一种干式空心电抗器匝间绝缘性能检测系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种干式空心电抗器匝间绝缘性能检测系统及方法，包括高压开关柜、变频试验电源、试验变压器、无功功率补偿单元、局部放电监测单元和被试品单元，所述高压开关柜接入380V三相交流电流，所述高压开关柜、变频试验电源、试验变压器、无功功率补偿单元、局部放电监测单元、被试品单元依次连接；所述局部放电监测单元包括耦合电容、测量阻抗和局部放电测试仪，所述被测品单元包括干式空心电抗器和交流电压测量单元，所述干式空心电抗器和交流电压测量单元并联；所述试验变压器激发谐振回路，通过变频试验电源输出频率使得回路中的无功功率补偿单元与被试品单元产生并联谐振。本发明能够对35千伏干式空心电抗器现场进行感应耐压试验，完成现场对电抗器的升压操作。
【专利说明】
一种干式空心电抗器匝间绝缘性能检测系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及干式空心电抗器技术领域，具体涉及一种干式空心电抗器匝间绝缘性 能检测系统及方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国电力事业的不断发展，对于如何提高供电质量和供电可靠性，已经成为 供电系统需要考虑的重要问题。无功补偿装置在提高供电质量方面起着重要作用，在近几 年得到了迅速发展;而为保证供电可靠性，保证变压器免受短路电流冲击，短路电流限制装 置也得到广泛应用。
[0003] 干式空心电抗器作为无功补偿装置和短路电流限制装置中的代表性设备，由于其 具有损耗小、噪音低、维护工作量小、不易发生相间短路故障、电抗值线性度好、设计寿命长 等优点，近年来广泛应用于国内外电网设备中。电力系统采取的电抗器常见的有并联电抗 器和串联电抗器。并联电抗器用来吸收线路的容性无功，起到改善电力系统无功功率的作 用；串联电抗器则主要用来限制短路电流，或者通过与电容器串联或并联来限制电网中的 高次谐波。
[0004] 随着干式空心电抗器在电网中的大规模应用，由于电抗器的各种缺陷引发的事故 也不可避免的发生，在对电抗器缺陷统计中发现由于匝间绝缘引发的短路故障在各种缺陷 中所占比例最高，接近一半。多数电抗器故障为匝间短路引起电抗器起火燃烧，给电力系统 的安全稳定运行带来了很大影响。
[0005] 针对干式空心电抗器匝间绝缘的检测试验研究，国内学者的研究方法大体上可分 为以下几种:一种是感应耐压试验法，该方法对电抗器首尾端直接施加工频电压，与电抗器 实际运行状况最为接近，可有效考核电抗器匝间绝缘耐受过电压的能力，但该方法所需无 功功率很大，很难有试验装置能满足试验时的容量要求，从而使此方法受到极大限制。一种 是雷电冲击电压试验法，由于感应耐压试验方法的局限性，该方法被替代用作考核电抗器 匝间绝缘的耐受能力，但是该方法作用时间比较短，能量较低，外观检查难辨别，且匝间短 路引起的电参数变化量小，从雷电冲击波形也难以辨别。
[0006] 还有一种是高频脉冲振荡法，该方法的研究基于电抗器在匝间绝缘出现击穿短路 时电抗器参数变化现象，在电抗器上施加高频电压，对比正常电抗器和故障电抗器对施加 电压呈现不同的衰减常数，从而判断电抗器的匝间绝缘状态，该方法仅对已经出现匝间绝 缘缺陷的电抗器有效果，而对存在匝间绝缘隐患而又未发生绝缘击穿的电抗器则无法实现 检测功能。公开号为CN105445630的一种干式空心电抗器匝间绝缘测试装置，包括输入模 块、干式空心电抗器、监测电路、MCU系统、过流保护电路、总线模块、显示模块、信号转换开 关、数/转换电路、输入操作模块;监测电路包括电压监测电路、无功电流监测电路、有功电 流监测电路、功率因素监测电路，输入模块包括调压器、高压脉冲电路、高频振荡电路，干式 空心电抗器输入端连接高频振荡电路，输出端连接无功电流监测电路、有功电流监测电路、 功率因素监测电路。
[0007] 因此，对不同使用条件下的干式空心电抗器匝间绝缘进行试验研究，实现干式空 心电抗器匝间绝缘的现场检测，就显得愈发重要。
【发明内容】
[0008] 有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种干式空心电抗器匝间 绝缘性能检测系统及方法，能够对35千伏干式空心电抗器现场进行感应耐压试验，完成现 场对电抗器的升压操作。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下：
[0010] -种干式空心电抗器匝间绝缘性能检测系统，其中，包括高压开关柜、变频试验电 源、试验变压器、无功功率补偿单元、局部放电监测单元和被试品单元，所述高压开关柜接 入380V三相交流电流，所述高压开关柜、变频试验电源、试验变压器、无功功率补偿单元、局 部放电监测单元、被试品单元依次连接;所述局部放电监测单元包括親合电容、测量阻抗和 局部放电测试仪，所述被测品单元包括干式空心电抗器和交流电压测量单元，所述干式空 心电抗器和交流电压测量单元并联;所述试验变压器激发谐振回路，通过变频试验电源输 出频率使得回路中的无功功率补偿单元与被试品单元产生并联谐振。
[0011]优选的，所述试验变压器的高压回路中串联电流表。
[0012] 优选的，所述无功功率补偿单元采用油浸式密集型补偿电容器组。
[0013] 优选的，：所述无功功率补偿单元由多个电容器组串联组成，所述的电容器组由多 支电容器并联组成。
[0014] 优选的，所述试验变压器为励磁变压器。
[0015] -种干式空心电抗器匝间绝缘性能检测方法，其中，包括如下步骤：
[0016] 1)根据现场设备参数进行计算，选择无功补偿装置投切数量，通过干式空心电抗 器参数计算出现场试验电压值U，按照1.3倍的额定电压水平计算，即U=Ul*1.3，Ul代表干式 空心电抗器额定工作电压；
[0017] 2)根据变频试验电源额定输出电压频率范围，考虑完全补偿的情况下，选择无功 功率补偿单元电容量：
[0018]
[0019] 其中，C:补偿电容器电容量;L:被试空心电抗器电感值;f:试验频率；
[0020] 3)对试验电压下流过补偿电容器组的电流1。进行计算：
[0021]
[0022 ]其中，I c:补偿电容器电流;U:试验电压值;W:角频率；
[0023] 4)对流过试验变压器的电流12进行计算：
[0024]
[0025] 其中，12:试验变压器电流；IL:被试干式空心电抗器电流；I c:补偿电容器电流;U: 试验电压值;f:试验频率；
[0026] 5)对电流IC、I2的数值进行分析，并联补偿电容器和试验变压器的技术参数是否满 足要求；
[0027] 6)计算预演完毕，连接现场设备，进行干式空心电抗器的匝间绝缘性能考核试验。
[0028] 优选的，所述步骤6)包括如下步骤：
[0029] 按照计算数据及被试品参数选择合适的补偿电容器组，并连接整个试验加压回 路；
[0030] 在耦合电容器上连接检测阻抗、局部放电检测信号电缆以及局部放电检测仪；
[0031] 按照方波校准程序，利用校验方波装置在干式空心电抗器匝间绝缘性能检测系统 上进行500pC的方波校准，并观察背景噪声；
[0032] 合上电源开关，缓慢进行电压升高，同时监测电流值并与计算结果进行对比；
[0033]试验结束后，直接将电压将至0V，并切断电源。
[0034]优选的，所述缓慢进行电压升高，包括：
[0035]首先升压至0.5倍U，观察局部放电量并持续1分钟，无异常则继续升压至0.8倍U， 观察局部放电量并持续1分钟，无异常则直接升压至U，并持续1分钟记录局部放电量。
[0036]本发明的有益效果是：
[0037] 1)本发明能够对干式空心电抗器现场进行感应耐压试验，完成现场对电抗器匝间 绝缘的考核；
[0038] 2)本发明所需升压试验变压器额定电压低，降低了试验变压器的制造难度；
[0039] 3)本发明自带局部放电监测单元，可以对试验过程中局部放电情况进行测量。
[0040] 4)本发明自带无功补偿电容器，所需有功电源容量小，可以实现现场试验的要求。
[0041] 5)本发明的方法清晰，突破了传统干式空心电抗器无法在现场进行匝间绝缘有效 的瓶颈，使干式空心电抗器现场进行感应耐压成为可能，同时在试验过程中对局部放电量 水平进行监测，填补了国内现场考核干式空心电抗器匝间绝缘性能的空白，有效干式空心 电抗器的安全运行。
【附图说明】
[0042]图1是本发明干式空心电抗器匝间绝缘性能检测系统的原理框图。
[0043] 图2是本发明干式空心电抗器匝间绝缘性能检测系统局部放电监测单元的电路原 理图。
[0044] 图3是本发明干式空心电抗器匝间绝缘性能检测方法的流程图。
【具体实施方式】
[0045]下面结合附图对发明技术方案进一步说明：
[0046] 实施例一：
[0047] 如图1所示，本发明包括高压开关柜1、变频试验电源2、励磁变压器3、无功功率补 偿单元4、局部放电监测单元5和被测品单元6,高压开关柜1接入380V三相交流电流，高压开 关柜1、变频试验电源2与励磁变压器3依次电连接，励磁变压器3将变频试验电源2的输出电 压山升压为U 2,励磁变压器3的高压回路中串联电流表。局部放电监测单元5由耦合电容器 Ck、检测阻抗ZM和局放测试仪Μ组成。无功功率补偿单元4由3个相同的电容器组C1~C3组成， 其中，电容器组C1-C3均由三支电容器并联而成，这三组电容器组并联在一起用以增加无功 补偿的容量。被测品单元6包括干式空心电抗器和交流电压测量单元，所述干式空心电抗器 和交流电压测量单元并联。
[0048] 励磁变压器3激发谐振回路，通过变频试验电源2输出频率使得回路中的无功功率 补偿单元4与被试品单元6产生并联谐振，实现无功功率的完全补偿。高压开关柜1对励磁变 压器3起到保护的作用，防止电流过大损坏设备。局部放电监测单元5通过耦合电容器C K、检 测阻抗ZM和局放测试仪M，利用脉冲电流法的原理，对整个加压系统的局部放电水平进行监 测和考核。
[0049] 本发明在试验时通过励磁变压器3将变频试验电源2的输出电压升到合适的电压 值，以激发整个试验回路，动态调节变频试验电源2的输出频率和无功功率补偿单元4的电 容器组投切组数，使无功功率补偿单元和被测电抗器在变频试验电源频率范围内（30Hz-300Hz)实现并联谐振，从而实现无功功率的完全补偿，此时变频试验电源2的输出频率即为 试验频率，被试品6所加电压即为谐振电压。根据并联谐振原理，该试验系统利用高压电抗 器和和补偿电容器谐振产生高电压和大电流，电源仅需提供系统中有功消耗的部分，所需 的电源容量大幅减小，实验设备的体积和重量也大幅减小。并且试验系统中引入脉冲电流 法的局部放电监测单元，从而实现了对整个试验回路，特别是被试品6局部放电水平的检测 和考核。
[0050] 实施例二
[0051] 如图3所示，本实施例提供了一种干式空心电抗器匝间绝缘性能检测方法，包括如 下步骤：
[0052] 1)根据现场设备参数进行计算，选择无功补偿装置投切数量，通过干式空心电抗 器参数计算出现场试验电压值U，按照1.3倍的额定电压水平计算，即U=Ul*1.3，Ul代表干式 空心电抗器额定工作电压；
[0053] 2)根据变频试验电源额定输出电压频率范围，考虑完全补偿的情况下，选择无功 功率补偿单元电容量：
[0054]
[0055] 其中，C:补偿电容器电容量;L:被试空心电抗器电感值;f:试验频率；
[0056] 3)对试验电压下流过补偿电容器组的电流1。进行计算：
[0057]
[0058] 其中，I c:补偿电容器电流;U:试验电压值;W:角频率；
[0059] 4)对流过试验变压器的电流12进行计算：
[0060]
[00611 其中，12:试验变压器电流；Il :被试干式空心电抗器电流；I c:补偿电容器电流;U: 试验电压值;f:试验频率；
[0062] 5)对电流IC、I2的数值进行分析，并联补偿电容器和试验变压器的技术参数是否满 足要求;若该技术参数不满足要求，则更换补偿电容器和试验变压器了；
[0063] 6)计算预演完毕，连接现场设备，进行干式空心电抗器的匝间绝缘性能考核试验。
[0064] 步骤6)包括如下步骤：
[0065]步骤61)按照计算数据及被试品参数选择合适的补偿电容器组，并连接整个试验 加压回路；
[0066] 步骤62)在耦合电容器上连接检测阻抗、局部放电检测信号电缆以及局部放电检 测仪；
[0067] 步骤63)按照方波校准程序，利用校验方波装置在干式空心电抗器匝间绝缘性能 检测系统上进行500pC的方波校准，并观察背景噪声(尽量不大于200pC);
[0068] 步骤64)合上电源开关，缓慢进行电压升高，同时监测电流值并与计算结果进行对 比；
[0069] 为了提高安全性，缓慢进行电压升高步骤包括:首先升压至0.5倍U，观察局部放电 量并持续1分钟，无异常则继续升压至0.8倍U，观察局部放电量并持续1分钟，无异常则直接 升压至U，并持续1分钟记录局部放电量；
[0070] 步骤65)试验结束后，直接将电压将至0V，并切断电源。
[0071] 交流电压测量单元可以对干式空心电抗器的电压进行监测，保证对耐压试验的干 式空心电抗器电压进行监测。方法中设备技术参数是否满足要求是指计算所得的电流或者 电压在设备的额定参数之内，不会对设备造成损坏，保证试验的顺利进行。
[0072] 实施例三
[0073] 如图2所示，由于本发明在局部放电监测单元5中使用了脉冲电流法进行局部放电 量的监测，因此需要在加压试验开始前，对整个试验系统进行局放量(局部放电量）的校准， 利用标准电容器和方波发生器，对整个试验回路进行校准，其中方波发生器输出一端接地， 另一端利用信号线输出方波信号，并施加在耦合电容器的首端，以500pC为例，此时调整方 波输出使其输出为500pC，同时在局部放电检测仪上应能读出方波信号，按照局部放电检测 仪的使用说明进行方波校准即可。
[0074] 本发明的方法清晰，突破了传统干式空心电抗器无法在现场进行匝间绝缘有效的 瓶颈，使干式空心电抗器现场进行感应耐压成为可能，同时在试验过程中对局部放电量水 平进行监测，填补了国内现场考核干式空心电抗器匝间绝缘性能的空白，有效干式空心电 抗器的安全运行。
[0075]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通 技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案 的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1. 一种干式空屯、电抗器应间绝缘性能检测系统，其特征在于:包括高压开关柜、变频试 验电源、试验变压器、无功功率补偿单元、局部放电监测单元和被试品单元，所述高压开关 柜接入380VS相交流电流，所述高压开关柜、变频试验电源、试验变压器、无功功率补偿单 元、局部放电监测单元、被试品单元依次连接;所述局部放电监测单元包括禪合电容、测量 阻抗和局部放电测试仪，所述被测品单元包括干式空屯、电抗器和交流电压测量单元，所述 干式空屯、电抗器和交流电压测量单元并联;所述试验变压器激发谐振回路，通过变频试验 电源输出频率使得回路中的无功功率补偿单元与被试品单元产生并联谐振。2. 权利要求1所述的一种干式空屯、电抗器应间绝缘性能检测系统，其特征在于:所述试 验变压器的高压回路中串联电流表。3. 权利要求1所述的一种干式空屯、电抗器应间绝缘性能检测系统，其特征在于:所述无 功功率补偿单元采用油浸式密集型补偿电容器组。4. 如权利要求1所述的一种干式空屯、电抗器应间绝缘性能检测系统，其特征在于:所述 无功功率补偿单元由多个电容器组串联组成，所述的电容器组由多支电容器并联组成。5. 如权利要求1所述的一种干式空屯、电抗器应间绝缘性能检测系统，其特征在于:所述 试验变压器为励磁变压器。6. -种干式空屯、电抗器应间绝缘性能检测方法，其特征在于:包括如下步骤： 1) 根据现场设备参数进行计算，选择无功补偿装置投切数量，通过干式空屯、电抗器参 数计算出现场试验电压值U，按照1.3倍的额定电压水平计算，目阳二化*1.3,化代表干式空屯、 电抗器额定工作电压； 2) 根据变频试验电源额定输出电压频率范围，考虑完全补偿的情况下，选择无功功率 补偿单元电容量：其中，C:补偿电容器电容量;U被试空屯、电抗器电感值;f:试验频率； 3) 对试验电压下流过补偿电容器组的电流Ic进行计算：其中，Ic:补偿电容器电流;U:试验电压值;W:角频率； 4) 对流过试验变压器的电流12进行计算：其中，12:试验变压器电流；II:被试干式空屯、电抗器电流；Ic:补偿电容器电流;U:试验 电压值;f:试验频率； 5) 对电流Ic、l2的数值进行分析，并联补偿电容器和试验变压器的技术参数是否满足要 求； 6) 计算预演完毕，连接现场设备，进行干式空屯、电抗器的应间绝缘性能考核试验。7. 根据权利要求6所述的一种干式空屯、电抗器应间绝缘性能检测方法，其特征在于： 所述步骤6)包括如下步骤： 按照计算数据及被试品参数选择合适的补偿电容器组，并连接整个试验加压回路； 在禪合电容器上连接检测阻抗、局部放电检测信号电缆W及局部放电检测仪； 按照方波校准程序，利用校验方波装置在干式空屯、电抗器应间绝缘性能检测系统上进 行5(K)pC的方波校准，并观察背景噪声； 合上电源开关，缓慢进行电压升高，同时监测电流值并与计算结果进行对比； 试验结束后，直接将电压将至0V，并切断电源。8.根据权利要求7所述的一种干式空屯、电抗器应间绝缘性能检测方法，其特征在于:所 述缓慢进行电压升高，包括： 首先升压至0.5倍U，观察局部放电量并持续1分钟，无异常则继续升压至0.8倍U，观察 局部放电量并持续1分钟，无异常则直接升压至U，并持续1分钟记录局部放电量。
【文档编号】G01R31/12GK105974290SQ201610581682
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月22日
【发明人】李予全, 王伟, 邵颖彪, 郑含博, 赵磊, 马伦, 李晓纲, 郭磊, 蒲兵舰, 钱诗林, 张博, 白银浩, 谢伟
【申请人】国网河南省电力公司电力科学研究院, 国家电网公司