一种测试变压器油纸绝缘频域介电响应的方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种测试变压器油纸绝缘频域介电响应的方法及装置，包括变频信号发生器（1）、信号调理模块（3）、信号采集模块（8）以及处理模块（11），所述的变频信号发生器（1）的信号输出端连接到被测变压器（2）的输入端，被测变压器（2）的输出端连接到信号调理模块（3）的接收端以及信号采集模块（8）的接收端。本发明的有益效果是：本发明测试方法及装置操作简单，测量精度高，抗干扰能力强，测量结果信息丰富，能够在复杂的现场环境中完成变压器油纸绝缘频域介电响应特性的测量工作，且本发明测试方法及装置成本低廉，能够在国内电力系统中得到推广应用，进一步完善变压器油纸绝缘老化状态评估和故障诊断，对电力系统可靠运行具有重要意义。
【专利说明】-种测试变压器油纸绝缘频域介电响应的方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及到一种介电响应的测试装置以及方法，特别是涉及到一种测试变压器 油纸绝缘频域介电响应的方法及装置。
【背景技术】
[0002] 油浸式电力变压器作为电力系统中能量转换和传输的核心设备，其安全、可靠运 行对于电力的稳定供应具有决定性的意义。大部分电力变压器以油纸绝缘作为其内部的主 绝缘系统，在实际运行过程中，油纸绝缘系统由于受到电、热、化学、机械等应力的作用而逐 渐老化，老化严重时可能引发变压器故障乃至影响整个电网的供电。对于老化前期的电力 变压器，需要采取有效的维护措施以延长其使用寿命；对于老化中期的电力变压器，需要采 取及时有效的检修措施以消除故障隐患；对于老化后期的电力变压器，需要及时更换以避 免故障的发生。鉴于经济和技术上的考虑，亟需对使用中的电力变压器油纸绝缘老化状态 和剩余寿命进行准确评估，从而指导实际运行中变压器的运行维护管理，保障设备安全运 行。能够有效评估变压器油纸绝缘老化状态的特征参量数量众多，其中传统的特征参量包 括绝缘纸聚合度、抗拉伸强度、水分含量以及绝缘油中溶解气体含量、糠醛含量、酸值等，但 是获取这些特征参量需要对变压器油纸绝缘进行采样并经历一系列复杂繁琐的化学测量 过程，不仅会对实际运行中的变压器内部结构造成损伤，而且操作困难，无法及时地对变压 器油纸绝缘老化状态进行准确评估。
[0003] 近年来，以介电响应理论为基础的变压器绝缘老化状态无损诊断技术受到了研 究学者的广泛关注，其中包括回复电压法（RVM)和极化去极化电流法（PDC)。回复电压法 (RVM)是利用固体材料在直流电压下的极化特性，获得其回复电压曲线及参数，通过相关参 数与含水量和老化程度等的关系对固体绝缘老化状况进行判断，但回复电压法只能判断油 纸绝缘的整体老化状态。极化去极化电流法（PDC)通过在绝缘试样两端施加一定幅值的直 流电压,试样会由于极化特性产生极化电流，接通一定时间后短接试样，流过试样的电流突 然转向，产生去极化电流。通过分析极化去极化电流曲线可以分别判断绝缘油和绝缘纸的 老化状态，但是极化电流难以准确测得，易受外界干扰。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种测试变压器油纸绝 缘频域介电响应的方法及装置，解决现有的变压器油纸绝缘测试方法，其中回复电压法只 能测试油纸绝缘整体老化状态，具有测试不全面缺陷，而去极化电流法容易受到外界干扰， 使得测试不准确的缺点。
[0005] 本发明的目的通过下述技术方案实现：一种测试变压器油纸绝缘频域介电响应的 装置，包括变频信号发生器、信号调理模块、信号采集模块以及处理模块，所述的变频信号 发生器的信号输出端连接到被测变压器的输入端，被测变压器的输出端连接到信号调理模 块的接收端以及信号采集模块的接收端，信号调理模块的输出也连接到信号采集模块的接 收端，信号采集模块的输出连接处理模块，变频信号发生器的控制端也连接到处理模块上。 本装置中，处理模块的作用，一是控制变频信号发生器的输出，二是通过收到的信息计算出 被测变压器中油纸绝缘复电容和介电损耗因数，工作人员即通过计算出的数据，判断被测 变压器的老化状况，信号调节模块主要是对被测变压器的信号进行调节，主要有滤波放大 的作用，信号采集模块是采集存储收到的信号，然后发送到处理模块。本发明的测变压器的 输出要分别输出到信号调理模块和信号采集模块，验证放大倍数是否一致，避免较大的误 差。
[0006] 进一步，上述的信号调理模块包括依次连接的电流放大器、低通滤波器、带阻滤波 器以及电压放大器，电流放大器即连接到被测变压器的输出，电压放大器即连接到信号采 集模块。
[0007] 进一步，上述的信号采集模块包括A/D转换器和单片机，所述的A/D转换器的输出 连接到单片机，单片机的输出连接到处理模块。A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，方 便存储和处理。
[0008] -种测试变压器油纸绝缘频域介电响应的方法，包括以下步骤： (1) 被测变压器为一个停运的电力变压器，其高压端和低压端的三相分别并联连接，如 需测试高压端和低压端之间的油纸绝缘频域介电响应特性，则被测变压器的输入端、输出 端分别是其高压端、低压端；如需测试低压端对地的油纸绝缘频域介电响应特性，则被测变 压器的输入端、输出端分别是其低压端、接地端；如需测试高压端对地的油纸绝缘频域介电 响应特性，则被测变压器的输入端、输出端分别是其高压端、接地端； (2) 接线完毕后，变频信号发生器由处理模块控制向被测变压器输出电压信号，该电压 信号的幅值范围为(T200V，频率范围为1(Γ 3~103Ηζ，被测变压器向信号调节模块以及信号采 集模块分别输出电流信号，该电流信号的幅值为1〇_ 12Α~1(Γ6Α，该电流信号首先由电流放大 器放大，被转换为电压信号，再由低通滤波器、带阻滤波器滤波处理，然后由电压放大器再 次放大信号，然后发送到信号采集模块，信号采集模块会接收到两个信号，一个是被测变压 器直接发送的电流信号，还有一个是该电流信号被信号调节模块处理后的电压信号，A/D转 换器将接收到的模拟信号转换为数字信号，然后由单片机收集信号并发送到处理模块； (3) 处理模块对数字信号进行处理，从而计算出被测变压器的复电容和介电损耗因数。
[0009] 进一步，上述被测变压器输入电压信号
【权利要求】
1. 一种测试变压器油纸绝缘频域介电响应的装置，其特征在于，包括变频信号发生器 (1)、信号调理模块（3)、信号采集模块（8)以及处理模块（11)，所述的变频信号发生器（1) 的信号输出端连接到被测变压器（2)的输入端，被测变压器（2)的输出端连接到信号调理 模块（3)的接收端以及信号采集模块（8)的接收端，信号调理模块（3)的输出也连接到信号 采集模块（8)的接收端，信号采集模块（8)的输出连接处理模块（11)，变频信号发生器（1) 的控制端也连接到处理模块（11)上。
2. 根据权利要求1所述的一种测试变压器油纸绝缘频域介电响应的装置，其特征在 于，所述的信号调理模块（3)包括依次连接的电流放大器（4)、低通滤波器（5)、带阻滤波器 (6)以及电压放大器（7)，电流放大器（4)即连接到被测变压器（2)的输出，电压放大器（7) 即连接到信号采集模块（8)。
3. 根据权利要求1或2所述的一种测试变压器油纸绝缘频域介电响应的装置，其特征 在于，所述的信号采集模块（8)包括A/D转换器（9)和单片机（10)，所述的A/D转换器（9) 输出连接到单片机（10)，单片机（10)的输出连接到处理模块（11 )。
4. 一种测试变压器油纸绝缘频域介电响应的方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 被测变压器（2)为一个停运的电力变压器，其高压端和低压端的三相分别并联连 接，如需测试高压端和低压端之间的油纸绝缘频域介电响应特性，则被测变压器（2)的输入 端、输出端分别是其高压端、低压端；如需测试低压端对地的油纸绝缘频域介电响应特性， 则被测变压器的输入端、输出端分别是其低压端、接地端；如需测试高压端对地的油纸绝缘 频域介电响应特性，则被测变压器的输入端、输出端分别是其高压端、接地端； (2) 接线完毕后，变频信号发生器（1)由处理模块（11)控制向被测变压器（2)输出电 压信号，该电压信号的幅值范围为〇~200V，频率范围为1(Γ 3~103Ηζ，被测变压器（2)向信号 调节模块（3)以及信号采集模块（8)分别输出电流信号，该电流信号的幅值为1(Γ 12Α~1(Γ6Α， 该电流信号首先由电流放大器（4)放大，被转换为电压信号，再由低通滤波器（5)、带阻滤 波器（6)滤波处理，然后由电压放大器再次放大信号，然后发送到信号采集模块（8)，信号 采集模块（8 )会接收到两个信号，一个是被测变压器（2 )直接发送的电流信号，还有一个是 该电流信号被信号调节模块（3)处理后的电压信号，A/D转换器（9)将接收到的模拟信号转 换为数字信号，然后由单片机（10)收集信号并发送到处理模块（11); (3) 处理模块（11)对数字信号进行处理，从而计算出被测变压器（2)的复电容和介电 损耗因数。
5. 根据权利要求4所述的一种测试变压器油纸绝缘频域介电响应的方法，其特征在 于，所述的被测变压器输入电压信号U与输出电流信号I满足以下关系：
式中，C和G分别为被测变压器油纸绝缘的电容和电导，Q为真空电容量，ε *为复介电 常数，其中ε'为复介电常数的实部，表征绝缘材料的极化能力，即相对介电常数；ε''为 复介电常数的虚部，表征绝缘材料的介质损耗，所述的复电容
，其中变压器油 纸绝缘的电容C为复电容的实部，变压器油纸绝缘电导与角频率的比值
·为复电容的虚 部； 所述的介质损耗因数tan δ与复电容的关系如下：
【文档编号】G01R27/26GK104155528SQ201410410025
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2014年8月19日
【发明者】彭倩, 何良, 吴广宁, 崔运光, 甘德刚, 刘益岑, 高波, 辛东立 申请人:国家电网公司, 国网四川省电力公司电力科学研究院, 西南交通大学