电力体制改革“低频高压耐压机”测量工作量小

“局部放电是电力设备内部微小区域的局部击穿，是造成电力设备绝缘故障的主要‘元凶’。许多设备故障都经历了发生、发展、爆发的过程，如果在初期有效诊断和合理处置，就能避免绝大多数严重故障。"

攻关团队自15年起关注变压器、GIS等电力设备的早期微弱局部放电监（检）测，发现传统手段对细微绝缘异常的敏感性不足，早期缺陷发展到严重阶段才能被发现；单一物理量的测量易受环境干扰，难以实现高精度实时监测；在高压、高电磁干扰环境下，传统传感器安装位置受限，制约信号的有效测量。

“对在运变压器的局部放电监测，主要围绕放电过程中的声、光、电、磁信号和油中气体状态量。日常运维工作中，外置式超声波传感器和内置式特高频传感器应用最为广泛。"傅晨钊说。但在现场应用中超声波和特高频传感技术都存在局限性，前者存在易受环境噪声等信号干扰、设备外壳造成声波衰减等问题，后者则易受脉冲型噪声源干扰而出现误报警。这些都会影响局部放电源的判定和定位，进而可能导致存在早期绝缘缺陷的设备继续“带病"运行。

由于常规单一物理量、外置式传感监测已无法满足设备早期绝缘缺陷的可靠监测需求，2017年，攻关团队开始探索电力设备内置式、高灵敏、多参量联合监测与诊断技术。

一、产品及选用（VLF3000电力体制改革“低频高压耐压机"测量工作量小）

1、命名说明

2、超低频系列产品                         表1

3、根据被试对向选择适当规格的产品。

使用时，试品电容量不得超过仪器的额定容量。试品电容量过小，会影响输出波形。若小于0.05µF，仪器将不能正常输出。可并联0.1 µF的电容辅助输出。下面是一些设备的电容量，供用户参考。

不同发电机的单相对地电容量                          表2

交联聚乙烯绝缘单芯电力电缆的电容量(µF/km)    表3

4、试品电流的估算方法：

计算公式：　Ｉ＝２πfＣＵ

二、绝缘耐压试验原理（VLF3000电力体制改革“低频高压耐压机"测量工作量小）

超低频绝缘耐压试验实际上是工频耐压试验的一种替代方法。我们知道，在对大型发电机、电缆等试品进行工频耐压试验时，由于它们的绝缘层呈现较大的电容量，所以需要很大容量的试验变压器或谐振变压器。这样一些巨大的设备，不但笨重，造价高，而且使用十分不便。为了解决这一矛盾，电力部门采用了降低试验频率，从而降低了试验电源的容量。从国内外多年的理论和实践证明，用0.1Hz超低频耐压试验替代工频耐压试验，不但能有同样的等效性，而且设备的体积大为缩小，重量大为减轻 ，理论上容量约为工频的五百分之一。试验程序大大地减化，与工频试验相比好处更多。这就是为什么发达国家普遍采用这一方法的原因。我国电力部以委托武汉高压研究所起草了《35kV及以下交联聚乙烯绝缘电力电缆超低频（0.1Hz）耐压试验方法》行业标准。我国正在推广这一方法，本仪器是根据我国这一需要研制而成的。可广泛用于电缆、大型高压旋转电机、电力电容器的交流耐压试验之中。

三、产品简介（VLF3000电力体制改革“低频高压耐压机"测量工作量小）

本产品接合了现代数字变频先进技术，采用微机控制，升压、降压、测量、保护全部自动化，并且在自动升压过程中能进行人工干预。由于全电子化，所以体积小重量轻、大屏幕液晶显示，清晰直观、打印机输出试验报告。设计指标全部符合《电力设备专用测试仪器通用技术条件，第4部分：超低频高压发生器通用技术条件》电力行业标准，使用十分方便。现在国内外均采用机械式的办法进行调制和解调产生超低频信号，所以存在正弦波波形不标准，测量误差大，高压部分有火花放电，设备笨重，而且正弦波的二，四象限还需要大功率高压电阻进行放电整形，所以设备的整体功耗较大。本产品均能克服这样一些不足之处，另外，还有如下特点需要特别说明：

电流、电压数据均直接通过高压侧采样获得，所以数据真实、准确。

过压保护：当输出超过所设定的限压值时，仪器将停机保护，动作时间小于２０ms。

过流保护：设计为高低压双重保护，高压侧可按设定值进行精准停机

保护；低压侧的电流超过额定电流时将进行停机保护，动作时间都小于２０ms。

★ 高压输出保护电阻设计在升压体内，所以外面不需另接保护电阻。

由于采用了高低压闭环负反馈控制电路，所以输出无容升效应。

四、技术参数（VLF3000电力体制改革“低频高压耐压机"测量工作量小）

1、输出额定电压：参见表1

2、输出频率：0.1Hz、0.05Hz、0.01Hz。

3、带载能力：参见表1    0.1  Hz  *大1.1µF

0.05 Hz  *大2.2µF

0.02 Hz  *大5.5µF

4、测量精度：３%

5、电压正，负峰值偏差：≤３％

6、电压波形失真度：≤５％

7、使用条件：户内、户外；温度：-10℃∽+40℃；湿度：≤85％RH

8、电源：交流50 Hz，220V ±5%

9、电源保险管：参见表1

五、结构说明（VLF3000电力体制改革“低频高压耐压机"测量工作量小）

1、控制器面板示意图  

                           图1

图1中各部件示意以及功能说明：

(1)“地"：接地端子，使用时与大地相连。

(2)“控制输出"：输出多芯插座，使用时与升压体的输入多芯插座相连。

(3)“对比度"：对比度调节旋扭，用于调节液晶显示器的对比度。

(4)“功能键"：其功能由显示器提示栏对应位置提示。

(5)“AC220V"：电源输入插座，内藏保险管。

(6)“开关"：电源开关。内藏指示灯，开时亮，关时熄。

(7)“打印机"：打印测试报告。

(8)“液晶显示器"：显示测试数据。

2、升压器结构示意图

对于大型油浸式变压器，实现内置式传感器的有效监测和长期可靠运行要考虑运行变压器内部的电、磁、热、流多物理场耦合环境，同时传感器要易于安装且不影响设备本身安全运行。

2019年，依托国家电网有限公司科技项目，攻关团队研发了可通过变压器油阀安装、基于聚四氟乙烯绝缘筒的光纤法珀超声波探头、特高频天线一体化传感装置，以及相应的联合监测与诊断系统，实现了变压器油中超声直达波的测量，并通过同步采集超声波、特高频两种信号实现局部放电源的准确判断和快速定位。

“针对超声波探头，我们设计了微米级厚度的支撑梁式敏感膜片，可兼顾超声测量频带和灵敏度，膜片中心响应频率139千赫、灵敏度620纳米/千帕、分辨力0.3帕，实现了油中微弱超声信号的可靠检测。与特高频传感装置融合设计后的探头直径仅有3厘米，能直接通过油阀伸入变压器内部开展测量。"傅晨钊说。

攻关团队还建立了变压器内部的声场和电磁场模型，明确了传感装置安装位置和探头伸入深度对设备安全运行的影响和与信号耦合强度的关系，提出了直接法和抽气法两种传感器安装方法，实现了不泄漏绝缘油的安全装拆。

自21年5月起，油阀内置式超声波、特高频一体化智能传感装置在上海、山西、宁夏等多地的变电站、换流站应用，在大型变压器（电抗器）设备制造、验收及运维全过程的安全管控中发挥了重要作用。

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