一种油浸式套管电气绝缘性能的状态监测及缺陷模拟系统技术方案

本发明专利技术公开了一种油浸式套管电气绝缘性能的状态监测及缺陷模拟系统，包括：油压监测模块，用于监测油浸式套管内部绝缘油的压力；振动特性监测模块，用于监测油浸式套管在运行过程中的振动频率与幅度；放电特征监测模块，用于通过测试油浸式套管端部的局部放电脉冲电流的大小以及放电图谱，判断油浸式套管是否处于正常运行状态；放电现象观测模块，用于观测油浸式套管内部放电点的位置，记录放电时刻的放电过程图像及动画；介电响应测试模块，用于通过改变交流激励的频率，采用复电容、介质损耗作为频率的函数，用该函数的变化情况来评估绝缘材料或绝缘设备的绝缘状况。本发明专利技术可对缺陷进行电气和机械性能特征参量的综合性监测分析。

【技术实现步骤摘要】
一种油浸式套管电气绝缘性能的状态监测及缺陷模拟系统
本专利技术属于电气设备绝缘性能状态监测及故障分析
，特别涉及一种油浸式套管电气绝缘性能的状态监测及缺陷模拟系统。
技术介绍
套管是电力变压器的重要组成部分，其绝缘性能的优劣直接影响变压器的安全可靠运行。变压器套管发生故障时，不仅会直接影响其本身和变压器的正常工作，还会导致电力系统安全运行面临风险，影响安全供电。研究变压器套管的绝缘健康状态监测系统，分析套管不同缺陷的特征规律，能够及时发现套管故障，有利于采取有效措施避免造成较大的变压器故障，有着重要的工程意义。据统计，变压器套管故障约占变压器总故障的三分之一，是输变电系统中故障高发设备；其中，套管内绝缘电容芯子处发生放电等故障时极易引发爆炸，严重时更会引起电力系统局部故障或火灾等安全事故。高压套管大多采用油纸式套管，其主要由绝缘纸、铝箔和绝缘油配合实现高压绝缘。为了分析套管内部的老化规律以及故障类型，国内外学者通常采用测量套管内部油纸绝缘特性的电气参数和理化参数。在油纸式套管中，绝缘纸的聚合度和拉伸强度能直接反映其固体绝缘的老化程度，但在实际工程中需要将变压器解体进行取样，不仅其操作难度大，而且还可能对变压器系统造成损伤。从上世纪90年代起，以电介质的极化和介电响应为理论基础的电诊断方法逐渐运用到了实际工程领域中，其中传统的检测方法有回复电压法(RVM)和极化去极化电流法(PDC)，由于其测量具有非破坏性、测量迅速、测量对象限制小、抗干扰能力强，携带绝缘信息丰富等优点，因此得到电气绝缘诊断方面研究者的青睐。目前，缺乏实现套管机械振动特性、局部放电、介电特性等一体化监测和检测的系统；对于现服役的油纸变压器套管，为了避免由于套管故障引起的安全事故以及经济损失，运维人员和国内外学者主要通过测量与分析套管的各种绝缘特征参量等数据来分析判断其健康状态。现阶段常用监测系统大多采用采集套管的频域介电图谱的方法，研究分析图谱曲线的变化规律与趋势来判断其缺陷故障的大致类型，通过数学手段提取并处理特征参量等方法给出其缺陷程度的判断依据。然而，实际变压器套管在运行过程中，会同时受到电气、机械、热等多种应力的共同作用，运行状态较差的变压器套管会以不同形式的故障表现出来。采用单一检测方法采集得到的缺陷数据不能全面地反映套管的整体特征状态，同时不同类型的故障缺陷所引起的特征参量也可能会相互影响，从而导致对套管的监测可靠度降低。综上，亟需一种新的油浸式套管电气绝缘性能的状态监测及缺陷模拟系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种油浸式套管电气绝缘性能的状态监测及缺陷模拟系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本专利技术的系统，能够进行电气绝缘缺陷进行监测和模拟，可对缺陷进行电气和机械性能特征参量的综合性监测分析，监测可靠度较高。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的一种油浸式套管电气绝缘性能的状态监测及缺陷模拟系统，包括：油压监测模块，用于监测油浸式套管内部绝缘油的压力；振动特性监测模块，用于监测油浸式套管在运行过程中的振动频率与幅度；放电特征监测模块，用于通过测试油浸式套管端部的局部放电脉冲电流的大小以及放电图谱，判断油浸式套管是否处于正常运行状态；放电现象观测模块，用于观测油浸式套管内部放电点的位置，记录放电时刻的放电过程图像及动画；介电响应测试模块，用于通过改变交流激励的频率，采用复电容、介质损耗作为频率的函数，用该函数的变化情况来评估绝缘材料或绝缘设备的绝缘状况；其中，测得的曲线的不同部分包含着绝缘油纸的不同信息，通过分析不同条件下曲线各段的变化情况，实现对套管绝缘状态进行诊断与评估。本专利技术的进一步改进在于，所述油压监测模块采用液体压力传感器，设置于油浸式套管封装外壳处；其中，探头设置于油面和有机玻璃壁处的交界处。本专利技术的进一步改进在于，所述振动特性监测模块采用振动传感器，振动传感器设置于油浸式套管的套管封装外壳壁处，通过采集卡将测得数据传出。本专利技术的进一步改进在于，所述放电特征监测模块包括：局部放电脉冲电流检测仪；其中，对于110kV及以上的油浸式套管，当放电量大于等于20pC时，认为套管发生局部放电。本专利技术的进一步改进在于，所述放电现象观测模块包括：紫外成像仪和相机；其中，通过紫外成像仪观测套管内部放电点的位置，通过相机记录放电时刻的放电过程图像及动画。本专利技术的进一步改进在于，所述介电响应测试模块包括介电谱测试仪。本专利技术的进一步改进在于，还包括：套管缺陷模块，用于模拟油浸式套管缺陷；其中，在导杆上卷制绝缘纸过程中，加入金属颗粒在绝缘纸层之间，实现套管颗粒缺陷故障模拟；在套管封装充入绝缘油后，从通油口处充入空气，气体以气泡形式存在于绝缘油中，实现气泡缺陷模拟；在导杆上卷制绝缘纸和铝箔时，将部分铝箔进行不规则折叠后与绝缘纸一同卷制在导杆上，实现铝箔褶皱缺陷模拟；将末屏引线设置过长，靠近套管内部导电部位，实现套管爬电缺陷模拟；在套管卷制前，将绝缘纸放在室外自然吸潮或人工受潮，再完成套管的卷制，实现套管受潮缺陷的模拟。本专利技术的进一步改进在于，还包括：电源模块，用于为套管缺陷模块提供和调节交流电压、直流电压和交直流复合电压。本专利技术的进一步改进在于，所述电源模块包括：交流电源模块，包括：工频试验变压器、柱式调压器、分压器和保护电阻，用于提供和调节施加的交流电压及其电压值大小，交流电压的范围为0～1000kV；直流电源模块，包括：直流高压发生器，用于提供和调节施加的直流电压及其电压值大小，直流电压范围为0～800kV；交直流复合电压源模块，包括：变压器、隔直电阻、隔直电容、滤波电容、整流硅堆和示波器，用于提供交流和直流联合作用的交直流复合电压，交流电压范围为0～50kV、直流电压范围为0-50kV。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的系统是一种多参量联合分析的监测系统，可用于实际变压器套管的健康状态监测，当套管出现缺陷故障时可通过监测系统不同模块共同作用联合反映出来，有助于维运人员及时发现和处理缺陷故障，很大程度的加强了变压器套管以及电网运行的安全可靠性。其中，本专利技术设计的几种缺陷模型是用于举例说明实际套管常见的故障缺陷，有助于帮助掌握实际缺陷故障的特征与实现缺陷故障的快速准确的监测与诊断。具体的，本专利技术的系统同时具备电气绝缘性能和机械强度性能的测量装置，能从多角度综合分析实际变压器套管的运行特征和健康状态。同时设计了几种常见的套管绝缘缺陷，有助于运维人员掌握缺陷特征以及准确分析不同缺陷特性。在现有的常见缺陷模型中，可分别进行上述多特征量的共同监测，分析不同缺陷对各种特征参量的影响，在大量实验数据的基础上，可建立以不同特征参量为基础共同评估套管健康状态的实验模型以及数据库，可大大提高对油纸套管健康状态评估可靠度和准确度，有助于及时尽早地发现和判断套管的缺陷与故障。本专利技术的监测系统，可以实现套管局部放电、介电特性、机械特性(油压力，套管机械本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种油浸式套管电气绝缘性能的状态监测及缺陷模拟系统，其特征在于，包括：/n油压监测模块，用于监测油浸式套管内部绝缘油的压力；/n振动特性监测模块，用于监测油浸式套管在运行过程中的振动频率与幅度；/n放电特征监测模块，用于通过测试油浸式套管端部的局部放电脉冲电流的大小以及放电图谱，判断油浸式套管是否处于正常运行状态；/n放电现象观测模块，用于观测油浸式套管内部放电点的位置，记录放电时刻的放电过程图像及动画；/n介电响应测试模块，用于通过改变交流激励的频率，采用复电容、介质损耗作为频率的函数，用该函数的变化情况来评估绝缘材料或绝缘设备的绝缘状况；其中，测得的曲线的不同部分包含着绝缘油纸的不同信息，通过分析不同条件下曲线各段的变化情况，实现对套管绝缘状态进行诊断与评估。/n

【技术特征摘要】
1.一种油浸式套管电气绝缘性能的状态监测及缺陷模拟系统，其特征在于，包括：
油压监测模块，用于监测油浸式套管内部绝缘油的压力；
振动特性监测模块，用于监测油浸式套管在运行过程中的振动频率与幅度；
放电特征监测模块，用于通过测试油浸式套管端部的局部放电脉冲电流的大小以及放电图谱，判断油浸式套管是否处于正常运行状态；
放电现象观测模块，用于观测油浸式套管内部放电点的位置，记录放电时刻的放电过程图像及动画；
介电响应测试模块，用于通过改变交流激励的频率，采用复电容、介质损耗作为频率的函数，用该函数的变化情况来评估绝缘材料或绝缘设备的绝缘状况；其中，测得的曲线的不同部分包含着绝缘油纸的不同信息，通过分析不同条件下曲线各段的变化情况，实现对套管绝缘状态进行诊断与评估。


2.根据权利要求1所述的一种油浸式套管电气绝缘性能的状态监测及缺陷模拟系统，其特征在于，所述油压监测模块采用液体压力传感器，设置于油浸式套管封装外壳处；其中，探头设置于油面和有机玻璃壁处的交界处。


3.根据权利要求1所述的一种油浸式套管电气绝缘性能的状态监测及缺陷模拟系统，其特征在于，所述振动特性监测模块采用振动传感器，振动传感器设置于油浸式套管的套管封装外壳壁处，通过采集卡将测得数据传出。


4.根据权利要求1所述的一种油浸式套管电气绝缘性能的状态监测及缺陷模拟系统，其特征在于，所述放电特征监测模块包括：局部放电脉冲电流检测仪；
其中，对于110kV及以上的油浸式套管，当放电量大于等于20pC时，认为套管发生局部放电。


5.根据权利要求1所述的一种油浸式套管电气绝缘性能的状态监测及缺陷模拟系统，其特征在于，所述放电现象观测模块包括：紫外成像仪和相机；其中，通过紫外成像仪观测套管内部放电点的位置，通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚宇，郝建，刘强，蒲路，毛辰，王帆，简政，戴锡泽，杨鼎革，张璐，王辰曦，吴子豪，
申请(专利权)人：国网陕西省电力公司电力科学研究院，重庆大学，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61