本實用新型屬于絕緣介質(zhì)的老化狀態(tài)評估
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種用于絕緣介質(zhì)老化狀態(tài)評估的時域測試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：輸變電設(shè)備安全、穩(wěn)定、可靠地運行，是電力系統(tǒng)正常運行的重要保障。由于需要面臨室外露天工作環(huán)境下的各種惡劣條件，長期的掛網(wǎng)運行下，電氣設(shè)備的絕緣介質(zhì)不可避免會出現(xiàn)老化現(xiàn)象，發(fā)生故障，進而引起事故。因此，對電氣設(shè)備進行定期監(jiān)測，評估其老化狀態(tài)是十分必要的。目前，在工程上比較常用的絕緣診斷方法有兩種：理化分析法與電氣測量法。其中理化分析法主要是用絕緣老化引起的物理、化學(xué)參量來表征絕緣介質(zhì)的絕緣狀態(tài)，而電氣測量法則是以絕緣介質(zhì)電氣參數(shù)的變化來衡定絕緣狀態(tài)的。傳統(tǒng)的理化分析法如對拉伸強度、聚合度的測量，測量難度較大，且操作過程較復(fù)雜，耗時較長。近年來電氣測量法因其操作便捷、無損的特點，受到業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注，但是在實際應(yīng)用中仍然有很大的局限性：對樣本大小有一定的需求，如電纜在測其電氣性能時往往需要數(shù)米以上的樣品，為測量帶來不便；測量結(jié)果對噪聲比較敏感，極大影響了評估結(jié)果的準確性；對絕緣介質(zhì)的熱老化和輻照老化不敏感，同時缺乏必要的匹配手段進行定量分析；對介質(zhì)形態(tài)有一定的要求。技術(shù)實現(xiàn)要素：本實用新型的目的在于提供一種用于絕緣介質(zhì)老化狀態(tài)評估的時域測試系統(tǒng)，以提高電流測量的準確性，克服傳統(tǒng)絕緣老化狀態(tài)評估方法操作過程復(fù)雜、耗時較長的問題，測量需要的樣品很少，抗噪效果好，對熱老化敏感，且可對老化狀態(tài)進行定量分析，對固體與液體絕緣介質(zhì)均可進行測量，可用于工程現(xiàn)場的絕緣介質(zhì)采樣檢測，實現(xiàn)絕緣介質(zhì)老化狀態(tài)的快速有效的評估。為達到上述目的，本實用新型所采取的技術(shù)方案為：一種用于絕緣介質(zhì)老化狀態(tài)評估的時域測試系統(tǒng)，包括電源模塊、測量電極模塊、電流測量模塊、數(shù)據(jù)采集模塊；電源模塊通過測量電源線連接到測量電極模塊中三電極系統(tǒng)的高壓極與測量極上，測量電極模塊中三電極系統(tǒng)的測量極通過同軸電纜屏蔽線與電流測量模塊的電流輸入端相連，電流測量模塊的輸出端與數(shù)據(jù)采集模塊的示波器輸入端相連。所述的電源模塊用來為被測試樣進行充電，同時控制整個極化過程與去極化過程的開始與結(jié)束，以及極化過程與去極化過程的切換；它包括直流電源與時間繼電器組，直流電源選用一組串聯(lián)的直流蓄電池，根據(jù)測量需要改變電壓的大小，時間繼電器組通過三個時間繼電器的連接、組合，實現(xiàn)對極化過程與去極化過程的控制，極化過程與去極化過程的開始、持續(xù)、結(jié)束的時間可以通過對時間繼電器的設(shè)定進行調(diào)節(jié)。所述的測量電極模塊用來放置被測試樣，它包括屏蔽箱和三電極系統(tǒng)；當(dāng)被測試樣為固體時，選用三電極系統(tǒng)作為測量電極模塊的電極，其保護間隙距離為2mm，測量電極的直徑為50mm，將三電極系統(tǒng)用屏蔽箱屏蔽起來。所述的電流測量模塊用來將被測電流進行轉(zhuǎn)換與放大，得到后續(xù)數(shù)據(jù)采集模塊可以測量的電壓信號，它包括微電流放大電路、量程切換裝置和金屬屏蔽盒；所述的微電流放大電路分為兩部分：放大電路的前半部分包括用于提高輸入阻抗作用的INA116和大阻值電阻、去耦電容、限流電阻、保護電路的防雷管2RM600-8；放大電路的后半部分包括兩片OP07、調(diào)節(jié)失調(diào)電壓的電位器、以及去耦電容、限流電阻和連接在放大運放引腳間的濾高頻電容；被測電流依次經(jīng)過大阻值電阻，INA116，起到放大作用的OP07和起到跟隨器作用的OP07，最終得到放大后的電壓信號，分開的兩部分通過插針相互垂直連接起來；所述的量程切換裝置：在放大電阻兩端并聯(lián)一個電容Cf，電容Cf選用漏電較小的溫度補償性陶瓷電容，且其大小滿足RsCin≤RfCf，其中Rs為信號源內(nèi)阻，Rf為放大電阻，放大電阻選用玻璃釉電阻，通過切換接入放大電路的放大電阻，實現(xiàn)量程的切換，Cin為數(shù)pF到數(shù)十pF的輸入寄生電容；整個微電流放大電路和量程切換裝置用長、寬、高分別為11.5cm、6cm、11cm的金屬屏蔽盒屏蔽起來，并將屏蔽盒外殼與大地相連，屏蔽盒上有檔位切換的開關(guān)，用來變換放大電阻，完成量程的切換；在屏蔽盒的前端下方位置處還有被測電流輸入同軸電纜接口與測量電極模塊相連。所述的數(shù)據(jù)采集模塊用來測量電流測量模塊輸出的電壓并將測得的結(jié)果經(jīng)過計算處理，得到IA因子，從而定量評估絕緣介質(zhì)老化狀態(tài)，它包括示波器與計算機。本實用新型所取得的有益效果為：本實用新型對固體與液體絕緣介質(zhì)都可以進行測量，且測量需要的樣品很少，只需要直徑為10cm，厚度不超過2mm的圓片狀固體試樣或40ml的液體試樣即可。本實用新型所使用的系統(tǒng)通過多種措施減少噪聲與外界干擾對測量結(jié)果的影響，有效地提高了測量結(jié)果的準確性(精度可達pA級)。圖3為采用抗干擾措施前后的輸出電壓波形的對比圖，經(jīng)計算圖3a中測量結(jié)果的信噪比SNRa＝4dB，圖3b中測量結(jié)果的信噪比SNRb＝20dB，可見采用抗干擾措施以后測量結(jié)果的信噪比有明顯提高，測量結(jié)果的準確性得到有效提高。本實用新型可以通過測量得到的IA因子直接量化表征被測絕緣介質(zhì)的老化狀態(tài)，實現(xiàn)工程現(xiàn)場的快速測量評估。附圖說明圖1為絕緣介質(zhì)老化時域測試評估系統(tǒng)模塊連接圖；圖2為測量值的線性度；圖3為抗干擾措施效果對比圖；圖4為絕緣介質(zhì)老化時域測試評估流程圖；圖5為不同老化時間的絕緣紙試樣的極化去極化電流曲線；圖6為不同老化試樣電荷量隨時間變化曲線；圖7為IA因子與老化時間t的關(guān)系；圖8為(1/DP)-(1/DP0)與老化時間t的關(guān)系；圖9為DP與IA因子的關(guān)系曲線。具體實施方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。如圖1所示，本實用新型所述用于絕緣介質(zhì)老化狀態(tài)評估的時域測試系統(tǒng)包括電源模塊、測量電極模塊、電流測量模塊、數(shù)據(jù)采集模塊；電源模塊通過測量電源線連接到測量電極模塊中三電極系統(tǒng)的高壓極與測量極上，測量電極模塊中三電極系統(tǒng)的測量極通過同軸電纜屏蔽線與電流測量模塊的電流輸入端相連，電流測量模塊的輸出端與數(shù)據(jù)采集模塊的示波器輸入端相連。所述電源模塊用來為被測試樣進行充電，同時控制整個極化過程與去極化過程的開始與結(jié)束，以及極化過程與去極化過程的切換。它包括直流電源與時間繼電器組。為了減小電源對微電流測量電路造成干擾，影響測量的準確性，因此直流電源選用一組串聯(lián)的直流蓄電池，根據(jù)測量需要改變電壓的大小。時間繼電器組通過三個時間繼電器的連接、組合，實現(xiàn)對極化過程與去極化過程的控制，極化過程與去極化過程的開始、持續(xù)、結(jié)束的時間可以通過對時間繼電器的設(shè)定進行調(diào)節(jié)。測量電極模塊用來放置被測試樣，將其連入測量回路。它包括屏蔽箱和三電極系統(tǒng)(或油杯)。當(dāng)被測試樣為固體時，選用三電極系統(tǒng)作為測量電極模塊的電極，其保護間隙距離為2mm，測量電極的直徑為50mm，三電極系統(tǒng)的優(yōu)勢在于將體積電流與表面電流分開測量，消除了邊緣效應(yīng)的影響，整個三電極系統(tǒng)用屏蔽箱屏蔽起來，減小外界干擾對測量的影響。當(dāng)被測試樣為液體時，選用油杯作為測量電極系統(tǒng)，起到盛裝被測試樣與電極的作用。電流測量模塊用來將被測電流進行轉(zhuǎn)換與放大，得到后續(xù)數(shù)據(jù)采集模塊可以測量的電壓信號。它包括微電流放大電路、量程切換裝置和金屬屏蔽盒；所述的微電流放大電路分為兩部分：放大電路的前半部分，主要包括用于提高輸入阻抗作用的INA116和大阻值電阻，去耦電容，限流電阻，保護電路的防雷管2RM600-8；放大電路的后半部分，主要包括兩片OP07(分別用于放大作用和跟隨器作用)，調(diào)節(jié)失調(diào)電壓的電位器，以及去耦電容、限流電阻和連接在放大運放2、6引腳間的濾高頻電容。被測電流依次經(jīng)過大阻值電阻，INA116，起到放大作用的OP07和起到跟隨器作用的OP07，最終得到放大后的電壓信號。分開的兩部分通過插針相互垂直連接起來。所述的量程切換裝置：隨著運算放大器反饋電阻的增大，電路容易出現(xiàn)振蕩，此時會出現(xiàn)數(shù)pF到數(shù)十pF的輸入寄生電容Cin，導(dǎo)致運放的穩(wěn)定性變差。為了解決這個問題，在放大電阻兩端并聯(lián)一個電容Cf，通過相位補償?shù)姆绞絹碜柚拐袷?。電容Cf選用漏電較小的溫度補償性陶瓷電容，且其大小滿足RsCin≤RfCf，其中Rs為信號源內(nèi)阻，Rf為放大電阻。本實用新型選用的電流放大方式為高輸入阻抗法，與積分法相比節(jié)省了測量時間。放大電阻選用玻璃釉電阻，減小了溫度變化對測量結(jié)果的影響。通過切換接入放大電路的放大電阻，實現(xiàn)量程的切換。整個微電流放大電路和量程切換裝置用長、寬、高分別為11.5cm、6cm、11cm的金屬屏蔽盒屏蔽起來，并將屏蔽盒外殼與大地相連，從而達到屏蔽外界干擾的目的。屏蔽盒上有檔位切換的開關(guān)，用來變換放大電阻，完成量程的切換；在屏蔽盒的前端下方位置處還有被測電流輸入同軸電纜接口與測量電極模塊相連。通過屏蔽盒的使用進一步減少外界的干擾，提高測量的準確性。在運放輸入端加屏蔽環(huán)，即將其用金屬屏蔽環(huán)包圍，并接地，以減小泄漏電流與接觸噪聲。本實用新型的微電流測量系統(tǒng)的輸入電流與輸出電壓的關(guān)系為Iin＝Vout·10-n，其中n為測量時所選用的放大電阻的數(shù)量級。對本測量系統(tǒng)進行測試，部分測量結(jié)果如下所示：對上面的測量結(jié)果進行線性度分析，分析結(jié)果如圖2所示，由不同放大電阻檔位下測量值的線性度分析可以看出，測量的數(shù)據(jù)滿足線性關(guān)系。經(jīng)計算測量結(jié)果與真實值的最大相對誤差為14.6％，可以滿足工程需要。數(shù)據(jù)采集模塊用來測量電流測量模塊輸出的電壓并將測得的結(jié)果經(jīng)過計算處理，得到IA因子，從而定量評估絕緣介質(zhì)老化狀態(tài)。它包括示波器與計算機。本實用新型提供的絕緣介質(zhì)老化時域測試評估流程圖如圖4所示，包括如下步驟：步驟一：獲取需要進行老化狀態(tài)評估的絕緣介質(zhì)試樣，固體試樣取直徑為10cm，厚度不超過2mm的圓片，液體試樣取40ml，根據(jù)被測介質(zhì)的工作環(huán)境，在實驗室環(huán)境下，對被測試樣進行加速老化處理，得到不同老化狀態(tài)的試樣。步驟二：根據(jù)試樣的物理形態(tài)選擇電極(固體選用三電極，液體選用油杯)，放置好試樣，通過量程切換裝置為測量電路選擇合適的檔位，對試樣進行充分放電后，打開時間繼電器組的開關(guān)，開始極化去極化過程，并通過計算機記錄測量結(jié)果。步驟三：對測量結(jié)果進行處理，將去極化電流測量結(jié)果進行平滑處理，然后將電流對時間積分，對積分得到的電荷量隨時間變化曲線擬合，從而得到電荷量與時間的關(guān)系式，通過不同老化狀態(tài)試樣的擬合結(jié)果，進一步找到擬合關(guān)系式中IA因子與老化時間的關(guān)系，并根據(jù)不同介質(zhì)老化時間與其現(xiàn)有的衡量老化狀態(tài)的標(biāo)準參量之間的關(guān)系，得到IA因子與標(biāo)準參量之間的函數(shù)關(guān)系。步驟四：在實際測試作業(yè)中，獲取需要測量的絕緣介質(zhì)試樣，經(jīng)過測量與數(shù)據(jù)處理得到IA因子，即可得到衡量被測介質(zhì)老化狀態(tài)的標(biāo)準參量，從而定量得到被測介質(zhì)的老化狀態(tài)。實施示例：(1)試樣制備：首先將某型號電纜絕緣紙剪成若干直徑10cm的圓片在90℃下進行真空干燥24小時，然后在40℃下的真空浸油箱內(nèi)浸油24小時，最后將處理過后的變壓器紙放置在180℃的老化箱內(nèi)，進行加速老化處理，定期取出加熱時間為100h、200h、300h、400h的老化試樣若干，作為測量用的試樣。在測量前將試樣置于恒溫恒濕箱內(nèi)12小時，同時在測量過程中盡量保持恒定的溫度。(2)測量過程：放置好試樣以后，在測量開始前首先對試樣進行充分放電，以保證測量結(jié)果的準確性；對電源模塊的時間繼電器組進行設(shè)置，將控制充電開始的時間繼電器時間設(shè)置為5s，控制充電結(jié)束的時間繼電器時間設(shè)置為125s，控制放電開始的時間繼電器時間設(shè)置為125.1s，并將施加在試樣上的直流電壓調(diào)節(jié)為50V；調(diào)節(jié)電流測量模塊的量程切換裝置，為測量電路選取合適的檔位，打開時間繼電器與運放的供電電源，測量開始，依次進行極化，去極化過程；觀察到去極化電流穩(wěn)定在零以后，通過數(shù)據(jù)采集模塊導(dǎo)出并記錄實驗結(jié)果；待試樣充分放電以后，關(guān)閉時間繼電器與運放的電源，更換試樣，開始新一輪的測量，重復(fù)以上步驟。(3)IA因子與標(biāo)準參量函數(shù)關(guān)系的推算：對不同老化試樣的極化去極化電流測量結(jié)果進行平滑處理，消除噪聲的干擾，得到的結(jié)果如圖5所示；將去極化電流對測量時間積分，得到的電荷量隨時間變化曲線如圖6所示；利用公式q＝-Ae-t/B+C對圖6的結(jié)果進行擬合，不同老化時間試樣的擬合結(jié)果如下表所示：老化時間(h)A(×10-6)BC(×10-6)1003.7119.894.822006.5625.337.513009.8117.6310.4240011.8513.7112.44擬合得到的A值即為IA因子，IA因子與老化時間的關(guān)系如圖7所示，擬合得到老化時間t與IA因子的關(guān)系式為t＝35.87×106IA-36.29。本示例選擇的標(biāo)準參量為聚合度，DP為老化時間t時刻絕緣紙的聚合度，DP0為未經(jīng)過老化的絕緣紙的聚合度，測量不同老化時間絕緣紙的聚合度，(1/DP)-(1/DP0)與老化時間的關(guān)系如圖8所示，通過擬合得到聚合度DP＝1/(5.96×10-6t+0.001)，因此聚合度與IA因子的關(guān)系為DP＝1/(213.785IA+0.001)，DP與IA因子的關(guān)系曲線如圖9所示。4)現(xiàn)場測量：取待測的老化試樣，通過測量與數(shù)據(jù)處理得到待測試樣的IA因子為32.34×10-6，通過計算得到其聚合度為130。按照規(guī)定標(biāo)準，DP值為500左右時，設(shè)備處于壽命中期，DP降至250左右時，設(shè)備處于壽命晚期，DP降至150左右時，不應(yīng)繼續(xù)運行，因此所測設(shè)備不應(yīng)繼續(xù)使用。當(dāng)前第1頁1 2 3