一種基於頻域介電譜的高壓套管絕緣檢測方法
2023-10-04 18:32:14 2
專利名稱：一種基於頻域介電譜的高壓套管絕緣檢測方法
技術領域：
本發明涉及高電壓設備絕緣檢測技術領域，具體涉及一種基於頻域介電譜的高壓套管絕緣檢測方法，該方法採用基於頻域介電譜試驗對套管的絕緣進行檢測。
背景技術：
隨著超、特高壓輸電工程的建設，電力輸送電壓等級的升高和輸電容量的增加，對輸變電設備安全穩定運行的要求日益提高。高壓套管是電力設備中廣泛使用的起支撐和絕緣作用的最重要的附件之一，其質量缺陷或故障導致的後果極為惡劣，或造成巨大的經濟損失甚至人員傷亡。目前基於介質響應理論的頻域介電譜(frequency domainspectroscopy, FDS)測試方法廣泛應用於高壓設備的絕緣狀態檢測，用於評估高壓設備的絕緣受潮和老化狀態。頻域介電譜的測量原理是對被試設備施加一個低電壓(一般不超過200V)的O. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍內變化的正弦電壓信號，檢測設備在不同頻率下的介質損耗因數，通過設備介質損耗因數的頻率特性來判斷設備的絕緣狀況。目前對套管絕緣檢測方法是依據電力行業標準《DL/T596-2005電力設備預防性試驗規程》，對套管進行50Hz工頻IOkV電壓下的介質損耗因數(tan δ )測量，以50Hz介質損耗因數是否小於一定限值來判斷套管絕緣的老化和受潮狀態。發明專利ZL03124730. X《在線監測變壓器套管絕緣隱患的方法》也提出了在線監測50Hz下變壓器套管介質損耗因數並用於判斷套管絕緣狀態的方法。工頻下介質損耗因數測量雖然可以發現部分套管的絕緣受潮及老化，但是其獲取的信息量有限，採用單一頻率點的介質損耗因數判斷設備的絕緣狀態具有一定局限性。經常會發現有絕緣受潮或處理老化後期的套管，其工頻50Hz的介質損耗因數符合標準要求，但是通過分析其介質損耗頻率特性可以判斷已經受潮。在電力行業，也發生過多起經耐壓和局部放電試驗合格的變壓器套管，在正常運行狀態下發生爆炸的惡性事故。因此使用較寬頻段下測量的套管介質損耗因數頻率特性來判斷套管的絕緣 狀態比單一工頻下的介質損耗因數判斷更準確。但是套管的介質損耗因數存在電壓特性，即Garton效應。Garton效應是在含有紙的絕緣介質中，較低電壓下的介質損耗因數可能是其在較高電壓下的I 10倍。停運或放置時間較長的套管容易出現Garton效應，因為其油中雜質、水分的分布情況與運行工況下的套管存在一定差異。對於運行中的套管，由於電場作用，雜質、水分附著在電容屏表面、套管瓷套內壁，介質空間的雜質相對減少，極化損耗相對比較小；而長時間靜置的套管，其內部雜質、水分等處於懸浮狀態，進行低電壓介損試驗時，離子的空間電荷極化嚴重，使得測量的tan δ值相對偏高。所以推薦進行套管運行電壓下的介質損耗測量。目前的頻域介電譜測試儀器，其電壓一般不超過200V，即便最高可到2kV的電壓也遠小於高壓套管的運行電壓，而0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍的高電壓測試設備具有較大的難度。因此低電壓下的頻域介電譜測量可能導致測試的介質損耗結果和套管真實狀態可能差別很大，影響檢測和診斷結果O為了準確地對高壓套管進行絕緣狀態檢測和評估，克服單一頻率和低電壓下介質損耗測試的缺點，有必要對O. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ的頻域介電譜測試獲得的套管介質損耗頻率曲線進行修正和處理，避免Garton效應的影響。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對現有頻域介電譜試驗獲取的套管低電壓下的介質損耗頻率特性和傳統單一工頻介質損耗測量評估套管絕緣狀態的不足，提供一種能夠避免套管Garton效應的影響，較準確獲取套管O. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍內真實介質損耗頻率特性，從而達到準確評估套管絕緣狀態的一種基於頻域介電譜的高壓套管絕緣檢測方法。為實現上述目的，本發明採用的技術方案是一種基於頻域介電譜的高壓套管絕緣檢測方法，其包括以下步驟步驟一將變頻電源連接到被試套管的高壓端，斷開串聯諧振升壓裝置與被試套管的高壓端的連接線，將標準電壓互感器連接至被試套管的高壓端檢測電壓信號，將電流檢測模塊連接被試套管的末屏端子，控制變頻電源輸出頻率在O. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍，幅值 IOOV的電壓，通過測量電壓和電流信號的相位差，從而檢測出O. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍IOOV電壓的套管介質損耗因數(tan δ )的頻率曲線；步驟二 將串聯諧振升壓裝置與被試套管的高壓端連接，斷開變頻電源與被試套管的高壓端的連接線，將標準電壓互感器連接至被試套管的高壓端檢測電壓信號，將電流檢測模塊連接被試套管的末屏端子，通過調整串聯諧振升壓裝置的電壓頻率和幅值，獲取40Hz-300Hz範圍內不少於5個頻率點，且電壓為套管額定電壓的套管介質損耗因數tan δ ；步驟三將40ΗΖ-300ΗΖ範圍額定電壓下測量的5個頻率點的套管介質損耗因數(tan δ )與0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍100V電壓的套管介質損耗因數(tan δ )頻率曲線進行比對，若5個測量點的tan δ與0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍測量的tan δ頻率曲線在相同頻率點上的介質損耗因數的偏差都〈5%，即認為低電壓下0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍測量的套管介質損耗因數未受Garton效應的影響，0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍低電壓下測量的tan δ值測量值有效，可通過該組0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ的tan δ頻率曲線判斷套管的絕緣狀態；步驟四若5個測量點的tan δ與0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍測量的tan δ在相同頻率點上的介質損耗因數的偏差都>5%，即認為低電壓下0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍測量的套管介質損耗因數受到了 Garton效應的影響，該組數據無效；步驟五由於放置時間較長的套管容易出現Garton效應，由於Garton效應的影響，一般低電壓下tan δ大於高電壓下tan δ ;在此情況下，通過串聯諧振升壓裝置給套管持續施加額定電壓一個小時後測量某個頻率點的tan δ i，然後降壓到IOOV觀測相同頻率點的tan δ 2值；步驟六由於電場作用，在套管施加額定電壓時，其內部雜質、水分附著在套管電容屏表面、瓷套內壁，介質空間的雜質相對減少，極化損耗相對比較小，可使介質損耗降低。如果tan δ 2與tan δ 的偏差〈5%，則認為套管Garton效應影響較小，應立即採用變頻電源進行IOOV電壓下的試驗，獲取套管在0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍的tan δ頻率曲線判斷套管的絕緣狀態；步驟七如果tan δ 2與tan δ j的偏差>5%,則認為套管受Garton效應的影響較大，可重複步驟五，直至tan δ 2與tan δ :的偏差〈5%後進行步驟六，獲取獲取套管在O. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍的tan δ頻率曲線判斷套管的絕緣狀態。本發明的有益效果是通過本發明，避免了 Garton效應對低電壓下tan δ測量的影響，獲取了套管在O. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍低電壓下的真實tan δ頻率曲線並用來判斷套管的絕緣狀態，相比傳統採用套管單一 50Hz頻率點的tan δ判斷套管絕緣狀態，提高了判斷的準確性。本發明的試驗和測量裝置結構簡單、容易實現，避免了採用高電壓下進行O. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍tan δ測量其試驗裝置難以實現的難題。
圖1為本發明的基於頻域介電譜的高壓套管絕緣檢測裝置的結構圖；圖2為本發明的測量流程圖。圖1中I一被試套管的高壓端，2—被試套管的末屏端子，3—被試套管的法蘭，4一標準電壓互感器，5-電流檢測模塊，6變頻電源與被試套管的高壓端的連接線，7-串聯諧振升壓裝置與被試套管的高壓端的連接線，8 —串聯諧振升壓裝置，9-變頻電源，10-測量與控制模塊。
具體實施例方式以下結合附圖進一步說明本發明實施例。如圖1、圖2所示，一種基於頻域介電譜的高壓套管絕緣檢測方法，其包括以下步驟步驟一將變頻電源9連接到被試套管的高壓端1，斷開串聯諧振升壓裝置8與被試套管的高壓端I的連接線7，將標準電壓互感器4連接至被試套管的高壓端I檢測電壓信號，將電流檢測模塊5連接被試套管的末屏端子2，控制變頻電源9輸出頻率在0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍，幅值100V的電壓，通過測量電壓和電流信號的相位差，從而檢測出0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍100V電壓的套管介質損耗因數(tan δ )的頻率曲線；步驟二 將串聯諧振升壓裝置8與被試套管的高壓端I連接，斷開變頻電源9與被試套管的高壓端I的連接線6，將標準電壓互感器4連接至被試套管的高壓端I檢測電壓信號，將電流檢測模塊5連接被試套管的末屏端子2，通過調整串聯諧振升壓裝置8的電壓頻率和幅值，獲取40Hz-300Hz範圍內不少於5個頻率點，且電壓為套管額定電壓的套管介質損耗因數tan δ ；步驟三將40Ηζ-300Ηζ範圍額定電壓下測量的5個頻率點的套管介質損耗因數tan δ與0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍100V電壓的套管介質損耗因數tan δ頻率曲線進行比對，若5個測量點的tan δ與0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍測量的tan δ頻率曲線在相同頻率點上的介質損耗因數的偏差都〈5%，即認為低電壓下0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍測量的套管介質損耗因數未受Garton效應的影響，0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍低電壓下測量的tan δ值測量值有效，可通過該組0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ的tan δ頻率曲線判斷套管的絕緣狀態；步驟四若5個測量點的tan δ與O. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍測量的tan δ在相同頻率點上的介質損耗因數的偏差都>5%，即認為低電壓下0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍測量的套管介質損耗因數受到了 Garton效應的影響，該組數據無效；
步驟五由於放置時間較長的套管容易出現Garton效應，由於Garton效應的影響，一般低電壓下tan δ大於高電壓下tan δ ;在此情況下，通過串聯諧振升壓裝置給套管持續施加額定電壓一個小時後測量某個頻率點的tan δ i，然後降壓到IOOV觀測相同頻率點的tan δ 2值；步驟六由於電場作用，在套管施加額定電壓時，其內部雜質、水分附著在套管電容屏表面、瓷套內壁，介質空間的雜質相對減少，極化損耗相對比較小，可使介質損耗降低。如果tan δ 2與tan δ 的偏差〈5%，則認為套管Garton效應影響較小，應立即採用變頻電源9進行IOOV電壓下的試驗，獲取套管在O. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍的tan δ頻率曲線判斷套管的絕緣狀態；步驟七如果tan δ 2與tan δ i的偏差>5%，則認為套管受Garton效應的影響較大，可重複步驟五，直至tan δ 2與tan δ :的偏差〈5%後進行步驟六，獲取獲取套管在O. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍的tan δ頻率曲線判斷套管的絕緣狀態。 以下例舉一個實施實例進一步具體說明本發明實施步驟將變頻電源9連接到被試套管的高壓端1，斷開串聯諧振升壓裝置8與被試套管的高壓端I的連接線7，將標準電壓互感器4連接至被試套管的高壓端I檢測電壓信號，將電流檢測模塊5連接套管的末屏端子2，將被試套管的法蘭3接地，通過測量與控制模塊10控制變頻電源9輸出頻率在O. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍，幅值IOOV的電壓，測量與控制模塊10連接標準電壓互感器4和電流檢測模塊5，分別獲取電壓和電流信號，從而檢測出
O.ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍IOOV電壓的套管介質損耗因數(tan δ )的頻率曲線。將串聯諧振升壓裝置8與被試套管的高壓端I的連接，斷開變頻電源9與被試套管的高壓端I的連接，將標準電壓互感器4連接被試套管的高壓端I檢測電壓信號，將電流檢測模塊5連接套管的末屏端子2，套管法蘭3接地，測量與控制模塊10調整串聯諧振升壓裝置8的電壓頻率和幅值，測量與控制模塊10連接標準電壓互感器4和電流檢測模塊5，獲取40Hz-300Hz範圍內至少5個頻率點，且電壓為套管額定電壓的套管介質損耗因數tanS，如在額定電壓下的(B組數據)45Hz下的tan δ 45Β=0. 351%、65Ηζ下tan δ 65B=0. 352%、75Hz下tan δ 75B=0. 353%、105Hz 下 tan δ 1(I5B=0. 354%、120Hz 下 tan δ 12(IB=0. 356%。對比0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍，100V電壓下測量的介質損耗因數在相同頻率點上分別為(A 組數據)tan δ 45Α=0. 398%、tan δ 65Α=0· 409%、tan δ 75Α=0· 415%、tan δ 1(Ι5Α=0. 404%、tan δ 12(ΙΑ=0. 406%,對比兩組數據，發現低電壓下的tan δ值比額定電壓下的tan δ值偏大10%以上。認為低電壓下的介損測量受到了套管Garton效應的影響，0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍100V電壓的套管tan δ數據為無效數據，若通過該組數據判斷套管的絕緣狀態，可能將狀態良好的套管評估為處於老化狀態的套管。在此情況下，通過串聯諧振升壓裝置8給套管高壓端I持續施加額定電壓I個小時後測量65Hz的tan δ 1=0. 351%，然後降壓到100V，65Hz的tan δ 2=0. 362%，兩者偏差小於5%，認為低電壓測量的tan δ有效。立即斷開串聯諧振升壓裝置8與套管高壓端的連線7，連接變頻電源9和套管高壓端1，進行0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍100V電壓的套管介質損耗因數測試，對比相同的頻率測試點其結果為(C組數據)tan δ 45C=0. 361%、tan δ 65C=0. 363%、tan δ 75C=0. 368%、tan δ 105C=0. 368%、tan δ 120C=0. 370%,與之前額定電壓下測量的(B 組數據)相應頻率點的介質損耗相比，偏差小於5%，認為C組數據的0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍100V電壓的套管介質頻率曲線有效，可通過該曲線判斷套管的絕緣狀態，最終通過該曲線判斷該套管狀態良好。權利要求
1.一種基於頻域介電譜的高壓套管絕緣檢測方法，其特徵在於其包括以下步驟步驟一將變頻電源連接到被試套管的高壓端，斷開串聯諧振升壓裝置與被試套管的高壓端的連接線，將標準電壓互感器連接至被試套管的高壓端檢測電壓信號，將電流檢測模塊連接被試套管的末屏端子，控制變頻電源輸出頻率在O. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍，幅值IOOV的電壓，通過測量電壓和電流信號的相位差，從而檢測出O. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍100V電壓的套管介質損耗因數(tan δ )的頻率曲線； 步驟二 將串聯諧振升壓裝置與被試套管的高壓端連接，斷開變頻電源與被試套管的高壓端的連接線，將標準電壓互感器連接至被試套管的高壓端檢測電壓信號，將電流檢測模塊連接被試套管的末屏端子，通過調整串聯諧振升壓裝置的電壓頻率和幅值，獲取40Hz-300Hz範圍內不少於5個頻率點，且電壓為套管額定電壓的套管介質損耗因數tan δ ； 步驟三將40Ηζ-300Ηζ範圍額定電壓下測量的5個頻率點的套管介質損耗因數(tan δ )與O. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍100V電壓的套管介質損耗因數(tan δ )頻率曲線進行比對，若5個測量點的tan δ與0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍測量的tan δ頻率曲線在相同頻率點上的介質損耗因數的偏差都〈5%，即認為低電壓下0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍測量的套管介質損耗因數未受Garton效應的影響，0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍低電壓下測量的tan δ值測量值有效，可通過該組0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ的tan δ頻率曲線判斷套管的絕緣狀態； 步驟四若5個測量點的tan δ與Ο.ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍測量的tanS在相同頻率點上的介質損耗因數的偏差都>5%，即認為低電壓下0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍測量的套管介質損耗因數受到了 Garton效應的影響，該組數據無效； 步驟五由於放置時間較長的套管容易出現Garton效應，由於Garton效應的影響,一般低電壓下tan δ大於高電壓下tan δ ;在此情況下，通過串聯諧振升壓裝置給套管持續施加額定電壓一個小時後測量某個頻率點的tan S1，然後降壓到IOOV觀測相同頻率點的tan δ 2 值； 步驟六由於電場作用，在套管施加額定電壓時，其內部雜質、水分附著在套管電容屏表面、瓷套內壁，介質空間的雜質相對減少，極化損耗相對比較小，可使介質損耗降低。如果tan δ 2與tan δ 的偏差〈5%，則認為套管Garton效應影響較小，應立即採用變頻電源進行IOOV電壓下的試驗，獲取套管在Ο.ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍的tanS頻率曲線判斷套管的絕緣狀態； 步驟七如果tan δ 2與tan δ i的偏差>5%，則認為套管受Garton效應的影響較大，可重複步驟五，直至tan 62與tan S1的偏差〈5%後進行步驟六，獲取獲取套管在O.ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ範圍的tan δ頻率曲線判斷套管的絕緣狀態。
全文摘要
本發明涉及高電壓設備絕緣檢測技術領域，具體涉及一種基於頻域介電譜的高壓套管絕緣檢測方法，該方法採用基於頻域介電譜試驗對套管的絕緣進行檢測。通過本發明，避免了Garton效應對低電壓下tanδ測量的影響，獲取了套管在0.001Hz-1000Hz範圍低電壓下的真實tanδ頻率曲線並用來判斷套管的絕緣狀態，相比傳統採用套管單一50Hz頻率點的tanδ判斷套管絕緣狀態，提高了判斷的準確性。本發明的試驗和測量裝置結構簡單、容易實現，避免了採用高電壓下進行0.001Hz-1000Hz範圍tanδ測量其試驗裝置難以實現的難題。
文檔編號G01R27/26GK102981062SQ20121055892
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月20日 優先權日2012年12月20日
發明者杜振波, 彭熾剛, 聶德鑫, 陳元慶, 湯振鵬, 陳鋼, 麥漢源, 鄧小強, 劉詣, 羅先中, 鄧建鋼, 張連星 申請人:國網電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司, 國家電網公司