专利名称：基于回复电压法的变压器油纸绝缘状态测试装置及控制方法
技术领域：
本发明涉及电力行业变压器维护技术领域，尤其是基于回复电压法的变压器油纸 绝缘状态测试装置及控制方法。
背景技术：
大型油浸式电力变压器是电力系统的核心，在长期的运行中，特别是处于恶劣条 件下，变压器的电气寿命和机械寿命会急剧下降。如果未能及时发现变压器的绝缘故障，不 仅会影响整个变电站的安全运行，同时还会造成大面积停电事故，带来严重的经济损失，甚 至是威胁到人身安全。
传统变压器油纸绝缘状态的诊断方法主要有油中溶解气体分析(DGA，Dissolved Gas-1n-oil Analysis)、油中糠醒含量分析法以及绝缘纸聚合度分析法。这些方法可以在 一定程度上反映变压器油纸绝缘的老化状态，但是一般要通过吊芯取纸样，不仅操作复杂， 误差大，而且具有破坏性，不宜在现场使用。
回复电压法(简称RVM, Return Voltage Measurement)是利用电介质在直流电场 作用下会发生极化现象，从而在其内部产生电场，再经过一段时间的去极化后，该电场的变 化就称为回复电压。通过检测该电压的变化情况来分析变压器的油纸绝缘状况。回复电压 法是近年来新出现的一种无损、抗干扰能力强、可以反映变压器油纸绝缘状态信息的检测 方法。根据国内外的研究成果，一般来说，变压器的绝缘状态可以用三个特征参数来表征， 分别是回复电压最大值(Urmax)、回复电压初始斜率(Si)和中心时间常数(tcdom)。RVM是 一种非破坏性试验，其测试原理简单，接线方便，它不仅可以对运行很久的变压器绝缘状态 进行评估，还可以对维修前后的变压器进行检测，为变压器的状态评估与维护提供了新的 检测手段，应用前景广阔。发明内容
本发明的目的是提供一种基于回复电压法的变压器油纸绝缘状态测试装置，以期 克服传统破坏性试验测试变压器油纸绝缘状态存在的技术缺陷。本发明另一目的是提供一 种基于回复电压法的变压器油纸绝缘状态测试装置的控制方法。
本发明的目的是这样实现的一种基于回复电压法的变压器油纸绝缘状态测试装 置，包括测试装置控制单元1、高压直流电源模块4、开关模块5、回复电压采集单元6 ;所述 测试装置控制单元I通过USB2. O接口分别与开关模块5、回复电压采集单元6连接；所述 开关模块5由USB/串口转接器和继电器构成，所述高压直流电源模块4由控制电路和转换 电路构成；高压直流电源模块4 一端通过开关模块5的继电器SI与被测变压器低压绕组 16连接，另一端与被测变压器高压绕组15连接；所述回复电压采集单元6 —端与开关模块 5的继电器S3连接；另一端与被测变压器高压绕组15连接；测试装置控制单元I通过控制 开关模块的继电器S1、S2、S3的通断来实现高压直流电压施加于变压器的高压侧、中压侧和低压侧任意两者之间，实现回复电压信号的采集。
所述变压器油纸绝缘状态测试装置，所述回复电压采集单元6由滤波电路8、A/D 转换电路9，电压信号处理单元10、光/电转换电路11和USB接口电路12构成。
进一步地，所述变压器油纸绝缘状态测试装置，所述的测试装置控制单元I还包 括基于回复电压法的专家评估系统2、回复电压测试系统数据库3。
进一步地，所述变压器油纸绝缘状态测试装置，所述的测试装置控制单元I通过 光/电转换电路11与电压信号处理单元10连接，以获取上传数据或下达指令。
更进一步地，所述变压器油纸绝缘状态测试装置，所述的高压直流电源模块4的 电压输出范围为(T2000VDC，电流输出范围为O飞A，回复电压采集单元的采集速率为10个/秒。
更进一步地，所述基于回复电压法的变压器油纸绝缘状态测试装置的控制方法， 其特征在于，所述方法步骤如下
(I)开始上电；(2)程序初始化；(3)询问通信是否正常，如果回答否，返回第(2) 步，如果回答是，继续进入下一步；(4)设置测试参数；(5)启动测试程序；(6)询数据采集 是否完成，如果回答否，返回第(6)步，如果回答是，继续进入下一步；(7)评估结果、显示、 存储；(8)询问是否打印，如果回答否，进入第(10)步，如果回答是，进入下一步；(9)打印 结果，(10)结束。
高宗宝(2011)研究论文指出，回复电压法是一种评估绝缘系统油质好坏的有效方 法，可以通过比较测得的极化谱图形来评估变压器油的绝缘状况。利用回复电压现场测试 方法，对典型变压器的回复电压现场测试结果进行了分析，认为老化比水分含量对回复电 压测试结果的影响更大，中心时间常数对老化特别敏感，可以用来诊断变压器油纸绝缘状 态。本发明则基于上述理论基础进行了装置的研发。
本发明与现有技术比较具有显著的优点与积极效果
(I)提供了基一种于回复电压法的变压器油纸绝缘状态测试装置及控制方法，解 决了传统变压器油纸绝缘状态的诊断需要通过吊芯取纸样，操作复杂，误差大，且具有破坏 性的技术问题。
(2)本发明是无损的非破坏性检测，它不仅可以对运行长久的变压器绝缘状态进 行评估，还可以对维修前后的变压器进行检测，为变压器的无损状态评估提供了新的检测 手段，应用前景广阔。
(3)本发明测试原理简单，接线方便，具有较高的准确度，此外，还具有非破坏性、 操作简便等优点，利于现场推广使用。
图1是本发明所述的装置结构示意图。
图2是本发明中回复电压采集单元的结构示意图。
图3是本发明测试高压绕组和低压绕组之间回复电压的接线示意图。
图4是本发明进行变压器油纸绝缘状态评估测试的控制流程框图示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施过程对本发明进行进一步说明。需要强调的是，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明构思及其权利要求之范围。
参见图1、图2、图3所示。一种基于回复电压法的变压器油纸绝缘状态测试装置， 包括测试装置控制单元1、高压直流电源模块4、开关模块5、回复电压采集单元6 ;所述的测试装置控制单元I通过USB2. O接口分别与开关模块5、回复电压采集单元6连接；所述的测试装置控制单元I选用联想ThinkPad E430C。其存储硬盘中预存储有建立起来的基于回复电压法的专家评估系统2、回复电压测试系统数据库3。
所述开关模块5是由USB/串口转接器和继电器模块组成的。其中，USB/串口转接器主要由USB2. O主控制器FT245AM及其外围电路组成，FTM245AM是一款并行FIFO双向数据传输接口的USB独立芯片、内置了与PC机连接的设备驱动程序，只需进行必要的硬件设计和简单的软件编程；继电器模块采用Misensor公司生产的型号为HVR1A05的高压继电器，具有4kV直流电压的可靠开断能力。
所述高压直流电源模块4的电压输出范围为(T2000VDC，电流输出范围为(Γ5Α。高压直流电源模块4采用谐振式高压直流电源，该电源是基于现代电力电子技术，主要由控制电路和转换电路组成，通过控制电子开关器件的开通与关断时间之比，来达到电压稳定输出的一种电源，最大输出电压2kV,最大输出电流5A,具有过流、过压保护、体积小、输出电压稳定等优点。高压直流电源一端通过开关模块5的继电器SI与被测变压器低压绕组 16连接，采用红色高压铜芯导线13。另一端通过黑色高压铜芯导线14与被测变压器高压绕组15连接。
回复电压采集单元6由滤波电路8、A/D转换电路9，电压信号处理单元10、USB接口电路12和光/电转换电路(11)组成。其中，滤波电路8采用50Hz工频干扰专用滤波模块F42N50，A/D转换电路9采用TI公司生产的10位并行接口芯片TLV1572，其采样速率最高可以达到1. 25MS/s，若采用5V供电，分辨率可以达到1. 2mV,电压信号处理单元10由延时更小的硬件来完成的FPGA，其处理速度可以达到几十兆赫兹。FPGA采用Altera公司生产的一款性价比较高的EP2C5T144芯片，FPGA的内部设计包括与TLV1572芯片的接口和USB接口，还可以完成电压档位的自动快速调节功能。USB2. O接口电路12采用Cypress Semiconductor 公司的 EZ-USB FX2TM (CY7C68013A) USB2. O 芯片。尽管它内部集成的 MCU 是低成本的8051微控制器，但由于FX2独特的体系结构，数据的传输速率并没有受到影响， 仍然可以达到USB2. O允许的最大带宽一每秒56Mbytes。光/电转换电路11由光电二极管和光纤组成，其传输速度快，抗干扰能力强，选用设计在这里非常重要。所述的测试装置控制单元I通过光/电转换电路11与电压信号处理单元10连接，以获取上传数据或下达指令。
所述回复电压采集单元 6 —端与开关模块5的继电器S3连接；另一端与被测变压器高压绕组15连接；测试装置控制单元I通过控制开关模块的继电器S1、S2、S3的通断来实现高压直流电压施加于变压器的高压侧、中压侧和低压侧任意两者之间，实现回复电压信号的采集。这种设计尤为重要。尤其是在所述的测试装置控制单元I包括的基于回复电压法的专家评估系统2、回复电压测试系统数据库3支持下，本发明通过测试装置控制单元 I控制开关模块5中开关的通断来实现将高压直流电源模块4输出的电压施加于变压器的高压侧和低压侧之间，回复电压采集单元6完成电压的采集，同时将数据上传到测试装置控制单元1，运用专家评估系统评判变压器油纸绝缘状态。如果变压器具有高压侧、中压侧和低压侧，那么，按照相同的步骤，完成变压器高压侧和中压侧之间、中压侧和低压侧之间回复电压的测试。
参见图4所示。启动系统软件，开始，程序初始化，检查通信是否正常，如通信连接失败，则继续程序初始化，直至通信正常。设置测试参数，参数包括测试电压，充电时间，充放电时间比和变压器容量，然后启动测试，系统首先按照设置的充电时间给油纸绝缘系统充电，即极化过程，充电过程完毕，系统就按照设置的放电时间给油纸绝缘系统放电，即去极化过程，放电过程完毕后，系统启动A/D转换电路，采集回复电压同时实时上传，每秒可以采集上传10个数据，采集完毕后，运用专家评估系统，完成变压器油纸绝缘状态评估结果的显示与存储，最后，打印测试结果。
下面提供回复电压法的测试控制过程，步骤如下
(I)充电阶段(极化阶段)——开关模块的继电器S1接通，S2和S3断开，使待测变压器充电t。时间。
(2)放电阶段(快速去极化阶段)——开关模块的继电器S2接通，S1和S3断开，撤去外加的直流高电压，同时短接高压侧和低压侧，使绝缘系统放电td时间，一般取1。=2、。
(3)测量阶段(慢速去极化阶段)——在放电td时间后，S1和S2断开，S3闭合，采集变压器高压侧和低压侧两端的电压，直到回复电压达到极大值后再衰减一段时间，由此得到回复电压曲线。
(4)松弛阶段——S开关模块的继电器2接通，S1和S3断开，短接高压侧和低压侧， 消除绝缘系统的全部极化现象，然后开始下一个测量周期。
实施例一
某变压器厂，采用本发明对一台1987年投入运行的容量为150MVA的变压器，在改造前(试品I)和改造后(试品2)分别进行了测试。设置测试电压υε=2000ν，充电时间 Τε=5008，充放电时间比T/Td=2。测试结果如表I所示。
表I测试结果
权利要求
1.一种基于回复电压法的变压器油纸绝缘状态测试装置，其特征在于，包括测试装置控制单元(I)、高压直流电源模块(4)、开关模块(5)、回复电压采集单元(6);所述测试装置控制单元(I)通过USB2. O接口分别与开关模块(5)、回复电压采集单元(6)连接；所述开关模块(5)由USB/串口转接器和继电器构成，所述高压直流电源模块(4)由控制电路和转换电路构成；高压直流电源模块(4) 一端通过开关模块(5)的继电器SI与被测变压器低压绕组(16)连接，另一端与被测变压器高压绕组(15)连接；所述回复电压采集单元(6)—端与开关模块(5)的继电器S3连接；另一端与被测变压器高压绕组(15)连接；测试装置控制单元(I)通过控制开关模块(5)的继电器S1、S2、S3的通断来实现高压直流电压施加于变压器的高压侧、中压侧和低压侧任意两者之间，实现回复电压信号的采集。
2.根据权利要求1所述的变压器油纸绝缘状态测试装置，其特征是在于，所述回复电压采集单元(6)由滤波电路(8)、A/D转换电路(9)，电压信号处理单元(10)、光/电转换电路(11)和USB接口电路(12)构成。
3.根据权利要求1所述的变压器油纸绝缘状态测试装置，其特征是在于，所述测试装置控制单元(I)还包括基于回复电压法的专家评估系统(2)、回复电压测试系统数据库 (3)。
4.根据权利要求2所述的变压器油纸绝缘状态测试装置，其特征是在于，所述测试装置控制单元(I)通过光/电转换电路(11)与电压信号处理单元(10 )连接，以获取上传数据或下达指令。
5.根据权利要求1所述的变压器油纸绝缘状态测试装置，其特征在于，所述高压直流电源模块(4 )的电压输出范围为(T2000VDC，电流输出范围为(Γ5Α，回复电压采集单元的采集速率为10个/秒。
6.根据权利要求1所述的基于回复电压法的变压器油纸绝缘状态测试装置的控制方法，其特征在于，所述方法步骤如下(I)开始上电；(2)程序初始化；(3)询问通信是否正常，如果回答否，返回第(2)步， 如果回答是，继续进入下一步；(4)设置测试参数；(5 )启动测试程序；(6 )询数据采集是否完成，如果回答否，返回第(6)步，如果回答是，继续进入下一步；(7)评估结果、显示、存储；(8)询问是否打印，如果回答否，进入第(10 )步，如果回答是，进入下一步；(9)打印结果，(10)结束。
全文摘要
一种基于回复电压法的变压器油纸绝缘状态测试装置及控制方法，涉及电力行业变压器维护技术领域。本发明包括测试装置控制单元1、高压直流电源模块4、开关模块5、回复电压采集单元6；测试装置控制单元1通过USB2.0接口分别与开关模块5、回复电压采集单元6连接；高压直流电源模块4一端通过开关模块5继电器S1与被测变压器低压绕组连接，另一端与其高压绕组连接；回复电压采集单元6一端与开关模块5继电器S3连接；另一端与被测变压器高压绕组连接；测试装置控制单元1通过控制开关模块继电器S1、S2、S3的通断来实现高压直流电压施加于变压器的高压侧、中压侧和低压侧任意两者之间，实现回复电压信号采集。解决了传统变压器油纸绝缘状态诊断需要通过吊芯取纸样，操作复杂，误差大的技术问题。
文档编号G01R31/12GK103063989SQ20121058387
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者彭倩, 高波, 姚晓, 王晓剑, 甘德刚, 李先浪, 刘凡, 吴广宁, 周利军, 陈凌, 曹晓斌 申请人:四川电力科学研究院, 西南交通大学, 国家电网公司