一种高压电力设备的电压测试系统及方法与流程

本申请涉及高压设备技术领域，尤其是涉及一种高压电力设备的电压测试系统及方法。

背景技术：

新建的高压及特高压变电站投入运行前，为考核变电站及线路的绝缘性能，需要对输电线路进行分闸、合闸及重合闸操作，对变压器进行冲击合闸操作，对低容、低抗进行分合闸操作，以模拟系统的操作电磁暂态过程。试验过程中需测量系统操作过程中过电压频率及幅值，用来考核设备的绝缘状况。

现有的电压信号测量系统都需要和电力设备有直接连接，包括以下几种：一种是直接在高压系统中悬挂电容分压器；一种是将二次分压装置连接到高压套管的末屏；一种是连接到电压互感器二次端子。一旦测量设备出现问题，将直接威胁到被测电力设备的安全。

高压系统中悬挂电容分压器存在绝缘隐患(特别是特高压分压器制作困难)，可能造成接地故障；套管的末屏接信号可能造成末屏开路，或接地连接不良带来运行隐患；二次取信号可造成电压互感器短路及测量数据失真等情况。上述电压信号测量方法对电力设备安全影响大，接线危险性大，例如电容分压器需要吊车进行搬运及安装，变压器套管末屏接线需要登高作业等，增加了风险隐患。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：解决现有暂态过电压测量装置都需要和被测电力设备直接连接，对电力设备安全造成威胁，且接线危险性大的问题。

本发明暂态过电压测量装置通过连接高压套管获取被测电力设备的电压信号，既不需要拆卸一次设备的接线，也不需要在套管末屏处取信号，通过高压套管外部伞裙电容形成的分压器获取暂态过电压，避免了因测量装置出现问题，威胁电力设备安全的现象。

本发明所采用的技术方案是：

本发明第一方面提供高压电力设备的电压测试系统，包括暂态过电压测量装置，还包括两个取样接线夹和被测电力设备高压套管外部伞裙电容形成的第一电容分压器；

所述暂态过电压测量装置的电压测量端口通过两个取样接线夹连接至被测电力设备的高压套管；

所述两个取样接线夹的一端可拆卸地固定在被测电力设备的高压套管上，且所述两个取样接线夹在高压套管上的位置可调；所述两个取样接线夹的另一端连接至暂态过电压测量装置的电压测量端口；

所述电压测试系统通过所述第一电容分压器获取被测电力设备的暂态过电压，并通过两个取样接线夹将获取的被测电力设备的暂态过电压数据传输至所述暂态过电压测量装置，由所述暂态过电压测量装置进行二次分压，完成暂态过电压的测量。

本发明第二方面提供一种高压电力设备的暂态过电压测量方法，包括：

步骤1，对被测电力设备高压套管的电容分布进行计算；

步骤2，将暂态过电压测量装置固定于被测电力设备高压套管上，根据高压套管的电容分布，将两个取样接线夹连接至所述高压套管的不同部位，调整所述暂态过电压测量装置内部电容，使所述电容与被测电力设备高压套管电容相匹配；

步骤3，所述暂态过电压装置实时对被测电力设备的电压信号进行采集，并存储；

步骤4，定期将存储的电压数据传输到后台，便于测试人员进行数据分析处理，得到测试结果。

本发明的有益效果是：本发明基于高压套管电容形成的第一电容分压器进行电压取样，避免接入高压分压器测量装置和套管末屏取信号方式。

本发明可实现不拆卸一次设备的接线就能开展系统暂态电压测试，能够有效地进行系统调试中的暂态过电压测试。

通过电源信号发生器对测试系统进行标定，保证测量数据的可信度。

数据通过无线传输节省了大量二次测量引线的布线工作，测试人员远离测试现场，保证了测量仪器和人员的安全，提高了测试效率和安全性，具有良好的实际应用价值和市场前景。

附图说明

下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。

图1是本发明实施例的电压测试系统接线图；

图2是本发明实施例的暂态过电压测量装置的结构图；

图3是本发明实施例的电压测试系统的俯视图；

图4是本发明实施例的用于连接高压套管的取样接线夹示意图。

图中的附图标记为：

1-暂态过电压测量装置；2-第一连接件；3-第二连接件；4-高压套管接线柱；5-nfc天线；6-绝缘层；7-第二电容分压器；8-测量装置接线柱；9-取样接线夹；10-波形记录仪，11-连接导线。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。

实施例1

本实施例提供一种高压电力设备的电压测试系统，如图1和图3所示，包括暂态过电压测量装置1，还包括两个取样接线夹9和被测电力设备高压套管外部伞裙电容形成的第一电容分压器；

所述暂态过电压测量装置1的电压测量端口通过两个取样接线夹9连接至被测电力设备的高压套管；

所述两个取样接线夹9的一端可拆卸地固定在被测电力设备的高压套管上，且所述两个取样接线夹9在高压套管上的位置可调；所述两个取样接线夹9的另一端连接至暂态过电压测量装置的电压测量端口；

所述电压测试系统通过高压套管外部伞裙电容形成的第一电容分压器获取被测电力设备的暂态过电压，并通过两个取样接线夹将获取的被测电力设备的暂态过电压数据传输至所述暂态过电压测量装置，由所述暂态过电压测量装置进行二次分压，完成暂态过电压的测量。

本实施例选取被测电力设备高压套管作为电压取样载体，高压套管一般包括电容芯体和伞裙组等部件，伞裙组套装在电容芯体上，高压套管的两个取样接线夹9一端可拆卸的紧固在高压套管外部伞裙上，另一端通过接线柱8固定在暂态过电压测量装置上。

其中，取样接线夹9在高压套管上的位置可调，可以根据电力系统电压的不同(1000kv、500kv、220kv、110kv)，确定测量取样接线夹安放位置，且取样接线夹可拆卸及更换。如图4所示为取样接线夹的结构示意图，由图1可知，两个取样接线夹9分别通过各自对应的连接导线11连接至暂态过电压测量装置对应的接线柱8。

本实施例被测电力设备的高压信号取自连接高压套管的取样接线夹9两端，经暂态过电压测量装置1的外部接线柱8输送到暂态过电压测量装置1，暂态过电压测量装置1对获取的电压信号进行二次分压，完成暂态过电压的测量。

本实施例将测量装置安装在高压套管上，既不需要拆卸一次设备的接线，也不需要在套管末屏处取信号，通过高压套管外部伞裙电容形成的第一电容分压器获取暂态过电压数据，并通过外设两个取样接线夹9实现电压采集，测量灵活方便。

可选的，所述暂态过电压测量装置包括第二电容分压器7，所述第二电容分压器7通过电压测量端口与所述两个取样接线夹9连接，用于对获取的暂态过电压信号进行二次分压，测量被测电力设备的暂态过电压。

所述第二电容分压器包括无感电容，所述无感电容通过环形布置均匀地布设在屏蔽盒内，且外设可调节开关用于调整所述无感电容的大小，用于进行二次分压，并将电压信号传输到光电隔离传感器。

本实施例第二电容分压器7设置在暂态过电压测量装置1内部，采用无感电容环形布置，按同轴布置原则，均匀地布置在屏蔽盒内，外设可调节开关，调整电容大小，可以进行二次分压。

可选的，暂态过电压测量装置设置有全封闭不锈钢外壳，且所述外壳内部设置有绝缘层，所述不锈钢外壳与所述高压套管的高压端连接。

本实施例暂态过电压测量装置的外壳采用全封闭不锈钢材质，与高压套管的高压端连接，保证电位固定，同时起到屏蔽作用；外壳内部采用绝缘材料制作绝缘层，保证暂态过电压测量装置安全可靠运行。

如图1和图3所示，暂态过电压测量装置高压套管的高压端设置有高压套管接线柱4,暂态过电压测量装置1通过第一连接件2和第二连接件3连接在高压套管高压端的接线柱4上。

可选的，如图2所示，所述暂态过电压测量装置还包括光电隔离传感器、ad转换电路、控制单元、信号调理电路、存储器和无线传输模块，所述第二电容分压器的分压信号输出端连接至光电隔离传感器，所述光电隔离传感器的输出端连接至ad转换电路的模拟输入端口，所述ad转换电路的数字输出端口连接至信号调理电路的信号输入端，所述信号调理电路的信号输出端连接至存储器，所述存储器连接无线传输模块，用于将测得的电压信号传输至后台的波形记录仪。

本实施例高压信号取自连接高压测量套管的取样接线夹9两端，经暂态过电压测量装置1的外部接线柱8输送到内部第二电容分压器7处，经过二次分压后的电压信号经光电隔离，在控制单元的控制下，实现暂态过电压信号的模数转换及存储，最后通过无线传输模块将暂态电压信号发送到后台的波形记录仪中，完成暂态过电压的测量。

可选的，所述电压测试系统还包括电源信号发生器，所述电源信号发生器的电压在0-1000v范围内可调，频率在0-50khz范围内可调，用于实现所述暂态过电压测量装置不同频率下的电压标定。

本实施例的电源信号发生器为标准电压源，在暂态过电压测量装置安装完毕后，采用标准电压源对暂态过电压测量装置进行电压标定，其电压可在0-1000v范围调节，频率可在0-50khz范围调节，将标定值记录并存储，作为分析测量数据的基础。

本实施例通过进行电压标定保证测量数据的可信度。

可选的，所述控制单元为cpld控制芯片。

本实施例采用cpld(complexprogrammablelogicdevice)芯片作为控制单元，其优点是采样精确，采样速率高，分辨率高，数据可实时传送和处理，采用cpld芯片可以提高测量的速度及准确性。

另外，本实施例的暂态过电压测量装置采用锂电池供电，并通过锂电池芯片对锂电池进行管理。

可选的，所述无线传输模块包括nfc天线，所述波形记录仪和暂态过电压测量装置均设置有nfc天线。

本实施例暂态过电压测量装置和波形记录仪上均设置有nfc天线，经nfc天线的无线通信方式实现数据传输。

数据通过无线传输节省了大量二次测量引线的布线工作，并节省了大量测试线，测试人员远离测试现场保证了测量仪器和人员的安全，提高了测试效率和安全性。

本实施例测量系统的具体测量过程如下：

(1)对高压套管采用matlab进行仿真计算，得到高压套管的电容分布曲线，并进一步根据电力系统电压的不同(1000kv、500kv、220kv、110kv)，确定两个取样接线夹9的安装位置。

(2)根据计算得出的高压套管(或支柱绝缘子)电压值，通过调节开关调整暂态过电压测量装置内部的无感电容，使得二次分压后的暂态电压值满足存储要求；

(3)数据采集模块通过高速并行采样，数据采集模块主要由光电隔离传感器、信号调理电路、ad转换电路、存储器(ram)、内部时钟、触发控制逻辑、存储器接口、时钟/时序控制、总线接口等单元组成，通过cpld控制器以及cpld中处理数据的各个模块，实现数据ad转换、数据采集及数据存储。

第二电容分压器7对获取的电压信号进行二次分压，并传输到光电隔离传感器中，光电隔离传感器用电光晶体作敏感元件、以光导纤维作为信息传递的导体来实现电压测量和转换，ad转换电路将光电隔离传感器测量和转换得到的模拟电压信号转换数字信号，并存储至存储器中。

(4)无线传输模块采用nfc技术，经nfc天线的无线通信方式将存储器中存储的数据传输至后台波形记录仪做进一步地数据分析。

实施例2

本实施例提供一种高压电力设备的电压测试方法，包括：

步骤1，对被测电力设备高压套管的电容分布进行计算；

步骤2，将暂态过电压测量装置固定于被测电力设备高压套管上，根据高压套管的电容分布，将两个取样接线夹连接至所述高压套管的不同部位，调整所述暂态过电压测量装置内部电容，使所述电容与被测电力设备高压套管电容相匹配；

步骤3，所述暂态过电压装置实时对被测电力设备的电压信号进行采集，并存储；

步骤4，定期将存储的电压数据传输到后台，便于测试人员进行数据分析处理，得到测试结果。

可选的，本实施例还包括电压标定的步骤：

采用专用电源信号发生器，对所述暂态过电压测量装置进行不同频率下的电压标定，作为实测电压波形的参考依据。

本实施例的测试方法依靠实施例1中的测试系统来实现，具体的测试系统结构以及原理，请参阅实施例1。

本发明采用高压套管安装测量装置，既不需要拆卸一次设备的接线，也不需要在套管末屏处取信号，通过高压套管外部伞裙电容形成的第一电容分压器获取暂态过电压数据，然后由暂态过电压测量装置完成信号隔离、采集转换、存储及无线传输，波形记录仪完成数据分析处理，通过电源信号发生器对测量系统进行标定，保证电压信号的准确性。

本发明可实现不拆卸一次设备的接线就能开展系统暂态电压测试，而且数据通过无线传输节省了大量二次测量引线的布线工作，测试人员远离测试现场保证了测量仪器和人员的安全。

以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。