一种高压直流偏置下的绝缘材料频域介电响应测试系统

1.本实用新型属于绝缘材料在线检测技术领域，特别是涉及到一种高压直流偏置下的绝缘材料频域介电响应测试系统。


背景技术：

2.目前电力需求的增大使得输电线路的电压等级也开始逐步上升，输电线路电压等级的上升促使电力系统内部的电压上升，而变压器作为稳定电力系统的重要工具，其在高电压电力系统中的运行过程也受到更多的关注。目前我国的变压器检测还存在着很大的问题，现有技术对变压器检测是离线检测，即断电检测，外部覆盖绝缘材料的变压器运行需要一个过程，但是如果是离线进行检测就不能检测出变压器运行的实时状况，因为在变压器工作运行状态下，换流变压器阀侧绕组除承受交流电压、操作过电压和雷电冲击外，还承受直流、交流叠加直流、极性反转电压的作用，在直流电场分量作用下，空间电荷问题是影响油纸绝缘性能的关键因素。
3.空间电荷极易消散，如果对变压器检测是离线检测，即断电检测，则无法检测空间电荷的影响，不能及时地掌握变压器的真实运行状态下绝缘材料的老化程度，给整个电力系统带来了巨大的风险，因此为了更好地稳定电力系统，普及变压器的在线检测是一个不可避免的趋势。在线检测(带电检测)及故障诊断技术在实现变压器的状态检修对于提高设备运行可靠性、降低运行维护等费用具有重大的意义。
4.因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术存在的不足，本实用新型提供一种高压直流偏置下的绝缘材料频域介电响应测试系统，模拟变压器的真实运行状态，用于解决变压器的在线检测的问题。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种高压直流偏置下的绝缘材料频域介电响应测试系统，包括测试回路、加压回路和控制单元；所述测试回路包括变频高压交流电源单元、微电流检测单元、试样单元、第一保护单元和第一接地装置；所述加压回路包括高压直流电源单元、试样单元、第二保护单元和第二接地装置；所述第一接地装置与第二接地装置之间为隔离设置。
7.所述控制单元包括cpu和上位机，控制单元分别与微电流检测单元、试样单元、变频高压交流电源单元和高压直流电源电学连接。
8.所述第一保护单元包括隔直电容和第一保护电阻。
9.所述第二保护单元包括交流单向导通硅堆和第二保护电阻。
10.隔直电容可以阻断直流高压，避免交流电源受到损坏，交流单向导通硅堆可以阻断交流高压，避免直流电源受到破坏。
11.所述控制单元中cpu和上位机连接试样单元实现对恒温恒湿箱中试样外部温度和湿度的控制，cpu和上位机连接高压直流电源单元可实现对试样施加电压大小的控制，cpu
和上位机连接微电流检测单元实现对微电流采样周期的控制，上位机可以实现试验过程的控制、试验条件的更改和对实验结果的记录和比对。
12.通过上述设计方案，本实用新型可以带来如下有益效果：
13.1.为现场在线对绝缘设备进行频域介电响应分析，分析绝缘状态提供实验模型和理论支持。
14.2.在上位机界面可以对实验过程的监视和对结果的记录。
15.3.可通过上位机进行绝缘材料的不同温度和不同直流偏置下的测试，有助于分析温度、直流偏置大小对测试结果造成影响和变化规律。
附图说明
16.图1为本实用新型一种高压直流偏置下的绝缘材料频域介电响应测试系统的结构示意图。
17.图2为现有技术对绝缘设备进行频域介电响应分析的工作流程框图。
18.图3为本实用新型一种高压直流偏置下的绝缘材料频域介电响应测试系统的油浸纸板在30℃下，直流偏置电压为2kv，测试电压为200v的频域介电响应曲线。
19.图4为本实用新型一种高压直流偏置下的绝缘材料频域介电响应测试系统的油浸纸板在60℃下，直流偏置电压为2kv，测试电压为200v的频域介电响应曲线。
20.图5为本实用新型一种高压直流偏置下的绝缘材料频域介电响应测试系统的自变频高压交流电源单元的原理图。
21.图中1-测试回路、11-变频高压交流电源单元、12-微电流检测单元、13-试样单元、14-第一保护单元、15-第一接地装置、141-隔直电容、142-第一保护电阻、2-加压回路、21-高压直流电源单元、22-第二保护单元、23-第二接地装置、221-交流单向导通硅堆、222-第二保护电阻、3-控制单元、31-cpu、32-上位机。
具体实施方式
22.以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细的说明。
23.本领域技术人员应当理解。下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，在不脱离权利要求中所阐述的发明机理和范围的情况下，使用者可以对下列参数进行各种改变。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法和过程并没有详细的叙述。
24.由附图1所示：一种高压直流偏置下的绝缘材料频域介电响应测试系统，包括测试回路1、加压回路2和控制单元3；所述测试回路1包括变频高压交流电源单元11、微电流检测单元12、试样单元13、第一保护单元14和第一接地装置15；所述加压回路2包括高压直流电源单元21、试样单元13、第二保护单元22和第二接地装置23；所述第一接地装置15与第二接地装置23之间为隔离设置。
25.通过加压回路2使得测试样品产生空间电荷效应，模拟变压器工作运行状态下在直流电场分量作用下的空间电荷问题，这样获得的绝缘材料频域介电响应曲线可以应用于现场在线对绝缘设备进行频域介电响应分析，为分析绝缘状态提供实验模型和理论支持。同时因为流经试样的电流很小，达到10-7
～10-9
a。如果交流电压的地与直流电压的地共地时，电流直接流入大地，导致无法采集电流信号。因此在测试回路1中，为防止试样中的电流
信号无法回到变频高压交流电源单元11，需将变频高压交流电源单元11的第一接地装置15与高压直流电源单元21的第二接地装置23进行隔离。隔离方法可以采用设置不同区域或者设置信号隔离装置等任何已知方式。
26.所述控制单元3包括cpu31和上位机32，控制单元3分别与微电流检测单元12、试样单元13、变频高压交流电源单元11和高压直流电源单元21电学连接。所述控制单元cpu31和上位机32通过试样单元13实现对恒温恒湿箱中试样外部温度和湿度的控制，cpu31和上位机32通过高压直流电源单元21可实现对试样施加电压大小的控制，cpu31和上位机32通过微电流检测单元12实现对微电流采样周期的控制，上位机32可以实现试验过程的控制、试验条件的更改和对实验结果的记录和比对。
27.所述第一保护单元14包括隔直电容141和第一保护电阻142。所述第二保护单元22包括交流单向导通硅堆221和第二保护电阻222。隔直电容141可以阻断直流高压，避免交流电源受到损坏，交流单向导通硅堆221可以阻断交流高压，避免直流电源受到破坏。
28.所述变频高压交流电源单元11包括整流、逆变和滤波电路，经由滤波后输出标准的正弦交流电，再通过dsp控制器的编程输出所需要的spwm驱动信号，从而得到不同频率的正弦交流电，电压输出范围为0～200v，电压频率范围0.001hz～10khz。
29.所述高压直流电源单元21由调压器、变压器、高压硅堆和电容组成的倍压电路，最高可输出4kv的直流电压。
30.所述微电流检测单元12的电流量程从10-6
～10-9
a的范围内进行调节。
31.实际操作中，所述变频高压交流电源单元11与试样单元13连接，为测试提供不同频率的交流电压；微电流检测单元12与试样单元13和控制单元3连接，采集试样上的电流信号，并把电流信号传送到控制单元3；上位机32处理采集数据得到绝缘材料介电响应图谱。控制单元3采用labview程序进行显示测试结果。上位机32界面可对变频高压交流电源单元11的电压幅值与频率、高压直流电源单元21的电压幅值、试样周围环境的温、湿度和微电流检测单元12的电流量程进行调控，并对数据进行分析计算自动保存。
32.应用实例
33.测试选用厚度为1mm的油浸纸板绝缘材料作为测试试样，其体积电阻率为1013到1014ω
·
m，分别进行不同温度下油浸纸板的频域介电响应测试。第一保护电阻142和第二保护电阻222都选用1mω的电阻，满足试样电阻值远远大于保护电阻值。隔直电容141，主要考虑是否能承受高压直流，所以其容量为10nf，耐压等级为10kv；交流单向导通硅堆221，也主要考虑其耐压等级，选用击穿电压为10kv的硅堆。
34.油浸纸板在30℃下，直流偏置电压为2kv，测试电压为200v的频域介电响应曲线如图3所示。
35.油浸纸板在60℃下，直流偏置电压为2kv，测试电压为200v的频域介电响应曲线如图4所示。
36.显然，上述所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。