電力體制改革“低頻高壓耐壓機”測量工作量小

“局部放電是電力設備內部微小區域的局部擊穿，是造成電力設備絕緣故障的主要‘元兇’。許多設備故障都經歷了發生、發展、爆發的過程，如果在初期有效診斷和合理處置，就能避免絕大多數嚴重故障。"

攻關團隊自15年起關注變壓器、GIS等電力設備的早期微弱局部放電監（檢）測，發現傳統手段對細微絕緣異常的敏感性不足，早期缺陷發展到嚴重階段才能被發現；單一物理量的測量易受環境干擾，難以實現高精度實時監測；在高壓、高電磁干擾環境下，傳統傳感器安裝位置受限，制約信號的有效測量。

“對在運變壓器的局部放電監測，主要圍繞放電過程中的聲、光、電、磁信號和油中氣體狀態量。日常運維工作中，外置式超聲波傳感器和內置式特高頻傳感器應用最為廣泛。"傅晨釗說。但在現場應用中超聲波和特高頻傳感技術都存在局限性，前者存在易受環境噪聲等信號干擾、設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誤報警。這些都會影響局部放電源的判定和定位，進而可能導致存在早期絕緣缺陷的設備繼續“帶病"運行。

由于常規單一物理量、外置式傳感監測已無法滿足設備早期絕緣缺陷的可靠監測需求，2017年，攻關團隊開始探索電力設備內置式、高靈敏、多參量聯合監測與診斷技術。

一、產品及選用（VLF3000電力體制改革“低頻高壓耐壓機"測量工作量小）

1、命名說明

2、超低頻系列產品                         表1

3、根據被試對向選擇適當規格的產品。

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

不同發電機的單相對地電容量                          表2

交聯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：

計算公式：　Ｉ＝２πfＣＵ

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

超低頻絕緣耐壓試驗實際上是工頻耐壓試驗的一種替代方法。我們知道，在對大型發電機、電纜等試品進行工頻耐壓試驗時，由于它們的絕緣層呈現較大的電容量，所以需要很大容量的試驗變壓器或諧振變壓器。這樣一些巨大的設備，不但笨重，造價高，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頻率，從而降低了試驗電源的容量。從國內外多年的理論和實踐證明，用0.1Hz超低頻耐壓試驗替代工頻耐壓試驗，不但能有同樣的等效性，而且設備的體積大為縮小，重量大為減輕 ，理論上容量約為工頻的五百分之一。試驗程序大大地減化，與工頻試驗相比好處更多。這就是為什么發達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及以下交聯聚乙烯絕緣電力電纜超低頻（0.1Hz）耐壓試驗方法》行業標準。我國正在推廣這一方法，本儀器是根據我國這一需要研制而成的。可廣泛用于電纜、大型高壓旋轉電機、電力電容器的交流耐壓試驗之中。

三、產品簡介（VLF3000電力體制改革“低頻高壓耐壓機"測量工作量小）

本產品接合了現代數字變頻先進技術，采用微機控制，升壓、降壓、測量、保護全部自動化，并且在自動升壓過程中能進行人工干預。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、打印機輸出試驗報告。設計指標全部符合《電力設備專用測試儀器通用技術條件，第4部分：超低頻高壓發生器通用技術條件》電力行業標準，使用十分方便。現在國內外均采用機械式的辦法進行調制和解調產生超低頻信號，所以存在正弦波波形不標準，測量誤差大，高壓部分有火花放電，設備笨重，而且正弦波的二，四象限還需要大功率高壓電阻進行放電整形，所以設備的整體功耗較大。本產品均能克服這樣一些不足之處，另外，還有如下特點需要特別說明：

電流、電壓數據均直接通過高壓側采樣獲得，所以數據真實、準確。

過壓保護：當輸出超過所設定的限壓值時，儀器將停機保護，動作時間小于２０ms。

過流保護：設計為高低壓雙重保護，高壓側可按設定值進行精準停機

保護；低壓側的電流超過額定電流時將進行停機保護，動作時間都小于２０ms。

★ 高壓輸出保護電阻設計在升壓體內，所以外面不需另接保護電阻。

由于采用了高低壓閉環負反饋控制電路，所以輸出無容升效應。

四、技術參數（VLF3000電力體制改革“低頻高壓耐壓機"測量工作量小）

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、測量精度：３%

5、電壓正，負峰值偏差：≤３％

6、電壓波形失真度：≤５％

7、使用條件：戶內、戶外；溫度：-10℃∽+40℃；濕度：≤85％RH

8、電源：交流50 Hz，220V ±5%

9、電源保險管：參見表1

五、結構說明（VLF3000電力體制改革“低頻高壓耐壓機"測量工作量小）

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，使用時與大地相連。

(2)“控制輸出"：輸出多芯插座，使用時與升壓體的輸入多芯插座相連。

(3)“對比度"：對比度調節旋扭，用于調節液晶顯示器的對比度。

(4)“功能鍵"：其功能由顯示器提示欄對應位置提示。

(5)“AC220V"：電源輸入插座，內藏保險管。

(6)“開關"：電源開關。內藏指示燈，開時亮，關時熄。

(7)“打印機"：打印測試報告。

(8)“液晶顯示器"：顯示測試數據。

2、升壓器結構示意圖

對于大型油浸式變壓器，實現內置式傳感器的有效監測和長期可靠運行要考慮運行變壓器內部的電、磁、熱、流多物理場耦合環境，同時傳感器要易于安裝且不影響設備本身安全運行。

2019年，依托國家電網有限公司科技項目，攻關團隊研發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，以及相應的聯合監測與診斷系統，實現了變壓器油中超聲直達波的測量，并通過同步采集超聲波、特高頻兩種信號實現局部放電源的準確判斷和快速定位。

“針對超聲波探頭，我們設計了微米級厚度的支撐梁式敏感膜片，可兼顧超聲測量頻帶和靈敏度，膜片中心響應頻率139千赫、靈敏度620納米/千帕、分辨力0.3帕，實現了油中微弱超聲信號的可靠檢測。與特高頻傳感裝置融合設計后的探頭直徑僅有3厘米，能直接通過油閥伸入變壓器內部開展測量。"傅晨釗說。

攻關團隊還建立了變壓器內部的聲場和電磁場模型，明確了傳感裝置安裝位置和探頭伸入深度對設備安全運行的影響和與信號耦合強度的關系，提出了直接法和抽氣法兩種傳感器安裝方法，實現了不泄漏絕緣油的安全裝拆。

自21年5月起，油閥內置式超聲波、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、換流站應用，在大型變壓器（電抗器）設備制造、驗收及運維全過程的安全管控中發揮了重要作用。

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