专利名称：一种基于频域介电谱的高压套管绝缘检测方法
技术领域：
本发明涉及高电压设备绝缘检测技术领域，具体涉及一种基于频域介电谱的高压套管绝缘检测方法，该方法采用基于频域介电谱试验对套管的绝缘进行检测。
背景技术：
随着超、特高压输电工程的建设，电力输送电压等级的升高和输电容量的增加，对输变电设备安全稳定运行的要求日益提高。高压套管是电力设备中广泛使用的起支撑和绝缘作用的最重要的附件之一，其质量缺陷或故障导致的后果极为恶劣，或造成巨大的经济损失甚至人员伤亡。目前基于介质响应理论的频域介电谱(frequency domainspectroscopy, FDS)测试方法广泛应用于高压设备的绝缘状态检测，用于评估高压设备的绝缘受潮和老化状态。频域介电谱的测量原理是对被试设备施加一个低电压(一般不超过200V)的O. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围内变化的正弦电压信号，检测设备在不同频率下的介质损耗因数，通过设备介质损耗因数的频率特性来判断设备的绝缘状况。目前对套管绝缘检测方法是依据电力行业标准《DL/T596-2005电力设备预防性试验规程》，对套管进行50Hz工频IOkV电压下的介质损耗因数(tan δ )测量，以50Hz介质损耗因数是否小于一定限值来判断套管绝缘的老化和受潮状态。发明专利ZL03124730. X《在线监测变压器套管绝缘隐患的方法》也提出了在线监测50Hz下变压器套管介质损耗因数并用于判断套管绝缘状态的方法。工频下介质损耗因数测量虽然可以发现部分套管的绝缘受潮及老化，但是其获取的信息量有限，采用单一频率点的介质损耗因数判断设备的绝缘状态具有一定局限性。经常会发现有绝缘受潮或处理老化后期的套管，其工频50Hz的介质损耗因数符合标准要求，但是通过分析其介质损耗频率特性可以判断已经受潮。在电力行业，也发生过多起经耐压和局部放电试验合格的变压器套管，在正常运行状态下发生爆炸的恶性事故。因此使用较宽频段下测量的套管介质损耗因数频率特性来判断套管的绝缘 状态比单一工频下的介质损耗因数判断更准确。但是套管的介质损耗因数存在电压特性，即Garton效应。Garton效应是在含有纸的绝缘介质中，较低电压下的介质损耗因数可能是其在较高电压下的I 10倍。停运或放置时间较长的套管容易出现Garton效应，因为其油中杂质、水分的分布情况与运行工况下的套管存在一定差异。对于运行中的套管，由于电场作用，杂质、水分附着在电容屏表面、套管瓷套内壁，介质空间的杂质相对减少，极化损耗相对比较小；而长时间静置的套管，其内部杂质、水分等处于悬浮状态，进行低电压介损试验时，离子的空间电荷极化严重，使得测量的tan δ值相对偏高。所以推荐进行套管运行电压下的介质损耗测量。目前的频域介电谱测试仪器，其电压一般不超过200V，即便最高可到2kV的电压也远小于高压套管的运行电压，而0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围的高电压测试设备具有较大的难度。因此低电压下的频域介电谱测量可能导致测试的介质损耗结果和套管真实状态可能差别很大，影响检测和诊断结果O为了准确地对高压套管进行绝缘状态检测和评估，克服单一频率和低电压下介质损耗测试的缺点，有必要对O. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ的频域介电谱测试获得的套管介质损耗频率曲线进行修正和处理，避免Garton效应的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有频域介电谱试验获取的套管低电压下的介质损耗频率特性和传统单一工频介质损耗测量评估套管绝缘状态的不足，提供一种能够避免套管Garton效应的影响，较准确获取套管O. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围内真实介质损耗频率特性，从而达到准确评估套管绝缘状态的一种基于频域介电谱的高压套管绝缘检测方法。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种基于频域介电谱的高压套管绝缘检测方法，其包括以下步骤步骤一将变频电源连接到被试套管的高压端，断开串联谐振升压装置与被试套管的高压端的连接线，将标准电压互感器连接至被试套管的高压端检测电压信号，将电流检测模块连接被试套管的末屏端子，控制变频电源输出频率在O. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围，幅值 IOOV的电压，通过测量电压和电流信号的相位差，从而检测出O. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围IOOV电压的套管介质损耗因数(tan δ )的频率曲线；步骤二 将串联谐振升压装置与被试套管的高压端连接，断开变频电源与被试套管的高压端的连接线，将标准电压互感器连接至被试套管的高压端检测电压信号，将电流检测模块连接被试套管的末屏端子，通过调整串联谐振升压装置的电压频率和幅值，获取40Hz-300Hz范围内不少于5个频率点，且电压为套管额定电压的套管介质损耗因数tan δ ；步骤三将40ΗΖ-300ΗΖ范围额定电压下测量的5个频率点的套管介质损耗因数(tan δ )与0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围100V电压的套管介质损耗因数(tan δ )频率曲线进行比对，若5个测量点的tan δ与0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围测量的tan δ频率曲线在相同频率点上的介质损耗因数的偏差都〈5%，即认为低电压下0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围测量的套管介质损耗因数未受Garton效应的影响，0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围低电压下测量的tan δ值测量值有效，可通过该组0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ的tan δ频率曲线判断套管的绝缘状态；步骤四若5个测量点的tan δ与0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围测量的tan δ在相同频率点上的介质损耗因数的偏差都>5%，即认为低电压下0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围测量的套管介质损耗因数受到了 Garton效应的影响，该组数据无效；步骤五由于放置时间较长的套管容易出现Garton效应，由于Garton效应的影响，一般低电压下tan δ大于高电压下tan δ ;在此情况下，通过串联谐振升压装置给套管持续施加额定电压一个小时后测量某个频率点的tan δ i，然后降压到IOOV观测相同频率点的tan δ 2值；步骤六由于电场作用，在套管施加额定电压时，其内部杂质、水分附着在套管电容屏表面、瓷套内壁，介质空间的杂质相对减少，极化损耗相对比较小，可使介质损耗降低。如果tan δ 2与tan δ 的偏差〈5%，则认为套管Garton效应影响较小，应立即采用变频电源进行IOOV电压下的试验，获取套管在0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围的tan δ频率曲线判断套管的绝缘状态；步骤七如果tan δ 2与tan δ j的偏差>5%,则认为套管受Garton效应的影响较大，可重复步骤五，直至tan δ 2与tan δ :的偏差〈5%后进行步骤六，获取获取套管在O. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围的tan δ频率曲线判断套管的绝缘状态。本发明的有益效果是通过本发明，避免了 Garton效应对低电压下tan δ测量的影响，获取了套管在O. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围低电压下的真实tan δ频率曲线并用来判断套管的绝缘状态，相比传统采用套管单一 50Hz频率点的tan δ判断套管绝缘状态，提高了判断的准确性。本发明的试验和测量装置结构简单、容易实现，避免了采用高电压下进行O. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围tan δ测量其试验装置难以实现的难题。
图1为本发明的基于频域介电谱的高压套管绝缘检测装置的结构图；图2为本发明的测量流程图。图1中I一被试套管的高压端，2—被试套管的末屏端子，3—被试套管的法兰，4一标准电压互感器，5-电流检测模块，6变频电源与被试套管的高压端的连接线，7-串联谐振升压装置与被试套管的高压端的连接线，8 —串联谐振升压装置，9-变频电源，10-测量与控制模块。
具体实施例方式以下结合附图进一步说明本发明实施例。如图1、图2所示，一种基于频域介电谱的高压套管绝缘检测方法，其包括以下步骤步骤一将变频电源9连接到被试套管的高压端1，断开串联谐振升压装置8与被试套管的高压端I的连接线7，将标准电压互感器4连接至被试套管的高压端I检测电压信号，将电流检测模块5连接被试套管的末屏端子2，控制变频电源9输出频率在0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围，幅值100V的电压，通过测量电压和电流信号的相位差，从而检测出0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围100V电压的套管介质损耗因数(tan δ )的频率曲线；步骤二 将串联谐振升压装置8与被试套管的高压端I连接，断开变频电源9与被试套管的高压端I的连接线6，将标准电压互感器4连接至被试套管的高压端I检测电压信号，将电流检测模块5连接被试套管的末屏端子2，通过调整串联谐振升压装置8的电压频率和幅值，获取40Hz-300Hz范围内不少于5个频率点，且电压为套管额定电压的套管介质损耗因数tan δ ；步骤三将40Ηζ-300Ηζ范围额定电压下测量的5个频率点的套管介质损耗因数tan δ与0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围100V电压的套管介质损耗因数tan δ频率曲线进行比对，若5个测量点的tan δ与0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围测量的tan δ频率曲线在相同频率点上的介质损耗因数的偏差都〈5%，即认为低电压下0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围测量的套管介质损耗因数未受Garton效应的影响，0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围低电压下测量的tan δ值测量值有效，可通过该组0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ的tan δ频率曲线判断套管的绝缘状态；步骤四若5个测量点的tan δ与O. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围测量的tan δ在相同频率点上的介质损耗因数的偏差都>5%，即认为低电压下0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围测量的套管介质损耗因数受到了 Garton效应的影响，该组数据无效；
步骤五由于放置时间较长的套管容易出现Garton效应，由于Garton效应的影响，一般低电压下tan δ大于高电压下tan δ ;在此情况下，通过串联谐振升压装置给套管持续施加额定电压一个小时后测量某个频率点的tan δ i，然后降压到IOOV观测相同频率点的tan δ 2值；步骤六由于电场作用，在套管施加额定电压时，其内部杂质、水分附着在套管电容屏表面、瓷套内壁，介质空间的杂质相对减少，极化损耗相对比较小，可使介质损耗降低。如果tan δ 2与tan δ 的偏差〈5%，则认为套管Garton效应影响较小，应立即采用变频电源9进行IOOV电压下的试验，获取套管在O. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围的tan δ频率曲线判断套管的绝缘状态；步骤七如果tan δ 2与tan δ i的偏差>5%，则认为套管受Garton效应的影响较大，可重复步骤五，直至tan δ 2与tan δ :的偏差〈5%后进行步骤六，获取获取套管在O. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围的tan δ频率曲线判断套管的绝缘状态。 以下例举一个实施实例进一步具体说明本发明实施步骤将变频电源9连接到被试套管的高压端1，断开串联谐振升压装置8与被试套管的高压端I的连接线7，将标准电压互感器4连接至被试套管的高压端I检测电压信号，将电流检测模块5连接套管的末屏端子2，将被试套管的法兰3接地，通过测量与控制模块10控制变频电源9输出频率在O. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围，幅值IOOV的电压，测量与控制模块10连接标准电压互感器4和电流检测模块5，分别获取电压和电流信号，从而检测出
O.ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围IOOV电压的套管介质损耗因数(tan δ )的频率曲线。将串联谐振升压装置8与被试套管的高压端I的连接，断开变频电源9与被试套管的高压端I的连接，将标准电压互感器4连接被试套管的高压端I检测电压信号，将电流检测模块5连接套管的末屏端子2，套管法兰3接地，测量与控制模块10调整串联谐振升压装置8的电压频率和幅值，测量与控制模块10连接标准电压互感器4和电流检测模块5，获取40Hz-300Hz范围内至少5个频率点，且电压为套管额定电压的套管介质损耗因数tanS，如在额定电压下的(B组数据)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%。对比0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围，100V电压下测量的介质损耗因数在相同频率点上分别为(A 组数据)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%,对比两组数据，发现低电压下的tan δ值比额定电压下的tan δ值偏大10%以上。认为低电压下的介损测量受到了套管Garton效应的影响，0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围100V电压的套管tan δ数据为无效数据，若通过该组数据判断套管的绝缘状态，可能将状态良好的套管评估为处于老化状态的套管。在此情况下，通过串联谐振升压装置8给套管高压端I持续施加额定电压I个小时后测量65Hz的tan δ 1=0. 351%，然后降压到100V，65Hz的tan δ 2=0. 362%，两者偏差小于5%，认为低电压测量的tan δ有效。立即断开串联谐振升压装置8与套管高压端的连线7，连接变频电源9和套管高压端1，进行0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围100V电压的套管介质损耗因数测试，对比相同的频率测试点其结果为(C组数据)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%,与之前额定电压下测量的(B 组数据)相应频率点的介质损耗相比，偏差小于5%，认为C组数据的0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围100V电压的套管介质频率曲线有效，可通过该曲线判断套管的绝缘状态，最终通过该曲线判断该套管状态良好。权利要求
1.一种基于频域介电谱的高压套管绝缘检测方法，其特征在于其包括以下步骤步骤一将变频电源连接到被试套管的高压端，断开串联谐振升压装置与被试套管的高压端的连接线，将标准电压互感器连接至被试套管的高压端检测电压信号，将电流检测模块连接被试套管的末屏端子，控制变频电源输出频率在O. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围，幅值IOOV的电压，通过测量电压和电流信号的相位差，从而检测出O. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围100V电压的套管介质损耗因数(tan δ )的频率曲线； 步骤二 将串联谐振升压装置与被试套管的高压端连接，断开变频电源与被试套管的高压端的连接线，将标准电压互感器连接至被试套管的高压端检测电压信号，将电流检测模块连接被试套管的末屏端子，通过调整串联谐振升压装置的电压频率和幅值，获取40Hz-300Hz范围内不少于5个频率点，且电压为套管额定电压的套管介质损耗因数tan δ ； 步骤三将40Ηζ-300Ηζ范围额定电压下测量的5个频率点的套管介质损耗因数(tan δ )与O. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围100V电压的套管介质损耗因数(tan δ )频率曲线进行比对，若5个测量点的tan δ与0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围测量的tan δ频率曲线在相同频率点上的介质损耗因数的偏差都〈5%，即认为低电压下0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围测量的套管介质损耗因数未受Garton效应的影响，0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围低电压下测量的tan δ值测量值有效，可通过该组0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ的tan δ频率曲线判断套管的绝缘状态； 步骤四若5个测量点的tan δ与Ο.ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围测量的tanS在相同频率点上的介质损耗因数的偏差都>5%，即认为低电压下0. ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围测量的套管介质损耗因数受到了 Garton效应的影响，该组数据无效； 步骤五由于放置时间较长的套管容易出现Garton效应，由于Garton效应的影响,一般低电压下tan δ大于高电压下tan δ ;在此情况下，通过串联谐振升压装置给套管持续施加额定电压一个小时后测量某个频率点的tan S1，然后降压到IOOV观测相同频率点的tan δ 2 值； 步骤六由于电场作用，在套管施加额定电压时，其内部杂质、水分附着在套管电容屏表面、瓷套内壁，介质空间的杂质相对减少，极化损耗相对比较小，可使介质损耗降低。如果tan δ 2与tan δ 的偏差〈5%，则认为套管Garton效应影响较小，应立即采用变频电源进行IOOV电压下的试验，获取套管在Ο.ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围的tanS频率曲线判断套管的绝缘状态； 步骤七如果tan δ 2与tan δ i的偏差>5%，则认为套管受Garton效应的影响较大，可重复步骤五，直至tan 62与tan S1的偏差〈5%后进行步骤六，获取获取套管在O.ΟΟΙΗζ-ΙΟΟΟΗζ范围的tan δ频率曲线判断套管的绝缘状态。
全文摘要
本发明涉及高电压设备绝缘检测技术领域，具体涉及一种基于频域介电谱的高压套管绝缘检测方法，该方法采用基于频域介电谱试验对套管的绝缘进行检测。通过本发明，避免了Garton效应对低电压下tanδ测量的影响，获取了套管在0.001Hz-1000Hz范围低电压下的真实tanδ频率曲线并用来判断套管的绝缘状态，相比传统采用套管单一50Hz频率点的tanδ判断套管绝缘状态，提高了判断的准确性。本发明的试验和测量装置结构简单、容易实现，避免了采用高电压下进行0.001Hz-1000Hz范围tanδ测量其试验装置难以实现的难题。
文档编号G01R27/26GK102981062SQ20121055892
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月20日 优先权日2012年12月20日
发明者杜振波, 彭炽刚, 聂德鑫, 陈元庆, 汤振鹏, 陈钢, 麦汉源, 邓小强, 刘诣, 罗先中, 邓建钢, 张连星 申请人:国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司, 国家电网公司