專利名稱:氣體絕緣設(shè)備的絕緣檢測裝置的制作方法
本發(fā)明涉及一種用于氣體絕緣設(shè)備的絕緣檢測裝置，特別涉及一種通過有效地檢測導(dǎo)電的外部微粒來檢測有缺陷的絕緣的初始狀態(tài)的絕緣檢測裝置，這些外部微粒是附著在氣體絕緣設(shè)備的絕緣體表面的，它們在運行狀態(tài)下是有害的。
迄今為止，一般說來，如同在由電子合作協(xié)會發(fā)行的“電子合作研究”(Electrical Cooperative Research)1984年2月第39卷第6期第133頁描述的那樣，當(dāng)一種氣體絕緣設(shè)備在其安裝地完成它的絕緣檢測時，用商業(yè)頻率交流電壓作為檢測電壓。因為假定在工廠充分完成了對這種氣體絕緣設(shè)備的最終檢測，所以根據(jù)日本的實踐，將等于氣體絕緣設(shè)備運行電壓的110%的相當(dāng)?shù)偷碾妷河米髟撛O(shè)備在其安裝地的檢測電壓。
另一方面，當(dāng)由細小的導(dǎo)電外部微粒污染時，氣體絕緣設(shè)備的絕緣性能常常顯著地降低，而不象常規(guī)的空氣絕緣設(shè)備那樣。特別在施加商業(yè)頻率交流電壓條件下，因為施加的電壓周期太長，導(dǎo)電外部微粒由于靜電力的作用在所加電場中漂浮，以至雜散地分布在該氣體絕緣設(shè)備中。存在于絕緣檢測初始狀態(tài)的相當(dāng)?shù)蛷姸鹊碾妶鲋械倪@些導(dǎo)電外部微粒，能夠運動并附著在該絕緣設(shè)備上，使得對絕緣是有害的。一般說來，當(dāng)導(dǎo)電外部微粒雜散地分布在氣體空間中時，絕緣性能的降低很小，當(dāng)這些微粒附著在絕緣體表面時，絕緣性能降低大。因此，為了長期保持氣體絕緣設(shè)備的絕緣可靠性，氣體絕緣設(shè)備安裝地的絕緣檢測電壓必須盡可能高。在這個觀點上，在日本以外，如同前面提及的論文中所描述的，使用等于工廠絕緣檢測電壓的75%到80%的商業(yè)頻率交流電壓作為檢測電壓。這個電壓值為正常運行電壓的1.7倍到2倍。
近來，出現(xiàn)了使用開關(guān)脈沖電壓進行現(xiàn)場絕緣檢測的傾向，如同K·Feser在1979年7月的HAEFELY(E1-44)的論文“在金屬封閉、氣體絕緣的變電站現(xiàn)場用振蕩開關(guān)脈沖電壓進行高壓測試”中描述的一樣。
不管怎樣，前面提及的技術(shù)有如下兩個問題。
一個問題是關(guān)于現(xiàn)場檢測電壓的值。在可靠性觀點上，使用高于商業(yè)頻率的交流電壓的電壓是最有效的，但是，在運行狀態(tài)，商業(yè)頻率電壓的最大值不得大于設(shè)備額定運行電壓的130%左右。使用高于額定運行電壓的130%的電壓導(dǎo)致一種可能性，即平常無害的導(dǎo)電外部微?？赡鼙灰频浇^緣設(shè)備的某一部分，使其對絕緣成為有害的。
另一個問題是在實際運行中所提供的電壓波形。
假定高出額定運行電壓130%的過多的電壓在波形上與商業(yè)頻率電壓不同，具有短周期開關(guān)脈沖電壓的波形。進一步，需要考慮甚至避雷器的或類似的極限電壓而確定所提供電壓的最大值。
因此本發(fā)明的一個目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中上述提及的問題。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種在實際使用中有效的和高度可靠的現(xiàn)場絕緣檢測裝置。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的絕緣檢測裝置如此安排，以提供一個絕緣檢測電壓給氣體絕緣設(shè)備的高壓部分，這個電壓中一個正極性電壓和一個負極性電壓交替地出現(xiàn)，每個極性電壓具有短于商業(yè)頻率電壓半周期的周期。
當(dāng)導(dǎo)電的外部微粒附著在絕緣體表面時，絕緣性能隨著所提供的電壓的波形大大地變化。在用于絕緣檢測的電壓波形中，商業(yè)頻率電壓的波形對絕緣性能的影響最大。但是，實驗證實了，在氣體絕緣設(shè)備上施加正極性和負極性交替出現(xiàn)的開關(guān)脈沖電壓波形獲得的絕緣特性，與在同一設(shè)備上施加商業(yè)頻率電壓獲得的絕緣特性實質(zhì)上是相同的。因此，利用一個能產(chǎn)生這種開關(guān)脈沖電壓波形的高電壓產(chǎn)生器解決了前面提及的問題。
簡單地說，即使將周期短于商業(yè)頻率電壓半周期的開關(guān)脈沖電壓施加到絕緣設(shè)備上，加到導(dǎo)電外部微粒上的靜電力與施加商業(yè)頻率電壓時相比，仍足夠地低。因此，在所施加的電壓與實際運行電壓相差不那么大的條件下，可以實現(xiàn)高可靠性絕緣檢測。
根據(jù)本發(fā)明，氣體絕緣設(shè)備的絕緣部分可以在實際運行條件下檢測。因此，當(dāng)導(dǎo)電的外部微粒附著在氣體絕緣設(shè)備的絕緣部分上時，能夠保持絕緣部分上的絕緣特性能基本上等于在使用商業(yè)頻率電壓時那樣，而且能夠避免施加商業(yè)頻率電壓，而在實際情況中是不可能產(chǎn)生商業(yè)頻率電壓的。
因此，不必過分地設(shè)計絕緣設(shè)備的介電強度，從而降低了絕緣設(shè)備的制造成本。
結(jié)合附圖進行描述，使本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點更加充分地顯出，其中圖1A是本發(fā)明由絕緣檢測裝置施加檢測電壓的氣體絕緣設(shè)備的高壓部分的草圖;
圖1B是沿圖1A中A-A′線得到的高壓部分的橫截面;
圖2是圖1A的絕緣檢測裝置的方框圖;
圖3是圖2的絕緣檢測裝置的電路圖;
圖4是本發(fā)明由絕緣檢測裝置施加給氣體絕緣設(shè)備的檢測電壓的波形的圖;
圖5是對于施加給氣體絕緣設(shè)備的不同檢測電壓的相對擊穿電壓值的示意圖;
圖6是本發(fā)明由絕緣檢測裝置施加給氣體絕緣設(shè)備的相對檢測電壓值的示意圖;
圖7A和7B分別是簡單脈沖電壓波形和阻尼振蕩脈沖波形的示意圖;以及圖8是施加給絕緣設(shè)備的檢測電壓的另一個波形圖。
在下文中參照附圖描述本發(fā)明的一個實施例。
圖1A顯示本發(fā)明中要檢測的氣體絕緣設(shè)備的高壓部分的結(jié)構(gòu)，而圖1B顯示高壓部分的橫截面。一個做為總線棒的高壓導(dǎo)體2裝配在氣體絕緣設(shè)備的接地槽1中，并且由絕緣間隔物20堅固地支承著，以便與其它部分絕緣。在作為總線棒的高壓導(dǎo)體2通入空氣中的地方裝有套管3。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)前面提及的氣體絕緣設(shè)備的裝配結(jié)束進行最后檢測時，由檢測電壓發(fā)生器10通過套管3對這樣安排的氣體絕緣設(shè)備施加一個高檢測電壓。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的檢測電壓發(fā)生器的方框圖。在圖2中，整流器12把交流電壓源11提供的交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓。這個直流電壓由極性轉(zhuǎn)換開關(guān)13轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生一個正極性電壓和負極性電壓交替出現(xiàn)的輸出。極性轉(zhuǎn)換開關(guān)13的輸出電壓提供給脈沖電壓發(fā)生器14。
脈沖電壓發(fā)生器14可以是通常使用的已知的一種。即，在脈沖電壓發(fā)生器14中，積累在電容器上的電荷通個一個間隙向適當(dāng)?shù)恼坞娐贩烹?，由此產(chǎn)生一個所需波形的脈沖電壓。這樣，所需波形(將在稍后詳細描述)的檢測電壓通過脈沖電壓發(fā)生器的電壓負載線5提供給待檢測的氣體絕緣設(shè)備。
圖3是圖2中檢測電壓發(fā)生器10的電路圖。在電壓源11中，通過具有一對接通和斷開電路的觸點的開關(guān)111，將交流源110的交流電壓提供給調(diào)壓器112。由調(diào)壓器112調(diào)整的電壓提供給主變壓器113的初級線圈，以便從主變壓器113的次級線圈產(chǎn)生一個升高的高電壓。開關(guān)111的接通和斷開操作以及調(diào)壓器112的電壓調(diào)整由控制單元15的電壓源控制電路151控制。整流器12包括一對整流器元件121和一對電阻122，以實現(xiàn)對由主變壓器113提供的高壓的全波整流。極性轉(zhuǎn)換開關(guān)13包括一對觸點133，從整流器12分別提供一個正極性和一個負極性的整流電壓給這對觸點。觸點131的轉(zhuǎn)換操作由控制單元15的極性轉(zhuǎn)換控制電路152控制。脈沖電壓發(fā)生器表示成電壓倍加器串聯(lián)充電型。從極性轉(zhuǎn)換開關(guān)13來的每個正極性和負極性電壓分別通過充電電阻140和141對主電容器142充電。當(dāng)電容器142的充電電壓達到由電壓源11確定的值時，從控制單元15的發(fā)生器起動電路153產(chǎn)生一個起動信號。從起動電路153來的起動信號提供給脈沖電壓發(fā)生器14的起動間隙終端143之間，使起動間隙終端之間發(fā)生放電。由于起動間隙終端之間的放電，積累在電容器142上的電荷通過放電間隙終端144和阻尼電阻145放電。這樣產(chǎn)生的脈沖電壓的值由電阻146和電阻147以及電容148的值確定。
如圖4所示，具有交替的正極性(+V1)和負極性(-V2)的脈沖電壓被用作檢測電壓。使得正極性電壓(+V1)和負極性電壓(-V2)之間的時間間隔Td盡可能短是有效的。但是實際上，當(dāng)時間間隔Td選擇在幾分鐘的數(shù)量級時，絕緣特性是不存在問題的。關(guān)于脈沖電壓使用的過程和重復(fù)的次數(shù)，必須提供交替的正極性電壓和負極性電壓至少一次。實現(xiàn)從正極性到負極性和從負極性到正極性兩次轉(zhuǎn)換是較好的。因此希望提供三次或多次正極性和負極性轉(zhuǎn)換的脈沖電壓。
通過施加上述形式的脈沖電壓，可以實現(xiàn)用于檢測附著在絕緣間隔物20和其他部分上的有害的導(dǎo)電外部微粒的絕緣檢測，并且具有與商業(yè)頻率電壓用作檢測電壓時實質(zhì)上相同的檢測靈敏度。
圖5顯示當(dāng)導(dǎo)電的外部微粒附著在氣體絕緣設(shè)備的絕緣體表面時，施加給氣體絕緣設(shè)備的各種檢測電壓的擊穿電壓相對值。情況a是在使用商業(yè)頻率電壓下獲得的。這種情況下的擊穿電壓Va在各種情況中是最低的。情況b到e是在使用各種脈沖電壓下獲得的。擊穿電壓的值被表示與值Va相關(guān)。在情況b中，施加一個單極性快速脈沖電壓(具有幾微秒的波前和10微秒的波尾時間)。在情況c，施加一個正極性的快速脈沖電壓和另一個負極性的快速脈沖電壓(在施加正極性電壓之后施加負極性電壓)。情況b和c時的擊穿電壓高于情況a時10%到20%。這表明情況b和c對導(dǎo)電的外來微粒的檢測靈敏度是低劣的。另一方面，在情況d中，施加一個單極性開關(guān)脈沖電壓(具有10到幾百微秒的波前時間和1000微秒的波尾時間)。在情況e中，施加一個正極性開關(guān)脈沖電壓和另一個負極性的開關(guān)脈沖電壓。情況d中擊穿電壓高于情況a中50%或更多，而情況e中擊穿電壓大體上等于情況a中的。實驗證明了這種現(xiàn)象。
總之，在對氣體絕緣設(shè)備交替地施加一個正極性開關(guān)脈沖電壓和一個負極性開關(guān)脈沖電壓的情況下，和使用商業(yè)頻率電壓情況下的外部微粒檢測靈敏度大體上相等。
另一方面，因為所提供的電壓周期太長，商業(yè)頻率電壓對導(dǎo)電的外部微粒運動有大的影響。即，如果施加的電壓高出限制范圍，則通常狀態(tài)下對絕緣特性無害的導(dǎo)電的外部微粒被所施加的電壓不適當(dāng)?shù)匾苿印７粗?，?dāng)施加前面提及的開關(guān)脈沖電壓時，能夠抑制這種不影響絕緣特性的無害的導(dǎo)電外部微粒的運動，以致于在絕緣特性上不存在壞的影響。
圖6表示所施加的電壓值。符號a表示商業(yè)頻率運行電壓V0的值。符號b表示在運行中會發(fā)生的商業(yè)頻率過電壓Vac的值。符號c表示由于在氣體絕緣設(shè)備中提供的避雷器或類似裝置的極限電壓Varr的值。一般說來，可以把在從V0到Vac的范圍內(nèi)的商業(yè)頻率電壓，或者在從Vac到Varr范圍內(nèi)的脈沖電壓施加給氣體絕緣設(shè)備。因此，在本發(fā)明中推薦使用在從Vac到Varr范圍內(nèi)的任何合適的電壓。
在施加高于過電壓Vac的商業(yè)頻率電壓的情況下，對氣體絕緣設(shè)備的絕緣檢測是這樣繁難，以致從經(jīng)濟觀點出發(fā)，檢測是不利的。
圖7A和圖7B分別表示一個簡單脈沖電壓波形和一個阻尼振蕩脈沖電壓波形。從圖5上看這是明顯的，即為了獲得與施加商業(yè)頻率電壓的情況下大體上相等的絕緣特性，所施加的脈沖電壓的波前時間Tf必須不短。根據(jù)實驗結(jié)果，希望波前時間Tf是幾十微秒或更長。只要波前時間是幾十微秒或更長，其后波形的變化幾乎不影響絕緣特性。另一方面，波尾時間Tt是短的較好。如果波尾時間太長(幾千微秒或更長)，所提供的電壓對導(dǎo)電的外部微粒運動的影響與使用商業(yè)頻率電壓的情況相似。
圖8表示施加給絕緣設(shè)備的檢測電壓的另一種波形。與圖7A和7B的電壓波形的不同點是圖8的電壓波形在正極性和負極性之間振蕩。與圖7的情形相似，希望波前時間Tf是幾十微秒或更長。希望振蕩波形的第一個正極性脈沖V1和第二個負極性脈沖V2滿足關(guān)系式V2/V1＞0.6，因為如圖5中情況d和e所表示的，對施加單極性電壓的擊穿電壓和對施加具有交替翻轉(zhuǎn)極性的電壓的擊穿電壓，以上述比值降低。利用能產(chǎn)生前面提及的電壓波形的高壓發(fā)生器，不必單個完成極性翻轉(zhuǎn)，從而簡化檢測過程。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測氣體絕緣設(shè)備的絕緣特性的絕緣檢測裝置，其特征在于包括一個將絕緣檢測電壓提供給該氣體絕緣設(shè)備的高壓部分的檢測電壓產(chǎn)生裝置；所說的檢測電壓產(chǎn)生裝置交替地產(chǎn)生至少一對正極性電壓和負極性電壓，每一個極性電壓的周期短于商業(yè)頻率電壓的半周期。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的一種絕緣檢測裝置，其中由所說的檢測電壓產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的每一個電壓具有開關(guān)脈沖波形，該波形具有至少10微秒的波前時間。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的一種絕緣檢測裝置，其中所說的檢測電壓產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的每一個電壓具有交流阻尼振蕩波形。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1的一種絕緣檢測裝置，其中所說的電壓產(chǎn)生裝置包括一個產(chǎn)生可變交流電壓的電壓源;一個對預(yù)先確定的從所說的電壓源產(chǎn)生的高電壓進行整流，以提供正極性和負極電壓的整流器;一個在正極性電壓和負極性電壓之間轉(zhuǎn)換整流器輸出的極性轉(zhuǎn)換開關(guān);以及一個在由所說的極性轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換的正極性和負極性高電壓的基礎(chǔ)上，交替地產(chǎn)生至少一對預(yù)先確定的正極性和負極性脈沖電壓的脈沖電壓產(chǎn)生器
5.根據(jù)權(quán)利要求
4的一種絕緣檢測裝置，其中所說的檢測電壓產(chǎn)生裝置進一步包括一個控制單元，這個制制單元包括一個控制所說電壓源的開關(guān)操作和電壓調(diào)整的電壓源控制電路;一個控制所說的極性轉(zhuǎn)換開關(guān)的極性轉(zhuǎn)換的極性轉(zhuǎn)換控制電路;以及一個當(dāng)所說脈沖電壓產(chǎn)生器上的充電電壓達到由所說電壓源設(shè)置的電壓值時，將一個起動信號提供給所說脈沖電壓發(fā)生器的發(fā)生器起動電路。
專利摘要
在用于檢測氣體絕緣設(shè)備的絕緣特性的絕緣檢測裝置中，由一個檢測電壓發(fā)生器將至少一對正極性和負極性脈沖電壓提供給該氣體絕緣設(shè)備。其中每一個極性電壓的周期短于商業(yè)頻率電壓半周期。
文檔編號G01R31/12GK87104748SQ87104748
公開日1988年2月3日 申請日期1987年7月11日
發(fā)明者山極時生, 石川敏雄 申請人:株式會社日立制作所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan