“局部放電是電力設(shè)備內(nèi)部微小區(qū)域的局部擊穿，是造成電力設(shè)備絕緣故障的主要‘元兇’。許多設(shè)備故障都經(jīng)歷了發(fā)生、發(fā)展、爆發(fā)的過程，如果在初期有效診斷和合理處置，就能避免絕大多數(shù)嚴(yán)重故障。"

攻關(guān)團(tuán)隊(duì)自15年起關(guān)注變壓器、GIS等電力設(shè)備的早期微弱局部放電監(jiān)（檢）測(cè)，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)手段對(duì)細(xì)微絕緣異常的敏感性不足，早期缺陷發(fā)展到嚴(yán)重階段才能被發(fā)現(xiàn)；單一物理量的測(cè)量易受環(huán)境干擾，難以實(shí)現(xiàn)高精度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；在高壓、高電磁干擾環(huán)境下，傳統(tǒng)傳感器安裝位置受限，制約信號(hào)的有效測(cè)量。

“對(duì)在運(yùn)變壓器的局部放電監(jiān)測(cè)，主要圍繞放電過程中的聲、光、電、磁信號(hào)和油中氣體狀態(tài)量。日常運(yùn)維工作中，外置式超聲波傳感器和內(nèi)置式特高頻傳感器應(yīng)用最為廣泛。"傅晨釗說。但在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中超聲波和特高頻傳感技術(shù)都存在局限性，前者存在易受環(huán)境噪聲等信號(hào)干擾、設(shè)備外殼造成聲波衰減等問題，后者則易受脈沖型噪聲源干擾而出現(xiàn)誤報(bào)警。這些都會(huì)影響局部放電源的判定和定位，進(jìn)而可能導(dǎo)致存在早期絕緣缺陷的設(shè)備繼續(xù)“帶病"運(yùn)行。

由于常規(guī)單一物理量、外置式傳感監(jiān)測(cè)已無法滿足設(shè)備早期絕緣缺陷的可靠監(jiān)測(cè)需求，2017年，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)開始探索電力設(shè)備內(nèi)置式、高靈敏、多參量聯(lián)合監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)。

一、產(chǎn)品及選用（VLF3000電力體制改革“低頻高壓耐壓機(jī)"測(cè)量工作量小）

1、命名說明

2、超低頻系列產(chǎn)品                         表1

3、根據(jù)被試對(duì)向選擇適當(dāng)規(guī)格的產(chǎn)品。

使用時(shí)，試品電容量不得超過儀器的額定容量。試品電容量過小，會(huì)影響輸出波形。若小于0.05µF，儀器將不能正常輸出。可并聯(lián)0.1 µF的電容輔助輸出。下面是一些設(shè)備的電容量，供用戶參考。

不同發(fā)電機(jī)的單相對(duì)地電容量                          表2

交聯(lián)聚乙烯絕緣單芯電力電纜的電容量(µF/km)    表3

4、試品電流的估算方法：

計(jì)算公式：　Ｉ＝２πfＣＵ

二、絕緣耐壓試驗(yàn)原理（VLF3000電力體制改革“低頻高壓耐壓機(jī)"測(cè)量工作量小）

超低頻絕緣耐壓試驗(yàn)實(shí)際上是工頻耐壓試驗(yàn)的一種替代方法。我們知道，在對(duì)大型發(fā)電機(jī)、電纜等試品進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)時(shí)，由于它們的絕緣層呈現(xiàn)較大的電容量，所以需要很大容量的試驗(yàn)變壓器或諧振變壓器。這樣一些巨大的設(shè)備，不但笨重，造價(jià)高，而且使用十分不便。為了解決這一矛盾，電力部門采用了降低試驗(yàn)頻率，從而降低了試驗(yàn)電源的容量。從國內(nèi)外多年的理論和實(shí)踐證明，用0.1Hz超低頻耐壓試驗(yàn)替代工頻耐壓試驗(yàn)，不但能有同樣的等效性，而且設(shè)備的體積大為縮小，重量大為減輕 ，理論上容量約為工頻的五百分之一。試驗(yàn)程序大大地減化，與工頻試驗(yàn)相比好處更多。這就是為什么發(fā)達(dá)國家普遍采用這一方法的原因。我國電力部以委托武漢高壓研究所起草了《35kV及以下交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜超低頻（0.1Hz）耐壓試驗(yàn)方法》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。我國正在推廣這一方法，本儀器是根據(jù)我國這一需要研制而成的。可廣泛用于電纜、大型高壓旋轉(zhuǎn)電機(jī)、電力電容器的交流耐壓試驗(yàn)之中。

三、產(chǎn)品簡介（VLF3000電力體制改革“低頻高壓耐壓機(jī)"測(cè)量工作量小）

本產(chǎn)品接合了現(xiàn)代數(shù)字變頻先進(jìn)技術(shù)，采用微機(jī)控制，升壓、降壓、測(cè)量、保護(hù)全部自動(dòng)化，并且在自動(dòng)升壓過程中能進(jìn)行人工干預(yù)。由于全電子化，所以體積小重量輕、大屏幕液晶顯示，清晰直觀、打印機(jī)輸出試驗(yàn)報(bào)告。設(shè)計(jì)指標(biāo)全部符合《電力設(shè)備專用測(cè)試儀器通用技術(shù)條件，第4部分：超低頻高壓發(fā)生器通用技術(shù)條件》電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，使用十分方便。現(xiàn)在國內(nèi)外均采用機(jī)械式的辦法進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)產(chǎn)生超低頻信號(hào)，所以存在正弦波波形不標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量誤差大，高壓部分有火花放電，設(shè)備笨重，而且正弦波的二，四象限還需要大功率高壓電阻進(jìn)行放電整形，所以設(shè)備的整體功耗較大。本產(chǎn)品均能克服這樣一些不足之處，另外，還有如下特點(diǎn)需要特別說明：

電流、電壓數(shù)據(jù)均直接通過高壓側(cè)采樣獲得，所以數(shù)據(jù)真實(shí)、準(zhǔn)確。

過壓保護(hù)：當(dāng)輸出超過所設(shè)定的限壓值時(shí)，儀器將停機(jī)保護(hù)，動(dòng)作時(shí)間小于２０ms。

過流保護(hù)：設(shè)計(jì)為高低壓雙重保護(hù)，高壓側(cè)可按設(shè)定值進(jìn)行精準(zhǔn)停機(jī)

保護(hù)；低壓側(cè)的電流超過額定電流時(shí)將進(jìn)行停機(jī)保護(hù)，動(dòng)作時(shí)間都小于２０ms。

★ 高壓輸出保護(hù)電阻設(shè)計(jì)在升壓體內(nèi)，所以外面不需另接保護(hù)電阻。

由于采用了高低壓閉環(huán)負(fù)反饋控制電路，所以輸出無容升效應(yīng)。

四、技術(shù)參數(shù)（VLF3000電力體制改革“低頻高壓耐壓機(jī)"測(cè)量工作量小）

1、輸出額定電壓：參見表1

2、輸出頻率：0.1Hz、0.05Hz、0.01Hz。

3、帶載能力：參見表1    0.1  Hz  *大1.1µF

0.05 Hz  *大2.2µF

0.02 Hz  *大5.5µF

4、測(cè)量精度：３%

5、電壓正，負(fù)峰值偏差：≤３％

6、電壓波形失真度：≤５％

7、使用條件：戶內(nèi)、戶外；溫度：-10℃∽+40℃；濕度：≤85％RH

8、電源：交流50 Hz，220V ±5%

9、電源保險(xiǎn)管：參見表1

五、結(jié)構(gòu)說明（VLF3000電力體制改革“低頻高壓耐壓機(jī)"測(cè)量工作量小）

1、控制器面板示意圖  

                           圖1

圖1中各部件示意以及功能說明：

(1)“地"：接地端子，使用時(shí)與大地相連。

(2)“控制輸出"：輸出多芯插座，使用時(shí)與升壓體的輸入多芯插座相連。

(3)“對(duì)比度"：對(duì)比度調(diào)節(jié)旋扭，用于調(diào)節(jié)液晶顯示器的對(duì)比度。

(4)“功能鍵"：其功能由顯示器提示欄對(duì)應(yīng)位置提示。

(5)“AC220V"：電源輸入插座，內(nèi)藏保險(xiǎn)管。

(6)“開關(guān)"：電源開關(guān)。內(nèi)藏指示燈，開時(shí)亮，關(guān)時(shí)熄。

(7)“打印機(jī)"：打印測(cè)試報(bào)告。

(8)“液晶顯示器"：顯示測(cè)試數(shù)據(jù)。

2、升壓器結(jié)構(gòu)示意圖

對(duì)于大型油浸式變壓器，實(shí)現(xiàn)內(nèi)置式傳感器的有效監(jiān)測(cè)和長期可靠運(yùn)行要考慮運(yùn)行變壓器內(nèi)部的電、磁、熱、流多物理場(chǎng)耦合環(huán)境，同時(shí)傳感器要易于安裝且不影響設(shè)備本身安全運(yùn)行。

2019年，依托國家電網(wǎng)有限公司科技項(xiàng)目，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)研發(fā)了可通過變壓器油閥安裝、基于聚四氟乙烯絕緣筒的光纖法珀超聲波探頭、特高頻天線一體化傳感裝置，以及相應(yīng)的聯(lián)合監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了變壓器油中超聲直達(dá)波的測(cè)量，并通過同步采集超聲波、特高頻兩種信號(hào)實(shí)現(xiàn)局部放電源的準(zhǔn)確判斷和快速定位。

“針對(duì)超聲波探頭，我們?cè)O(shè)計(jì)了微米級(jí)厚度的支撐梁式敏感膜片，可兼顧超聲測(cè)量頻帶和靈敏度，膜片中心響應(yīng)頻率139千赫、靈敏度620納米/千帕、分辨力0.3帕，實(shí)現(xiàn)了油中微弱超聲信號(hào)的可靠檢測(cè)。與特高頻傳感裝置融合設(shè)計(jì)后的探頭直徑僅有3厘米，能直接通過油閥伸入變壓器內(nèi)部開展測(cè)量。"傅晨釗說。

攻關(guān)團(tuán)隊(duì)還建立了變壓器內(nèi)部的聲場(chǎng)和電磁場(chǎng)模型，明確了傳感裝置安裝位置和探頭伸入深度對(duì)設(shè)備安全運(yùn)行的影響和與信號(hào)耦合強(qiáng)度的關(guān)系，提出了直接法和抽氣法兩種傳感器安裝方法，實(shí)現(xiàn)了不泄漏絕緣油的安全裝拆。

自21年5月起，油閥內(nèi)置式超聲波、特高頻一體化智能傳感裝置在上海、山西、寧夏等多地的變電站、換流站應(yīng)用，在大型變壓器（電抗器）設(shè)備制造、驗(yàn)收及運(yùn)維全過程的安全管控中發(fā)揮了重要作用。

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