一种高压电器设备局部放电模拟试验装置

本实用新型属于高电压与绝缘技术领域，具体涉及一种高压电器设备局部放电模拟试验装置。

背景技术：

局部放电是高压电器设备在运行过程中面临的主要电气故障之一，长期的局部放电会导致设备绝缘击穿，引发绝缘故障，受到了电力行业的广泛关注。高压电气设备在运行过程中，其主绝缘在电、热、机械振动等多种应力的作用下，逐步发生老化并失去原有绝缘强度，导致局部电场激增，引发局部放电。对于油浸式电力变压器、油浸式电抗器、套管、油浸式分解开关，因局部放电而引发的各类缺陷和绝缘事故屡见不鲜，给电力企业和用户造成了巨大的经济损失，带来了一系列不好的社会影响。

现有技术中针对于局部放电这一极具危害的电气故障，主要通过直接检测的方法确定去放电量、放电相位及相关信息，进而准确定位其发生的部位以便消缺和排除故障。然而，当前对于局部放电的检测在时间上是随机的，即在得知某设备疑似发生了局部放电，进而对其进行检测；但是对于设备内部实际运行的具体情况，例如对油浸式变压器监测过程中，并没有考虑到内部的温度、含水量、以及油流速度等信息与局部放电信息之间的关联度。

大量的试验证明，这些信息对局部放电的检测结果是有影响的，这种影响反映在单一的局部放电的检测结果上就是：在不同时刻测得的局部放电信号不一致，并且不同时刻测得的结果无法进行归一化处理和等值转换。

基于以上局部放电的检测思路中的缺陷，研发人员提出了一种高压电器设备局部放电模拟试验装置，以完善该缺陷。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种高压电器设备局部放电模拟试验装置，以解决高压电器设备局部放电检测方法欠缺，结果无法进行归一化处理和等值转换的问题。

为了解决以上问题，本实用新型技术方案为：

一种高压电器设备局部放电模拟试验装置，包括油箱系统、油温油流速控制系统、高压电发生电路、检测电路、信号发生器、数字示波器；

油箱系统包括上油箱和下油箱，上油箱和下油箱通过一组管道双向连通，下油箱至上油箱的管道通路上设有直流泵和散热器，上油箱至下油箱的管道通路上设有数字流量计；下油箱外侧壁设有超高频传感器uhf；

油温油流速控制系统包括控制器和与其电路连接的数字温度计、加热器，数字温度计、加热器设在上油箱中，控制器与直流泵和散热器分别通过电路连接；

高压电发生电路与检测电路并联，其输入端连接信号发生器的输出端，其输出端分别连接有高频电流传感器和上下电极对；上下电极对安装于下油箱中；

高压电发生电路的输出端b、高频电流传感器的输出端c、超高频传感器uhf输出端d、分别与数字示波器对应的对应输入端连接。

进一步的，高压电发生电路包括串联的任意波形放大器、限流电阻、分压电容一、分压电容二，高压电发生电路的输出端b设在分压电容一、分压电容二之间。

进一步的，检测电路包括串联的方波直流脉冲发生器、断路器。

进一步的，上下电极对为棒-板电极对、针-板电极对、板-板电极对中的任意的一种。

进一步的，超高频传感器uhf和高频电流传感器均通过bnc连接器与数字示波器连接，数字示波器的b端口与分压电容一、分压电容二的中间相连接。

进一步的，控制器是以stm32单片机为控制器的控制单元。

以上高压电器设备局部放电模拟试验装置的试验方法，包括以下步骤：

步骤a、高压发生电路模拟测试：

（a）调节油温以及油流速；

打开控制器，设定试验的油温和油流速度，控制器通过控制直流泵的流量及流速、加热器、散热器的开合来实现上油箱和下油箱中的油温和油流速达到设定值，直至数字温度计和数字流量计测得的油温和油流速度达到设定值后，完成该步骤，进入下一环节；

（b）保持高压发生电路通路、检测电路断路时对装置进行加压测试；

断开断路器，防止方波直流脉冲发生器连接电路；

接通信号发生器和任意波形放大器，调节信号发生器的输出电压幅值，经分压电容一、分压电容二检测，通过设在分压电容一、分压电容二之间的b端口、高频电流传感器的c端口、超高频传感器的d端口来检测局部放电产生的高频电磁信号和放电脉冲，并将其传输至数字示波器，进行检测信号的采集和存储；

检测中，逐步增大信号发生器的输出电压幅值，直至上下电极对之间出现局部放电为止，停止试验，此时数字示波器可反映出加在上下电极对上的电压幅值；

（c）记录整个实验中，不同油温和油流速下不同输出电压幅值的变化，作为局部放电的检测结果的修正依据，对局部放电的检测结果中不同时刻测得的数据进行修正、归一化处理和等值转换。

步骤b、检测电路模拟测试：

（a）调节油温以及油流速；

打开控制器，设定试验的油温和油流速度，控制器通过控制直流泵的流量及流速、加热器、散热器的开合来实现上油箱和下油箱中的油温和油流速度达到设定值，直至数字温度计和数字流量计测得的油温和油流速度达到设定值后，完成该步骤，进入下一环节；

（b）保持检测电路通路、高压发生电路断路时对装置进行加压测试；

断开信号发生器和任意波形放大器之间的连接；

接通断路器，使方波直流脉冲发生器接入电路；调节信号发生器的输出电压幅值，经分压电容一、分压电容二检测，通过设在分压电容一、分压电容二之间的b端口、高频电流传感器的c端口、超高频传感器的d端口来检测局部放电产生的高频电磁信号和放电脉冲，并将其传输至数字示波器，进行检测信号的采集和存储；

检测中，逐步增大信号发生器的输出电压幅值，直至上下电极对之间出现局部放电为止，停止试验，此时数字示波器（12）可反映出上下电极对上的电压幅值；

（c）记录整个实验中，不同油温和油流速下不同输出电压幅值的变化，作为局部放电的检测结果的修正依据，对局部放电的检测结果中不同时刻测得的数据进行修正、归一化处理和等值转换。

以上试验中，控制器设定试验的油温和油流速度的变化范围如下：油流速度变化范围为0-0.6m/s、油温调节范围为0-150℃。

本实用新型的有益效果如下：

（1）本实用新型的试验装置充分考虑到温度、油流速等因素对油浸式高压电器设备，尤其是变压器内部的局部放电的影响；通过结构中的油箱系统模拟变压器内部油浸状态，通过油温油流速控制系统来模拟变压器在真实工作状态下的温度、油流速情况，结合起来模拟出一套实际变压器真实运行状态下的内部系统，配合数字示波器与信号发生器收发信号，在高压电发生电路、检测电路两种不同情况下，对模拟装置进行加压测试，有助于确定和预测不同运行环境下油浸式电气设备内部的局部放电程度。

（2）信号发生器用于产生施加于上下电极对上的电压波形；任意波形放大器用于对信号发生器产生的电压信号进行幅值放大；限流电阻用于限制短路电流；分压电容一和分压电容二用于计算测试施加于所述上下电极对上的电压；超高频传感器uhf用于测量油中放电；高频电流传感器用于测量油中局部放电的高频电流信号；数字示波器用于测量和记录分压电容、超高频传感器uhf和高频电流传感器测量的各种信号；方波直流脉冲发生器用于产生直流方波脉冲信号；断路器用于控制方波直流脉冲发生器的投切；控制器用于检测和控制油流速度、油温，存储不同放电故障的环境参数和放电特征参数；上下电极对用于模拟实际变压器内部的电场放电；上油箱和下邮箱分开设置，上油箱用于实验条件控制，下油箱用于实施局部放电试验，方便安装各类传感器和上下电极对；管道采用波纹管，用于连接上油箱和下邮箱；数字流量计用于检测波纹管中的油流速度；直流泵用于油箱之间的油循环；散热器用于给变压器油散热；数字温度计用于测量油温；加热器用于给变压器油加热。

（3）本实用新型配套的试验方法在不同的运行环境下检测变压器内部的局部放电特征信息并进行记录，得出不同油温和油流速下不同输出电压幅值的变化，对于变压器内部的局部放电结果的校正和可靠性分析具有重要的意义，进而指导变压器状态评估和智能运维，在减少设备故障的同时提高设备可利用率，并且根据变压器的各种运性参数及测得的各种局部放电数据，还能够对变压器内部结构优化设计提供指导。

（4）本实用新型的试验装置与配套试验方法相结合，可以很好的解决在工作中困扰检测人员的难题，设备造价成本不高，检测过程简单智能化，可以大大提高目前高压电器设备局部放电检测方法结果的准确度。

附图说明

图1为一种高压电器设备局部放电模拟试验装置的结构示意图；

图2为一种高压电器设备局部放电模拟试验装置中3种电极对的示意图。

附图标记如下：11-信号发生器；12-数字示波器；13-高频电流传感器；14-超高频传感器uhf；21-任意波形放大器；22-限流电阻；23-分压电容一；24-分压电容二；25-方波直流脉冲发生器；26-断路器；27-数字流量计；28-直流泵；29-散热器；210-控制器；211-上油箱；212-下油箱；213-数字温度计；214-加热器；31-上下电极对。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、等术语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例

如图1-2所示，一种高压电器设备局部放电模拟试验装置，包括油箱系统、油温油流速控制系统、高压电发生电路、检测电路、信号发生器、数字示波器。

油箱系统包括上油箱211和下油箱212，上油箱211和下油箱212通过一组管道双向连通，下油箱212至上油箱211的管道通路上设有直流泵28和散热器29，上油箱211至下油箱212的管道通路上设有数字流量计27；下油箱212外侧壁设有超高频传感器uhf14。

油温油流速控制系统包括控制器210和与其电路连接的数字温度计213、加热器214，数字温度计213、加热器214设在上油箱211中，控制器210与直流泵28和散热器29分别通过电路连接。

高压电发生电路与检测电路并联，其输入端连接信号发生器11的输出端，其输出端分别连接有高频电流传感器13和上下电极对31；上下电极对31安装于下油箱212中；在具体的实施中，上下电极对31可以选择棒-板电极对、针-板电极对、板-板电极对中的任意的一种。

高压电发生电路的输出端b、高频电流传感器13的输出端c、超高频传感器uhf14输出端d、分别与数字示波器12对应的对应输入端连接。高压电发生电路包括串联的任意波形放大器21、限流电阻22、分压电容一23、分压电容二24，高压电发生电路的输出端b设在分压电容一23、分压电容二24之间。具体的：超高频传感器uhf14和高频电流传感器13均通过bnc连接器与数字示波器12连接，数字示波器12的b端口与分压电容一23、分压电容二24的中间相连接。

检测电路包括串联的方波直流脉冲发生器25、断路器26。

以上实施例的电路中：

控制器210是以stm32单片机为控制器的控制单元。

信号发生器11选型标准为：能够产生正弦波、三角波、方波、锯齿波等至少4中波形，输出波形最大电压幅值为20v。

意波形放大器21选型标准为：能够将任意电压波形等值放大，最大输出电压为20kv，最大电流为2ma。

上油箱211和下邮箱212材质均采用亚克力或有机玻璃。

数字流量计27为数显式，其数值可由控制器210直接读取。

数字温度计213测量范围为：10℃-150℃。

数字示波器的带宽为500mhz，采样频率为5gs/s。

超高频传感器uhf14的带宽为0.3ghz-1.5ghz，输入阻抗大小为50mω。

高频电流传感器13的带宽为50khz-100mhz。

试验中：

油流速度的调节范围为0m/s-0.6m/s，油温调节范围为0℃-150℃。

直流泵28的功率为16w，供电电压为直流12v；其使用能够使波纹管中的油流速度最大达到0.6m/s，油流速度误差≤0.03m/s。

加热器214和散热器29功率均为150w，温度误差≤0.2℃。

以上高压电器设备局部放电模拟试验装置的试验方法，包括以下步骤：

步骤a、高压发生电路模拟测试：

（a）调节油温以及油流速；

打开控制器210，设定试验的油温和油流速度，控制器210通过控制直流泵28的流量及流速、加热器214、散热器29的开合来实现上油箱211和下油箱212中的油温和油流速达到设定值，直至数字温度计213和数字流量计27测得的油温和油流速度达到设定值后，完成该步骤，进入下一环节2。

（b）保持高压发生电路通路、检测电路断路时对装置进行加压测试；

断开断路器26，防止方波直流脉冲发生器25连接电路。

接通信号发生器11和任意波形放大器21，调节信号发生器11的输出电压幅值，经分压电容一23、分压电容二24检测，通过设在分压电容一23、分压电容二24之间的b端口、高频电流传感器13的c端口、超高频传感器14的d端口来检测局部放电产生的高频电磁信号和放电脉冲，并将其传输至数字示波器12，进行检测信号的采集和存储。

检测中，逐步增大信号发生器11的输出电压幅值，直至上下电极对31之间出现局部放电为止，停止试验，此时数字示波器12可反映出加在上下电极对31上的电压幅值。

（c）记录整个实验中，不同油温和油流速下不同输出电压幅值的变化，作为局部放电的检测结果的修正依据，对局部放电的检测结果中不同时刻测得的数据进行修正、归一化处理和等值转换。

步骤b、检测电路模拟测试：

（a）调节油温以及油流速；

打开控制器210，设定试验的油温和油流速度，控制器210通过控制直流泵28的流量及流速、加热器214、散热器29的开合来实现上油箱211和下油箱212中的油温和油流速度达到设定值，直至数字温度计213和数字流量计27测得的油温和油流速度达到设定值后，完成该步骤，进入下一环节2。

（b）保持检测电路通路、高压发生电路断路时对装置进行加压测试；

断开信号发生器11和任意波形放大器21之间的连接。

接通断路器26，使方波直流脉冲发生器25接入电路；调节信号发生器11的输出电压幅值，经分压电容一23、分压电容二24检测，通过设在分压电容一23、分压电容二24之间的b端口、高频电流传感器13的c端口、超高频传感器14的d端口来检测局部放电产生的高频电磁信号和放电脉冲，并将其传输至数字示波器12，进行检测信号的采集和存储。

检测中，逐步增大信号发生器11的输出电压幅值，直至上下电极对31之间出现局部放电为止，停止试验，此时数字示波器12可反映出上下电极对31上的电压幅值。

（c）记录整个实验中，不同油温和油流速下不同输出电压幅值的变化，作为局部放电的检测结果的修正依据，对局部放电的检测结果中不同时刻测得的数据进行修正、归一化处理和等值转换。