本實(shí)用新型屬于絕緣介質(zhì)的老化狀態(tài)評(píng)估
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種用于絕緣介質(zhì)老化狀態(tài)評(píng)估的時(shí)域測(cè)試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：輸變電設(shè)備安全、穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行，是電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要保障。由于需要面臨室外露天工作環(huán)境下的各種惡劣條件，長(zhǎng)期的掛網(wǎng)運(yùn)行下，電氣設(shè)備的絕緣介質(zhì)不可避免會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象，發(fā)生故障，進(jìn)而引起事故。因此，對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，評(píng)估其老化狀態(tài)是十分必要的。目前，在工程上比較常用的絕緣診斷方法有兩種：理化分析法與電氣測(cè)量法。其中理化分析法主要是用絕緣老化引起的物理、化學(xué)參量來(lái)表征絕緣介質(zhì)的絕緣狀態(tài)，而電氣測(cè)量法則是以絕緣介質(zhì)電氣參數(shù)的變化來(lái)衡定絕緣狀態(tài)的。傳統(tǒng)的理化分析法如對(duì)拉伸強(qiáng)度、聚合度的測(cè)量，測(cè)量難度較大，且操作過程較復(fù)雜，耗時(shí)較長(zhǎng)。近年來(lái)電氣測(cè)量法因其操作便捷、無(wú)損的特點(diǎn)，受到業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注，但是在實(shí)際應(yīng)用中仍然有很大的局限性：對(duì)樣本大小有一定的需求，如電纜在測(cè)其電氣性能時(shí)往往需要數(shù)米以上的樣品，為測(cè)量帶來(lái)不便；測(cè)量結(jié)果對(duì)噪聲比較敏感，極大影響了評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性；對(duì)絕緣介質(zhì)的熱老化和輻照老化不敏感，同時(shí)缺乏必要的匹配手段進(jìn)行定量分析；對(duì)介質(zhì)形態(tài)有一定的要求。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本實(shí)用新型的目的在于提供一種用于絕緣介質(zhì)老化狀態(tài)評(píng)估的時(shí)域測(cè)試系統(tǒng)，以提高電流測(cè)量的準(zhǔn)確性，克服傳統(tǒng)絕緣老化狀態(tài)評(píng)估方法操作過程復(fù)雜、耗時(shí)較長(zhǎng)的問題，測(cè)量需要的樣品很少，抗噪效果好，對(duì)熱老化敏感，且可對(duì)老化狀態(tài)進(jìn)行定量分析，對(duì)固體與液體絕緣介質(zhì)均可進(jìn)行測(cè)量，可用于工程現(xiàn)場(chǎng)的絕緣介質(zhì)采樣檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)絕緣介質(zhì)老化狀態(tài)的快速有效的評(píng)估。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案為：一種用于絕緣介質(zhì)老化狀態(tài)評(píng)估的時(shí)域測(cè)試系統(tǒng)，包括電源模塊、測(cè)量電極模塊、電流測(cè)量模塊、數(shù)據(jù)采集模塊；電源模塊通過測(cè)量電源線連接到測(cè)量電極模塊中三電極系統(tǒng)的高壓極與測(cè)量極上，測(cè)量電極模塊中三電極系統(tǒng)的測(cè)量極通過同軸電纜屏蔽線與電流測(cè)量模塊的電流輸入端相連，電流測(cè)量模塊的輸出端與數(shù)據(jù)采集模塊的示波器輸入端相連。所述的電源模塊用來(lái)為被測(cè)試樣進(jìn)行充電，同時(shí)控制整個(gè)極化過程與去極化過程的開始與結(jié)束，以及極化過程與去極化過程的切換；它包括直流電源與時(shí)間繼電器組，直流電源選用一組串聯(lián)的直流蓄電池，根據(jù)測(cè)量需要改變電壓的大小，時(shí)間繼電器組通過三個(gè)時(shí)間繼電器的連接、組合，實(shí)現(xiàn)對(duì)極化過程與去極化過程的控制，極化過程與去極化過程的開始、持續(xù)、結(jié)束的時(shí)間可以通過對(duì)時(shí)間繼電器的設(shè)定進(jìn)行調(diào)節(jié)。所述的測(cè)量電極模塊用來(lái)放置被測(cè)試樣，它包括屏蔽箱和三電極系統(tǒng)；當(dāng)被測(cè)試樣為固體時(shí)，選用三電極系統(tǒng)作為測(cè)量電極模塊的電極，其保護(hù)間隙距離為2mm，測(cè)量電極的直徑為50mm，將三電極系統(tǒng)用屏蔽箱屏蔽起來(lái)。所述的電流測(cè)量模塊用來(lái)將被測(cè)電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換與放大，得到后續(xù)數(shù)據(jù)采集模塊可以測(cè)量的電壓信號(hào)，它包括微電流放大電路、量程切換裝置和金屬屏蔽盒；所述的微電流放大電路分為兩部分：放大電路的前半部分包括用于提高輸入阻抗作用的INA116和大阻值電阻、去耦電容、限流電阻、保護(hù)電路的防雷管2RM600-8；放大電路的后半部分包括兩片OP07、調(diào)節(jié)失調(diào)電壓的電位器、以及去耦電容、限流電阻和連接在放大運(yùn)放引腳間的濾高頻電容；被測(cè)電流依次經(jīng)過大阻值電阻，INA116，起到放大作用的OP07和起到跟隨器作用的OP07，最終得到放大后的電壓信號(hào)，分開的兩部分通過插針相互垂直連接起來(lái)；所述的量程切換裝置：在放大電阻兩端并聯(lián)一個(gè)電容Cf，電容Cf選用漏電較小的溫度補(bǔ)償性陶瓷電容，且其大小滿足RsCin≤RfCf，其中Rs為信號(hào)源內(nèi)阻，Rf為放大電阻，放大電阻選用玻璃釉電阻，通過切換接入放大電路的放大電阻，實(shí)現(xiàn)量程的切換，Cin為數(shù)pF到數(shù)十pF的輸入寄生電容；整個(gè)微電流放大電路和量程切換裝置用長(zhǎng)、寬、高分別為11.5cm、6cm、11cm的金屬屏蔽盒屏蔽起來(lái)，并將屏蔽盒外殼與大地相連，屏蔽盒上有檔位切換的開關(guān)，用來(lái)變換放大電阻，完成量程的切換；在屏蔽盒的前端下方位置處還有被測(cè)電流輸入同軸電纜接口與測(cè)量電極模塊相連。所述的數(shù)據(jù)采集模塊用來(lái)測(cè)量電流測(cè)量模塊輸出的電壓并將測(cè)得的結(jié)果經(jīng)過計(jì)算處理，得到IA因子，從而定量評(píng)估絕緣介質(zhì)老化狀態(tài)，它包括示波器與計(jì)算機(jī)。本實(shí)用新型所取得的有益效果為：本實(shí)用新型對(duì)固體與液體絕緣介質(zhì)都可以進(jìn)行測(cè)量，且測(cè)量需要的樣品很少，只需要直徑為10cm，厚度不超過2mm的圓片狀固體試樣或40ml的液體試樣即可。本實(shí)用新型所使用的系統(tǒng)通過多種措施減少噪聲與外界干擾對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，有效地提高了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性(精度可達(dá)pA級(jí))。圖3為采用抗干擾措施前后的輸出電壓波形的對(duì)比圖，經(jīng)計(jì)算圖3a中測(cè)量結(jié)果的信噪比SNRa＝4dB，圖3b中測(cè)量結(jié)果的信噪比SNRb＝20dB，可見采用抗干擾措施以后測(cè)量結(jié)果的信噪比有明顯提高，測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性得到有效提高。本實(shí)用新型可以通過測(cè)量得到的IA因子直接量化表征被測(cè)絕緣介質(zhì)的老化狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)工程現(xiàn)場(chǎng)的快速測(cè)量評(píng)估。附圖說明圖1為絕緣介質(zhì)老化時(shí)域測(cè)試評(píng)估系統(tǒng)模塊連接圖；圖2為測(cè)量值的線性度；圖3為抗干擾措施效果對(duì)比圖；圖4為絕緣介質(zhì)老化時(shí)域測(cè)試評(píng)估流程圖；圖5為不同老化時(shí)間的絕緣紙?jiān)嚇拥臉O化去極化電流曲線；圖6為不同老化試樣電荷量隨時(shí)間變化曲線；圖7為IA因子與老化時(shí)間t的關(guān)系；圖8為(1/DP)-(1/DP0)與老化時(shí)間t的關(guān)系；圖9為DP與IA因子的關(guān)系曲線。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖1所示，本實(shí)用新型所述用于絕緣介質(zhì)老化狀態(tài)評(píng)估的時(shí)域測(cè)試系統(tǒng)包括電源模塊、測(cè)量電極模塊、電流測(cè)量模塊、數(shù)據(jù)采集模塊；電源模塊通過測(cè)量電源線連接到測(cè)量電極模塊中三電極系統(tǒng)的高壓極與測(cè)量極上，測(cè)量電極模塊中三電極系統(tǒng)的測(cè)量極通過同軸電纜屏蔽線與電流測(cè)量模塊的電流輸入端相連，電流測(cè)量模塊的輸出端與數(shù)據(jù)采集模塊的示波器輸入端相連。所述電源模塊用來(lái)為被測(cè)試樣進(jìn)行充電，同時(shí)控制整個(gè)極化過程與去極化過程的開始與結(jié)束，以及極化過程與去極化過程的切換。它包括直流電源與時(shí)間繼電器組。為了減小電源對(duì)微電流測(cè)量電路造成干擾，影響測(cè)量的準(zhǔn)確性，因此直流電源選用一組串聯(lián)的直流蓄電池，根據(jù)測(cè)量需要改變電壓的大小。時(shí)間繼電器組通過三個(gè)時(shí)間繼電器的連接、組合，實(shí)現(xiàn)對(duì)極化過程與去極化過程的控制，極化過程與去極化過程的開始、持續(xù)、結(jié)束的時(shí)間可以通過對(duì)時(shí)間繼電器的設(shè)定進(jìn)行調(diào)節(jié)。測(cè)量電極模塊用來(lái)放置被測(cè)試樣，將其連入測(cè)量回路。它包括屏蔽箱和三電極系統(tǒng)(或油杯)。當(dāng)被測(cè)試樣為固體時(shí)，選用三電極系統(tǒng)作為測(cè)量電極模塊的電極，其保護(hù)間隙距離為2mm，測(cè)量電極的直徑為50mm，三電極系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于將體積電流與表面電流分開測(cè)量，消除了邊緣效應(yīng)的影響，整個(gè)三電極系統(tǒng)用屏蔽箱屏蔽起來(lái)，減小外界干擾對(duì)測(cè)量的影響。當(dāng)被測(cè)試樣為液體時(shí)，選用油杯作為測(cè)量電極系統(tǒng)，起到盛裝被測(cè)試樣與電極的作用。電流測(cè)量模塊用來(lái)將被測(cè)電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換與放大，得到后續(xù)數(shù)據(jù)采集模塊可以測(cè)量的電壓信號(hào)。它包括微電流放大電路、量程切換裝置和金屬屏蔽盒；所述的微電流放大電路分為兩部分：放大電路的前半部分，主要包括用于提高輸入阻抗作用的INA116和大阻值電阻，去耦電容，限流電阻，保護(hù)電路的防雷管2RM600-8；放大電路的后半部分，主要包括兩片OP07(分別用于放大作用和跟隨器作用)，調(diào)節(jié)失調(diào)電壓的電位器，以及去耦電容、限流電阻和連接在放大運(yùn)放2、6引腳間的濾高頻電容。被測(cè)電流依次經(jīng)過大阻值電阻，INA116，起到放大作用的OP07和起到跟隨器作用的OP07，最終得到放大后的電壓信號(hào)。分開的兩部分通過插針相互垂直連接起來(lái)。所述的量程切換裝置：隨著運(yùn)算放大器反饋電阻的增大，電路容易出現(xiàn)振蕩，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)數(shù)pF到數(shù)十pF的輸入寄生電容Cin，導(dǎo)致運(yùn)放的穩(wěn)定性變差。為了解決這個(gè)問題，在放大電阻兩端并聯(lián)一個(gè)電容Cf，通過相位補(bǔ)償?shù)姆绞絹?lái)阻止振蕩。電容Cf選用漏電較小的溫度補(bǔ)償性陶瓷電容，且其大小滿足RsCin≤RfCf，其中Rs為信號(hào)源內(nèi)阻，Rf為放大電阻。本實(shí)用新型選用的電流放大方式為高輸入阻抗法，與積分法相比節(jié)省了測(cè)量時(shí)間。放大電阻選用玻璃釉電阻，減小了溫度變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。通過切換接入放大電路的放大電阻，實(shí)現(xiàn)量程的切換。整個(gè)微電流放大電路和量程切換裝置用長(zhǎng)、寬、高分別為11.5cm、6cm、11cm的金屬屏蔽盒屏蔽起來(lái)，并將屏蔽盒外殼與大地相連，從而達(dá)到屏蔽外界干擾的目的。屏蔽盒上有檔位切換的開關(guān)，用來(lái)變換放大電阻，完成量程的切換；在屏蔽盒的前端下方位置處還有被測(cè)電流輸入同軸電纜接口與測(cè)量電極模塊相連。通過屏蔽盒的使用進(jìn)一步減少外界的干擾，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。在運(yùn)放輸入端加屏蔽環(huán)，即將其用金屬屏蔽環(huán)包圍，并接地，以減小泄漏電流與接觸噪聲。本實(shí)用新型的微電流測(cè)量系統(tǒng)的輸入電流與輸出電壓的關(guān)系為Iin＝Vout·10-n，其中n為測(cè)量時(shí)所選用的放大電阻的數(shù)量級(jí)。對(duì)本測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，部分測(cè)量結(jié)果如下所示：對(duì)上面的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行線性度分析，分析結(jié)果如圖2所示，由不同放大電阻檔位下測(cè)量值的線性度分析可以看出，測(cè)量的數(shù)據(jù)滿足線性關(guān)系。經(jīng)計(jì)算測(cè)量結(jié)果與真實(shí)值的最大相對(duì)誤差為14.6％，可以滿足工程需要。數(shù)據(jù)采集模塊用來(lái)測(cè)量電流測(cè)量模塊輸出的電壓并將測(cè)得的結(jié)果經(jīng)過計(jì)算處理，得到IA因子，從而定量評(píng)估絕緣介質(zhì)老化狀態(tài)。它包括示波器與計(jì)算機(jī)。本實(shí)用新型提供的絕緣介質(zhì)老化時(shí)域測(cè)試評(píng)估流程圖如圖4所示，包括如下步驟：步驟一：獲取需要進(jìn)行老化狀態(tài)評(píng)估的絕緣介質(zhì)試樣，固體試樣取直徑為10cm，厚度不超過2mm的圓片，液體試樣取40ml，根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的工作環(huán)境，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，對(duì)被測(cè)試樣進(jìn)行加速老化處理，得到不同老化狀態(tài)的試樣。步驟二：根據(jù)試樣的物理形態(tài)選擇電極(固體選用三電極，液體選用油杯)，放置好試樣，通過量程切換裝置為測(cè)量電路選擇合適的檔位，對(duì)試樣進(jìn)行充分放電后，打開時(shí)間繼電器組的開關(guān)，開始極化去極化過程，并通過計(jì)算機(jī)記錄測(cè)量結(jié)果。步驟三：對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行處理，將去極化電流測(cè)量結(jié)果進(jìn)行平滑處理，然后將電流對(duì)時(shí)間積分，對(duì)積分得到的電荷量隨時(shí)間變化曲線擬合，從而得到電荷量與時(shí)間的關(guān)系式，通過不同老化狀態(tài)試樣的擬合結(jié)果，進(jìn)一步找到擬合關(guān)系式中IA因子與老化時(shí)間的關(guān)系，并根據(jù)不同介質(zhì)老化時(shí)間與其現(xiàn)有的衡量老化狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)參量之間的關(guān)系，得到IA因子與標(biāo)準(zhǔn)參量之間的函數(shù)關(guān)系。步驟四：在實(shí)際測(cè)試作業(yè)中，獲取需要測(cè)量的絕緣介質(zhì)試樣，經(jīng)過測(cè)量與數(shù)據(jù)處理得到IA因子，即可得到衡量被測(cè)介質(zhì)老化狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)參量，從而定量得到被測(cè)介質(zhì)的老化狀態(tài)。實(shí)施示例：(1)試樣制備：首先將某型號(hào)電纜絕緣紙剪成若干直徑10cm的圓片在90℃下進(jìn)行真空干燥24小時(shí)，然后在40℃下的真空浸油箱內(nèi)浸油24小時(shí)，最后將處理過后的變壓器紙放置在180℃的老化箱內(nèi)，進(jìn)行加速老化處理，定期取出加熱時(shí)間為100h、200h、300h、400h的老化試樣若干，作為測(cè)量用的試樣。在測(cè)量前將試樣置于恒溫恒濕箱內(nèi)12小時(shí)，同時(shí)在測(cè)量過程中盡量保持恒定的溫度。(2)測(cè)量過程：放置好試樣以后，在測(cè)量開始前首先對(duì)試樣進(jìn)行充分放電，以保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性；對(duì)電源模塊的時(shí)間繼電器組進(jìn)行設(shè)置，將控制充電開始的時(shí)間繼電器時(shí)間設(shè)置為5s，控制充電結(jié)束的時(shí)間繼電器時(shí)間設(shè)置為125s，控制放電開始的時(shí)間繼電器時(shí)間設(shè)置為125.1s，并將施加在試樣上的直流電壓調(diào)節(jié)為50V；調(diào)節(jié)電流測(cè)量模塊的量程切換裝置，為測(cè)量電路選取合適的檔位，打開時(shí)間繼電器與運(yùn)放的供電電源，測(cè)量開始，依次進(jìn)行極化，去極化過程；觀察到去極化電流穩(wěn)定在零以后，通過數(shù)據(jù)采集模塊導(dǎo)出并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果；待試樣充分放電以后，關(guān)閉時(shí)間繼電器與運(yùn)放的電源，更換試樣，開始新一輪的測(cè)量，重復(fù)以上步驟。(3)IA因子與標(biāo)準(zhǔn)參量函數(shù)關(guān)系的推算：對(duì)不同老化試樣的極化去極化電流測(cè)量結(jié)果進(jìn)行平滑處理，消除噪聲的干擾，得到的結(jié)果如圖5所示；將去極化電流對(duì)測(cè)量時(shí)間積分，得到的電荷量隨時(shí)間變化曲線如圖6所示；利用公式q＝-Ae-t/B+C對(duì)圖6的結(jié)果進(jìn)行擬合，不同老化時(shí)間試樣的擬合結(jié)果如下表所示：老化時(shí)間(h)A(×10-6)BC(×10-6)1003.7119.894.822006.5625.337.513009.8117.6310.4240011.8513.7112.44擬合得到的A值即為IA因子，IA因子與老化時(shí)間的關(guān)系如圖7所示，擬合得到老化時(shí)間t與IA因子的關(guān)系式為t＝35.87×106IA-36.29。本示例選擇的標(biāo)準(zhǔn)參量為聚合度，DP為老化時(shí)間t時(shí)刻絕緣紙的聚合度，DP0為未經(jīng)過老化的絕緣紙的聚合度，測(cè)量不同老化時(shí)間絕緣紙的聚合度，(1/DP)-(1/DP0)與老化時(shí)間的關(guān)系如圖8所示，通過擬合得到聚合度DP＝1/(5.96×10-6t+0.001)，因此聚合度與IA因子的關(guān)系為DP＝1/(213.785IA+0.001)，DP與IA因子的關(guān)系曲線如圖9所示。4)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量：取待測(cè)的老化試樣，通過測(cè)量與數(shù)據(jù)處理得到待測(cè)試樣的IA因子為32.34×10-6，通過計(jì)算得到其聚合度為130。按照規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，DP值為500左右時(shí)，設(shè)備處于壽命中期，DP降至250左右時(shí)，設(shè)備處于壽命晚期，DP降至150左右時(shí)，不應(yīng)繼續(xù)運(yùn)行，因此所測(cè)設(shè)備不應(yīng)繼續(xù)使用。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3