CN87104748A - 气体绝缘设备的绝缘检测装置 - Google Patents

Abstract

在用于检测气体绝缘设备的绝缘特性的绝缘检测装置中，由一个检测电压发生器将至少一对正极性和负极性脉冲电压提供给该气体绝缘设备。其中每一个极性电压的周期短于商业频率电压半周期。

Description

本发明涉及一种用于气体绝缘设备的绝缘检测装置，特别涉及一种通过有效地检测导电的外部微粒来检测有缺陷的绝缘的初始状态的绝缘检测装置，这些外部微粒是附着在气体绝缘设备的绝缘体表面的，它们在运行状态下是有害的。

迄今为止，一般说来，如同在由电子合作协会发行的“电子合作研究”（Electrical    Cooperative    Research）1984年2月第39卷第6期第133页描述的那样，当一种气体绝缘设备在其安装地完成它的绝缘检测时，用商业频率交流电压作为检测电压。因为假定在工厂充分完成了对这种气体绝缘设备的最终检测，所以根据日本的实践，将等于气体绝缘设备运行电压的110%的相当低的电压用作该设备在其安装地的检测电压。

另一方面，当由细小的导电外部微粒污染时，气体绝缘设备的绝缘性能常常显著地降低，而不象常规的空气绝缘设备那样。特别在施加商业频率交流电压条件下，因为施加的电压周期太长，导电外部微粒由于静电力的作用在所加电场中漂浮，以至杂散地分布在该气体绝缘设备中。存在于绝缘检测初始状态的相当低强度的电场中的这些导电外部微粒，能够运动并附着在该绝缘设备上，使得对绝缘是有害的。一般说来，当导电外部微粒杂散地分布在气体空间中时，绝缘性能的降低很小，当这些微粒附着在绝缘体表面时，绝缘性能降低大。因此，为了长期保持气体绝缘设备的绝缘可靠性，气体绝缘设备安装地的绝缘检测电压必须尽可能高。在这个观点上，在日本以外，如同前面提及的论文中所描述的，使用等于工厂绝缘检测电压的75%到80%的商业频率交流电压作为检测电压。这个电压值为正常运行电压的1.7倍到2倍。

近来，出现了使用开关脉冲电压进行现场绝缘检测的倾向，如同K·Feser在1979年7月的HAEFELY（E1-44）的论文“在金属封闭、气体绝缘的变电站现场用振荡开关脉冲电压进行高压测试”中描述的一样。

不管怎样，前面提及的技术有如下两个问题。

一个问题是关于现场检测电压的值。在可靠性观点上，使用高于商业频率的交流电压的电压是最有效的，但是，在运行状态，商业频率电压的最大值不得大于设备额定运行电压的130%左右。使用高于额定运行电压的130%的电压导致一种可能性，即平常无害的导电外部微粒可能被移到绝缘设备的某一部分，使其对绝缘成为有害的。

另一个问题是在实际运行中所提供的电压波形。

假定高出额定运行电压130%的过多的电压在波形上与商业频率电压不同，具有短周期开关脉冲电压的波形。进一步，需要考虑甚至避雷器的或类似的极限电压而确定所提供电压的最大值。

因此本发明的一个目的是解决现有技术中上述提及的问题。

本发明的另一个目的是提供一种在实际使用中有效的和高度可靠的现场绝缘检测装置。

为了实现上述目的，本发明的绝缘检测装置如此安排，以提供一个绝缘检测电压给气体绝缘设备的高压部分，这个电压中一个正极性电压和一个负极性电压交替地出现，每个极性电压具有短于商业频率电压半周期的周期。

当导电的外部微粒附着在绝缘体表面时，绝缘性能随着所提供的电压的波形大大地变化。在用于绝缘检测的电压波形中，商业频率电压的波形对绝缘性能的影响最大。但是，实验证实了，在气体绝缘设备上施加正极性和负极***替出现的开关脉冲电压波形获得的绝缘特性，与在同一设备上施加商业频率电压获得的绝缘特性实质上是相同的。因此，利用一个能产生这种开关脉冲电压波形的高电压产生器解决了前面提及的问题。

简单地说，即使将周期短于商业频率电压半周期的开关脉冲电压施加到绝缘设备上，加到导电外部微粒上的静电力与施加商业频率电压时相比，仍足够地低。因此，在所施加的电压与实际运行电压相差不那么大的条件下，可以实现高可靠性绝缘检测。

根据本发明，气体绝缘设备的绝缘部分可以在实际运行条件下检测。因此，当导电的外部微粒附着在气体绝缘设备的绝缘部分上时，能够保持绝缘部分上的绝缘特性能基本上等于在使用商业频率电压时那样，而且能够避免施加商业频率电压，而在实际情况中是不可能产生商业频率电压的。

因此，不必过分地设计绝缘设备的介电强度，从而降低了绝缘设备的制造成本。

结合附图进行描述，使本发明的其它目的、特征和优点更加充分地显出，其中：

图1A是本发明由绝缘检测装置施加检测电压的气体绝缘设备的高压部分的草图;

图1B是沿图1A中A-A′线得到的高压部分的横截面;

图2是图1A的绝缘检测装置的方框图;

图3是图2的绝缘检测装置的电路图;

图4是本发明由绝缘检测装置施加给气体绝缘设备的检测电压的波形的图;

图5是对于施加给气体绝缘设备的不同检测电压的相对击穿电压值的示意图;

图6是本发明由绝缘检测装置施加给气体绝缘设备的相对检测电压值的示意图;

图7A和7B分别是简单脉冲电压波形和阻尼振荡脉冲波形的示意图;以及

图8是施加给绝缘设备的检测电压的另一个波形图。

在下文中参照附图描述本发明的一个实施例。

图1A显示本发明中要检测的气体绝缘设备的高压部分的结构，而图1B显示高压部分的横截面。一个做为总线棒的高压导体2装配在气体绝缘设备的接地槽1中，并且由绝缘间隔物20坚固地支承着，以便与其它部分绝缘。在作为总线棒的高压导体2通入空气中的地方装有套管3。根据本发明，当前面提及的气体绝缘设备的装配结束进行最后检测时，由检测电压发生器10通过套管3对这样安排的气体绝缘设备施加一个高检测电压。

图2是根据本发明的检测电压发生器的方框图。在图2中，整流器12把交流电压源11提供的交流电压转换成直流电压。这个直流电压由极性转换开关13转换，产生一个正极性电压和负极性电压交替出现的输出。极性转换开关13的输出电压提供给脉冲电压发生器14。

脉冲电压发生器14可以是通常使用的已知的一种。即，在脉冲电压发生器14中，积累在电容器上的电荷通个一个间隙向适当的整形电路放电，由此产生一个所需波形的脉冲电压。这样，所需波形（将在稍后详细描述）的检测电压通过脉冲电压发生器的电压负载线5提供给待检测的气体绝缘设备。

图3是图2中检测电压发生器10的电路图。在电压源11中，通过具有一对接通和断开电路的触点的开关111，将交流源110的交流电压提供给调压器112。由调压器112调整的电压提供给主变压器113的初级线圈，以便从主变压器113的次级线圈产生一个升高的高电压。开关111的接通和断开操作以及调压器112的电压调整由控制单元15的电压源控制电路151控制。整流器12包括一对整流器元件121和一对电阻122，以实现对由主变压器113提供的高压的全波整流。极性转换开关13包括一对触点133，从整流器12分别提供一个正极性和一个负极性的整流电压给这对触点。触点131的转换操作由控制单元15的极性转换控制电路152控制。脉冲电压发生器表示成电压倍加器串联充电型。从极性转换开关13来的每个正极性和负极性电压分别通过充电电阻140和141对主电容器142充电。当电容器142的充电电压达到由电压源11确定的值时，从控制单元15的发生器起动电路153产生一个起动信号。从起动电路153来的起动信号提供给脉冲电压发生器14的起动间隙终端143之间，使起动间隙终端之间发生放电。由于起动间隙终端之间的放电，积累在电容器142上的电荷通过放电间隙终端144和阻尼电阻145放电。这样产生的脉冲电压的值由电阻146和电阻147以及电容148的值确定。

如图4所示，具有交替的正极性（+V₁）和负极性（-V₂）的脉冲电压被用作检测电压。使得正极性电压（+V₁）和负极性电压（-V₂）之间的时间间隔Td尽可能短是有效的。但是实际上，当时间间隔Td选择在几分钟的数量级时，绝缘特性是不存在问题的。关于脉冲电压使用的过程和重复的次数，必须提供交替的正极性电压和负极性电压至少一次。实现从正极性到负极性和从负极性到正极性两次转换是较好的。因此希望提供三次或多次正极性和负极性转换的脉冲电压。

通过施加上述形式的脉冲电压，可以实现用于检测附着在绝缘间隔物20和其他部分上的有害的导电外部微粒的绝缘检测，并且具有与商业频率电压用作检测电压时实质上相同的检测灵敏度。

图5显示当导电的外部微粒附着在气体绝缘设备的绝缘体表面时，施加给气体绝缘设备的各种检测电压的击穿电压相对值。情况a是在使用商业频率电压下获得的。这种情况下的击穿电压Va在各种情况中是最低的。情况b到e是在使用各种脉冲电压下获得的。击穿电压的值被表示与值Va相关。在情况b中，施加一个单极性快速脉冲电压（具有几微秒的波前和10微秒的波尾时间）。在情况c，施加一个正极性的快速脉冲电压和另一个负极性的快速脉冲电压（在施加正极性电压之后施加负极性电压）。情况b和c时的击穿电压高于情况a时10%到20%。这表明情况b和c对导电的外来微粒的检测灵敏度是低劣的。另一方面，在情况d中，施加一个单极性开关脉冲电压（具有10到几百微秒的波前时间和1000微秒的波尾时间）。在情况e中，施加一个正极性开关脉冲电压和另一个负极性的开关脉冲电压。情况d中击穿电压高于情况a中50%或更多，而情况e中击穿电压大体上等于情况a中的。实验证明了这种现象。

总之，在对气体绝缘设备交替地施加一个正极性开关脉冲电压和一个负极性开关脉冲电压的情况下，和使用商业频率电压情况下的外部微粒检测灵敏度大体上相等。

另一方面，因为所提供的电压周期太长，商业频率电压对导电的外部微粒运动有大的影响。即，如果施加的电压高出限制范围，则通常状态下对绝缘特性无害的导电的外部微粒被所施加的电压不适当地移动。反之，当施加前面提及的开关脉冲电压时，能够抑制这种不影响绝缘特性的无害的导电外部微粒的运动，以致于在绝缘特性上不存在坏的影响。

图6表示所施加的电压值。符号a表示商业频率运行电压V₀的值。符号b表示在运行中会发生的商业频率过电压Vac的值。符号c表示由于在气体绝缘设备中提供的避雷器或类似装置的极限电压Varr的值。一般说来，可以把在从V₀到Vac的范围内的商业频率电压，或者在从Vac到Varr范围内的脉冲电压施加给气体绝缘设备。因此，在本发明中推荐使用在从Vac到Varr范围内的任何合适的电压。

在施加高于过电压Vac的商业频率电压的情况下，对气体绝缘设备的绝缘检测是这样繁难，以致从经济观点出发，检测是不利的。

图7A和图7B分别表示一个简单脉冲电压波形和一个阻尼振荡脉冲电压波形。从图5上看这是明显的，即为了获得与施加商业频率电压的情况下大体上相等的绝缘特性，所施加的脉冲电压的波前时间Tf必须不短。根据实验结果，希望波前时间Tf是几十微秒或更长。只要波前时间是几十微秒或更长，其后波形的变化几乎不影响绝缘特性。另一方面，波尾时间T_t是短的较好。如果波尾时间太长（几千微秒或更长），所提供的电压对导电的外部微粒运动的影响与使用商业频率电压的情况相似。

图8表示施加给绝缘设备的检测电压的另一种波形。与图7A和7B的电压波形的不同点是图8的电压波形在正极性和负极性之间振荡。与图7的情形相似，希望波前时间Tf是几十微秒或更长。希望振荡波形的第一个正极性脉冲V₁和第二个负极性脉冲V₂满足关系式：V₂/V₁＞0.6，因为如图5中情况d和e所表示的，对施加单极性电压的击穿电压和对施加具有交替翻转极性的电压的击穿电压，以上述比值降低。利用能产生前面提及的电压波形的高压发生器，不必单个完成极性翻转，从而简化检测过程。

Claims (5)

1、一种用于检测气体绝缘设备的绝缘特性的绝缘检测装置，其特征在于包括：

一个将绝缘检测电压提供给该气体绝缘设备的高压部分的检测电压产生装置；

所说的检测电压产生装置交替地产生至少一对正极性电压和负极性电压，每一个极性电压的周期短于商业频率电压的半周期。

2、根据权利要求1的一种绝缘检测装置，其中由所说的检测电压产生装置产生的每一个电压具有开关脉冲波形，该波形具有至少10微秒的波前时间。

3、根据权利要求1的一种绝缘检测装置，其中所说的检测电压产生装置产生的每一个电压具有交流阻尼振荡波形。

4、根据权利要求1的一种绝缘检测装置，其中所说的电压产生装置包括：

一个产生可变交流电压的电压源;

一个对预先确定的从所说的电压源产生的高电压进行整流，以提供正极性和负极电压的整流器;

一个在正极性电压和负极性电压之间转换整流器输出的极性转换开关;以及

一个在由所说的极性转换开关转换的正极性和负极性高电压的基础上，交替地产生至少一对预先确定的正极性和负极性脉冲电压的脉冲电压产生器

5、根据权利要求4的一种绝缘检测装置，其中所说的检测电压产生装置进一步包括一个控制单元，这个制制单元包括：

一个控制所说电压源的开关操作和电压调整的电压源控制电路;

一个控制所说的极性转换开关的极性转换的极性转换控制电路;以及

一个当所说脉冲电压产生器上的充电电压达到由所说电压源设置的电压值时，将一个起动信号提供给所说脉冲电压发生器的发生器起动电路。

Images