設(shè)有屏蔽驅(qū)動的變壓器油紙絕緣頻域介電響應(yīng)測試裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了設(shè)有屏蔽驅(qū)動的變壓器油紙絕緣頻域介電響應(yīng)測試裝置，包括變頻信號發(fā)生器、信號調(diào)理模塊、信號采集模塊以及處理模塊，所述的變頻信號發(fā)生器的信號輸出端連接到被測變壓器的輸入端，被測變壓器的輸出端連接到信號調(diào)理模塊的接收端以及信號采集模塊的接收端。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明測試方法及裝置操作簡單，測量精度高，抗干擾能力強，測量結(jié)果信息豐富，能夠在復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境中完成變壓器油紙絕緣頻域介電響應(yīng)特性的測量工作，且本發(fā)明測試方法及裝置成本低廉，能夠在國內(nèi)電力系統(tǒng)中得到推廣應(yīng)用，進一步完善變壓器油紙絕緣老化狀態(tài)評估和故障診斷，對電力系統(tǒng)可靠運行具有重要意義。
【專利說明】設(shè)有屏蔽驅(qū)動的變壓器油紙絕緣頻域介電響應(yīng)測試裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及到一種介電響應(yīng)的測試裝置，特別是涉及到設(shè)有屏蔽驅(qū)動的變壓器油 紙絕緣頻域介電響應(yīng)測試裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 油浸式電力變壓器作為電力系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)暮诵脑O(shè)備，其安全、可靠運 行對于電力的穩(wěn)定供應(yīng)具有決定性的意義。大部分電力變壓器以油紙絕緣作為其內(nèi)部的主 絕緣系統(tǒng)，在實際運行過程中，油紙絕緣系統(tǒng)由于受到電、熱、化學(xué)、機械等應(yīng)力的作用而逐 漸老化，老化嚴(yán)重時可能引發(fā)變壓器故障乃至影響整個電網(wǎng)的供電。對于老化前期的電力 變壓器，需要采取有效的維護措施以延長其使用壽命；對于老化中期的電力變壓器，需要采 取及時有效的檢修措施以消除故障隱患；對于老化后期的電力變壓器，需要及時更換以避 免故障的發(fā)生。鑒于經(jīng)濟和技術(shù)上的考慮，亟需對使用中的電力變壓器油紙絕緣老化狀態(tài) 和剩余壽命進行準(zhǔn)確評估，從而指導(dǎo)實際運行中變壓器的運行維護管理，保障設(shè)備安全運 行。能夠有效評估變壓器油紙絕緣老化狀態(tài)的特征參量數(shù)量眾多，其中傳統(tǒng)的特征參量包 括絕緣紙聚合度、抗拉伸強度、水分含量以及絕緣油中溶解氣體含量、糠醛含量、酸值等，但 是獲取這些特征參量需要對變壓器油紙絕緣進行采樣并經(jīng)歷一系列復(fù)雜繁瑣的化學(xué)測量 過程，不僅會對實際運行中的變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成損傷，而且操作困難，無法及時地對變壓 器油紙絕緣老化狀態(tài)進行準(zhǔn)確評估。
[0003] 近年來，以介電響應(yīng)理論為基礎(chǔ)的變壓器絕緣老化狀態(tài)無損診斷技術(shù)受到了研究 學(xué)者的廣泛關(guān)注，有專門測試變壓器油紙絕緣頻域介電響應(yīng)的裝置，但是該裝置在測試中 經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)出錯，因為在設(shè)備輸入端通常采用絕緣性能良好的屏蔽導(dǎo)線，但是屏蔽導(dǎo)線 在用于較大信號輸入時，屏蔽效果很好，當(dāng)信號為pA-nA級別時，導(dǎo)線絕緣介質(zhì)的寄生電容 和靜電耦合等會影響到信號的準(zhǔn)確傳遞。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供設(shè)有屏蔽驅(qū)動的變壓器 油紙絕緣頻域介電響應(yīng)測試裝置，解決現(xiàn)有的變壓器油紙絕緣測試裝置，在輸入端處，信號 傳遞經(jīng)常出錯的缺陷。
[0005] 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：設(shè)有屏蔽驅(qū)動的變壓器油紙絕緣頻域介電 響應(yīng)測試裝置，包括變頻信號發(fā)生器、信號調(diào)理模塊、信號采集模塊以及處理模塊，所述的 變頻信號發(fā)生器的信號輸出端連接到被測變壓器的輸入端，被測變壓器的輸出端連接到信 號調(diào)理模塊的接收端以及信號采集模塊的接收端，信號調(diào)理模塊的輸出也連接到信號采集 模塊的接收端，信號采集模塊的輸出連接處理模塊，變頻信號發(fā)生器的控制端也連接到處 理模塊上，所述的信號調(diào)理模塊的接收端處的進入導(dǎo)線采用屏蔽導(dǎo)線，信號采集模塊的接 受端處的進入導(dǎo)線也采用屏蔽導(dǎo)線，且信號調(diào)理模塊的接收端和信號采集模塊的接受端處 都設(shè)置有一個屏蔽驅(qū)動。本裝置中，處理模塊的作用，一是控制變頻信號發(fā)生器的輸出，二 是通過收到的信息計算出被測變壓器中油紙絕緣復(fù)電容和介電損耗因數(shù)，工作人員即通過 計算出的數(shù)據(jù)，判斷被測變壓器的老化狀況，信號調(diào)節(jié)模塊主要是對被測變壓器的信號進 行調(diào)節(jié)，主要有濾波放大的作用，信號采集模塊是采集存儲收到的信號，然后發(fā)送到處理模 塊。因為設(shè)備輸入端口處信號經(jīng)常出現(xiàn)丟失、亂碼等問題，所以不僅設(shè)置屏蔽電線，還設(shè)置 一個屏蔽驅(qū)動，屏蔽導(dǎo)線包括導(dǎo)體和包裹導(dǎo)體的屏蔽層，屏蔽驅(qū)動用被屏蔽導(dǎo)體（即屏蔽層 內(nèi)部的導(dǎo)體）的電位，通過1:1電壓跟隨器來驅(qū)動被屏蔽導(dǎo)體的電位，使得被屏蔽導(dǎo)體和屏 蔽層之間始終保持等電位，外部干擾產(chǎn)生的電場即不會影響到被屏蔽導(dǎo)體。
[0006] 進一步，上述的屏蔽驅(qū)動包括電壓跟隨器F，電壓跟隨器F的同相輸入端連接屏蔽 導(dǎo)線內(nèi)部的導(dǎo)體，其反相輸入端連接到屏蔽導(dǎo)線的屏蔽層上，反相輸入端還經(jīng)一個RC濾波 器接地，電壓跟隨器F的輸出端連接到輸入器件，輸入器件即為信號調(diào)理模塊或信號采集 模塊，電壓跟隨器F的輸出端與反相輸入端之間還設(shè)置有一個RC濾波器。屏蔽驅(qū)動輸入連 接屏蔽導(dǎo)線，輸出連接到輸入器件，即信號調(diào)理模塊或信號采集模塊，電壓跟隨器F使得被 屏蔽導(dǎo)體和屏蔽層之間始終保持等電位，從而保護了被屏蔽導(dǎo)體。
[0007] 進一步，上述的信號調(diào)理模塊包括依次連接的電流放大器、低通濾波器、帶阻濾波 器以及電壓放大器，電流放大器即連接到被測變壓器的輸出，電壓放大器即連接到信號采 集模塊。
[0008] 進一步，上述的信號采集模塊包括A/D轉(zhuǎn)換器和單片機，所述的A/D轉(zhuǎn)換器的輸出 連接到單片機，單片機的輸出連接到處理模塊。A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，方 便存儲和處理。
[0009] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明在信號輸入端口處設(shè)置屏蔽驅(qū)動，使得屏蔽導(dǎo)線的 內(nèi)部導(dǎo)體與外部屏蔽層之間形成等電位狀態(tài)，從而隔絕了外部干擾產(chǎn)生的電場對導(dǎo)體的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為屏蔽驅(qū)動的電路結(jié)構(gòu)圖； 圖中，1-變頻信號發(fā)生器，2-被測變壓器，3-信號調(diào)理模塊，4-電流放大器，5-低通濾 波器，6-帶阻濾波器，7-電壓放大器，8-信號采集模塊，9-A/D轉(zhuǎn)換器，10-單片機，11-處理 模塊，12-屏蔽驅(qū)動。

【具體實施方式】
[0011] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明，但是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)不僅限于以下 實施例： 如圖1、2所示，設(shè)有屏蔽驅(qū)動的變壓器油紙絕緣頻域介電響應(yīng)測試裝置，包括變頻信 號發(fā)生器1、信號調(diào)理模塊3、信號采集模塊8以及處理模塊11，所述的變頻信號發(fā)生器1 的信號輸出端連接到被測變壓器2的輸入端，被測變壓器2的輸出端連接到信號調(diào)理模塊 3的接收端以及信號采集模塊8的接收端，信號調(diào)理模塊3的輸出也連接到信號采集模塊8 的接收端，信號采集模塊8的輸出連接處理模塊11，變頻信號發(fā)生器1的控制端也連接到處 理模塊11上。信號調(diào)理模塊3包括依次連接的電流放大器4、低通濾波器5、帶阻濾波器6 以及電壓放大器7,電流放大器4即連接到被測變壓器2的輸出，電壓放大器7即連接到信 號采集模塊8。信號采集模塊8包括A/D轉(zhuǎn)換器9和單片機10,所述的A/D轉(zhuǎn)換器9的輸 入分別連接信號調(diào)理模塊8和被測變壓器2,其輸出連接到單片機10,單片機10的輸出連 接到處理模塊11。所述的信號調(diào)理模塊3的接收端處的進入導(dǎo)線采用屏蔽導(dǎo)線，信號采集 模塊8的接受端處的進入導(dǎo)線也采用屏蔽導(dǎo)線，且信號調(diào)理模塊3的接收端和信號采集模 塊8的接受端處都設(shè)置有一個屏蔽驅(qū)動12。
[0012] 本裝置中，電流放大器4采用0PA128低噪聲放大器，其具有低失調(diào)電壓、低溫度漂 移、高輸入阻抗和高共模抑制比的特點，可以將通過被測試樣的微弱電流信號轉(zhuǎn)換成電壓 信號，并放大一定的倍數(shù)；低通濾波器5選擇巴特沃斯有源二階低通濾波器，具體使用0P37 作為濾波電路運放，可以有效濾除電壓信號中的高頻噪聲和干擾；帶阻濾波器6選用陷波 濾波的方式，陷波電路中采用兩個0P37作為運放，可以有效濾除工頻（50Hz)噪聲和干擾； 電壓放大器7采用0PA128作為放大電路運放，其放大倍數(shù)可調(diào)，根據(jù)實際情況將經(jīng)過前三 級處理的電壓信號幅值進一步放大至(T5V，便于后續(xù)的處理分析。
[0013] 實際中不存在理想的絕緣體，所以實際中電介質(zhì)的性質(zhì)可以用電容和電阻并聯(lián)的 等效電路來描述。在正弦交流電場的作用下，電介質(zhì)內(nèi)部會因電導(dǎo)和極化的滯后效應(yīng)產(chǎn)生 損耗。復(fù)介電常數(shù)或復(fù)電容可以在宏觀上表征電介質(zhì)極化和損耗的程度。當(dāng)在電介質(zhì)兩端 施加正弦交流電壓時，通過電介質(zhì)的電流與電壓會有一定的大小的相位差，此夾角就是電 介質(zhì)的介質(zhì)損耗角δ，介質(zhì)損耗角的正切值就是電介質(zhì)的介質(zhì)損耗因數(shù)tan δ。
[0014] 因為設(shè)備輸入端口處信號經(jīng)常出現(xiàn)丟失、亂碼等問題，所以不僅設(shè)置屏蔽電線，還 設(shè)置一個屏蔽驅(qū)動，屏蔽導(dǎo)線包括導(dǎo)體和包裹導(dǎo)體的屏蔽層，屏蔽驅(qū)動用被屏蔽導(dǎo)體（即屏 蔽層內(nèi)部的導(dǎo)體）的電位，通過1:1電壓跟隨器來驅(qū)動被屏蔽導(dǎo)體的電位，使得被屏蔽導(dǎo)體 和屏蔽層之間始終保持等電位，外部干擾產(chǎn)生的電場即不會影響到被屏蔽導(dǎo)體。
[0015] 進一步，上述的屏蔽驅(qū)動12包括電壓跟隨器F，電壓跟隨器F的同相輸入端連接屏 蔽導(dǎo)線內(nèi)部的導(dǎo)體，其反相輸入端連接到屏蔽導(dǎo)線的屏蔽層上，反相輸入端還經(jīng)一個RC濾 波器接地，電壓跟隨器F的輸出端連接到輸入器件，輸入器件即為信號調(diào)理模塊3或信號采 集模塊8,電壓跟隨器F的輸出端與反相輸入端之間還設(shè)置有一個RC濾波器。屏蔽驅(qū)動輸 入連接屏蔽導(dǎo)線，輸出連接到輸入器件，即信號調(diào)理模塊3或信號采集模塊8,電壓跟隨器F 使得被屏蔽導(dǎo)體和屏蔽層之間始終保持等電位，從而保護了被屏蔽導(dǎo)體。
【權(quán)利要求】
1. 設(shè)有屏蔽驅(qū)動的變壓器油紙絕緣頻域介電響應(yīng)測試裝置，包括變頻信號發(fā)生器 (1)、信號調(diào)理模塊（3)、信號采集模塊（8)以及處理模塊（11)，所述的變頻信號發(fā)生器（1) 的信號輸出端連接到被測變壓器（2)的輸入端，被測變壓器（2)的輸出端連接到信號調(diào)理 模塊（3)的接收端以及信號采集模塊（8)的接收端，信號調(diào)理模塊（3)的輸出也連接到信號 采集模塊（8)的接收端，信號采集模塊（8)的輸出連接處理模塊（11)，變頻信號發(fā)生器（1) 的控制端也連接到處理模塊（11)上，其特征在于，所述的信號調(diào)理模塊（3)的接收端處的 進入導(dǎo)線采用屏蔽導(dǎo)線，信號采集模塊（8)的接受端處的進入導(dǎo)線也采用屏蔽導(dǎo)線，且信號 調(diào)理模塊（3)的接收端和信號采集模塊（8)的接受端處都設(shè)置有一個屏蔽驅(qū)動（12)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)有屏蔽驅(qū)動的變壓器油紙絕緣頻域介電響應(yīng)測試裝置，其 特征在于，所述的屏蔽驅(qū)動（12)包括電壓跟隨器F，電壓跟隨器F的同相輸入端連接屏蔽導(dǎo) 線內(nèi)部的導(dǎo)體，其反相輸入端連接到屏蔽導(dǎo)線的屏蔽層上，反相輸入端還經(jīng)一個RC濾波器 接地，電壓跟隨器F的輸出端連接到輸入器件，輸入器件即為信號調(diào)理模塊（3)或信號采集 模塊（8)，電壓跟隨器F的輸出端與反相輸入端之間還設(shè)置有一個RC濾波器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)有屏蔽驅(qū)動的變壓器油紙絕緣頻域介電響應(yīng)測試裝置，其 特征在于，所述的信號調(diào)理模塊（3)包括依次連接的電流放大器（4)、低通濾波器（5)、帶阻 濾波器（6 )以及電壓放大器（7 )，電流放大器（4 )即連接到被測變壓器（2 )的輸出，電壓放大 器（7)即連接到信號采集模塊（8)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)有屏蔽驅(qū)動的變壓器油紙絕緣頻域介電響應(yīng)測試裝 置，其特征在于，所述的信號采集模塊（8)包括A/D轉(zhuǎn)換器（9)和單片機（10)，所述的A/D轉(zhuǎn) 換器（9 )輸出連接到單片機（10 )，單片機（10 )的輸出連接到處理模塊（11)。
【文檔編號】G01R27/26GK104122455SQ201410407757
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月19日
【發(fā)明者】陳纓, 彭倩, 吳廣寧, 崔運光, 甘德剛, 毛強, 高波, 辛東立 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院, 西南交通大學(xué)