變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置的製作方法
2023-06-03 20:13:46 2
專利名稱：變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及電工測量領域，尤其涉及一種變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置。
背景技術：
油流過固體絕緣材料的表面時，由於油的流動對固體絕緣材料表面的影響，引起 固體絕緣材料對油中正負電荷具有不同的吸附作用，使原本呈電中性的油發生電荷分離， 從而在油和固體絕緣材料的表面形成等量異號的自由電荷，這種現象即為油流帶電現象。 調查結果表明，油流帶電引發的靜電放電是威脅大型變壓器安全運行的重要因素之一。
現有技術中，監測變壓器油流帶電狀況的方法是在變壓器上開泵測量繞組高、低 壓端或中性點對地直流靜電電壓或直流洩漏電流，以此判斷變壓器油流帶電的狀況。這種 方法的缺點是
1、該方法只能在變壓器停電以後，在其高、低壓繞組與電力系統脫離的狀態下，啟 動強油循環來進行測量，無法了解帶電運行時變壓器油流帶電的真實狀況，即該方法不是 採用在線測量的。
2、測量繞組高、低壓端或中性點對地直流靜電電壓或直流洩漏電流，並以此判斷 變壓器油流帶電狀況的依據是與被試變壓器出廠試驗報告的檢測記錄做比較，因此，該方 法只能定性推斷而不能進行定量分析。
目前尚無成熟的變壓器油流帶電狀況的在線監測儀器。 發明內容
本發明的目的在於提供一種變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置，能在線實 時測量變壓器油流帶電電荷密度，反映變壓器油流帶電的真實狀況，達到實時監測變壓器 運行狀況的目的。
為了達到上述的目的，本發明提供一種變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝 置，用於監測變壓器油流帶電狀況，其包括多個靜電電量探頭、多個靜電電位測量儀和一套 實時數據採集分析器；所述靜電電量探頭與變壓器的循環油管連接，所述循環油管內的油 流流經該靜電電量探頭；所述多個靜電電位測量儀與多個靜電電量探頭一一對應連接，該 靜電電位測量儀測量靜電電量探頭感應產生的靜電電位；所述實時數據採集分析器與多個 靜電電位測量儀連接，該實時數據採集分析器分別採集各個靜電電位測量儀的測量數據， 並對測量數據進行統計分析和識別。
上述變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置，其中，所述靜電電量探頭包括外 金屬管、內金屬管、絕緣隔離管以及內感應電位引出極板；所述外金屬管環抱內金屬管；所 述絕緣隔離管設置在外金屬管和內金屬管之間；所述內感應電位引出極板與內金屬管的外 壁連接，與外金屬管絕緣隔離。
上述變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置，其中，所述外金屬管的側壁上設有一開口，所述內感應電位引出極板嵌在一絕緣隔離墊塊上，並與該絕緣隔離墊塊一起設 置在該開口內。
上述變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置，其中，所述內金屬管的輸入端設 有絕緣油封圈，該絕緣油封圈卡在外金屬管內，當所述靜電電量探頭與變壓器的循環油管 連接時，所述絕緣油封圈使內金屬管與外金屬管處於良好絕緣隔離狀態。
上述變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置，其中，所述靜電電位測量儀為旋 轉式靜電電位計，該旋轉式靜電電位計包括依次串聯的旋轉調製探極、阻抗變換器、交流濾 波放大器、相敏檢波電路和直流數字顯示器，同步脈衝發生器和模擬量輸出電路；所述同步 脈衝發生器的輸入端與旋轉調製探極的輸出端連接；所述模擬量輸出電路與直流數字顯示 器並聯。
上述變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置，其中，所述靜電電位測量儀為振 動式靜電電位計，該振動式靜電電位計包括依次串聯的振動調製探極、阻抗變換器、交流濾 波放大器、相敏檢波電路和直流數字顯示器，同步脈衝發生器和模擬量輸出電路；所述同步 脈衝發生器的輸入端與旋轉調製探極的輸出端連接；所述模擬量輸出電路與直流數字顯示 器並聯。
上述變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置，其中，所述實時數據採集分析器 包括多通道數據採集模塊、存儲庫和數據處理及故障分析診斷模塊；所述多通道數據採集 模塊的輸入端通過數據通道與靜電電位測量儀連接，實時採集靜電電位測量儀的測量數 據；所述多通道數據採集模塊的輸出端與存儲庫連接，該多通道數據採集模塊將實時採集 的測量數據存入存儲庫；所述數據處理及故障分析診斷模塊與存儲庫連接，該數據處理及 故障分析診斷模塊調取存儲庫內的測量數據進行統計分析和識別。
上述變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置，其中，所述多通道數據採集模塊 根據在線監測的變壓器數目增減採用數據通道的數量。
上述變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置，其中，所述存儲庫將實時測量數 據按不同變壓器和不同時段分類保存。
本發明變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置將靜電電量探頭接入運行中的 變壓器的出口循環油管上，讓循環油管內的油流流經靜電電量探頭，從而實現了在線實時 測量油流帶電電荷密度，能監測變壓器油流帶電的真實狀況，可避免因油流帶電引發變壓 器內部靜電放電，導致擴大化突發事故的發生；採用多個靜電電量探頭和多個靜電電位測 量儀可同時對多臺變壓器進行在線監測。
本發明的變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置由以下的實施例及附圖給出。
圖1是本發明變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置的結構框圖。
圖2是本發明中靜電電量探頭的剖面圖。
圖3是本發明中靜電電位測量儀實施例一的結構框圖。
圖4是本發明中靜電電位測量儀實施例二的結構框圖。
圖5是本發明中實時數據採集分析器的結構框圖。
具體實施方式
以下將結合圖1 圖5對本發明的變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置作進 一步的詳細描述。
參見圖1，變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置包括多個靜電電量探頭10、 多個靜電電位測量儀20和一套實時數據採集分析器30 ；
所述靜電電量探頭10與變壓器的循環油管(圖中未示)連接，所述循環油管內的 油流流經該靜電電量探頭10 ；
所述多個靜電電位測量儀20與多個靜電電量探頭10 —一對應連接，該靜電電位 測量儀20測量靜電電量探頭10感應產生的靜電電位；
所述實時數據採集分析器30與多個靜電電位測量儀20連接，該實時數據採集分 析器30分別採集各個靜電電位測量儀20的測量數據，並對測量數據進行分析，以此獲得變 壓器油流帶電電荷密度。
本發明變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置可同時在線監測多臺變壓器的 油流帶電狀況。
參見圖2，所述靜電電量探頭10包括外金屬管11、內金屬管12、絕緣隔離管13以 及內感應電位引出極板15 ；
所述外金屬管11環抱內金屬管12 ；
所述絕緣隔離管13設置在外金屬管11和內金屬管12之間；
所述內感應電位引出極板15與內金屬管12的外壁連接，與外金屬管11絕緣隔離。
所述內金屬管12的輸入端(與變壓器的出口循環油管連接的一端)設有絕緣油 封圈17，該絕緣油封圈17卡在外金屬管11內，當所述靜電電量探頭10與變壓器的循環油 管連接時，該絕緣油封圈17保證內金屬管12與外金屬管11處於良好絕緣隔離狀態，也可 提高連接的密封性；
所述外金屬管11的側壁上設有一開口 14，所述內感應電位引出極板15嵌在一絕 緣隔離墊塊16上，並與該絕緣隔離墊塊16 —起設置在該開口 14內，該絕緣隔離墊塊16保 證內感應電位引出極板15與外金屬管11處於良好絕緣隔離狀態；
靠近所述靜電電量探頭10的輸出端18設有一法蘭盤(圖中未示)。
所述靜電電量探頭10的工作原理是靜電電量探頭10接入變壓器的出口循環油 管，外金屬管11接地，內金屬管12則為探測電極，運行變壓器中帶有靜電電荷的絕緣油流 流經內金屬管12(圖2中的箭頭表示絕緣油流的流向)時，在內金屬管12的內壁上感應出 等量的異極性電荷，在內金屬管12的外壁和外金屬管11的內壁上又分別感應出等量的同 極性電荷和異極性電荷，這樣便可以通過測量內金屬管12和外金屬管11之間的電容C及 內金屬管12對地的靜電電位U，依據Q = CU計算出絕緣油流的帶電電荷量Q ；由於設計制 作靜電電量探頭10時，內金屬管12的容積V是已知的，被測絕緣油流中的體積電荷密度P 可由公式P =Q/V計算出，這樣就能定量檢測分析絕緣油流中的帶電電荷密度及其變化趨 勢。
為避免絕緣油流中的靜電電荷經靜電電量探頭的內金屬管和靜電電位測量儀時 電路洩放，致使靜電電量探頭的內感應電位引出極板引出的靜電電位下降，所述靜電電位測量儀20採用非接觸式靜電電位測量儀。非接觸式靜電電位測量儀有兩種類型，一種是旋 轉式靜電電位計，另一種是振動式靜電電位計。
參見圖3，所述旋轉式靜電電位計包括旋轉調製探極21a、阻抗變換器22a、交流濾 波防盜器23a、相敏檢波電路Ma、直流數字顯示器25a、同步脈衝發生器26a和模擬量輸出 電路27a ；
所述旋轉調製探極21a、阻抗變換器22a、交流濾波放大器23a、相敏檢波電路2 和直流數字顯示器2 依次串聯；
所述旋轉調製探極21a的輸入端與靜電電量探頭10的內感應電位引出極板15連 接；
所述同步脈衝發生器^a的輸入與旋轉調製探極21a的輸出端連接；
所述模擬量輸出電路27a與直流數字顯示器2 並聯。
所述旋轉式靜電電位計的工作原理是旋轉調製探極21a將探測極板上的微弱直 流感應信號(即靜電電量探頭10的內金屬管12對地的靜電電位)變成交流信號，經阻抗 變換器2 送到交流濾波放大器23a，經交流濾波放大器23a放大後的感應信號經相敏檢波 電路Ma，最後由直流數字顯示器2 顯示出(即顯示被測靜電電位的數值和極性)，同時， 被測靜電電位的數值和極性由模擬量輸出電路27a發送給實時數據採集分析器30。
參見圖4，振動式靜電電位計包括振動調製探極21b、阻抗變換器22b、交流濾波防 盜器23b、相敏檢波電路Mb、直流數字顯示器25b、同步脈衝發生器26b和模擬量輸出電路 27b ；
所述振動調製探極21b、阻抗變換器22b、交流濾波放大器23b、相敏檢波電路24b 和直流數字顯示器2 依次串聯；
所述振動調製探極21b的輸入端與靜電電量探頭10的內感應電位引出極板15連 接；
所述同步脈衝發生器^b的輸入與振動調製探極21b的輸出端連接；
所述模擬量輸出電路27b與直流數字顯示器2 並聯。
所述振動式靜電電位計的工作原理與旋轉式靜電電位計的工作原理相同，在此不 再贅述。
參見圖5，所述實時數據採集分析器30包括多通道數據採集模塊31、存儲庫32和 數據處理及故障分析診斷模塊33 ；
所述多通道數據採集模塊31的輸入端通過數據通道與靜電電位測量儀20的模擬 量輸出電路的輸出端連接；
所述多通道數據採集模塊31的輸出端接入存儲庫32，該多通道數據採集模塊31 實時採集的數據按類存入存儲庫32 ；
所述數據處理及故障分析診斷模塊33與存儲庫32連接，該數據處理及故障分析 診斷模塊33調取存儲庫32內的數據進行統計分析和識別，得出各變壓器油流帶電電荷密 度，並依據電力系統狀態檢修故障診斷標準給出建議或告警值。
所述多通道數據採集模塊31可根據在線監測的變壓器數目(即測點數目)增減 採用數據通道的數量。
所述存儲庫32將實時測量數據按不同變壓器和不同時段分類保存。
本發明變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置以高斯定理為理論依據，以靜電 感應原理及電位電容計算法為理論基礎，從而實現油循環變壓器油流帶電在線監測技術， 並利用智能化數據採集系統和統計系統向狀態檢修提供診斷結果。
本發明變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置實現了對各類油循環變壓器油 流帶電狀況的在線監測，通過對實時採樣數據定量分析判斷，可避免因油流帶電引發變壓 器內部靜電放電加劇，導致擴大化突發事故的發生，另外，為變壓器狀態監測增加了一項檢 測項目，為變壓器疑難故障分析診斷提供了充分的在線檢測依據。
本發明變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置可與輸變電設備的可靠性運行 系統相連接，配合使用。
權利要求
1.一種變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置，用於監測變壓器油流帶電狀況，其 特徵在於，其包括多個靜電電量探頭、多個靜電電位測量儀和一套實時數據採集分析器；所述靜電電量探頭與變壓器的循環油管連接，所述循環油管內的油流流經該靜電電量 探頭；所述多個靜電電位測量儀與多個靜電電量探頭一一對應連接，該靜電電位測量儀測量 靜電電量探頭感應產生的靜電電位；所述實時數據採集分析器與多個靜電電位測量儀連接，該實時數據採集分析器分別採 集各個靜電電位測量儀的測量數據，並對測量數據進行統計分析和處理。
2.如權利要求1所述的變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置，其特徵在於，所述 靜電電量探頭包括外金屬管、內金屬管、絕緣隔離管以及內感應電位引出極板；所述外金屬管環抱內金屬管；所述絕緣隔離管設置在外金屬管和內金屬管之間；所述內感應電位引出極板與內金屬管的外壁連接，與外金屬管絕緣隔離。
3.如權利要求2所述的變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置，其特徵在於，所述 外金屬管的側壁上設有一開口，所述內感應電位引出極板嵌在一絕緣隔離墊塊上，並與該 絕緣隔離墊塊一起設置在該開口內。
4.如權利要求2所述的變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置，其特徵在於，所述 內金屬管的輸入端設有絕緣油封圈，該絕緣油封圈卡在外金屬管內，當所述靜電電量探頭 與變壓器的循環油管連接時，所述絕緣油封圈使內金屬管與外金屬管處於良好絕緣隔離狀 態。
5.如權利要求1所述的變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置，其特徵在於，所述 靜電電位測量儀為旋轉式靜電電位計，該旋轉式靜電電位計包括依次串聯的旋轉調製探 極、阻抗變換器、交流濾波放大器、相敏檢波電路和直流數字顯示器，同步脈衝發生器和模 擬量輸出電路；所述同步脈衝發生器的輸入端與旋轉調製探極的輸出端連接；所述模擬量 輸出電路與直流數字顯示器並聯。
6.如權利要求1所述的變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置，其特徵在於，所述 靜電電位測量儀為振動式靜電電位計，該振動式靜電電位計包括依次串聯的振動調製探 極、阻抗變換器、交流濾波放大器、相敏檢波電路和直流數字顯示器，同步脈衝發生器和模 擬量輸出電路；所述同步脈衝發生器的輸入端與旋轉調製探極的輸出端連接；所述模擬量 輸出電路與直流數字顯示器並聯。
7.如權利要求1所述的變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置，其特徵在於，所述 實時數據採集分析器包括多通道數據採集模塊、存儲庫和數據處理及故障分析診斷模塊；所述多通道數據採集模塊的輸入端通過數據通道與靜電電位測量儀連接，實時採集靜 電電位測量儀的測量數據；所述多通道數據採集模塊的輸出端與存儲庫連接，該多通道數據採集模塊將實時採集 的測量數據存入存儲庫；所述數據處理及故障分析診斷模塊與存儲庫連接，該數據處理及故障分析診斷模塊調 取存儲庫內的測量數據進行統計分析和處理。
8.如權利要求7所述的變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置，其特徵在於，所述多通道數據採集模塊根據在線監測的變壓器數目增減採用數據通道的數量。
9.如權利要求7所述的變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置，所述存儲庫將實時 測量數據按不同變壓器和不同負荷和時段分類保存。
全文摘要
本發明的變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置包括多個靜電電量探頭、多個靜電電位測量儀和一套實時數據採集分析器；所述靜電電量探頭與變壓器的循環油管連接，所述循環油管內的油流流經該靜電電量探頭；所述多個靜電電位測量儀與多個靜電電量探頭一一對應連接，該靜電電位測量儀測量靜電電量探頭感應產生的靜電電位；所述實時數據採集分析器與多個靜電電位測量儀連接，該實時數據採集分析器分別採集各個靜電電位測量儀的測量數據，並對測量數據進行統計分析和處理。本發明的變壓器油流帶電電荷密度的在線測量裝置，能在線實時測量變壓器油流帶電電荷密度，反映變壓器油中油流帶電的真實狀況，達到實時監測變壓器運行狀況的目的。
文檔編號G01R29/24GK102033170SQ20091019680
公開日2011年4月27日 申請日期2009年9月29日 優先權日2009年9月29日
發明者李福興, 黃華, 齊振生 申請人:華東電力試驗研究院有限公司