一种绝缘油介电强度测试仪切断时间的校验装置及方法
【专利摘要】本发明提供一种绝缘油介电强度测试仪切断时间的校验装置，绝缘油介电强度测试仪的输出端接到校验装置的高压击穿控制箱内高压输入电极上，利用高压击穿控制箱产生击穿过程，通过并联在击穿控制箱中高压输入电极两端的宽频高压分压器采集绝缘油介电强度测试仪输出的电压信号，电压信号经过信号隔离单元和采样与控制单元的高速采集后进入上位机，上位机对信号进行实时监测分析可获得击穿时的暂态电压、切断时间等暂态参数，实现对绝缘油介电强度测试仪切断时间的校验。本发明还提供一种绝缘油介电强度测试仪切断时间的校验方法。
【专利说明】一种绝缘油介电强度测试仪切断时间的校验装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高压测试设备校验领域，具体说是一种绝缘油介电强度测试仪切断时间的校验装置及方法。
【背景技术】
[0002]绝缘油是电力变压器中重要的绝缘和冷却介质，其介电强度直接影响着变压器的绝缘。为确保变压器(或其他充油设备)安全运行，需定期抽取绝缘油进行检测，绝缘油介电强度测试是变压器油检测分析中的一个重要试验项目。
[0003]绝缘油介电强度测试仪(也称绝缘油介电强度测试仪)是对绝缘油介电强度进行测试的一种仪器。它产生一定数值的高压，输出至油杯的电极上，油杯中装油，即可将高压施加至绝缘油。当绝缘油在高压作用下发生击穿时，回路电流会增加，绝缘油介电强度测试仪会自动切断高压电源。
[0004]绝缘油介电强度测试仪在油击穿瞬间的持续放电会造成被检测油样品分解和碳化，此过程会对后续的击穿电压试验产生影响，因为分解的产物会造成被试验油样品污染，从而造成后续的击穿电压值变化，因此绝缘油介电强度测试仪的击穿切断时间需要控制在一定的数值之内。在实验室对绝缘油介电强度测试仪进行检验时需要核对绝缘油介电强度测试仪的切断时间是否符合要求。
[0005]国际电工委员会的IEC60156和国内标准GB/T507都对绝缘油介电强度测试仪的切断时间做出了规定，要求绝缘油介电强度测试仪最长切断时间必须小于10ms。
[0006]目前针对绝缘油介电强度测试仪的校准和检验，并没有可行的方法获取绝缘油介电强度测试仪的切断时间参数。本发明正是基于此问题，提出一种绝缘油介电强度测试仪切断时间的校验装置及方法，能够实现对绝缘油介电强度测试仪切断时间参数的测量。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是提供一种绝缘油介电强度测试仪切断时间的校验方法及装置，可有效的对绝缘油介电强度测试仪的切断时间进行校验。
[0008]本发明采用的技术方案是:
[0009]一种绝缘油介电强度测试仪切断时间的校验装置，包括高压击穿控制箱、宽频高压分压器、信号隔离单元、采样与控制单元及上位机，高压击穿控制箱内部包含三对并联连接的电极，分别是高压输入电极、负荷模拟电极、击穿放电电极，每对电极均是油杯电极的结构，高压输入电极用于与绝缘油介电强度测试仪的高压输出电极连接，击穿放电电极两端分别串联一个由上位机控制启闭的高速高压开关，高压输入电极两端分别与一个宽频高压分压器的高压输入端连接，两个宽频高压分压器的低压输出端的通过信号隔离单元与采样与控制单元连接，采样与控制单元与上位机相连。
[0010]进一步的，高压击穿控制箱用于将绝缘油介电强度测试仪输入的高压信号瞬间短接，使放置在高压击穿控制箱内的油杯间隙发生放电，从而模拟绝缘油击穿状态。
[0011]进一步的，上位机用于发出控制命令将高速高压开关闭合，绝缘油介电强度测试仪输入的高压信号通过高速高压开关接入击穿放电电极，使样品油发生击穿放电。
[0012]进一步的，击穿放电电极的油杯中装载击穿电压值较低的油，或直接使用空杯。
[0013]进一步的，宽频高压分压器用于采集高压击穿控制箱击穿过程中的电压信号，转换为弱电压信号进入信号隔离单元。
[0014]进一步的，所述采样与控制单元用于对宽频高压分压器输出的弱电压信号进行采集、滤波、A/D变换、计算分析后输入上位机，还用于将上位机发出的控制命令通过信号隔离单元发送给高压击穿控制箱。
[0015]进一步的，所述上位机用于对采样与控制单元输出的信号的进行计算分析、绘图、存储、打印、根据测量结果生成测试报告，还用于设置自动校验流程，对高压击穿控制箱进行连续分合，实现绝缘油介电强度测试仪全量程范围内的自动校验。
[0016]一种绝缘油介电强度测试仪切断时间的校验方法，应用上述校验装置对绝缘油介电强度测试仪的切断时间进行校验，包括如下步骤:
[0017]步骤一、系统初始化，完成高压击穿控制箱、宽频高压分压器、采样与控制单元的自检；
[0018]步骤二、上位机设置全部的校验点和校验次数，并在自动评估模板中设定评判依据；
[0019]步骤三、上位机启动试验并记录试验波形；
[0020]步骤四、按下绝缘油介电强度测试仪上的开始升压按钮，校验装置实时采集电压，当电压升至预定校验点时，上位机控制高压击穿控制箱的高速高压开关合上，击穿放电电极发生击穿，上位机记录击穿过程中的电压暂态波形；
[0021]步骤五、在完成一次击穿放电和波形记录后判断是否完成全部试验次数，若完成，则跳入试验数据显示界面，若未完成则继续启动试验和采集波形的过程；
[0022]步骤六、显示全部的试验数据，通过波形分析，获取绝缘油介电强度测试仪击穿时的暂态电压、切断时间，并根据自动评估模板自动生成校验报告，实现对绝缘油介电强度测试仪切断时间的校验。
[0023]本发明的有益效果在于:
[0024]1、通过高压击穿控制箱可模拟出绝缘油的击穿过程；
[0025]2、利用标准宽频分压器和数字隔离采集系统，可采集到绝缘油介电强度测试仪在击穿前后的连续电压波形，获得绝缘油介电强度测试仪的瞬态参数，实现对绝缘油介电强度测试仪的高压切断时间的校验。
[0026]3、配合上位机，可实现全量程范围内的自动校验。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是本发明绝缘油介电强度测试仪切断时间的校验装置的原理结构图；
[0028]图2是本发明高压击穿控制箱中高压分合终端的内部连接图；
[0029]图3是本发明上位机软件的流程框图；
[0030]图4是本发明实际采集到的绝缘油介电强度测试仪的击穿过程的电压波形图。
[0031]图中:1 一高压击穿控制箱，2—宽频高压分压器，3—信号隔离单元，4一采样与控制单元，5—上位机，6—绝缘油介电强度测试仪，11一高压输入电极，12—负荷模拟电极，13—击穿放电电极，14 一高速高压开关。
【具体实施方式】
[0032]下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0033]图1所示为本发明绝缘油介电强度测试仪切断时间的校验装置的原理结构图，所述校验装置包括高压击穿控制箱1、宽频高压分压器2、信号隔离单元3、采样与控制单元4及上位机5。
[0034]高压控制箱I内部包含三对并联连接的电极，分别是高压输入电极11、负荷模拟电极12、击穿放电电极13。每对电极均是油杯电极的结构，如图2所示。其中高压输入电极11在校验时接至绝缘油介电强度测试仪6的高压输出电极上。同时，高压输入电极11两端分别与一个宽频高压分压器2的高压输入端连接，两个宽频高压分压器2的低压输出端的分别通过BNC电缆连接至信号隔离单元3的输入端。信号隔离单元3的输出端接至采样与控制单元4，采样与控制单元4通过USB线与上位机5相连，上位机5还通过信号隔离单元3与高压控制箱I连接。
[0035]高压击穿控制箱I用于产生可控制的击穿信号。在校验时，将绝缘油介电强度测试仪6的油杯取下，将内部电极通过高压电缆和绝缘支架(或绝缘筒)，引出至高压击穿控制箱I的高压输入电极11上，同时高压输入电极11通过高压电缆并联连接至两个宽频高压分压器2的高压端。高压击穿控制箱I接收待试绝缘油介电强度测试仪样品产生的高压，同时接收上位机发出的控制命令，制造击穿过程，进而输出一个暂态的含击穿过程的电压波形至宽频高压分压器2。
[0036]所述负荷模拟电极12用于模拟绝缘油介电强度测试仪6带负载时的状态。对于多油杯绝缘油介电强度测试仪，多个油杯中的绝缘油品质不一，因此击穿时刻不一样。在某一油杯中的绝缘油击穿时，另外油杯中的绝缘油仍处于完好状态。为模拟这种工况，本发明设计了负荷模拟电极，以模拟绝缘油介电强度测试仪带负载的情况。在校验时，如果选择不带负载，可直接用绝缘罩将负荷模拟电极12罩盖住不使用。
[0037]所述击穿放电电极13用于产生“击穿”状态。击穿放电电极13两端分别串联一个程控高速分合的小型高速高压开关14。击穿放电电极13的油杯中装载击穿电压值较低的油，或直接使用空杯(使用空杯时，相当于用空气放电模拟绝缘油击穿放电)。在校验时，上位机I发出控制命令时，高速高压开关14同时合上，绝缘油介电强度测试仪6产生的高压通过高速高压开关14接入到在击穿放电电极14两端，导致样品油发生击穿放电，用于模拟真实情况下的“油击穿”。
[0038]宽频高压分压器2用于测量绝缘油击穿过程中的电压波形。宽频高压分压器2接收高压击穿控制箱I输出的电压信号后，转换为弱电压信号进入信号隔离单元3。宽频高压分压器2—般选择电容分压器，额定电压为校验装置电压的一半。由于绝缘油介电强度测试仪在击穿瞬间电压信号是高频暂态信号，为保证采集到暂态电压，本发明选用宽频标准分压器。在本实施例中，绝缘油介电强度测试仪6的最高电压一般为80kV，校验装置的电压取一定的裕度为100kV。因此，两个宽频高压分压器2的额定电压均为50kV。同时，由于绝缘油介电强度测试仪6的带负载能力有限，宽频高压分压器2的电容值和介质损耗应尽量小。在本实施例中，宽频高压分压器2的电容为10pF，介质损耗值小于10_5。
[0039]信号隔离单元3用于信号的隔离，隔离回路中的信号干扰。具体的，将宽频高压分压器2输出的弱电压信号中可能包含的强电磁干扰隔离和滤除掉，输出较为纯净的弱电压信号至采样与控制单元4。当高压击穿控制箱I内发生击穿放电时，会产生巨大的电磁干扰脉冲，该电磁干扰脉冲会通过宽频高压分压器耦合进入采样与控制单元4，严重时会损坏采样与控制单元4中的高速采集卡。因此，在宽频高压分压器2和采样与控制单元4之间设计信号隔离单元3。信号隔离单元3的原理是将采集到的信号通过半导体器件进行调制变换，然后通过光感或磁感器进行隔离转换，然后再进行解调得到原信号，实现输入信号和输出信号之间的电气隔离，以减少冲击和电磁干扰，避免高频干扰信号进入后端的采样与控制单元4，造成测量结果的误差和软件的中断运行。
[0040]所述采样与控制单元4集成有采样单元和控制单元，用于完成试验过程的控制、试验数据的采集和处理。采样单元对信号隔离单元3输出的信号进行采样和模数转换，然后通过控制单元进行处理分析后经USB通讯传输至上位机5。采样与控制单元4中的控制单元采用DSP芯片实现，采样单元采用高速采集卡，高速采集卡完成数据的采集和模数转换，DSP芯片完成信号的处理分析。
[0041]在校验时，在上位机5中输入校验流程，经USB通讯传输至控制单元，控制单元对校验流程进行处理，输出一系列控制命令，经采样单元和信号隔离单元3后，输出给高压击穿控制箱1，用于产生合乎校验流程要求的一系列击穿信号。上位机5向采样与控制单元4发送试验命令，采样与控制单元4负责执行试验流程控制，并将采集的数据通过USB 口传输至上位机4中。
[0042]上位机5中安装有软件，用于设计试验流程，发出试验命令，将分析处理后的电压波形和试验数据显示在界面上，同时完成数据的分析、生成报告、打印存储等功能。上位机5处理的主要流程图如图3所示。在系统初始化时，完成高压击穿控制箱I和采集装置(宽频高压分压器2、采样与控制单元4)的自检；然后设置试验流程，并定义评估判据；接着启动试验并记录试验波形；在完成一次击穿放电和波形记录后判断是否完成全部试验次数，若完成，则跳入试验数据显示界面，若未完成则继续启动试验和采集波形的过程；最后显示全部的试验数据，通过波形分析，获取绝缘油介电强度测试仪击穿过程的暂态电压和切断时间等测量结果。同时，测量结果可导入自定义的评估模板中，自动生成校验报告。
[0043]在进行绝缘油介电强度测试仪的校验时，首先将测试仪的高压输出端通过高压连接线和绝缘筒引出，并接至高压击穿控制箱的高压输入电极上；同时设置绝缘油介电强度测试仪6的试验次数和最高输出电压(一般取额定电压80kV)。在校验装置的上位机软件中设计试验流程，一次性设置全部的校验点和校验次数，并在自动评估模板中设定评判依据，然后启动上位机软件中的试验，此时，采样与控制单元就绪，校验装置等待记录。按下绝缘油介电强度测试仪上的开始升压按钮，校验装置实时采集电压；当电压升至预定校验点时，校验装置控制高压击穿控制箱的高速高压开关4合上，击穿电极发生击穿，软件可记录击穿过程中的电压暂态波形，如图4所示。击穿后绝缘油介电强度测试仪的电压降为0，单次试验结束；第二次试验随即开始，重复上述过程。直至完成全部数据点的校验。在全部数据点的校验完成之后，上位机软件中保存全部试验数据和电压波形。图4给出了击穿过程中典型的电压暂态波形，在软件中移动测量光标，即可读数该次击穿过程中绝缘油介电强度测试仪的切断时间，完成对绝缘油介电强度测试仪切断时间的校验。同时，上位机软件中根据自动评估模板，可自动生成校验报告。
[0044]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种绝缘油介电强度测试仪切断时间的校验装置，其特征在于:包括高压击穿控制箱(I)、宽频高压分压器(2)、信号隔离单元(3)、采样与控制单元(4)及上位机(5)，高压击穿控制箱(I)内部包含三对并联连接的电极，分别是高压输入电极(11)、负荷模拟电极(12)、击穿放电电极(13)，每对电极均是油杯电极的结构，高压输入电极(11)用于与绝缘油介电强度测试仪(6)的高压输出电极连接，击穿放电电极(13)两端分别串联一个由上位机(I)控制启闭的高速高压开关(14)，高压输入电极(11)两端分别与一个宽频高压分压器(2)的高压输入端连接，两个宽频高压分压器(2)的低压输出端的通过信号隔离单元(3)与采样与控制单元(4)连接，采样与控制单元(4)与上位机(5)相连。
2.如权利要求1所述的校验装置，其特征在于:高压击穿控制箱(I)用于将绝缘油介电强度测试仪(6)输入的高压信号瞬间短接，使放置在高压击穿控制箱(I)内的油杯间隙发生放电，从而模拟绝缘油击穿状态。
3.如权利要求2所述的校验装置，其特征在于:上位机(5)用于发出控制命令将高速高压开关(14)闭合，绝缘油介电强度测试仪输入的高压信号通过高速高压开关(14)接入击穿放电电极(13)，使样品油发生击穿放电。
4.如权利要求3所述的校验装置，其特征在于:击穿放电电极(13)的油杯中装载击穿电压值较低的油，或直接使用空杯。
5.如权利要求1所述的校验装置，其特征在于:宽频高压分压器(2)用于采集高压击穿控制箱(I)击穿过程中的电压信号，转换为弱电压信号进入信号隔离单元(3)。
6.如权利要求1所述的校验装置，其特征在于:所述采样与控制单元(4)用于对宽频高压分压器(2)输出的弱电压信号进行采集、滤波、A/D变换、计算分析后输入上位机(5)，还用于将上位机(5)发出的控制命令通过信号隔离单元(3)发送给高压击穿控制箱(I)。
7.如权利要求1所述的校验装置，其特征在于:所述上位机(5)用于对采样与控制单元(4)输出的信号的进行计算分析、绘图、存储、打印、根据测量结果生成测试报告，还用于设置自动校验流程，对高压击穿控制箱(I)进行连续分合，实现绝缘油介电强度测试仪(6)全量程范围内的自动校验。
8.—种绝缘油介电强度测试仪切断时间的校验方法，其特征在于应用权利要求1-7中任一所述的校验装置对绝缘油介电强度测试仪的切断时间进行校验，包括如下步骤: 步骤一、系统初始化，完成高压击穿控制箱(I)、宽频高压分压器(2)、采样与控制单元(4)的自检； 步骤二、上位机(4)设置全部的校验点和校验次数，并在自动评估模板中设定评判依据； 步骤三、上位机(4)启动试验并记录试验波形； 步骤四、按下绝缘油介电强度测试仪(6)上的开始升压按钮，校验装置实时采集电压，当电压升至预定校验点时，上位机(4)控制高压击穿控制箱(I)的高速高压开关(4)合上，击穿放电电极(13)发生击穿，上位机(4)记录击穿过程中的电压暂态波形； 步骤五、在完成一次击穿放电和波形记录后判断是否完成全部试验次数，若完成，则跳入试验数据显示界面，若未完成则继续启动试验和采集波形的过程； 步骤六、显示全部的试验数据，通过波形分析，获取绝缘油介电强度测试仪击穿时的暂态电压、切断时间，并根据自动评估模板自动生成校验报告，实现对绝缘油介电强度测试仪切断时间的校验。
【文档编号】G01R35/00GK104280711SQ201410571795
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年10月23日 优先权日:2014年10月23日
【发明者】王永勤, 贺家慧, 童歆, 罗维, 王兰芳, 汪光文 申请人:国家电网公司, 国网湖北省电力公司电力科学研究院, 武汉市华英电力科技有限公司