泄漏电流试验（共7篇）
泄漏电流试验 篇1
1 试验方法
一般试验接线, 是由自耦调压器、试验变压器、高压二极管和测量表计组成半波整流线路或倍压半波整流线路。根据微安表在试验回路中所处的位置不同, 可分为两种基本接线方式, 分述如下:
微安表接在高压侧的接线, 如图1所示。试验变压器Bs的高压端接至高压二极管D的负极, 由于二极管的单向导电性, 在其正极就有负极性的直流高压输出。为了减小直流电压的脉动, 在被试品Cx上并联稳压电容器C, 电容值一般不小于0.1微法, 对于电容量较大的被试品, 如发电机、电缆等可以不加稳压电容。当直流高压的脉动足够消失, 其电压的峰值、有效值和平均值是很近似的, 可用高静电电压表V2来测量。泄露电流用串接在被试品Cx高压端的微安表测量。这种接线的特点是微安表处于高压端, 对地绝缘, 因此不受高压对地杂散电流的影响, 测量的泄漏电流比较准确。但微安表及从微安表至被试品的引线应加屏蔽。由于微安表处于高压, 故给读数及切换量程带来不便。
2 直流高压电源的获得
前述的简单整流电路中, 最大支流输出只能接近验变压器的峰值电压Umax, 欲获得更高的直流电压, 常用倍压整流来实现。输出电压接近试验变压器高压侧峰值高压的两倍, 适合于一端接地的被试品。这种线路要求高压试验变压器Bs高压绕组的两个引出端对地绝缘, 一个端头对地能承受试验变压器的最大峰值电压Umax, 另一个端头对地承受2Umax。
3 直流电压和泄漏电流的测量
3.1 直流电压的波形和脉动电压的测量。
如果被试品及承受直流高压的各部分都不产生泄漏, 则被试品将被充电到电源电压的峰值。事实上, 泄漏电流总是存在的。因此, 存在着充放电的过程, 在t1这段时间内, 变压器通过高压二极管向电容C充电;在t2这段时间内, 电容C经负载电阻R放电, 使电容器C上的电压达不到试验变压器电压的峰值, 也不能保持恒定, 而只能达到充电与放电相平衡的稳定状态, 此时的直流电压在平均值Uav的上下波动。
3.2 直流高压的测量
3.2.1 高电阻串联微安表测量。
电压测量原理:被测直流电压加在高值电阻R上, 则R中便有电流产生于R串联的微安表的指示, 即为在该电压下流过R的平均值电流。因此, 可根据微安表指示的电流值, 来表示被测直流电压的数值。这种测量电压的方法, 是将微安表的电流刻度直接换成相应的电压刻度;或事先校验出直流电压与微安数的关系曲线, 使用时由微安表的数值, 在这条曲线上查出相应的电压值。3.2.2在试验变压器低压侧测量。当试验电源为正弦波时, 可根据试验变压器的变比, 将低压侧电压的有效值折算到高压侧的有效值, 然后将其有效值乘 , 即为被测的直流电压值。这种计算方法, 只有当被试品的泄漏电流很小, 在保护电阻上产生的压降可以忽略不计, 才可以认为, 被试品上所加的电压, 就是试验变压器高压侧输出电压的峰值。
3.3 泄漏电流的测量。
用直流微安表测量被试品的泄漏电流时, 要使测量安全可靠, 除需要对微安表进行保护外, 还应消除杂散电流的影响。
3.3.1 微安表的保护。
如前所述, 严格说来, 试验电压总是脉动的。脉动成分加在被试品上, 就有交流分量通过微安表, 因而使微安表指针摆动, 难于读数, 甚至使微安表过热烧坏。试验过程中, 被试品放电或击穿都有不能容许的脉冲电流流经微安表, 因此需对外安表加以保护。3.3.2消除杂散电流对测量的影响。在试验中除被试品的体积泄漏电流之外, 还有其他电流流过微安表而造成测量误差, 这些电流称为杂散电流。消除杂散电流是提高试验准确的关键。根据被试品的情况, 尽量选择能反映被试品本身泄漏电流的试验接线。这种接线由于对处于高压的微安表及引线加了屏蔽, 基本上能消除杂散电流的影响。试验回路中其他设备的接地线应接至试验变压器的低压端, 使这些设备的泄漏电流不经过微安表, 从而提高了测量的准确度。
4 注意事项
4.1 高压回路限流电阻的选择原则:应将短路电流限制在二极管短时容许电流的范围内, 又不致造成过大的压降, 并能保证过流机电器可靠动作。当被试品击穿时, 过流继电器应在0.02s内切断电源。
4.2 二极管工作电压的选择, 在上述半波整流线路中, 最高试验电压不得超过其额定值的一半。
4.3 微安表接于高压侧时, 绝缘支柱应牢固可靠、防止摇摆倒塌。
4.4 试验设备的布置要紧凑、连接线要短, 宜用屏蔽导线;既要安全又便于操作;对地要有足够的距离, 接地线应牢固可靠。
4.5 应将被试品表面擦拭干净, 并加屏蔽, 以消除被试品表面脏污带来的测量误差。
4.6 能分相试的被试品应分相试验, 非试验相应短路接地。
4.7 试验电容量小的被试品应加稳压电容。
4.8 试验结束后, 应对被试品进行充分放电, 最好通过电阻放电。
4.9 试验必须符合电气安全规程的要求, 试验中使用的绝缘工具必须经试验合格。
5 异常情况的分析
5.1 从微安表反应出来的现象
5.1.1 指针来回摆动。可能有交流分量通过微安表, 读数取平均值, 若无法读数, 则应检查微安表保护回路, 或加大滤波电容C, 必要时改变滤波方式。5.1.2指针周期性的摆动。可能是被试品绝缘不良, 产生周期性放电, 应查明原因, 并加以消除。5.1.3指针突然冲击。向减小方向, 可能是电源回路引起;向增大方向, 可能是试验回路或试品出现闪络, 或内部断续性放电引起。5.1.4指针所指数值随时间变化。若逐渐下降, 可能是充电电流减小或被试品表面绝缘电阻上升引起;若逐渐上升, 可能是被试品绝缘化引起。
5.2 从泄漏电流数值上反应出来的情况
5.2.1 泄漏电流过大。应先检查试验回路各设备状况和屏蔽是否良好, 在排除外因之后, 才能对被试品做出正确的结论。5.2.2泄漏电流过小。应检查接线是否正确, 微安表保护部分有无分流与断线。
参考文献
[1]吴登科.直流泄露电流及直流耐压试验[J].农业与技术, 2005 (1) .
[2]孙和义, 赵学增, 代礼周, 赵学涛.高压电气设备泄露电流检测传感器的研究[J].哈尔滨工业大学学报, 2001 (5) .
[3]王芳.改进氧化锌避雷器试验方法的探讨[J].山西师范大学学报 (自然科学版) , 2011 (S1) .
电缆泄漏电流和直流耐压试验分析 篇2
1 试验方法
1.1 试验接线及设备
泄漏电流试验与直流耐压试验的接线及所用设备相同, 均采用高压半波整流电路, 并根据微安表在线路中的位置, 分为微安表在低压侧和高压侧2种接线, 如图1所示。接线图1 (a) 微安表处于低压侧, 读数比较方便。但当试验电压较高时, 由于高压引线与试验品各部分之间的电流都流经微安表, 从而引起测量误差, 温度较高时尤为明显。所以, 更多采用如图1 (b) 接线, 即把微安表接于高压侧, 且放在屏蔽罩内, 并用金属屏蔽线作为试验仪器至试验品之间的引线。图中Vx是高压硅堆, 最高电压不得超过其额定反峰值电压的1/3～1/2, 为了在一定程度上消除由于寄生电容的存在而导致的高压硅堆在串联时不均匀的电压分布, 应在其两端并联均压电阻, 均压电阻一般选2.4MΩ左右, 其具体数值由试验决定。图中R为限流电阻, 用于限制试验品击穿时的短路电流, 以保护试验设备, R阻值的选择原则是, 在试验品发生击穿时, 能将短路电流限制在硅堆的容许电流之内, 一般取每伏10～20Ω。C为滤波电容器, 其作用是为了减小整流输出直流电压的脉动, 其耐压强度必须能承受最大直流电压, 其容量应选择在0.1μF左右。
由于试验回路采用的是半波整流, 因而微安表将会有一定的交流分量通过, 尤其是在试验过程中, 试验品可能出现放电甚至击穿, 微安表将遭受脉冲电流或击穿电流的冲击, 故应采用图2所示的保护电路对微安表进行保护。图中滤波电容C1用来滤掉测量回路中的交流分量, 并使放电管FD放电时较为稳定。当回路中出现微安表所不能容许的电流时, 放电管FD迅速放电, 以短接方式使微安表得以保护, FD可用氖灯、VR-105放电管或晶体稳压管进行选择配置。由于放电管放电电压较高, 因此还应在微安表支路中串接1个适当的增加电阻R1, 其数值为式中:UFD—放电管实际放电电压 (V) ;IμΑ—微安表电流满刻度值 (μΑ) 。图中L是防止冲击电流流入微安表的应用元件, 即电抗线圈, 约1H左右。
1.2 操作方法
(1) 试验前在试验地点周围做好防止闲人接近的措施, 如设遮拦、悬挂警示牌等。 (2) 将试验电缆接地, 充分放电。 (3) 按图接线, 经专人检查后暂不接试验电缆。 (4) 根据试验标准计算好低压侧的加压值, 并按试验电压的25%、50%、75%和100%分成4个等级逐级加压。 (5) 检查调压器是否在零位, 各指示仪表是否指零位, 微安表短路开关是否合上。 (6) 合上电源开关, 按预先计算好的4个电压等级升压, 并先进行试验工具的泄漏电流试验。 (7) 将调压器降至零位, 切断电源开关, 并用接地棒进行充分放电。 (8) 将高压引线接至试验电缆, 再合上电源开关, 缓慢调节调压器, 分别按4个电压等级升压, 每个电压等级停留1min, 并读取泄漏电流值, 各级泄漏电流值须在电流稳定后读取, 读取后立即将微安表短路开关合上。 (9) 每相试验完毕, 调压器应降至零位, 切断电源开关, 检查电源确实断开后, 用绝缘棒进行充分接地放电, 然后再试另一相。 (10) 同时记录试验时的环境温度和天气情况。
1.3 注意事项
试验过程中, 如遇下列情况应立即采取相应的措施:
(1) 微安表指针来回抖动。可能是微安表有交流分量通过, 应检查微安表保护回路中的滤波元件是否完好。
(2) 微安表指针周期性摆动。可能是回路在反充电或电缆绝缘不良引起, 应查明原因, 加以解决。
(3) 微安表指针突然冲击。当给电缆加压微安表有指示后, 如果指针突然向小冲击, 可是电源引起;如果向大冲击, 则可能是试验回路或电缆出现闪络, 或电缆断续放电引起。如有闪络或击穿等异常情况发生, 应立即降压, 查明原因, 处理完毕后再做试验。
(4) 微安表指针所指数值随时间发生变化。若逐渐下降, 可能是充电电流在继续减小尚未达到稳定;若逐渐上升, 往往是电缆老化引起。出现上述情况时, 可根据需要在不同电压下读取, 以便作出泄漏电流与电压之间的关系曲线, 供分析电缆绝缘状况时参考。
2 试验结果的分析判断
电缆通过直流耐压试验而未发生击穿现象, 可认为该电缆的绝缘合格, 可投入运行。当试验结果不能完全符合试验标准时, 就应对试验结果进行分析、判断, 并作出是否投入运行的决定。
(1) 电缆经直流耐压试验后绝缘击穿。不能投入运行, 应立即找出击穿点并进行抢修。
(2) 泄漏电流值随电压增大而急剧上升。这种缺陷不能投入运行, 一般应人为地加高压使之击穿, 找出击穿点, 进行抢修。
(3) 耐压试验后泄漏电流值比试验前升高。由于电缆泄漏电流中包含了随加压时间延长而减小的充电电流和吸收电流, 故试验后泄漏电流有所减小是正常的。一般充电电流下降很快, 吸收电流下降较慢, 一根绝缘良好的电缆, 试验前的泄漏电流与试验后的泄漏电流之比约为1.3～1.5, 有的甚至超过2。对于较短的电缆线路, 其比值往往在1.1～1.2左右。但当电缆由于试验造成的外因或绝缘受潮及有其它缺陷时, 往往产生试验后泄漏电流非但不降低, 反而升高。当消除试验造成的外因后, 再经试验泄漏电流无升高现象时, 则可视为电缆合格。若仍有泄漏电流升高现象, 则应视具体情况酌情提高试验电压或延长试验持续时间, 此时原则上是要使其击穿以找出击穿点。但属于下列情况之一者, 则可让其投入运行。 (1) 如果泄漏电流升高不多, 且没有再上升的趋势, 又暂时无法击穿者, 可让其投入运行, 隔2～3个月后再将其停电进行测试。 (2) 泄漏电流稍有升高, 但泄漏曲线基本良好, 在0.25和0.5倍试验电压下泄漏电流换算为绝缘电阻的数值有所升高, 但在0.75和1.0倍试验电压下的绝缘电阻的数值降低不多, 该电缆可以投入运行, 隔2～3个月后再停电测试。
(4) 在额定试验电压下电缆绝缘有闪络现象。 (1) 若闪络次数不多 (5次以下) , 时间间隔较长, 若再进行持续5min试验, 闪络现象不再出现, 这种情况下可以让该电缆投入运行, 隔半年后再停电测试。 (2) 闪络次数多而后封闭, 原则上使用仪器找出闪络点。若稍等片刻, 待闪络处的绝缘冷却后加上标准试验电压, 闪络次数不多后又封闭, 则可投入运行, 隔半年后再进行测试。以上2种情况, 测试时若无闪络现象复现, 则可不必再列入测试计划内。
(5) 电缆很短, 泄漏电流却很大。若在试验过程中无泄漏电流升高现象, 但试验后的泄漏电流又不下降, 这种电缆虽可投入运行, 但半年至一年后应再进行测试。
(6) 泄漏电流很不稳定。如果这种不稳定不是由于试验电源电压波动而引起, 而偏差又不大于±20%时, 可能是电缆内部有微小空隙引起, 应隔半年后进行测试。
(7) 泄露电流三相不平衡系数大于2。电缆三相泄漏电流应基本平衡, 如果某一相泄漏电流特别大, 则说明该相绝缘可能存在一定的缺陷, 但也不能忽视由于现场试验的条件差或试验人员技术水平低的原因而测得泄漏电流不准确的虚假现象。因此, 当测得的不平衡系数偏大时, 首先设法消除外因, 当确定是由电缆内部绝缘缺陷引起时可隔半年后测试。如果泄漏电流最大的一相电流绝对值很小, 对于10kV及以上电缆小于20μA, 6kV及以下电缆小于10μA时, 则不必列入测试计划, 可直接投入运行。
泄漏电流试验 篇3
定子绕组泄漏电流测量及直流耐压是电动机绝缘试验中必不可少的项目。它不仅可以从电压和电流的对应关系中判断主绝缘的状态, 而且大多数情况下, 在绝缘尚未击穿以前, 能够发现和找出缺陷, 同时在试验时还能够较交流耐压试验更为有效地发现端部缺陷和间隙性缺陷, 所以必须认真研究电动机的直流耐压试验方法和外部条件对试验结果的影响。
1 试验方法和注意事项
(1) 试验原理图。图1为直流耐压试验原理图。图中, K为刀闸;TYB为自耦调压器;SB为试验变压器;D为高压硅堆;R1、R2为保护电阻;V1为电压表;V2为静电电压表;μA为微安表;A、B、C均为定子绕阻。
(2) 试验步骤:
(1) 按照被测电动机铭牌参数 (额定电压UN、额定电流IN) 要求选择电压表和电流表的量程, 电动机定子绕组按铭牌要求采用星形或三角形接法, 根据《电力设备预防性试验规程》规定, 选定直流耐压值为3UN (全部更换绕组时为3UN;大修或局部更换绕组时为2.5UN) 。
(2) 对试验相定子绕组测量绝缘电阻, 其值应大于1000MΩ。
(3) 按照试验原理接线图接好线, 并检查无误。
(4) 将三相交流调压器调至电压为零, 接通电源开关K, 调节调压器的输出, 将试验电压按每级0.5UN分阶段升压 (即0.5UN、1UN、1.5UN、2UN、2.5UN、3UN6段) , 并每阶段停留1min。如果泄漏电流随电压升高而不成比例显著增加时, 应立即停止试验, 降低电压至0, 并对绕组充分放电, 分析原因后才能继续升压。
(5) 在进行直流耐压过程中, 为保证设备的安全, 泄漏电流超过3m A时, 应立即停止试验, 查明原因后再进行试验。
(6) 最后将试验测量记录、绕组温度、环境温度和湿度计入表1中。
(3) 试验规定。在规定的试验电压下, 泄漏电流应符合下列规定:
(1) 各相泄漏电流的差别不应大于最小值的100% (交接时为50%) , 当最大泄漏电流在20μA以下, 各相间差值与出厂试验值及历次测试结果比较不应有明显差别。
(2) 泄漏电流不应随时间延长而增大。
(3) 泄漏电流随电压不成比例地显著增长。
(4) 任一级试验电压稳定时, 泄漏电流的指示不应有剧烈摆动。
(4) 试验注意事项。泄漏电流测量和直流耐压试验是用来检查设备绝缘缺陷的试验。当试验电压加至规定电压值时, 保持规定的时间后, 如试品无破坏性放电, 微安表指针没有突然向增大方向摆动, 则可以认为直流耐压试验合格。需要注意的是, 泄漏电流的数值不仅和绝缘的性质、状态有关, 而且和绝缘的结构、设备的容量、环境温度、湿度, 设备的脏污程度等有关。因此不能仅从泄漏电流绝对值的大小来判断绝缘是否良好, 重要的是观察其温度特性、时间特性、电压特性以及与历年试验结果比较;与同型号设备互相比较;同一设备相间比较来进行综合判断。
当出现以下情况时, 应引起注意:
(1) 泄露电流过大应检查试验回路设备状况和屏蔽是否良好, 消除客观因素的影响;泄露电流过小则应先检查接线是否正确, 微安表回路是否正常。
(2) 测试中若发生微安表指针来回摆动, 摆动幅度比较小, 则可能有交流分量流过, 应检查微安表的保护回路和滤波电容;若指针发生周期性摆动, 幅度比较大, 则可能试品绝缘不良, 发生周期性放电, 应查明原因。
(3) 若试验过程中, 指针向减小方向摆动, 可能电源不稳引起波动;若指针向增大方向突然摆动, 则可能是被试品或试验回路闪络。
(4) 若读数随时间逐渐上升, 则可能是绝缘老化。
(5) 如果在热状态下测得的各相泄漏电流不平衡度较大, 而常温下测试结果基本平衡或不平衡程度较小, 说明绝缘有隐形缺陷。在以后的运行中应加强监视, 缩短试验周期, 及时查找出缺陷。
2 影响泄漏电流测试准确性因素
(1) 测试接线的影响。测试时, 微安表应接在高电位处, 并对出线套管表面加以屏蔽, 以消除表面泄漏电流和杂散泄漏电流的影响。
(2) 温差的影响。由于温度对泄漏电流值影响较大, 所以多次测量应在相近的温度下进行测试。对不同温度下的测试结果进行比较时, 应进行温度换算。
(3) 交流与直流耐压顺序的影响。经验表明, 在同一温度下, 交流耐压前后的直流泄漏电流测试结果是有差别的, 在绝缘受潮情况下, 差别更加明显, 但这种差别没有规律, 有的变大, 有的变小, 每相变化也不一致。目前, 一般先做直流耐压试验, 再做交流耐压试验。在必要情况下, 也可以在交流耐压前后各进行一次直流耐压, 以利于分析。
(4) 绕组引出线端子板的影响。经验表明, 绕组引出线端子板对测试结果也往往会产生影响, 尤其在环境较潮湿时更严重。因此, 可以采取烘干、拆除等措施, 以排除影响。
(5) 中断试验的影响。应尽量避免在试验过程中中断试验, 因为如果在短期内重新升压试验, 即使经过了放电, 也会使泄漏电流有所变化。
3 案例分析
如某大型电动机大修前, 在2.5UN下测得A、B、C三相泄漏电流分别为65μA、6600μA、4000μA。计算相间泄漏电流差别分别为:
因△I1和△I2均远大于100% (△I1和△I2为相间泄漏电流差别) , 可见B、C相绕组绝缘存在严重问题, 其原因为:
(1) 该电机曾在线棒端部表面不恰当地喷涂了半导体漆层, 降低了它的绝缘性能。
泄漏电流试验 篇4
泄漏电流是衡量电器绝缘性能好坏的重要指标之一, 也是安全性能的主要指标。传统的电气设备测试泄漏电流时, 微安表串在低压端, 电晕引起的泄漏电流会引起测量的误差, 而若把微安表串在高压端, 测试的数量值不易用肉眼来观察, 且容易增加不安全因素。另外, 能串在设备高压端进行泄漏电流测量的微安表, 多由液晶板显示, 在高压测量时, 极易对液晶板产生干扰, 使测量结果存在较大误差, 给现场测试带来极大的困难。本装置利用光纤传输, 实现高压隔离, 具有安全, 准确, 抗干扰能力强的特点。同时, 利用LabVIEW虚拟仪器软件开发环境开发测量应用程序, 比传统的编程语言容易实现, 真正实现了"软件就是仪器"的特征。
2. LabVIEW的基本功能
现代电子技术和计算机技术的迅猛发展和普及应用, 使得自动化测试与电子测量仪器这个技术领域发生了革命性的变化。尤其是近年来美国国家仪器公司的创新产品--图形化编程环境LabVIEW的出现, 使得"虚拟仪器"的思想为工业界所接收。
所谓虚拟仪器, 就是在通用计算机平台上, 用户根据自己的需求定义和设计仪器的测试功能, 其实质是将传统仪器硬件和最新计算机软件技术充分结合起来, 以实现并扩展传统仪器的功能。
LabVIEW是一种基于图形编程语言 (G语言) 的开发环境。它与C.Pascal.Basic等传统编程语言有着诸多相似之处, 如:相似的数据类型、数据流控制结构、程序调试工具, 以及层次化、模块化的编程特点等。但二者最大的区别在于:传统编程语言用文本语言编程;而LabVIEW使用图形语言, 即各个LabVIEW程序包括三个主要部分:前面板、框图程序、图标/接线端口。前面板是LabVIEW程序的交互式图形化用户界面, 用于设置用户输入和显示程序输出。其中用于让用户输入数据到程序中的控件称为"控制量";用于显示程序输出的控件称为"指示量", 目的是仿真真实仪器的前面板。框图程序则是利用图形语言对前面板上的控制量和指示量进行控制。图标和接线端口用于把LabVIEW程序定义成一个子程序, 以便在其它程序中加以调用, 这使LabVIEW得以实现层次化、模块化编程。
3. 装置的硬件组成与功能
整个测试装置的硬件组成如图1所示。它由高压部分 (以下简称主机) 、光纤、低压部分 (以下简称从机) 和PC机组成。装置的主要部分的结构和功能为:
(1) 主机部分。整个电路可分为以下部分:
a.采样电路。如图2所示, 采样电路由两个取样电阻R1、R2串联而成, 从而将所要检测的泄漏电流信号转换为电压信号。由于所测量的泄漏电流范围比较宽, 为了提高测量精度, 将取样电阻R2与一个继电器触点并联, 由单片机控制它的合、分, 构成自动换档电路。当泄漏电流比较小时, 由单片机控制继电器触点打开, 采样电阻为R1+R2。当泄漏电流比较大时, 单片机控制继电器触点闭合, 将采样电阻为R2短路, 从而将采样电阻减小为R1。
b.放大电路。放大电路采用LM358运算放大器。由于本装置是在高电压下工作, 为了减少高压电场对微弱的泄漏电流信号的干扰, 在放大电路的前级增加了一个滤波电路, 以提高测量电路的抗干扰性能。
c.A/D转换电路。由串行AD转换器MCP3201-B及外围电路组成。该转换器为单通道模拟输入、12位分辨率、PDIP-8封装。线路接线简单, 节省了单片机的I/O资源, 又保证了转换的精度。
d.单片机。它是整个电路控制的核心。考虑到实用性和减小功耗, 本装置选择AT89C2051芯片。它主要完成对A/D转换的操作, 对换档电路进行自动控制, 测量数据处理和传送等。
e.电源由6V蓄电池提供。通过串联一个二极管, 将电压降为约5V, 为整个电路供电。
(2) 从机部分。由单片机AT89C52与USB控制器PDIUS-BD12构成了从机电路。AT89C52的主要功能是向主机发送控制指令, 并接收主机发送的数据。同时, 单片机与USB控制器进行数据交换, 通过USB控制器将测量数据传送给PC机, 以及接受PC机下达的测量控制命令。本设计的USB控制器采用PHILIPS的PDIUSBD12芯片, 它是USB1.1协议设备端使用最多的芯片之一。此芯片片内集成了高性能USB接口器件、SIE、FIFO存储器、收发器以及电压调整器等, 可与微处理器实现高速并行接口。
(3) 光纤收发模块。由于本系统是用于测量高电压条件下被试装置的泄漏电流, 为了既能做到高压侧主机部分与低压侧从机部分之间测量数据的可靠传输, 又要实现高压电气隔离, 保证实验操作人员的安全, 本设计采用光纤进行信号传输。主机单片机利用本身的串行口将所测量的数据送出, 再通过光电转换模块, 将电信号转换成光信号, 并通过光纤将信号传送到从机。从机也有一个光电转换模块, 将光信号还原成电信号, 再传送到从机单片机的串行口, 从而完成测量数据的下传。控制命令信号的上传方式与此相同。本设计采用的光电转换模块为光电收发一体化模块HLTR-23, 其接口信号采用TTL电平, 模块由+5V电源供电。因此设计简单, 性能可靠, 使用方便。
4. 装置的软件设计
本装置的软件设计采用模块化的设计思想, 将许多功能模块化, 可以方便调用, 下面分别部分介绍主机、从机的具体程序。
(1) 主机程序包括主程序和中断程序。
主程序主要任务是系统初始化设置, 它包括单片机初始化、串行口初始化, 然后进入等待串口中断状态。中断程序流程图如图3所示:当单片机串口接收到数据时, 程序进入串口中断子程序。它先对数据进行判断, 是测量, 则执行测量子程序, 如图4;是自检, 则执行自检子程序, 最后把处理的结果再通过串口发送给从机。其中测量子程序在主机程序中占有重要的作用。它的程序流程是读入经放大、A/D转换的测量信号, 并对测量数据进行判断, 如大于或小于所设定的值, 就通过改变P3.7口的值去控制换档电路进行测量换档。最后将得到的测量值通过数值滤波处理, 保存、等待发送。
(2) 从机程序流程
从机程序的主要功能是接收PC机的指令数据并通过串口向主机发送指令, 同时接收主机的测量数据, 并通过USB端口发送到PC机。由于PDIUSBD12本身不能写入程序, 它要让PC机识别必须通过CPU进行控制, 因此写CPU程序就是编写固件的过程。在本装置中利用C语言来完成固件程序的编写。它主要由下列几个模块组成:
中断服务程序, 标准设备请求处理程序, 厂商请求处理程序, PDIUSBD12命令接口程序, 硬件提取层程序, 串口中断程序。在这里主要介绍中断服务程序和主循环程序。
a) 中断服务程序:处理由PDIUSBD12产生的中断, 它将程序从PDIUSBD12的内部FIFO取回到CPU存储器, 并建立正确的标志, 以通知主循环程序进行处理。在中断入口, 固件使用D12＿ReadInterrruputRegiste () 来决定中断源, 然后进入相应的子程序进行处理。
b) 主循环程序:主循环程序检查事件标志并进入相应的子程序进行进一步的处理。MCU一上电, 就需要初始化其所有端口、定时器、中断设置等。在主循环程序中, 程序对USB事件标志位进行轮询, 若某一个特定标志位=1, 则跳入该标志服务程序。例如, 主循环程序查到USB事件标志EPPFLAGS.bits.configuration=1, 则可判断USB已配置, 程序跳入发送接收处理子程序。
5. LabVIEW软件设计
(1) DLL程序的编写
由于该装置是通过USB端口传输数据, 而对于USB设备, 要让PC机认出它必须安装该设备的驱动程序:*.sys文件。安装了驱动程序后, PC机就可以识别出这个USB设备, 在硬件上可表现为黄灯变亮, 说明USB设备已经枚举成功。但此时, 在LabVIEW下编写的应用程序仍然不能够与USB设备进行通信。为了解决这个问题本系统采用了调用动态链接库 (DLL) 的方法:
动态链接是一种应用程序在运行时与库文件连接起来的技术。它在应用程序运行时被装入和链接的, 而不是把源代码复制到应用程序中去, 因此使用动态链接库可以实现多个应用程序之间代码和资源的共享。LabVIEW也提供了一个动态链接库函数的图标Call Library Function, 放在Functions模板内的advanced子模板中。用户可使用某种.dll链接库的编程工具, 如VC。具体方法如下:
在VC++菜单下点击new file-->project――>Win32 Dynamic Library――>BLANK DLL――>OK, 在输出定义文件Def中定义要生成的动态连接库文件名和要输出的函数名。在VC++环境下编译生成detect.dll文件后, 就可进入LabVIEW环境编程。在LabVIEW框图程序中点击Function-->Advanced-->Call Library Function子程序, 然后点击弹出菜单中的configure将所调用的函数按Standar C格式设置好以后, LabVIEW在运行时就可以将DLL文件自动地连接起来, 从而完成对数据调用, 实现与USB设备的通信。
(2) LabVIEW应用程序的编写
本系统采用LabVIEW编写上位机程序, 主要分为四个部分, 也是大多数测试系统中的主要部分, 其主界面如图5所示:这四个部分分别是测量、自检、数据保存、导入EXCEL。这里需要注意的是LabVIEW与Windows程序的消息等待机制不同, 一般的windows程序在消息到达之前一直处于等待状态, 当有消息到达后, 转去执行相应的子程序, 而LabVIEW程序一旦开始, 数据就会沿着数据连线按照程序中的逻辑关系流动, 因此它的程序是处于一种运动状态, 是一种"数据流"的编程, 如图6。
如图5, 在界面上有四个按钮, 利用LABVIEW功能板上的Event Structure, 当按下它们中的一个按钮时, 就触发该子程序框图, 实现所要的功能。其中'测量'子程序: (1) 通过dll调用, 把一个指令付给DLL程序, 并通过设备驱动程序与usb端口进行通信, 单片机去读usb数据。这样就实现了PC机上的数据传给cpu的功能。 (2) 再通过DLL调用, 读取cpu通过usb端口传上来的数据并处理, 这样就得到测量的实时数据。如图7所示。'自检'子程序框图与'测量'相似, 而另两个按钮:'保存'是对实时采集到的数据进行保存并可以在表格上显示, 也可以通过'导入Excel'按钮把保存的数据导入到Excel程序中, 实现Excel与LabVIEW应用软件的通信。
6. 结束语
随着光电子技术和计算机技术的发展, 在设备的高压测进行数据采样, 并通过光纤传输, 在远方进行数据处理, 实现高压隔离, 以保证人员的人身安全是今后高压测量装置研发的方向。本装置根据当前电力设备泄漏电流测试装置的发展现状, 研制了适合于现有电力设备的泄漏电流测试装置, 所取得的结果, 具有重要的工程价值与广泛的市场前景。
摘要：利用光纤通信、USB技术及微处理器, 在LabVIEW软件平台上研制了非接触式泄漏电流测试装置, 实现了测量的高压隔离, 具有安全、准确, 抗干扰能力强的特点。本文介绍了它的硬件设计、软件设计、工作原理以及编程的程序流程。
关键词：泄漏电流,LabVIEW,USB单片机
参考文献
[1].周立功.PDIUSBD12 USB固件编程与驱动开发.北京航空航天大学出版社2003.2
[2].杨乐平等.LabVIEW高级程序设计.清华大学出版社2003.4
泄漏电流试验 篇5
金属氧化物避雷器 (以下简称MOA) 具有无间隙, 无续流等优异的技术性能逐渐取代其他类型避雷器。避雷器是保证电力系统安全运行的重要保护设备之一, 主要用来限制由线路传来的雷电过电压或由操作引起的内部过电压。目前, 电力系统中所用的避雷器绝大部分是MOA, 其优良的伏安特性是电网安全运行的重要保证。为了保证MOA自身的安全运行, 我们就必须对其进行定期的检测。目前对MOA的检测可以分为两类, 一类是带电检测, 方式主要有带电测试运行电压下的泄漏电流、红外测量等, 另一类是停电试验, 项目主要有测量绝缘电阻, 测量直流1mA时的临界动作电压测量并测量0.75下的泄漏电流, 测量运行电流下的交流泄漏电流。两类检测方法互相补充, 可以有效地判断MOA的运行状态, 而测量直流1mA时的临界动作电压并测量0.75下的泄漏电流能有效地检查MOA的阀片是否受潮劣化变质及确定其动作性能是否符合要求, 但是, 由于现场的运行环境、气候条件和测量泄露电流时存在空间耦合等影响, 往往会造成试验数据的偏差, 从而产生误判断, 因此, 在现场试验数据产生超标的时候, 应综合分析现场的干扰因素, 采取措施消除干扰, 得出正确的试验数据。
2 泄漏电流影响因素
通常情况下的预防性试验, 主要检查避雷器的内部绝缘状况, 但当外部因素, 如气候条件、设备表面脏污、不当的接线方式等加入后会影响测试结果而造成误判断。按测试导则推荐的高压侧测量电流接线方法, 并尽可能增大高压引线与避雷器的夹角。
从表1中可以看出当高压引线与避雷器二者之间的夹角小于70°时, 测出的75%U1mA的泄漏电流大于50μA, 而规定测出的泄漏电流不能大于50μA。产生这个问题的原因是避雷器做直流泄漏电流时, 高压引线与避雷器之间存在空间的电阻耦合。下面从空间分离、单元电偶极子、并用ANSYSY仿真不同的角度产生的电位电场分布等方面对泄漏电流的影响进行具体的分析。
2.1 空间分离
空间分离是抑制空间辐射骚扰和感应耦合骚扰的有效方法。通过加大骚扰源和接收器 (敏感设备) 之间的空间距离, 使骚扰电磁场到达敏感设备时其强度已衰减到低于接受设备敏感度门限, 从而达到抑制电磁干扰的目的。由电磁场理论可知:在近区感应场中, 场强分布按undefined衰减。远区辐射场的场强分布按undefined衰减, 因此空间分离实质上利用干扰源的电磁场特性有效地抑制电磁骚扰。
2.2 单元电偶极子
根据波长的计算公式λ=vt可知:
λ=6.0×106m>>l避雷器
故可把避雷器看成是一根载流导线, 即单元电偶极子。按照电磁场理论中的有关知识, 可得电偶极子周围空间中的磁矢量为:
undefined
假设单元电偶极子中的电流为:
i (t) =lmsin (ωt+φ)
可求出磁场为:
undefined
利用电磁场基本方程可以解得电场为:
undefined
由此可以得到单元电偶极子的辐射电磁场分量表示式可知:
undefined
由于式中各项分母中所含的Br方次不同, 在近距离内, Br方次高的项将起主要作用, 而在远距离处, Br方次低的项将起主要作用, 因此可根据其特点, 将单元电偶极子的辐射电磁场分为近区场和远区场。
由近区场的范围Br<<1, 或r<<λ知, 高压引线和避雷器之间的场为近区场, 其单元电偶极子所激发的近区场符合静态场的基本规律, 这意味着近区只有在电场和磁场之间的能量交换, 没有能量输出, 即没有辐射。因此近区场也称为感应场。
由于是近区场, 上式可化简为:
undefined
故随着θ角的增大, undefined逐渐减小 (从下面的电压和电场分布图可以看出来) , 即对泄漏电流的影响越来越小, 测出的泄漏电流值越接近真实值。
2.3 ANSYS仿真结果及分析
2.3.1 ANSYS软件介绍
ANSYS软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型有限元分析软件, 拥有丰富和完善的单元库、材料模型库和求解器。ANSYS程序是一个功能强大、灵活的设计分析及优化软件包。该软件可浮动运行于从PC机、NT工作站、UNIX工作站直至巨型机的各类计算机及操作计算机中, 数据文件在其所有的产品系列和工作平台上均兼容。其多物理场耦合的功能, 允许在同一模型上进行各式各样的耦合计算, 如:热-结构耦合、磁-结构耦合以及电-磁-流体-热耦合。ANSYS有限元分析软件具有强大的功能, 其主要的技术特点为:
1) 能实现多场及多场耦合分析的软件;
2) 实现前后处理、求解及多场分析统一数据库的一体化大型FEA分析软件;
3) 具有多物理场优化功能的FEA分析软件;
4) 具有中文界面的大型通用有限元分析软件;
5) 具有强大的非线性分析功能;
6) 具有使用于不同的问题和硬件配置的多种求解器;
7) 支持异种异构功能网络浮动, 在异种、异构平台上支持界面统一, 数据文件通用;
8) 强大的并行计算功能, 支持分布式并行和共享内存式并行;
9) 多种用户网络划分技术。
2.3.2 仿真结果分析
仿真计算结果显示, θ=90°时, 高电场区域主要集中在被试避雷器的顶部, 其它部位场强很低, 不会对75%U1mA电流的测量产生影响。随着θ角的减小, 高电场区域逐渐向试品靠近, 试品周围的场强越来越大, 对75%U1mA电流的测量产生的影响越来越大, 导致测出的泄漏电流值越来越不接近真实值。这个仿真计算结果与前面的分析吻合。
3 结论
1) 进行MOA直流泄漏电流测量时, 高压引线对MOA底座产生的极化电流干扰, 会使测量结果产生偏差, 导致误判断。
2) 高压引线与被试MOA的夹角≥90°时, 干扰导致的误差相对较小;小于90°后, 随角度的不断减小误差越来越大。
3) 用ANSYS仿真的结果证实了实际测量和理论分析的正确性。
摘要：针对氧化锌避雷器 (MOA) 直流泄漏电流测量中出现因干扰导致的超差问题, 进行了分析计算。提出空间电导电流干扰是导致泄漏电流超差的原因, 现场试验中要尽量使高压引线与MOA夹角接近或等于90°。用ANSYS工程电磁场分析软件进行的仿真计算结果证实了上述结论的正确性。
关键词：避雷器,泄漏电流,夹角,空间分离,耦合
参考文献
[1]何为, 杨帆, 姚德贵等.电磁兼容原理和应用[M].清华大学出版社北京交通大学出版社, 2008.
[2]马乃祥译汪文秉校.电磁兼容[M].电力工业部武汉高压研究所出版, 1994.
[3]徐近龙.氧化锌避雷器现场直流试验的有关问题[Z].苏州供电公司
[4]刘涛, 杨凤.精通ANSYS[M].清华大学出版社, 2002.
[5]邓凡平.ANSYS10.0有限元分析自学手册[M].人民邮电出版社, 2007.
泄漏电流试验 篇6
某500kV变电站的35kV避雷器型号为YH5WZ-51/134,于2012年6月投运,交接试验数据合格。某日,B相避雷器泄漏电流突增至0.5mA,约为正常相的2倍(A、C相避雷器泄漏电流为0.23mA)。当晚即对该故障相避雷器和正常相避雷器进行了红外测温和全电流、阻性电流试验。全电流、阻性电流试验结果见表1。
mA
由表1可知,B相避雷器全电流约为A、C相的2倍,阻性电流约为A、C相的20倍。由此可初步判断,避雷器内部受潮导致绝缘降低。
由红外图谱(如图1、图2所示)可知,B相避雷器最高温度为21.1℃,热像特征为局部发热,存在明显发热点;而正常相(A相)最高温度为16.3℃,热像均匀,无明显发热点。
综上,可判定B相避雷器存在阀片受潮或老化缺陷。由于情况紧急,因此当晚即将故障避雷器退出运行。
2 故障查找及原因分析
2.1 试验数据分析
2.1.1 红外图谱分析
B相避雷器的温升为:
相对温升为:
相对温升为:
式中,τ1为发热点温度;τ2为正常相对应点的温度。
根据DL/T 664—2008《带电设备红外诊断应用规范》中关于金属氧化物避雷器的电压致热型缺陷诊断判据的描述,当温升K>1℃,相对温升δt>20%时,即可判定避雷器阀片受潮或老化。
2.1.2 避雷器全电流、阻性电流试验数据分析
由表1可知,B相(故障相)避雷器的全电流为正常相平均数的1.8倍,阻性电流为正常相平均数的19.5倍。根据国家电网公司颁布的《避雷器管理规范》,当测量运行电压下全电流、阻性电流增加1倍时,即可判定避雷器存在内部受潮故障,应停电检查。
2.1.3 避雷器绝缘试验数据分析
停电后对避雷器进行了绝缘试验,发现绝缘电阻只有205MΩ,远小于《避雷器管理规范》中要求的2 500MΩ,这表明避雷器内部受潮导致绝缘电阻降低。
2.2 解体检查分析
为了进一步确认故障原因,对故障避雷器进行了解体检查。该避雷器为有机复合外套氧化锌避雷器,外套由有机复合物浇筑而成,内部是绝缘筒,材质为环氧树脂。绝缘筒内部由11个氧化锌阀片自上而下串联构成,顶部有1个长约10cm用来支撑、固定氧化锌阀片的金属垫高件。绝缘筒内部没有压紧弹簧,氧化锌阀片的压紧是由绝缘筒上下的2个圆柱形端子通过螺纹拧紧来实现的。避雷器内部结构如图3所示。
此外,绝缘筒内部的金属垫高件内壁上有水珠,阀片有受潮痕迹。进一步解体发现,避雷器顶端的有机复合物较薄(约2mm),未将绝缘筒完全浇筑在有机物内;绝缘筒与圆柱形端子之间靠螺纹接触,是硬接触,不能完全阻止水汽进入;避雷器底部的有机复合物较厚(约8mm)。
综上,生产过程中绝缘筒浇筑时定位发生偏差,导致避雷器顶部有机复合物厚度过小,底部厚度过大(按工艺要求,顶部与底部的浇筑厚度以5mm为宜),阴雨天气时,避雷器不能起到防潮作用,水汽进入使阀片受潮,导致极间绝缘电阻骤降,最终致使泄漏电流突增。若内部受潮继续加重、极间绝缘电阻继续降低,则会造成避雷器击穿甚至爆炸。
3 结论和防范措施
确定B相避雷器存在故障后对其进行了更换,投运后测得其泄漏电流为0.24mA,运行正常。该35kV避雷器故障的直接原因是密封不良导致阀片受潮,反映出生产厂家在制造工艺方面存在不足,浇筑过程中对绝缘筒没有采取可靠的定位措施,致使该批次避雷器都存在密封不良的隐患,具有家族缺陷产品的特征。为此,建议厂家严把质量关,从制造工艺、产品设计等方面采取有效措施确保制造质量。为了避免再发生此类事故,采取以下防范措施。
(1)对运行中的硅橡胶避雷器特别是该型号、该厂家产品进行重点巡视,尤其是潮湿天气后应加强对泄漏电流的监视,重点关注泄漏电流突增的避雷器,并利用红外成像仪加强对硅橡胶避雷器的带电检测,若发现发热现象则应及时上报,以防故障进一步发展。
(2)做好该型号避雷器备品备件的管理,确保故障发生后能够及时消缺,及时恢复设备正常运行。
摘要：介绍某500kV变电站35kV氧化锌避雷器泄漏电流突增情况,通过分析避雷器红外图谱和阻性电流试验数据,结合避雷器解体检查结果,认定泄漏电流突增原因是避雷器内部受潮,并提出防范措施。
关键词：氧化锌避雷器,泄漏电流,内部受潮
参考文献
[1]DL/T 664—2008带电设备红外诊断应用规范[S]
[2]朱映红.氧化锌避雷器在线监测技术及应用[J].河北电力技术,2011(6):38-40
[3]吕明.110kV复合外套金属氧化物避雷器故障分析[J].华北电力技术,2009(12):40-43
[4]毛慧明.金属氧化物避雷器带电检测方法综述[J].高电压技术,2000(3):15,16
[5]孙鹏举.金属氧化物避雷器泄漏电流在线测试分析[J].电磁避雷器,2008(4):30-32
[6]申忠如.氧化锌避雷器泄漏电流在线检测的研究[J].西安交通大学学报,1996(12):21-26
[7]宋继成.变电所二次接线设计[M].北京:中国电力出版社, 2004
[8]苏景军,薛婉瑜.安全用电[M].北京:中国水利水电出版社, 2004
[9]谭金超.谭学知,谢晓丹.10kV配电工程设计手册[M].北京:中国电力出版社,2004
泄漏电流试验 篇7
针对雾凇的形成条件, 本文在实验室人工模拟试验系统下分别研究绝缘子在各种雾凇环境下的闪络现象与过程, 并采集闪络过程中绝缘子表面的泄漏电流, 在对比分析当前泄漏电流检测方法的基础上, 将递归分析理论引入对泄漏电流的分析之中, 得到泄漏电流时间序列的递归图及其定量指标, 根据递归图拓扑结构和纹理差异以及相应的递归定量指标表征了绝缘子运行状态与雾凇环境因素的关系, 为绝缘子运行提供了一种可视化的检测方法。
1 试验系统与方法
绝缘子雾凇闪络试验装置如图1所示。试验以单片硅橡胶绝缘子为试样, 采用无水乙醇清洗试样表面并置于干燥容器室温干燥24 h, 然后垂直悬挂于人工雾室中。采用循环冷凝系统将雾室温度控制为-15℃, 待试样温度与环境温度相一致时, 采用超声波盐雾发生装置将Na Cl盐溶液雾化并注入雾室, 盐雾电导率为1.0~5.0 ms/cm, 注入速率为2.1 cm3/min, 雾室内的风速小于1.0 m/s。当雾室相对湿度达到100%饱和时, 将绝缘子在雾室中所设定的实验条件分别维持3 h, 5 h, 9 h和15 h, 然后分别施加30 k V/ms工频交流电压, 采用高速摄像机记录绝缘子表面的雾凇积聚及闪络过程中表面放电现象。采用多功能数据采集卡 (PCI-9111DG/HR) 采集闪络过程流过绝缘子表面的泄漏电流, 采样率为5.0 k Hz。
2 试验结果与讨论
2.1 绝缘子表面雾凇状态
绝缘子表面雾凇形态如图2, 3所示。盐雾中无数0℃以下而尚未结冰的过冷雾滴在伞群表面不断积聚冻结形成雾凇沉积物和雾凇层。雾凇中雾滴与雾滴间的空气间隙很多, 呈现典型的白色外表和粒状结构, 其主要特征为:粒径很小, 比重较轻, 内聚力较差, 结构蓬松, 中间有大量气孔。
从图2, 3中可知, 由于伞群结构的不同, 伞群上、下表面雾淞在形成过程、形态、覆盖量以及物理性质上存在较大的差别。随着盐雾的注入, 伞群上表面从靠近护套部位开始逐渐形成微霜, 雾滴不断冻结沉积, 局部出现粒状雾凇并且逐渐增加, 随着注入时间的增加, 伞群上表面被雾凇包裹, 雾凇变得松散柔软, 厚度不断增大。伞群下表面开始形成离散的微小冰花, 伴随雾滴的粘附, 微小冰花的分布密度不断增大, 当盐雾注入时间继续增加时, 附着的冰花不断增大但仍为离散状态。所用Na Cl溶液浓度越高, 相同时间内在绝缘子表面形成的雾凇层越薄, 但雾凇结构更加紧密。
2.2 雾凇闪络现象与过程
雾凇环境下绝缘子的闪络放电现象与过程如图4所示。将开始施加电压的时刻记为0时刻, 则雾凇闪络可分为以下6个阶段。
(1) 阶段Ⅰ:雾凇在交变电场作用下融化, 润湿绝缘子表面并形成导电层。由于雾凇粒径小且结构蓬松, 在外加交流电压作用下, 带电粒子发生振动而产生热效应, 导致绝缘子表面的雾凇融化并形成导电层, 引发泄漏电流流过绝缘子表面。随着润湿程度和外加电压的增加, 泄漏电流逐渐增大。在绝缘子表面完全湿润后, 在泄漏电流产生的焦耳热作用下, 雾凇的融化速度加快, 进一步降低表面电阻, 增大泄漏电流。
(2) 阶段Ⅱ:随着电压的升高和表面泄漏电流的增大, 在绝缘子伞群边缘部位开始出现微弱的电晕放电点, 并伴随有间断可闻的放电声音。从图3中可知绝缘子结构导致表面雾凇分布状况存在差异, 因此泄漏电流形成的路径和电流密度不同, 使得绝缘子表面受到的泄漏电流热效应也存在差异。在绝缘子表面边缘, 雾凇层较薄, 导电层形蒸发速度较快, 容易形成干燥区, 进而改变绝缘子表面的电场分布, 同时边缘地带表面曲率半径较小, 局部电场强度较大, 容易最先形成微弱的电晕放电。
(3) 阶段Ⅲ:电晕放电不断发展。由于电极附近电流密度较大, 泄漏电流流过产生较多的焦耳热, 导电层形蒸发速度较快, 在电极部位曲率半径较小的地带也出现多处可见放电点, 且亮度较前一阶段增强, 放电声音持续可闻。
(4) 阶段Ⅳ:随着绝缘子伞群表面干燥区的形成和外加电压的增加, 当局部电场强度达到空气的击穿场强时, 干燥区就会产生局部放电和电弧。绝缘子表面电弧瞬间产生的位置是随机的。绝缘子表面导电层及形成的干燥带可以近似等效为电阻串联组成, 由于表面雾凇分布的不均匀以及不断融化同时不断的蒸发现象的发生, 干燥带的形成位置不断变化, 因此绝缘子表面电弧瞬间产生的位置存在随机性。
(5) 阶段Ⅴ:局部电弧产生后, 由于电弧的下降型伏安特性且电阻较干燥区小, 使绝缘子表面总电阻显著降低, 泄漏电流出现突然增加现象, 局部电弧的出现使绝缘子表面的电位重新分布, 当其他干燥区的电场强度足以使空气发生碰撞电离时, 产生新的局部电弧, 即局部电弧可能多处同时产生。随着外加电压的进一步增加, 由于绝缘子表面污层电解质的正温度系数影响和局部电弧的下降型伏安特性, 泄漏电流将增大, 使得提供给电流的能量增加, 电弧温度升高, 有利于电离过程的发展, 最终导致局部电弧伸长。
(6) 阶段Ⅵ:局部电弧向前延伸至另一处局部电弧时, 将汇集在一起形成更长的局部电弧并继续延伸, 当局部电弧长度发展至总放电路径长度的60%~80%时, 局部电弧将快速向前发展至绝缘子闪络。
绝缘子下表面各处局部电弧向前伸长过程中最初都是贴着绝缘子下表面向前延伸, 但当局部电弧延伸至绝缘子边缘时, 局部电弧的发展出现两种情况:一是沿着绝缘子上表面继续向前延伸, 另一种则是逐渐飘离绝缘子表面形成空气间隙电弧向上发展。局部电弧漂移成空气间隙电弧向上延伸并发生串接时, 被短接的绝缘子片爬电距离内的所产生的所有局部电弧都将瞬间熄灭。这主要是由于绝缘子爬电距离被短接瞬间, 被短接部位的电场强度急剧减小, 无法维持局部电弧的燃烧。
2.3 雾凇闪络过程泄漏电流时频分析
泄漏电流作为沿面放电和绝缘子绝缘性能的集中体现, 涵盖了丰富的有关污闪形成全过程的状态信息。在表面绝缘较好或雾凇形成的导电层完全湿润绝缘子表面时, 无电弧放电存在, 电流为表面阻性污层电流, 幅值很小;当表面绝缘性能下降, 有电弧产生, 在一个周波内, 既有其值较小的污层电流, 又有其值较大的电弧电流;当电弧放电不断增强, 周波内无熄弧或者零休存在, 电弧持续燃烧, 电流变成电弧电流, 发生闪络。雾凇闪络发展6个阶段的泄漏电流波形及其频谱特征如图5—10所示。
(1) 阶段I:泄漏电流主要为阻性电流, 波形呈现为发生了一定畸变的正弦波, 峰值在0.5 m A左右。此时绝缘子表面层雾凇卡是融化, 表面形成导电通道, 但没有干燥带放电发生。
(2) 阶段II:电流波形为近似三角的锯齿波, 电流信号峰值达到1 m A。此时绝缘子表面完全湿润, 形成良好的导电通道, 实验中可以听到微弱的放电声音, 表明有微弱的放电发生。
(3) 阶段III:此时在第二阶段电流信号的顶端开始出现叠加脉冲, 脉冲峰值可以达到3 m A。在绝缘子片上表面可以看到一些点放电现象发生 (电晕放电) , 并伴随有持续的放电声音。此时的峰值叠加尖端脉冲即为电晕放电信号。
(4) 阶段IV:泄漏电流开始出现近50 m A的脉冲峰值, 此时的电流基波也呈现尖端脉冲的形状。实验中可以观察到, 在这个阶段绝缘子表面开始出现干燥带放电现象, 放电位置不断移动变化但始终不曾间断, 其中不时出现较为强烈的电弧放电。
(5) 阶段V:此时为闪络前的放电阶段。在绝缘子上、下表面均可以观察到多处强烈的电弧放电, 且放电强度不断发展, 电弧不断连接拉长。此时泄漏电流峰值急剧增大, 达到100 m A以上。由于此阶段放电相对稳定, 没有出现峰值突出的脉冲。
(6) 阶段VI:闪络阶段。局部电弧逐渐连接伸长, 最终跨接两电极, 绝缘子表面发生闪络。
在污闪实验中, 泄漏电流随时间总体上呈现不断增加的趋势, 在起始阶段, 电流值平稳, 少有冲击起伏, 在电弧产生发展阶段, 电流冲击起伏越来越明显, 到临闪阶段, 出现非常大的放电脉冲。每次的放电脉冲过后, 都会出现短期的小电流, 这是因为放电脉冲导致了绝缘子表面变干燥, 而后污层受湿和干带形成需要时间, 在此期间绝缘性能恢复, 泄漏电流比较小且平稳。
2.4 泄漏电流递归分析表征雾凇闪络
(1) 递归图定性检测绝缘子雾凇闪络。由于泄漏电流时间序列中包含大量工频信号, 对进行非线性分析产生负面的影响。由于放电电流频带一般高于工频, 因此可以采用小波变换多分层理论对电流信号进行分解, 滤去工频分量。采用时间序列相空间重构方法对重构后的泄漏电流时间序列进行递归分析, 得出雾凇闪络过程中递归图的变化。在雾凇闪络起始的前3个阶段, 大多数递归点均匀、平行于主对角线分布, 只有少量递归点以杂散的形式存在, 表明泄漏电流具备较强的周期性变化, 绝缘子表面放电主要是随机性的放电, 而没有发生剧烈变化, 并且放电之间的相关性较差。而在后期递归图拓扑结构发生显著的变化, 出现多个类似“十字”的空白地带, 递归点在各个空白地带之间进行密集分布, 递归点分块的交替变化有效表征了绝缘子表面放电发生的阶段性突变, 反映了电弧放电通道的形成、熄灭与再次形成的过程, 正是由于表面放电的这种交替变化才能最终在某一个放电通道形成贯穿金具两端的闪络电弧。
(2) 泄漏电流递归定量指标。雾凇闪络发展各个阶段的递归定量指标如图11所示。随着闪络各个阶段的发展, 递归率 (RR) 和确定性 (DET) 均呈现下降的趋势。该变化特征表明随着绝缘子表面放电的发展, 泄漏电流中具有规律性的组分逐渐减少, 不确定性组分逐渐增加, 表面放电从起始的随机发生的微小火花放电经过弱的电弧放电, 最终形成稳定、强烈的放电通道。
3 结束语
针对雾凇环境引发的绝缘子闪络事故, 基于雾凇闪络现象的观察采用递归分析方法分析泄漏电流的非线性特征, 监测并揭示了绝缘子在雾凇环境下的闪络过程与机理, 结果表明:电导率较高的雾凇覆层容易引发绝缘子表面发生闪络;在雾凇覆盖绝缘子表面初期较易引发绝缘子闪络;泄漏电流的递归图变化定性表征了绝缘子雾凇闪络发展各个阶段的表面放电特征, 并且递归定量分析进一步增强了对闪络过程的监测以及对闪络机理的理解。
摘要：绝缘子的运行状态直接关系输变电线路的安全运行。由于泄漏电流贯穿于绝缘子运行始终, 能够直接反映绝缘子表面状态及放电特征。在实验条件下模拟雾凇环境, 以硅橡胶绝缘子为试样, 将其悬挂于雾凇环境下不同时间, 雾凇即在绝缘子表面凝结, 然后分别施加电压至发生闪络。通过高速摄像机记录闪络现象和过程, 采用递归分析法研究泄漏电流的非线性特征, 将闪络发展过程中泄漏电流的内在变化在递归图及其定量指标中表征出来, 结果表明泄漏电流的非线性特征变化与闪络过程中绝缘子表面放电现象具有很好的一致性, 有效揭示了绝缘子雾凇闪络过程的发展以及闪络发生的机理, 从而提高户外绝缘子运行的可靠性与准确性。
关键词：绝缘子,雾凇闪络,泄漏电流,递归特征,状态检测
参考文献
[1]DU B X and LIU Y.Pattern Analysis of DischargeCharacteristics for Hydrophobicity Evaluation of Polymer Insulator[J].IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2011, 18 (1) :114-121.
[2]蒋兴良, 舒立春, 孙才新.电力系统污秽与覆冰绝缘[M].北京:中国电力出版社, 2009:20-24.
[3]谢述教, 蒋兴良, 王强, 等.覆冰绝缘子直流闪络特性研究现状[J].高电压技术, 2004, 30 (1) :16-18.
[4]GUBANSKI S M, DERNFALA K, ANDERSSON J, et al.Diagnostic Methods for Outdoor Polymeric Insulators[J].IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2007, 14 (5) :1065-1080.
[5]DOUAR M A, MEKHALDI A, and BOUZIDI M C.Flashover Process and Frequency Analysis of the Leakage Current on Insulator Model Under Non-uniform Pollution Conditions[J].IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2010, 17 (4) :1284-1297.