本實(shí)用新型涉及電力行業(yè)油浸式變壓器壽命診斷領(lǐng)域，尤其是變壓器油紙絕緣回復(fù)電壓的測量。

背景技術(shù)：

我國的電力行業(yè)正在快速的發(fā)展階段，隨著我國對超特高壓輸電技術(shù)的發(fā)展，油浸式變壓器已作為電網(wǎng)中非常重要的設(shè)備之一。如果變壓器發(fā)生故障，將會影響整個電網(wǎng)的正常運(yùn)行，甚至可能造成電網(wǎng)的崩潰，給國家、企業(yè)、居民用戶等帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失或人身安全。油浸式變壓器的損壞和故障絕大多數(shù)是由絕緣系統(tǒng)的老化造成的，隨著變壓器運(yùn)行年限的增加，受溫度、水分、機(jī)械等因素影響，其內(nèi)部將產(chǎn)生CO、CO2、糠醛等老化產(chǎn)物，這將導(dǎo)致變壓器的絕緣強(qiáng)度下降。因此，準(zhǔn)確診斷出變壓器油紙絕緣狀態(tài)至關(guān)重要。

傳統(tǒng)的變壓器油的絕緣老化的診斷方法主要是對其化學(xué)物理特征量的測量，其主要是平均聚合度(DP)、油中溶解氣體分析(DGA)、油中糠醛含量、傅立葉紅外光譜測量這4種方法。但是，這些方法需要打開變壓器外罩，吊芯獲取固體絕緣件樣品，這樣做費(fèi)時費(fèi)力，和進(jìn)行設(shè)備大修沒有什么區(qū)別。而且，檢修的操作不慎、頻繁的拆裝等有可能對變壓器的固體絕緣造成損害，給設(shè)備埋下新的絕緣隱患。近20年來，介質(zhì)響應(yīng)診斷技術(shù)以其攜帶信息豐富、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被用于變壓器老化狀態(tài)的檢測。同時，它是一種通過外施電壓激勵來獲取變壓器油紙絕緣老化狀態(tài)的特征量的非破壞性的診斷方法，可以方便地用于變壓器的現(xiàn)場檢測，介質(zhì)響應(yīng)法主要有回復(fù)電壓法(RVM)，極化去極化電流法(PDC)，頻域介電譜測量法(FDS)。

回復(fù)電壓法(RVM，Return Voltage Measure)是近年來國內(nèi)外使用的一種簡便有效的絕緣檢測方法，其原理是絕緣介質(zhì)施加直流電壓時，會呈現(xiàn)極化現(xiàn)象，表面出現(xiàn)束縛電荷，經(jīng)過一段時間的去極化過程，自由電荷會在電極之間呈現(xiàn)一個電勢差，即回復(fù)電壓。目前使用的回復(fù)電壓測量技術(shù)是在單次測量的基礎(chǔ)上，通過多個循環(huán)的測量，獲取回復(fù)電壓極化譜來研究其絕緣狀態(tài)的，其特征量包括峰值電壓及時間、主時間常數(shù)、初始斜率?；貜?fù)電壓測量方法是一種非破壞性的檢測方法，其原理簡單、接線方便，可以對變壓器絕緣狀態(tài)進(jìn)行評估，具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種自動采集變壓器油紙絕緣回復(fù)電壓系統(tǒng)，能夠采集到回復(fù)電壓值，對變壓器絕緣狀態(tài)進(jìn)行診斷。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：一種自動采集變壓器油紙絕緣回復(fù)電壓系統(tǒng)，包括PC機(jī)、靜電儀、實(shí)驗(yàn)變壓器，PC機(jī)通過串口通信與靜電儀連接，靜電儀與實(shí)驗(yàn)變壓器連接；

所述靜電儀包括高壓直流電源和電表測量模塊，高壓直流電源連接于實(shí)驗(yàn)變壓器的兩端，形成充電回路；電表測量模塊并聯(lián)于實(shí)驗(yàn)變壓器及高壓直流電源的兩端形成放電回路及測試回路。

優(yōu)選的，所述電表測量模塊包括電壓表和電流表，電壓表與電流表共用一套表筆，電流表與電壓表并聯(lián)，所述放電回路由電流表接地形成，由PC機(jī)控制電表測量模塊在電壓表與電流表之間轉(zhuǎn)換。

優(yōu)選的，所述電壓表用于采集回復(fù)電壓，回復(fù)電壓采集速率為10個/s。

優(yōu)選的，所述高壓直流電源的供電回路上還設(shè)有斷路器。

優(yōu)選的，所述電表測量模塊通過高屏蔽同軸線并聯(lián)在實(shí)驗(yàn)變壓器和高壓直流電源的兩端。

優(yōu)選的，所述靜電儀采用6517B靜電儀。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)在于本實(shí)用新型在測量過程中各個階段的轉(zhuǎn)換利用靜電儀內(nèi)部電壓表和電流表特性實(shí)現(xiàn)，能夠自動測量回復(fù)電壓，繪制出極化譜并對特征量進(jìn)行提取，接線簡單，應(yīng)用靈活。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明：

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型電表測量模塊端子接線圖；

圖3為本實(shí)用新型測試系統(tǒng)的方法流程圖；

圖4為本實(shí)用新型的系統(tǒng)軟件主界面圖；

圖5為本實(shí)用新型測試的回復(fù)電壓曲線以及對應(yīng)的極化譜；

圖6為本實(shí)用新型的重復(fù)性測量圖；

圖中：PC機(jī)1，靜電儀2，高壓直流電源201，電壓表203，電流表202，斷路器 204，實(shí)驗(yàn)變壓器3。

具體實(shí)施方式

如圖1中，一種自動采集變壓器油紙絕緣回復(fù)電壓系統(tǒng)，其特征在于，包括PC機(jī)1、靜電儀2、實(shí)驗(yàn)變壓器3，PC機(jī)1通過串口通信與靜電儀2連接，靜電儀2與實(shí)驗(yàn)變壓器3連接；所述PC機(jī)與靜電儀之間通過RS-232串口線進(jìn)行通訊，PC機(jī)端發(fā)SCPI送命令對靜電儀進(jìn)行控制，同時接受從靜電儀端采集到的數(shù)據(jù)，儲存到指定位置并進(jìn)行分析。

所述靜電儀2包括高壓直流電源201和電表測量模塊，高壓直流電源201連接于實(shí)驗(yàn)變壓器3的兩端，形成充電回路；電表測量模塊并聯(lián)于實(shí)驗(yàn)變壓器3及高壓直流電源201的兩端形成放電回路及測試回路。PC機(jī)1通過靜電儀2控制壓直流電源201；放電回路是將電表測量模塊為電流表，利用電表測量的接地模式將試品接地放電。

優(yōu)選的，所述電表測量模塊包括電壓表203和電流表202，電壓表203與電流表202共用一套表筆，電流表202與電壓表203并聯(lián)，所述放電回路由電流表202接地形成，由PC機(jī)1控制電表測量模塊在電壓表203與電流表202之間轉(zhuǎn)換。軟件部分由可編程開發(fā)工具Visual Basic完成，通過SCPI命令實(shí)現(xiàn)對靜電儀所有操作的控制。

高壓直流電源201的電壓輸出范圍為0～1000V，電源的開通和斷開可由PC機(jī)通過VB軟件控制，充電時，電源打開，沖完電后電源關(guān)閉，此時電源所在的支路斷路，電源模塊是獨(dú)立的，運(yùn)行時并不影響其他模塊。

優(yōu)選的，所述電壓表203用于采集回復(fù)電壓，回復(fù)電壓采集速率為10個/s。

優(yōu)選的，所述高壓直流電源201的供電回路上還設(shè)有斷路器204。斷路器204用于斷開高壓直流電源201所在的支路。

優(yōu)選的，所述電表測量模塊通過高屏蔽同軸線并聯(lián)在實(shí)驗(yàn)變壓器3和高壓直流電源201的兩端。高屏蔽同軸線能夠?qū)π⌒盘栠M(jìn)行保護(hù)，抗外界干擾能力強(qiáng)，減少測量時的誤差。

優(yōu)選的，所述靜電儀2采用6517B靜電儀。

去極化過程和消除殘余電荷的影響都要放電環(huán)節(jié)，如圖2所示，電表測量時有兩種模式，即接地模式和不接地模式。如圖所示，紅表筆(高壓)、黑表筆(低壓)、綠表筆別對應(yīng)電表的三個表筆的正極、負(fù)極、接地端；前置放大輸出、公共端、2V低壓輸出為儀器后端的三個輸出端子。不接地模式測量時，電表的紅黑表筆分別接在 被測對象兩端，綠表筆直接接地即可；而接地模式測量時，黑表筆與公共端口是連接的，此時將公共端直接接地，試品兩端就經(jīng)電流表與地相連，即被測對象兩端經(jīng)電流表放電。

如圖3所示，測試方法包括以下步驟：

步驟一：設(shè)置參數(shù)，包括充電電壓、充電周期、充放電時間比；

步驟二：啟動程序；

步驟三：測量系統(tǒng)初始化；

步驟四：充電環(huán)節(jié)，打開高壓直流電源201，PC機(jī)1控制靜電儀2將電表測量模塊設(shè)為電壓表203，高壓直流電源201給實(shí)驗(yàn)變壓器3充電，由于電壓表203與實(shí)驗(yàn)變壓器3并聯(lián)，并不影響測試的充電；

步驟五，放電環(huán)節(jié)，充電一端時間后關(guān)閉高壓直流電源201，高壓直流電源201相當(dāng)于開路，PC機(jī)1控制靜電儀2將電表測量模塊轉(zhuǎn)換為電流變202，由于電流表202的內(nèi)阻很小，幾乎為零，所以相當(dāng)于對實(shí)驗(yàn)變壓器3兩端短接進(jìn)行放電；

步驟六，回復(fù)電壓測量，PC機(jī)1控制靜電儀2將電流表202轉(zhuǎn)換為電壓表203，對實(shí)驗(yàn)變壓器3兩端的電壓進(jìn)行采集，得到回復(fù)電壓；然后返回步驟四，消除剩余極化現(xiàn)象，準(zhǔn)備下一循環(huán)的測量；

步驟七，數(shù)據(jù)分析，將采集到的回復(fù)電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的處理，得到該循環(huán)回復(fù)電壓極化譜的特征量，包括中心時間常數(shù)Tc，峰值電壓Umax，達(dá)到峰值時間的Tp，初始斜率dUr/dt，并且在極化譜上繪制相應(yīng)的點(diǎn)；

步驟八，檢測環(huán)節(jié)，檢測是否一個周期的所有循環(huán)都已測完，如果不是，進(jìn)入放電階段，準(zhǔn)備下一周期的測量，否則結(jié)束。

如圖4所示，為本實(shí)用新型的系統(tǒng)軟件主界面圖，左側(cè)設(shè)置充電時的電壓，電壓范圍為0～1000V；起始循環(huán)為將要測量的充電時間的那一個循環(huán)，其值為1～14，分別對應(yīng)0.1s、0.2s、……、2000s；測試循環(huán)是從起始周期算起打算要測量的周期數(shù)，取值范圍為1～14；Tc/Td為充放電時間比，默認(rèn)值為2；剩余循環(huán)數(shù)顯示當(dāng)前還沒有測量的循環(huán)數(shù)；回復(fù)電壓極化譜的數(shù)據(jù)在界面下面的對應(yīng)的特征量中顯示。

將本系統(tǒng)與RVM5461進(jìn)行比較，我們在實(shí)驗(yàn)室中制備油紙絕緣樣本來驗(yàn)證上述裝置的性能，試驗(yàn)材料選擇美力高25號變壓器絕緣油，厚度0.5mm、直徑150mm的普通絕緣紙板，油紙比例約為20:1，絕緣系統(tǒng)采用三電極試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)過程中 裝置保持在30℃的恒溫箱中以防止溫度的干擾。采用本測試系統(tǒng)和商業(yè)儀器瑞士tettex公司的RVM5461回復(fù)電壓測試儀對同一個老化56天的油紙絕緣試品進(jìn)行測試，由于時間匆忙，RVM5461測量時沒有充分放電，存在殘余電荷的影響，導(dǎo)致測量的電壓較大，為消除這種影響，因此這里取相對初始斜率值作比較，即Sr(充電1000秒，放電1秒的斜率)與Umax(回復(fù)電壓峰值)的比值，測試結(jié)果如表1所示。

表1為測試結(jié)果：

表1

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：兩次測量時，相對初始斜率值如下：

RVM5461：Sr/Um1＝25.65/65.8＝0.39

測量裝置：Sr/Um1＝4.23/11.1635＝0.38

可以看出以上兩個比值非常接近，說明本測試系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)具有較高的準(zhǔn)確性。

系統(tǒng)回復(fù)電壓極化譜的獲取，如圖5所示，為該系統(tǒng)測量的一個回復(fù)電壓極化譜，回復(fù)電壓極化譜為每個循環(huán)測量電壓的最大值按充電時間連成曲線，本次選取充電電壓為1000V，充放電時間比為2，從圖中可以看出，隨著充電時間的增大，回復(fù)電壓極化譜出現(xiàn)先增大后減小的趨勢。這是因?yàn)閷橘|(zhì)進(jìn)行短時充電時，弛豫時間較短的部分被激發(fā)，弛豫時間較長的部分來不及建立，隨著充電時間增大，弛豫時間長的部分也逐漸建立極化，使得回復(fù)電壓值峰值逐漸增大，然后隨著放電時間的增大回復(fù)電壓峰值又逐漸減小。

該系統(tǒng)重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，采用本系統(tǒng)對0.5mm厚的單層絕緣紙板在相同條件下(測試溫度30℃，充電電壓1000V)進(jìn)行兩次重復(fù)性實(shí)驗(yàn)測量，兩次測量的時間間隔為2h以保證完全消除剩余極化現(xiàn)象。圖6為兩次測量的極化譜，從中可以看出第一次和第二次的測量的極化譜非常接近，誤差較小，由此可以說明此系統(tǒng)的測量重復(fù)性很好。

上述的實(shí)施例僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選技術(shù)方案，而不應(yīng)視為對于本實(shí)用新型的限制，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求記載的技術(shù)方案，包括權(quán)利要求記載的技術(shù)方案中技術(shù)特征的等同替換方案為保護(hù)范圍。即在此范圍內(nèi)的等同替換改進(jìn)，也在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。