一種在高壓直流電場檢測油紙電導率的測量設備及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種在高壓直流電場檢測油紙電導率的測量設備及方法，包括120kV直流高壓發(fā)生器、高壓開關系統(tǒng)、高壓電極杯、高低溫試驗箱、控制系統(tǒng)；其特征在于：控制系統(tǒng)通過通信線與120kV直流高壓發(fā)生器和高低溫試驗箱相連進行控制，120kV高壓直流發(fā)生器通過保護電阻與高壓開關系統(tǒng)的高壓輸入端相連，高壓開關系統(tǒng)的高壓輸出端與高壓電極杯的高壓接線桿相連，高壓電極杯的檢流計接線端通過保護電阻與控制系統(tǒng)的微電流計相連，控制系統(tǒng)與高壓開關系統(tǒng)之間通過無線系統(tǒng)進行信號傳輸；高壓電極杯放置在可控制溫度的高低溫試驗箱內，本設備可單獨檢測變壓器油和絕緣紙板的電導率，也可以在變壓器油中檢測絕緣紙板的電導率。
【專利說明】—種在高壓直流電場檢測油紙電導率的測量設備及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在高壓直流電場檢測油紙電導率的測量設備及方法，屬于變壓器油的絕緣性檢測【技術領域】。
【背景技術】
[0002]近年來，我國直流輸電工業(yè)已經進入大電網、特高壓電網的發(fā)展時期，相繼建成±500kV、±660kV和±800kV特高壓直流輸電工程。換流變壓器是直流輸電工程中極其重要的輸變電設備，其行業(yè)發(fā)展與電力工業(yè)的整體發(fā)展密切相關。國內換流變壓器行業(yè)通過引進國外先進技術，使產品品種、水平及高電壓變壓器容量都有了大幅度提高。運行中換流變壓器主要承受高電壓、雷電沖擊和操作過電壓的長周期作用，因此作為換流變壓器中主要絕緣材料的變壓器油和絕緣紙板除應具備較好的抗電壓擊穿性能外，還應具備較低直流電場下的電導率，即較高的電阻率，電導率與電阻率互成倒數(shù)關系。
[0003]目前，國內外用于評價變壓器油電阻率標準方法有GB/T5654 (等效于IEC60247)、DL/T421、ASTM D1169等標準，其原理是在直流電場強度為250?500V/mm下，測量I分鐘內的電導電流，換算得到絕緣油的體積電阻率；GB/T21216 (等效于IEC61620)原理是在直流電場強度為10?100V/mm下，測量I分鐘內的電導電流，換算得到絕緣油的體積電導率。用于評價絕緣紙板電阻率標準方法有GB/T1410、IEC60093、ASTM D257等標準，其原理是在直流電壓為500?1000V下，測量電導電流，計算出絕緣材料的體積電阻率?，F(xiàn)有標準方法在直流電場強度約為250?1000V/mm下考察變壓器油或絕緣紙板的電阻率，而換流變壓器設計中，油紙絕緣體系統(tǒng)承受的直流電場強度為2kV/_?20kV/mm?，F(xiàn)有標準方法試驗的條件與換流變壓器油紙的實際工況相差較大，不能真實反應變壓器油和絕緣紙板在實際直流電場強度下的電導性能。目前，國內沒有測量變壓器油和絕緣紙板復合體系下電導率的測量設備和方法。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種在高壓直流電場強度下考察變壓器油、絕緣紙板或油紙體系電導率的測量裝置和方法。
[0005]其技術原理為:變壓器油在高溫下，在絕緣紙板存在條件下，快速施加直流高電壓，直流電場強度達到為2kV/mm?20kV/mm，進行充電，充電一定周期后，快速斷開直流高電壓，并快速接地，直至電流為零，停止測試，在整個充電和放電過程中，記錄低壓電極上的電流值，快速充電時產生極化電流值和穩(wěn)定時期電流值的高低表明變壓器油的電導性能，即變壓器油的絕緣性能好壞。
[0006]本發(fā)明所述的在高壓直流電場檢測油紙電導率的測量設備，包括120kV直流高壓發(fā)生器、高壓開關系統(tǒng)、高壓電極杯、高低溫試驗箱、控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)通過通信線與120kV直流高壓發(fā)生器和高低溫試驗箱相連進行控制，120kV高壓直流發(fā)生器通過保護電阻與高壓開關系統(tǒng)的高壓輸入端相連，高壓開關系統(tǒng)的高壓輸出端與電極杯高壓端相連，電極杯低壓端通過保護電阻與控制系統(tǒng)的微電流計相連，控制系統(tǒng)與高壓開關系統(tǒng)之間通過無線系統(tǒng)進行信號傳輸；電極杯放置在可控制溫度的試驗箱內。
[0007]高壓開關系統(tǒng)由高壓輸入端、無線控制箱、絕緣支柱、接地底座、上150kV充電高壓繼電器、絕緣連接套、高壓輸出端、保護電阻和下150kV放電高壓繼電器組成，高壓輸入端安裝在150kV充電高壓斷電器上端，150kV充電高壓繼電器下端和150kV放電高壓繼電器的上端通過保護電阻與高壓輸出端相連；150kV放電高壓繼電器的下端接連在接地底座上，無線控制箱通過安裝在接地底座上的絕緣支柱的支撐固定到絕緣連接套側面，絕緣連接套用于固定150kV充電高壓繼電器、150kV放電高壓繼電器和保護電阻；由于150kV充電高壓繼電器的下端輸出端通常直接用于連接接地，控制線路與輸出端的絕緣距離只能承受220V或380V工頻電壓，不能直接用于IOOkV高壓輸出，因此，要實現(xiàn)IOOkV高壓的通斷，采用高壓懸浮電位技術，即，把充電高壓繼電器的下端輸出端和控制線路與大地之間采用絕緣支撐，絕緣距離大于150kV直流電壓，控制線路的供電和控制，就不能采用傳統(tǒng)的導線與電源直接連接方式，傳統(tǒng)的導線與電源直接連接方式只能承受很低的電壓(220V或380V)，不能實現(xiàn)IOOkV直流高壓通斷，所以制造一種無線控制箱，無線控制箱通過安裝在接地底座上的絕緣支柱，與大地絕緣距離大于150kV直流電壓，無線控制箱中安裝RLDlIOH型號無線信號接收電路板和供電用的蓄電池，用于給從充電高壓繼電器控制線路供電和控制，從而實現(xiàn)IOOkV直流高壓的通斷。
[0008]電極杯由高壓接線桿、鎖定旋片、定位旋片、間隙調節(jié)片、高壓電極固定旋筒、容器外筒、高壓平板電極、低壓平板電極、高壓保護圓筒電極、O型密封圈、底座、溫度傳感器、屏蔽圓筒電極、檢流計接線端組成；在底座上依次安裝上高壓保護圓筒電極、屏蔽圓筒電極、低壓平板電極和溫度傳感器，在底座螺絲扣底部套上O型密封圈，檢流計接線端裝在低壓平板電極的最底部，將容器外筒旋在底座上，高壓平板電極安裝在高壓接線桿上垂直放入容器外筒內，高壓電極固定旋筒穿過高壓接線桿旋在容器外筒上，在高壓接線桿放上間隙調節(jié)片，依據(jù)旋上鎖定旋片和定位旋片，電極杯組裝完成。
[0009]控制系統(tǒng)由微電流計、120kV直流高壓發(fā)生器控制箱和綜合控制箱組成，綜合控制箱通過通信電線分別與微電流計、120kV直流高壓發(fā)生器控制箱和高低溫試驗箱相連，綜合控制箱通過無線信號與高壓開關系統(tǒng)通信。綜合控制箱具有設定試驗溫度、直流高壓值、直流高壓的極性、充電時間和放電時間、微電流的采集和記錄的功能。
[0010]所述的一種在高壓直流電場檢測油紙電導率的試驗方法，如下步驟:
[0011]步驟一、首先，對電極杯的各部件進行清洗、干燥和組裝，在低壓電極板上放置絕緣紙板，絕緣紙板要經過真空干燥處理；
[0012]步驟二、用取樣器量取處理后的變壓器油，注入電極杯內且浸沒平板高壓電極，安裝高壓電極板壓在絕緣紙板上，固定位置。
[0013]步驟三、將電極杯放置于高低溫試驗箱內，高壓電極杯的高壓接線桿通過高壓開關系統(tǒng)的高壓輸出端、保護電阻、150kV充電高壓繼電器與120kV直流高壓發(fā)生器相連，高壓電極杯的檢流計接線端與控制系統(tǒng)中微電流計相連；
[0014]步驟四、在控制系統(tǒng)的綜合控制箱上，設置直流電壓的極性、電壓、充電時間、放電時間，在微電流計上設置記錄時間，在高低溫試驗箱上設置溫度，開始測試試驗；
[0015]步驟五、記錄試驗時間后樣品的充電電流或放電電流值(單位:A)。按照如下公式計算電導率，(單位:S)。
[0016]ο =1/UX.h/A.Is
[0017]式中:
[0018]σ-電導率，S/m ;
[0019]Ux——施加電壓值，V ；
[0020]h——絕緣紙板厚度，m ；
[0021 ] A——檢測電極有效面積，m2 ；
[0022]Is——穩(wěn)定的電流值，A ；
[0023]由于本發(fā)明在評定變壓器油電導率測量采用上述技術方案，使其為評估特高壓換流變壓器用油的絕緣性能提供有利的技術支持。特別是本發(fā)明涉及的高壓直流電場強度接近于實際換流變壓器的電場強度。本發(fā)明所涉及的油紙體系電導率檢測方式，不僅可以單獨檢測變壓器油、絕緣紙板，還可以在變壓器油中檢測絕緣紙板的電導率，其檢測結果對于指導特高壓換流變壓器的絕緣設計，具有重要的工程指導意義。 【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明實施例的結構示意圖。
[0025]圖中:1120kV直流高壓發(fā)生器，2高壓開關系統(tǒng)，3高壓電極杯，4高低溫試驗箱，5控制系統(tǒng)。
[0026]圖2高壓開關系統(tǒng)結構圖。
[0027]圖中:6高壓輸入端，7無線控制箱，8絕緣支柱，9接地底座，10150kV充電高壓繼電器，11絕緣連接套，12高壓輸出端，13保護電阻，14150kV放電高壓繼電器。
[0028]圖3電極杯結構示意圖。
[0029]15高壓接線桿，16鎖定旋片，17定位旋片，18間隙調節(jié)片，19高壓電極固定旋筒，20容器外筒，21高壓平板電極，22低壓平板電極，23高壓保護圓筒電極，240型密封圈，25底座，26溫度傳感器，27屏蔽圓筒電極，28檢流計接線端
[0030]圖4控制系統(tǒng)原理圖。
[0031]圖5油紙電導率測量結果。
【具體實施方式】
[0032]實施例1:
[0033]以一次利用一種在高壓直流電場檢測油紙電導率的測量設備，測量KI50X變壓器油的油紙電導率為例，對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0034]參閱圖1。一種在高壓直流電場檢測油紙電導率的測量設備，包括120kV直流高壓發(fā)生器1、高壓開關系統(tǒng)2、高壓電極杯3、高低溫試驗箱4、控制系統(tǒng)5 ;控制系統(tǒng)5通過通信線與120kV直流高壓發(fā)生器I和高低溫試驗箱4相連進行控制，120kV高壓直流發(fā)生器I通過保護電阻與高壓開關系統(tǒng)2的高壓輸入端6相連，高壓開關系統(tǒng)2的高壓輸出端12與高壓電極杯3的高壓接線桿15相連，高壓電極杯3的檢流計接線端28通過保護電阻與控制系統(tǒng)5的微電流計相連，控制系統(tǒng)5與高壓開關系統(tǒng)2之間通過無線系統(tǒng)進行信號傳輸；高壓電極杯3放置在可控制溫度的高低溫試驗箱4內。[0035]參閱圖2。高壓開關系統(tǒng)2包括:高壓輸入端6、無線控制箱7、絕緣支柱8、接地底座9、150kV充電高壓繼電器10、絕緣連接套11、高壓輸出端12、保護電阻13和150kV放電高壓繼電器14組成；高壓輸入端6安裝在150kV充電高壓斷電器10的上端，150kV充電高壓繼電器10的下端和150kV放電高壓繼電器14的上端通過保護電阻13與高壓輸出端12相連，150kV放電高壓繼電器14的下端接連在接地底座9上，無線控制箱7通過安裝在接地底座9上的絕緣支柱8的支撐固定到絕緣連接套11的側面，絕緣連接套11用于固定150kV充電高壓繼電器10、150kV放電高壓繼電器14和保護電阻13。
[0036]參閱圖3。高壓電極杯3包括:高壓接線桿15、鎖定旋片16、定位旋片17、間隙調節(jié)片18、高壓電極固定旋筒19、容器外筒20、高壓平板電極21、低壓平板電極22、高壓保護圓筒電極23、0型密封圈24、底座25、溫度傳感器26、屏蔽圓筒電極27和檢流計接線端28 ；高壓保護圓筒電極23穿過底座25中心固定在底座上，屏蔽圓筒電極27固定在高壓保護圓筒電極23底端，低壓平板電極22固定在高壓保護圓筒電極23內中心，溫度傳感器26固定在高壓保護圓筒電極23外底座25上；高壓容器外筒20旋在底座25上，在底座25的螺絲扣底部套有O型密封圈24密封；高壓電極固定旋筒19旋在容器外筒20上端，高壓接線桿15穿過高壓電極固定旋筒19中心，高壓接線桿15位于高壓電極固定旋筒19外部分依次套上間隙調節(jié)片18和旋上定位旋片17和鎖定旋片16 ;高壓平板電極21安裝在高壓接線桿15位于高壓電極固定旋筒19內部分的端部；檢流計接線端28裝在低壓平板電極22的最底部。其體形能承受IOOkV正極性直流電壓，而不發(fā)生沿面閃洛，其電極為圓形平板電極，直徑最大可達100mm。
[0037]參閱圖4?？刂葡到y(tǒng)，由微電流計、120kV直流高壓發(fā)生器控制箱和綜合控制箱組成，綜合控制箱通過通信電線分別與微電流計、120kV直流高壓發(fā)生器控制箱和高低溫試驗箱相連，綜合控制箱通過無線信號與高壓開關系統(tǒng)通信。綜合控制箱具有設定試驗溫度、直流高壓值、直流高壓的極性、充電時間和放電時間、微電流的采集和記錄的功能。
[0038]高壓直流電場檢測油紙電導率的試驗方法:
[0039]步驟一、首先，對高壓電極杯3的各部件進行清洗、干燥和組裝，在直徑為IOOmm的低壓平板電極22上放置厚度為1mm直徑為IOOmm的圓形絕緣紙板，圓形絕緣紙板要經過真空干燥處理；
[0040]步驟二、用2000mL燒杯取處理后的KI50X變壓器油2000mL，注入高壓電極杯3內，
將高壓平板電極21壓在圓形絕緣紙板上，固定位置。
[0041]步驟三、將高壓電極杯3放置于高低溫試驗箱4內，高壓電極杯3的高壓接線桿15通過高壓開關系統(tǒng)2的高壓輸出端12、保護電阻13、150kV充電高壓繼電器10與120kV直流高壓發(fā)生器I相連，高壓電極杯3的檢流計接線端28與控制系統(tǒng)5中微電流計相連；
[0042]步驟四、在控制系統(tǒng)5的綜合控制箱上，設置直流電壓的極性為正極性、電壓為40kV、充電時間為3小時、放電時間為3小時，設置記錄時間為6小時，設置高低溫試驗箱4的溫度為90°C，開始測試試驗；
[0043]步驟五、記錄試驗時間6小時后樣品的充電電流或放電電流值(單位-JO。按照如下公式計算電導率，(單位:S)。
[0044] σ =1/UX.h/A.Is (I)
[0045]式中:[0046]σ-電導率，S/m ；
[0047]Ux——施加電壓值，V;
[0048]h-絕緣紙板厚度，m ；
[0049]A——檢測電極有效面積，m2 ；
[0050]Is——穩(wěn)定的電流值，A ；
[0051]將Ux=40000V;h = 0.0Olm ；A= π/4.0.01,m2 ;代入公式(I)得到公式:
[0052]σ =3.185X10-6.Is (2)
[0053]式中:
[0054]σ-電導率，S/m ；
[0055]Is——穩(wěn)定的電流值，A ；
[0056]將測量的電流 值代入公式(2)中，可以得到絕緣紙板在變壓器油中的電導率。
【權利要求】
1.一種在高壓直流電場檢測油紙電導率的測量設備，包括120kv直流高壓發(fā)生器、高壓開關系統(tǒng)、高壓電極杯、高低溫試驗箱、控制系統(tǒng)；其特征在于:控制系統(tǒng)通過通信線與120kV直流高壓發(fā)生器和高低溫試驗箱相連進行控制，120kV高壓直流發(fā)生器通過保護電阻與高壓開關系統(tǒng)的高壓輸入端相連，高壓開關系統(tǒng)的高壓輸出端與高壓電極杯的高壓接線桿相連，高壓電極杯的檢流計接線端通過保護電阻與控制系統(tǒng)的微電流計相連，控制系統(tǒng)與高壓開關系統(tǒng)之間通過無線系統(tǒng)進行信號傳輸；高壓電極杯放置在可控制溫度的高低溫試驗箱內。
2.如權利要求1所述的在高壓直流電場檢測油紙電導率的測量設備，所述的高壓開關系統(tǒng)包括:高壓輸入端、無線控制箱、絕緣支柱、接地底座、150kV充電高壓繼電器、絕緣連接套、高壓輸出端、保護電阻和150kV放電高壓繼電器組成；其特征在于:高壓輸入端安裝在150kV充電高壓斷電器的上端，150kV充電高壓繼電器的下端和150kV放電高壓繼電器的上端通過保護電阻與高壓輸出端相連，150kV放電高壓繼電器的下端接連在接地底座上，無線控制箱通過安裝在接地底座上的絕緣支柱的支撐固定到絕緣連接套的側面，絕緣連接套用于固定150kV充電高壓繼電器、150kV放電高壓繼電器和保護電阻。
3.如權利要求1所述的在高壓直流電場檢測油紙電導率的測量設備，所述電極杯高壓電極杯包括:高壓接線桿、鎖定旋片、定位旋片、間隙調節(jié)片、高壓電極固定旋筒、容器外筒、高壓平板電極、低壓平板電極、高壓保護圓筒電極、O型密封圈、底座、溫度傳感器、屏蔽圓筒電極和檢流計接線端；高壓保護圓筒電極穿過底座中心固定在底座上，屏蔽圓筒電極固定在高壓保護圓筒電極底端，低壓平板電極固定在高壓保護圓筒電極內中心，溫度傳感器固定在高壓保護圓筒電極外底座上；高壓容器外筒旋在底座上，在底座的螺絲扣底部套有O型密封圈密封；高壓電極固定旋筒旋在容器外筒上端，高壓接線桿穿過高壓電極固定旋筒中心，高壓接線桿位于高壓電極固定旋筒外部分依次套上間隙調節(jié)片和旋上定位旋片和鎖定旋片；高壓平板電極安裝在高壓接線桿位于高壓電極固定旋筒內部分的端部；檢流計接線端裝在低壓平板電極 的最底部。
4.如權利要求1所述的在高壓直流電場檢測油紙電導率的測量設備，所述控制系統(tǒng)包括微電流計、120kV直流高壓發(fā)生器控制箱和綜合控制箱；其特征在于:綜合控制箱通過通信電線分別與微電流計、120kV直流高壓發(fā)生器控制箱和高低溫試驗箱相連，綜合控制箱通過無線信號與高壓開關系統(tǒng)通信。綜合控制箱具有設定試驗溫度、直流高壓值、直流高壓的極性、充電時間和放電時間、微電流的采集和記錄的功能。
5.一種檢測油紙電導率的測量方法，其特征在于:應用權利要求1所述的在高壓直流電場檢測油紙電導率的測量設備檢測油紙電導率，其步驟如下: 步驟一、首先，對電極杯的各部件進行清洗、干燥和組裝，在低壓電極板上放置絕緣紙板，絕緣紙板要經過真空干燥處理； 步驟二、用取樣器量取處理后的變壓器油，注入電極杯內且浸沒平板高壓電極，安裝高壓電極板壓在絕緣紙板上，固定位置； 步驟三、將電極杯放置于高低溫試驗箱內，高壓電極杯的高壓接線桿通過高壓開關系統(tǒng)的高壓輸出端、保護電阻、150kV充電高壓繼電器與120kV直流高壓發(fā)生器相連，高壓電極杯的檢流計接線端與控制系統(tǒng)中微電流計相連； 步驟四、在控制系統(tǒng)的綜合控制箱上，設置直流電壓的極性、電壓、充電時間、放電時間，在微電流計上設置記錄時間，在高低溫試驗箱上設置溫度，開始測試試驗； 步驟五、記錄試驗時間后樣品的充電電流或放電電流值(單位:A)。按照如下公式計算電導率，(單位:S)。σ =1/UX.h/A.Is 式中: σ-電導率，S/m ； Ux——施加電壓值，V ; h-絕緣紙板厚度，m ； A-檢測電極有效面積，m2 ； Is——穩(wěn)定的電流值，A。
【文檔編號】G01R27/14GK103901276SQ201210579571
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月27日 優(yōu)先權日:2012年12月27日
【發(fā)明者】于會民, 馬書杰, 張綺, 郭春梅, 王會娟, 王鵬 申請人:中國石油天然氣股份有限公司