复合绝缘子表面脉冲占比率的VFTO检验方法及系统与流程

本公开涉及复合绝缘子性能检测技术领域，尤其涉及一种复合绝缘子表面脉冲占比率的vfto检验方法及系统。

背景技术：

随着我国电网的发展，电力系统中使用的复合绝缘子数量急剧上升，在我国新疆等强紫外线地区，复合绝缘子长期受到紫外线照射，对其表面性能造成一定程度上的影响。在高压设备进行操作时，由于开关的分合闸速度较慢，在切合容性电流时开关触头间会发生预击穿和多次重燃，形成上升时间很短的冲击波。该冲击波经过多次反射、折射形成快速暂态震荡，即vfto(vfto即特快速瞬态过电压，是指波前时间3到100ns内的瞬态过电压，主要因为gis中的隔离开关的操作等因素引起)。vfto会极大降低瓷套性能，造成绝缘子开裂，甚至造成绝缘子爆炸，严重危害了电力系统的安全可靠运行，对社会经济产生了较大损害

目前，国内对于vfto的研究较少且所用设备具有体积庞大，电压等级不够，回路电感较大，波形畸变严重等缺点，并且没有对一些特殊工况进行模拟试验。因此，急需一种强紫外线照射vfto下复合绝缘子表面劣化的实验系统及方法。

技术实现要素：

本发明实施例中提供了一种复合绝缘子表面脉冲占比率的vfto检验方法及系统，以解决现有技术中存在的技术问题。

第一方面，本发明提供了一种复合绝缘子表面脉冲占比率的vfto检验系统，包括：

信号发生控制子系统、vfto发生子系统、紫外老化试验箱、泄漏电流检测子系统，所述信号发生控制子系统输出端连接vfto发生子系统输入端，用于将vfto高压脉冲加载至紫外老化试验箱，并通过泄露电流检测子系统检验复合绝缘子表面性能劣化程度，其中，

所述信号发生控制子系统还包括：总控制台、脉冲幅值控制通道、状态显示器和电源自动转换开关，所述总控制台与脉冲幅值控制通道相连接，并通过脉冲幅值控制通道与状态显示器相连，再连接至电源自动转换开关；其中，所述总控制台还包括控制芯片，以及与所述控制芯片相连的脉冲触发按钮、充电触发按钮和充电时间设置器；

所述vfto发生子系统还包括：高压隔离罐和脉冲陡化间隙，所述高压隔离罐还包括第一穿墙套管、第二穿墙套管、第三穿墙套管、第一电容器、第二电容器、第三电容器、第一电阻器、第二电阻器、第三电阻器、第四电阻器以及调波模块，所述电源自动转换开关经电缆连接与所述第二穿墙套管相连，所述第一穿墙套管接地，所述第一电容器串接在所述第二穿墙套管和所述第一穿墙套管两端，所述第三电阻器一端连接所述第一穿墙套管，所述第三电阻器的另一端与所述第四电阻器相连，所述一端与所述第二电阻器和所述第二电阻器电连接，所述第二电容器的另一端与所述第三电阻器和所述第四电阻器电连接，所述调波模块的一端连接在所述第二电阻器和所述第三电容器之间的连线上，所述调波模块的另一端通过所述第三穿墙套管与所述脉冲陡化间隙电连接；

所述紫外老化试验箱包括壳体第四穿墙套管、绝缘子、第一紫外线照射灯、第二紫外线照射灯，第三紫外线照射灯、高压直流电源和试验箱控制台，所述紫外老化试验箱通过所述第四穿墙套管与所述vfto发生子系统电连接，所述第一紫外线照射灯设置于所述壳体的顶部正中央位置，所述第二紫外线照射灯设置于所述壳体的左侧内壁正中央位置，所述第三紫外线照射灯设置于所述壳体的右侧内壁正中央位置，所述试验箱控制台与所述第一紫外线照射灯、所述第二紫外线照射灯和所述第三紫外线照射灯相连，所述高压直流电源输出端与所述绝缘子相连，用于为试验箱控制台供电；

所述泄漏电流检测系统包括泄漏电流测试仪和pc，所述绝缘子与所述泄漏电流测试仪和接地极串联，所述pc连接在泄漏电流测试仪上。

优选的，所述vfto发生子系统还包括高压硅堆，所述高压硅堆与所述第二穿墙套管相连，并与所述第一电阻器、所述第二电阻器、所述第三电容器、所述第四电阻器串联，所述第一电容器串接在所述高压硅堆和所述第一穿墙套管两端。

优选的，所述vfto发生子系统还包括第一火花球隙和第二火花球隙，第一火花球隙并联在第一电容器与所述第三电阻器两端，所述第二火花球隙与得到第二电阻器和得到第三电容器并联连接。

优选的，所述信号发生控制子系统还包括紧急制动按钮，所述紧急制动按钮与所述控制芯片电连接。

优选的，所述紫外老化试验箱的长度为2000mm、宽度为2000mm、高度为2000mm，所述紫外老化试验箱底部正中央固定有试验台，所述试验台的直径为750mm、高度为750mm，所述试验台还设有托板，所述托板的长度为750mm、宽度为750mm、厚度为10mm。

第二方面，本发明还提供了一种复合绝缘子表面脉冲占比率的vfto检验方法，应用于上述任意一种复合绝缘子表面脉冲占比率的vfto检验系统，包括如下步骤：

步骤1：按照接线图将实验装置接线连接好，确保电源自动转换开关处于断开状态；

步骤2：根据所需vfto脉冲电压的幅值、上升时间设置充电时间设置器的充电时间；

步骤3：启动充电触发按钮，闭合电源自动转换开关，由脉冲幅值控制通道对第一电容器、第二电容器、第三电容器进行充电，通过状态显示器来判断充电是否完成，充电完成后电源自动转换开关自动断开；

步骤4：通过试验箱控制台启动紫外老化试验箱中设置的第一紫外线照射灯、第二紫外线照射灯和第三紫外线照射灯，并将所述第一紫外线照射灯、所述第二紫外线照射灯和所述第三紫外线照射灯调节至预设强度；

步骤5：启动脉冲触发按钮，将vfto信号作用在绝缘子上，记录vfto信号的作用时间，记为t1，并利用泄露电流测试仪记录下vfto作用时外绝缘试样中出现的脉冲波形f1(t)；再打开直流电源，利用泄漏电流测试仪检测并记录泄漏电流的脉冲波形f2(t)，记录下直流电源的作用时间，记为t2；并将数据保存在pc中；

步骤6：通过比较vfto作用下绝缘子试样中出现的脉冲波形f1(t)与直流电源作用下绝缘子试样中出现的脉冲波形f2(t)的相对差异程度，对强紫外光照条件下复合绝缘子表面劣化程度进行判断，利用复合绝缘子表面脉冲占比率αf的大小进行表征，表面脉冲占比率αf的计算式如下：

式中，f1(tmax)为泄漏电流测试仪所记录的0～t1时间内，脉冲电流的最大值，tmax为取得最大值的时刻；其中，t1＜0.5s，t2大于5s；如果表面脉冲占比率αf大于50％，则在强紫外光照条件下，绝缘子表面劣化程度较严重，如果αf小于50％，则绝缘子表面劣化程度较轻；

步骤7：依次重复步骤2至步骤6至少两次，完成强紫外线照射vfto下复合绝缘子表面性能变化的相关试验；

步骤8：将数次试验所得到的表面脉冲占比率αf数据进行统计处理，并进行复合绝缘子表面状态的评判。优选的，步骤7中所述相关试验为在幅值、上升时间、紫外线照射强度中任意一个影响因素发生变化时，泄漏电流的波形和频谱分布的测试试验。

本申请的有益效果如下：

本发明公开了一种复合绝缘子表面脉冲占比率的vfto检验方法及系统，其中，系统包括信号发生控制子系统、vfto发生子系统、紫外老化试验箱、泄漏电流检测子系统。本申请通过总控台打开各个紫外线照射灯，模拟强紫外线地区；经过一段时间的照射，触发控制台产生vfto信号，作用于绝缘子，之后控制台控制高压直流电源工作，检测泄漏电流，并将数据进行上传、处理。该试验系统及方法能够模拟复合绝缘子在强紫外线照射地区下运行的工况，模拟产生vfto信号，实现检测强紫外线照射vfto对复合绝缘子表面性能的影响。另外，本方案使用第一电容器、第二电容器和第三电容器组成多级电容联合充放电，并结合使用脉冲陡化间隙提高波形的幅值及波形稳定性，同时加入调波模块进行波形畸变部分的补偿，能够克服现有系统中电压等级不够，回路电感较大，波形畸变严重等缺点。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种复合绝缘子表面脉冲占比率的vfto检验系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种复合绝缘子表面脉冲占比率的vfto检验方法的流程图；

符号表示：

100-信号发生控制子系统、200-vfto发生子系统、300-紫外老化试验箱、400-泄漏电流检测子系统、1-总控制台、2-脉冲触发按钮、3-充电触发按钮、4-紧急制动按钮、5-充电时间设置器、6-脉冲幅值控制通道、7-触发控制台、8-状态显示器、9-电源自动转换开关、10-高压电缆、11-第一穿墙套管、12-第二穿墙套管、13-高压硅堆、14-第一电容器、15-第一火花球隙、16-第一电阻器、17-第二电容器、18-第二电阻器、19-第二火花球隙、20-第三电容器、21-调波模块、22-第三穿墙套管、23-第三电阻器、24-第四电阻器、25-脉冲陡化间隙、26-壳体、28-紫外线照射灯、29-第二紫外线照射灯、30-第三紫外线照射灯、31-绝缘子、36-泄漏电流测试仪、37-pc、38-第一高压直流电源、39-试验箱控制台、41-高压隔离罐。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本申请提供了一种复合绝缘子表面脉冲占比率的vfto检验方法及系统，具体为一种强紫外线照射vfto下复合绝缘子表面脉冲占比率的vfto检验系统及方法，主要实现在强紫外线照射下，vfto对绝缘子表面性能劣化影响的试验。

请参考图1，所示为一种复合绝缘子表面脉冲占比率的vfto检验系统的结构示意图。由图1可见，本系统包括：信号发生控制子系统100、vfto发生子系统200、紫外老化试验箱300、泄漏电流检测子系统400，所述信号发生控制子系统100输出端连接vfto发生子系统200输入端，用于将vfto高压脉冲加载至紫外老化试验箱300，并通过泄露电流检测子系统400检验复合绝缘子表面性能劣化程度，其中，

所述信号发生控制子系统100还包括：总控制台1、脉冲幅值控制通道6、状态显示器8和电源自动转换开关9，其中，状态显示器8和电源自动转换开关9集成于触发控制台7上，所述总控制台1与脉冲幅值控制通道6相连接，并通过脉冲幅值控制通道6与状态显示器8相连，再连接至电源自动转换开关9；其中，所述总控制台1还包括控制芯片，以及与所述控制芯片相连的脉冲触发按钮2、充电触发按钮3和充电时间设置器5。

所述vfto发生子系统200还包括：高压隔离罐41和脉冲陡化间隙25，所述高压隔离罐41还包括第一穿墙套管11、第二穿墙套管12、第三穿墙套管22、第一电容器14、第二电容器17、第三电容器20、第一电阻器16、第二电阻器18、第三电阻器23、第四电阻器24以及调波模块21，所述电源自动转换开关9经高压电缆10连接与所述第二穿墙套管12相连，所述第一穿墙套管11接地，所述第一电容器14串接在所述第二穿墙套管12和所述第一穿墙套管11两端，所述第三电阻器23一端连接所述第一穿墙套管11，所述第三电阻器23的另一端与所述第四电阻器24相连，所述一端与所述第二电阻器16和所述第二电阻器18电连接，所述第二电容器17的另一端与所述第三电阻器23和所述第四电阻器24电连接，所述调波模块21的一端连接在所述第二电阻器18和所述第三电容器20之间的连线上，所述调波模块21的另一端通过所述第三穿墙套管22与所述脉冲陡化间隙25电连接。其中，在vfto信号脉冲电压产生过程中，因各类器件配合问题，可能出现上升时间与预期时间之间的存在差异，调波模块21能够针对差异进行波形补偿。脉冲陡化间隙25将经由火花间隙产生的脉冲波形，进行进一步的陡化处理，使得该脉冲波形的上升时间更短，幅值更大。

穿墙套管设置的主要目的是为了增大整体设备的绝缘性能，由于vfto作用下，脉冲幅值非常高，因而可能在极端条件下，使得套管表面有泄漏电流的存在，长期作用会损坏绝缘。第一穿墙套管11接地是为了在进行电容充电时，与电容器形成一个闭合通路，以使得充电过程顺利进行。因此将套管接地，既可实现充电功能，又可抑制绝缘损坏作用。

所述紫外老化试验箱300包括壳体26、第四穿墙套管(图1中未示出)、绝缘子31、第一紫外线照射灯28、第二紫外线照射灯29，第三紫外线照射灯30、高压直流电源38和试验箱控制台39，所述紫外老化试验箱300通过所述第四穿墙套管与所述vfto发生子系统200电连接，所述第一紫外线照射灯28设置于所述壳体26的顶部正中央位置，所述第二紫外线照射灯29设置于所述壳体26的左侧内壁正中央位置，所述第三紫外线照射灯30设置于所述壳体26的右侧内壁正中央位置，所述试验箱控制台39与所述第一紫外线照射灯28、所述第二紫外线照射灯29和所述第三紫外线照射灯30相连，所述高压直流电源38输出端与所述绝缘子31相连，用于为试验箱控制台39供电。本实施例中，第四穿墙套管与第一穿墙套管、第二穿墙套管和第三穿墙套管的构造类似，设置于壳体26上，用于连接紫外老化试验箱300与所述vfto发生子系统200，具体的，第四穿墙套管可连接高压连接设备与绝缘子31。

所述泄漏电流检测子系统400包括泄漏电流测试仪36和pc37，所述绝缘子31与所述泄漏电流测试仪36和接地极串联，所述pc37连接在泄漏电流测试仪36上。泄漏电流测试仪36能够测试在vfto脉冲电压作用下，绝缘子表面出现的泄漏电流的情况，并对电流的波形、幅值、幅频特性等进行测量和分析，以反映此时绝缘子的绝缘性能。

本发明公开了一种复合绝缘子表面脉冲占比率的vfto检验方法及系统，其中，系统包括信号发生控制子系统100、vfto发生子系统200、紫外老化试验箱300、泄漏电流检测子系统400。本申请通过总控台1打开各个紫外线照射灯，模拟强紫外线地区；经过一段时间的照射，触发控制台7产生vfto信号，作用于绝缘子31，之后控制高压直流电源工作，检测泄漏电流，并将数据进行上传、处理。该试验系统及方法能够模拟复合绝缘子在强紫外线照射地区下运行的工况，模拟产生vfto信号，实现检测强紫外线照射vfto对复合绝缘子表面性能的影响。另外，本方案使用第一电容器、第二电容器和第三电容器组成多级电容联合充放电，并结合使用脉冲陡化间隙提高波形的幅值及波形稳定性，同时加入调波模块进行波形畸变部分的补偿，能够克服现有系统中电压等级不够，回路电感较大，波形畸变严重等缺点。

另外，所述vfto发生子系统200还包括高压硅堆13，所述高压硅堆13与所述第二穿墙套管12相连，并与所述第一电阻器16、所述第二电阻器18、所述第三电容器20、所述第四电阻器24串联，所述第一电容器14串接在所述高压硅堆13和所述第一穿墙套管11两端。高压硅堆13能够防止在实验过程中，产生的vfto脉冲波形沿输入线缆反串进触发控制台7，造成波形串扰，以及触发控制台7带电等情况，高压硅堆13可有效抑制反向电流的通过。

所述vfto发生子系统200还包括第一火花球隙15和第二火花球隙19，第一火花球隙15并联在第一电容器14与所述第三电阻器23两端，所述第二火花球隙19与得到第二电阻器18和得到第三电容器20并联连接。第一火花球隙15和第二火花球隙19在充电过程中，由于充电电压远小于球隙击穿的电压，因而可认为是短路状态；当充电完毕，脉冲触发按钮2按下时，触发装置中的点火部件启动，产生可击穿该火花间隙的冲击电压，此时第一火花球隙15和第二火花球隙19处于通路状态，使得电容器放电。

此外，所述信号发生控制子系统100还包括紧急制动按钮4，所述紧急制动按钮4与所述控制芯片电连接。紧急制动按钮4可紧急切断电源连接，能够防止由于误操作导致危害操作人员安全的事故发生。

本实施例中，所述紫外老化试验箱300的长度为2000mm、宽度为2000mm、高度为2000mm，所述紫外老化试验箱300底部正中央固定有试验台，所述试验台的直径为750mm、高度为750mm，所述试验台还设有托板，所述托板的长度为750mm、宽度为750mm、厚度为10mm。以上紫外老化试验箱300以及试验台的尺寸仅为一示例性，其他实施例可根据绝缘子的实际情况来进行的设定。

此外，本申请还提供了一种复合绝缘子表面脉冲占比率的vfto检验方法，应用于上述实施例中的试验系统，请参考图2，所示为本申请实施例提供的一种复合绝缘子表面脉冲占比率的vfto检验方法的流程图。由图2可见，该试验方法包括如下步骤：

步骤s100：按照接线图将实验装置接线连接好，确保电源自动转换开关9处于断开状态。

步骤s200：根据所需vfto脉冲电压的幅值、上升时间设置充电时间设置器5的充电时间。

步骤s300：启动充电触发按钮3，闭合电源自动转换开关9，由脉冲幅值控制通道6对第一电容器14、第二电容器17、第三电容器20进行充电，通过状态显示器8来判断充电是否完成，充电完成后电源自动转换开关9自动断开。

步骤s400：通过试验箱控制台39启动紫外老化试验箱300中设置的第一紫外线照射灯28、第二紫外线照射灯29和第三紫外线照射灯30，并将所述第一紫外线照射灯28、所述第二紫外线照射灯29和所述第三紫外线照射灯30调节至预设强度；

步骤s500：启动脉冲触发按钮2，将vfto信号作用在绝缘子31上，再打开直流电源38，利用泄漏电流测试仪36检测泄漏电流，并将数据保存在pc37中。

步骤s600：依次重复步骤s200至步骤s500至少两次，完成强紫外线照射vfto下复合绝缘子31表面性能变化的相关试验。所述相关试验为在幅值、上升时间、紫外线照射强度中任意一个影响因素发生变化时，泄漏电流的波形和频谱分布的测试试验。由于vfto脉冲电压由于幅值较高，陡度较大，因而对绝缘造成的影响也是很大的，多次试验可能会对原部件造成一定的损伤。因此，本实施例中，步骤s600为依次重复步骤s200至步骤s500两次即可。

步骤s700：将试验所得到的数据进行统计和处理。在不同幅值或上升时间、紫外线照射强度等条件下，vfto作用时，对绝缘子表面泄漏电流的幅值进行均值、方差等的处理，同时对测得的波形进行频谱分析。

步骤s800：将数次试验所得到的表面脉冲占比率αf数据进行统计处理，并进行复合绝缘子表面状态的评判。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。