压装置、相位跟踪装置、采集***、显示设备与控制键盘和控制***组成。所述控制***通过对所述采集***得到的特定频率点对应的吸收电流情况分析代表特征支路的电容变化，并根据不同的频率点所对应的吸收电流情况建立频谱曲线，根据与同类高压容性设备的参考曲线相对比，来诊断同类高压容性设备或同一高压容性设备不同时间的故障发展趋势。本发明提供一种一次容性设备非破坏性的测试设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种高压容性设备缺陷快速诊断***，该装置通过分析高压设备因高温老化、磨损、破裂、绕组特性不良等引起的高频电容变化，对高压容性设备缺陷做出诊断。
背景技术
随着智能电网技术的发展应用，针对现场投运设备的定期巡检，已经开始大量应用非破坏性技术手段。电力***中，高压电容型电气设备是指绝缘结构可视为一组串联电容的设备，包括高压电容式套管、电流互感器(CT)、电容式电压互感器(CVT)及耦合电容器(OY)等，数量约占变电站设备总台数的40％～50％。电容型设备在变电站中具有重要的地位，它们的绝缘状态是否良好直接关系到整个变电站能否安全运行，因此对其绝缘缺陷进行诊断具有重大意义。
对于投运较长年限的高压容性设备，耐受电压试验对设备的绝缘损伤是不可避免的，存在减少设备寿命的缺点。另外，常规耐受电压试验观察的特征参数单一，不具备预测性和故障缺陷识别能力，而且耐受电压装置通常较为笨重，影响现场工作效率。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明提出一种一次容性设备非破坏性测试新技术，通过一套便携式装置产生最高幅值为0.3kV的高频方波扫频信号施加到被试高压设备，并利用一套基于统计模型的相位和阻抗测量***对高频试验回路的等效支路分布阻抗进行计算，最终通过不同支路的谐振点建模拟合来分析代表不同绝缘状态的支路电流频谱，以此用于分析高压设备因高温老化，磨损，破裂，绕组特性不良等引起的分支高频电容变化，通过分析高频电容吸收电流的充放电特征实现对高压设备的绝缘缺陷状态诊断。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种高压容性设备缺陷快速诊断***，包括：
高频方波发生器，产生1kHz以上的高频方波；
高频方波功率放大器，对所述高频方波发生器产生的方波进行功率放大，不小于20VA；
高频方波二次升压装置，对所述高频方波功率放大器输出的方波进行二次升压，主要针对低频段升压，并抑制高频段电压下降过快；
相位跟踪装置，对所述高频方波二次升压装置输出的方波进行相位测量，以严格控制输出信号的相位特征，分析容性设备的阻抗角；
采集***，对所述高频方波二次升压装置输出方波的输出相位、输出功率进行实时采集，以分析高压容性设备的高频耐受能力和高频吸收电流特征；
显示设备与控制键盘，显示不同容性设备的阻抗频谱特征，控制键盘用于输入控制指令；
控制***，对所述高频方波发生器和所述高频方波功率放大器输出方波的频率和幅值进行控制，对所述相位跟踪装置、所述采集***和所述显示设备进行控制，通过对所述采集***得到的特定频率点对应的吸收电流情况分析代表特征支路的电容变化，并根据不同的频率点所对应的吸收电流情况建立频谱曲线，根据与同类高压容性设备的参考曲线相对比，来诊断同类高压容性设备或同一高压容性设备不同时间的故障发展趋势。
优选的是，所述高频方波二次升压装置具有频率线性特征。
优选的是，所述高频方波二次升压装置输出的方波最高幅值为0.3kV。
优选的是，所述高频方波发生器产生的方波频率为1kHz-35kHz，步进值为1kHz。
优选的是，所述相位跟踪装置精度为0.01度。
优选的是，所述高压容性设备缺陷快速诊断***重量在20公斤以内。
优选的是，所述控制***还包括：数据库，用于存储高压容性设备的频谱曲线的参考曲线以及定时检测的频谱曲线的历史曲线，将当前时刻的频谱曲线分别与参考曲线和历史曲线相比较，来诊断同类高压容性设备或同一高压容性设备不同时间的故障发展趋势。
优选的是，还包括：
箱体，其包括相互枢接设置的上箱体和下箱体，所述箱体还包括减震层，其嵌入式设置在所述箱体的内侧壁上；所述上箱体和下箱体之间形成一容置腔，所述高频方波发生器、所述高频方波功率放大器、所述高频方波二次升压装置、所述相位跟踪装置和所述采集***分别可拆卸的嵌入式放置在所述容置腔内；所述显示设备与控制键盘分设在所述上箱体和所述下箱体内；
承载板，所述下箱体的底部通过升降组件可拆卸的嵌入式设置在所述承载板的容置槽内；
轮体，其通过支撑架设置在所述承载板的底部的两侧；
推拉手柄，其一端铰接设置在所述承载板上，另一端向所述上箱体的上端方向延伸设置。
优选的是，所述升降组件为微型的剪叉式升降机，且所述剪叉式升降机的收缩状态的总厚度不超过30cm，所述箱体的可升降高度不超过1.5m。
优选的是，所述支撑架包括主架体，其为由金属杆相互交叉焊接设置成的矩形结构架；伸缩支腿，其设置在所述主架体的两侧，且所述伸缩支腿与所述主架体处于同一平面，所述轮体设置在所述伸缩支腿的自由端上；所述伸缩支腿的伸缩长度为所述承载板的宽度的1/2-2倍。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明应用面广，可以用于变压器，电缆，电容器，电抗器等，而且高频试验主要针对缺陷等效分支电容的试验，对被试设备整体绝缘无破坏性影响，是一种可重复进行，具备较高灵敏度和故障隐患预测能力的技术手段。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明所述的高压容性设备缺陷快速诊断***的实现框图；
图2为本发明所述的高压容性设备缺陷快速诊断***的剖面结构示意图；
图3为本发明所述的支撑架的俯视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1所示，本发明提供一种高压容性设备缺陷快速诊断***，包括：
高频方波发生器，产生1kHz以上的高频方波；
高频方波功率放大器，对所述高频方波发生器产生的方波进行功率放大，不小于20VA；
高频方波二次升压装置，对所述高频方波功率放大器输出的方波进行二次升压，主要针对低频段升压，并抑制高频段电压下降过快；
相位跟踪装置，对所述高频方波二次升压装置输出的方波进行相位测量，以严格控制输出信号的相位特征，分析容性设备的阻抗角；
采集***，对所述高频方波二次升压装置输出方波的输出相位、输出功率进行实时采集，以分析高压容性设备的高频耐受能力和高频吸收电流特征；
显示设备与控制键盘，显示不同容性设备的阻抗频谱特征，控制键盘用于输入控制指令；
控制***，对所述高频方波发生器和所述高频方波功率放大器输出方波的频率和幅值进行控制，对所述相位跟踪装置、所述采集***和所述显示设备进行控制，通过对所述采集***得到的特定频率点对应的吸收电流情况分析代表特征支路的电容变化，并根据不同的频率点所对应的吸收电流情况建立频谱曲线，根据与同类高压容性设备的参考曲线相对比，来诊断同类高压容性设备或同一高压容性设备不同时间的故障发展趋势。
在上述方案中，所述高频方波二次升压装置、相位跟踪装置和采集***之间的通信采用全并行模式，其中所述控制***采用CPLD控制，数据通信和分析采用基于INTEL架构的工控平台。由于高频段容性高压设备吸收电流增大，要求所述高压容性设备缺陷快速诊断***在高频段的输出功率具备足够带负载能力，防止输出试验电压下降过快，因此所述高频方波功率放大器设计值不小于20VA(传统扫频测试***承载功率小于1VA)，且在上述大功率输出条件下，要求有较好的频率线性特征。所述高频方波二次升压装置主要是针对低频段的升压，并起到抑制高频段电压下降过快的作用。所述相位跟踪装置是为了严格控制输出信号的相位特征，便于分析容性设备的阻抗角，同时对于***的自校验也起到重要作用。
由于故障早期的绝缘缺陷电容变化较小，产生的相位偏移较小，因此需要较高灵敏度的相位测量装置。所述相位测量装置必要时使用开窗滤波手段如高斯滤波，HANN滤波等提高信噪比，从而提高相位跟踪精度。
高压容性设备缺陷快速诊断***中，所述高频方波二次升压装置具有频率线性特征。
高压容性设备缺陷快速诊断***中，所述高频方波二次升压装置输出的方波最高幅值为0.3kV。
高压容性设备缺陷快速诊断***中，所述高频方波发生器产生的方波频率为1kHz-35kHz，步进值为1kHz。
高压容性设备缺陷快速诊断***中，所述相位跟踪装置精度为0.01度。
高压容性设备缺陷快速诊断***中，所述高压容性设备缺陷快速诊断***重量在20公斤以内。
高压容性设备缺陷快速诊断***中，所述控制***还包括：数据库，用于存储高压容性设备的频谱曲线的参考曲线以及定时检测的频谱曲线的历史曲线，将当前时刻的频谱曲线分别与参考曲线和历史曲线相比较，来诊断同类高压容性设备或同一高压容性设备不同时间的故障发展趋势。
本发明是从等效分支电路的理论出发提出的基于高频电压试验的装置，使用过程中需设置参考曲线，相关关键技术参数如下：
| 技术参数名称 | 参数指标 | 功能描述 | 备注 |
| 试验输出电压 | 0.3kV | 输出方波均值电压 | 具备20％可扩展 |
| 试验频率 | 1kHz-35kHz | 步进值1kHz | 可扩展50％上限 |
| 试验功率 | 100VA | 具备2倍短时短路抑制能力 | |
| 相位跟踪 | 0.01度 | 高速采集*** |
除以上核心部件外，所述高压容性设备缺陷快速诊断***还包括过流过压保护，高温保护等。
如图2所示，高压容性设备缺陷快速诊断***中，还包括：
箱体10，其包括相互枢接设置的上箱体101和下箱体102，所述箱体还包括减震层，其嵌入式设置在所述箱体的内侧壁上；减震层内设置有与各个检测设备相适应的容置槽，容置槽的侧壁上可以设置多个突起以增大对各个监测设备的卡置效果，避免其从箱体内滑脱；所述上箱体和下箱体之间形成一容置腔，所述高频方波发生器、所述高频方波功率放大器、所述高频方波二次升压装置、所述相位跟踪装置和所述采集***分别可拆卸的嵌入式放置在所述容置腔内；上述各种检测设备均放置在容置腔内，方便使用，减震层为减震棉等减震材质形成的减震夹层，用于保护检测设备；所述显示设备与控制键盘分设在所述上箱体和所述下箱体内；当上箱体相对下箱体旋转打开时，显示设备的显示面随上箱体远离位于下箱体内的控制键盘，便于检测人员对显示的数据进行观察和读取，控制键盘位于下箱体上，便于检测人员键入设置参数和检测参数等；承载板20，所述下箱体的底部通过升降组件204可拆卸的嵌入式设置在所述承载板的容置槽201内；承载板用于承载和临时固定箱体，便于检测人员检测使用。轮体202，其通过支撑架205设置在所述承载板的底部的两侧；推拉手柄203，其一端铰接设置在所述承载板上，另一端向所述上箱体的上端方向延伸设置。推拉手柄、轮体和承载板相互配合，方便检测人员对箱体进行固定和移动，并且，通过承载板内的升降组件可以实现箱体垂直于水平的承载板的上下移动，以适应不同的检测人员的操作高度，有助于方便快捷的检测高压容性设备的缺陷。
高压容性设备缺陷快速诊断***中，所述升降组件为微型的剪叉式升降机，且所述剪叉式升降机的收缩状态的总厚度不超过30cm，所述箱体的可升降高度不超过1.5m。箱体的可升降高度随需要进行调节设置。
如图3所示，高压容性设备缺陷快速诊断***中，所述支撑架包括主架体，其为由金属杆相互交叉焊接设置成的矩形结构架；伸缩支腿，其设置在所述主架体的两侧，且所述伸缩支腿与所述主架体处于同一平面，所述轮体设置在所述伸缩支腿的自由端上；所述伸缩支腿的伸缩长度为所述承载板的宽度的1/2-2倍。伸缩支腿用于安装轮体，可以增大主支架两侧的两组轮体之间的跨度，在移动时保持箱体及其他结构的整体移动的稳定性，保证户外作业的移动安全性，并且，在检测时，当需要将箱体相对承载板升高一定高度时，可以将伸缩支腿伸展开，再次增大主支架两侧的两组轮体之间的跨度，曾加支撑架的整体支撑的稳定性。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (8)
1.一种高压容性设备缺陷快速诊断***，其特征在于，包括：
高频方波发生器，产生1kHz以上的高频方波；
高频方波功率放大器，对所述高频方波发生器产生的方波进行功率放大，不小于20VA；
高频方波二次升压装置，对所述高频方波功率放大器输出的方波进行二次升压，主要针对低频段升压，并抑制高频段电压下降过快；
相位跟踪装置，对所述高频方波二次升压装置输出的方波进行相位测量，以严格控制输出信号的相位特征，分析容性设备的阻抗角；
采集***，对所述高频方波二次升压装置输出方波的输出相位、输出功率进行实时采集，以分析高压容性设备的高频耐受能力和高频吸收电流特征；
显示设备与控制键盘，显示不同容性设备的阻抗频谱特征，控制键盘用于输入控制指令；
控制***，对所述高频方波发生器和所述高频方波功率放大器输出方波的频率和幅值进行控制，对所述相位跟踪装置、所述采集***和所述显示设备进行控制，通过对所述采集***得到的特定频率点对应的吸收电流情况分析代表特征支路的电容变化，并根据不同的频率点所对应的吸收电流情况建立频谱曲线，根据与同类高压容性设备的参考曲线相对比，来诊断同类高压容性设备或同一高压容性设备不同时间的故障发展趋势；所述高压容性设备缺陷快速诊断***重量在20公斤以内；
箱体，其包括相互枢接设置的上箱体和下箱体，所述箱体还包括减震层，其嵌入式设置在所述箱体的内侧壁上；所述上箱体和下箱体之间形成一容置腔，所述高频方波发生器、所述高频方波功率放大器、所述高频方波二次升压装置、所述相位跟踪装置和所述采集***分别可拆卸的嵌入式放置在所述容置腔内；所述显示设备与控制键盘分设在所述上箱体和所述下箱体内；
承载板，所述下箱体的底部通过升降组件可拆卸的嵌入式设置在所述承载板的容置槽内；
轮体，其通过支撑架设置在所述承载板的底部的两侧；
推拉手柄，其一端铰接设置在所述承载板上，另一端向所述上箱体的上端方向延伸设置。
2.如权利要求1所述的高压容性设备缺陷快速诊断***，其特征在于，所述高频方波二次升压装置具有频率线性特征。
3.如权利要求1所述的高压容性设备缺陷快速诊断***，其特征在于，所述高频方波二次升压装置输出的方波最高幅值为0.3kV。
4.如权利要求1-2任一项所述的高压容性设备缺陷快速诊断***，其特征在于，所述高频方波发生器产生的方波频率为1kHz-35kHz，步进值为1kHz。
5.如权利要求1-2任一项所述的高压容性设备缺陷快速诊断***，其特征在于，所述相位跟踪装置精度为0.01度。
6.如权利要求1所述的高压容性设备缺陷快速诊断***，其特征在于，所述控制***还包括：
数据库，用于存储高压容性设备的频谱曲线的参考曲线以及定时检测的频谱曲线的历史曲线，将当前时刻的频谱曲线分别与参考曲线和历史曲线相比较，来诊断同类高压容性设备或同一高压容性设备不同时间的故障发展趋势。
7.如权利要求1所述的高压容性设备缺陷快速诊断***，其特征在于，所述升降组件为微型的剪叉式升降机，且所述剪叉式升降机的收缩状态的总厚度不超过30cm，所述箱体的可升降高度不超过1.5m。
8.如权利要求1所述的高压容性设备缺陷快速诊断***，其特征在于，所述支撑架包括主架体，其为由金属杆相互交叉焊接设置成的矩形结构架；伸缩支腿，其设置在所述主架体的两侧，且所述伸缩支腿与所述主架体处于同一平面，所述轮体设置在所述伸缩支腿的自由端上；所述伸缩支腿的伸缩长度为所述承载板的宽度的1/2-2倍。
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