日前，基于高效能油氣分離膜的油溶氣體在線監(jiān)測(cè)裝置在上?！?/span>800千伏奉賢特高壓換流站掛網(wǎng)試運(yùn)行。該裝置由中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司自主研發(fā)，可監(jiān)測(cè)變壓器等充油設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)捕獲、分析絕緣油中的氣體信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在故障，確保其可靠穩(wěn)定運(yùn)行。

特高壓變壓器、換流變壓器、高壓并聯(lián)電抗器、油浸式互感器等充油設(shè)備是新型電力系統(tǒng)的核心裝備。油溶氣體是充油設(shè)備內(nèi)部目前少數(shù)攜帶各類(lèi)缺陷故障信息的關(guān)鍵介質(zhì)，精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)油溶氣體組分及含量對(duì)于大型充油設(shè)備內(nèi)部絕緣狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷具有重要意義。在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是目前充油設(shè)備故障診斷和狀態(tài)評(píng)價(jià)中很有效的手段。

據(jù)了解，油氣分離膜是油溶氣體在線監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)部實(shí)現(xiàn)絕緣油與故障特征氣體穩(wěn)定分離的關(guān)鍵材料。22年以來(lái)，中國(guó)電科院傳感所開(kāi)展新型油溶氣體在線監(jiān)測(cè)技術(shù)攻關(guān)，掌握了油氣分離膜配方工藝及技術(shù)參數(shù)，自主研制高效能油氣分離膜，不僅實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵材料國(guó)產(chǎn)化，而且能夠精準(zhǔn)捕捉絕緣油中溶解的故障特征氣體，攻克了變壓器油與故障特征氣體穩(wěn)定分離難題。中國(guó)電科院將高效能油氣分離膜與光學(xué)檢測(cè)技術(shù)融合，研制了適用于充油設(shè)備的油溶氣體在線監(jiān)測(cè)裝置，可為診斷變壓器等充油設(shè)備內(nèi)部隱患提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。

一、概述（國(guó)家電網(wǎng)新標(biāo)準(zhǔn)交流耐壓機(jī)使用方法）

是在同類(lèi)產(chǎn)品YDJ（G）型高壓試驗(yàn)變壓器的基礎(chǔ)上，按試驗(yàn)變壓器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ZBK41006—89要求，經(jīng)改進(jìn)后生產(chǎn)的一種新型產(chǎn)品，本系列產(chǎn)品具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、功能齊全、使用方便等特點(diǎn)。實(shí)用于電力、工礦、科研等部門(mén)，對(duì)各種高壓電氣設(shè)備、電氣元件、絕緣材料進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)和直流泄漏試驗(yàn)，是高壓試驗(yàn)中必不可少的儀器。

二、結(jié)構(gòu)（國(guó)家電網(wǎng)新標(biāo)準(zhǔn)交流耐壓機(jī)使用方法）

鐵芯為單框式。線圈采用同芯圓筒多層塔式結(jié)構(gòu)，初級(jí)低壓繞組繞在鐵芯上，次級(jí)高壓繞組繞在低壓繞組外側(cè)，這種同軸布置減少了繞組間的藕合損耗。高壓硅堆用特殊工藝封裝在套管內(nèi)，產(chǎn)品的外殼制成與器芯配合較佳的八角形結(jié)構(gòu)，整體外型美觀大方。其內(nèi)外部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

1-均壓球；2-硅堆短路桿；3-高壓套管；4-油閥；5-殼體；6、7-調(diào)整電壓輸入a、x端子；8、9-儀表測(cè)量E、F端子；10-高壓尾X端子；11-變壓器外殼接地端；12-高壓輸出A端子；13-高壓整流硅堆；14-內(nèi)部均壓環(huán)；15-變壓器鐵芯；16-初級(jí)低壓繞組；17-測(cè)量?jī)x表繞組；18-二次級(jí)高壓繞組；19-變壓器油。

三、工作原理（國(guó)家電網(wǎng)新標(biāo)準(zhǔn)交流耐壓機(jī)使用方法）

為單相變壓器，聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)II。單臺(tái)高壓試驗(yàn)變壓器的工作過(guò)程，用交流220V（10KVA以上為380V）電壓接入電源控制箱（臺(tái)），經(jīng)電源控制箱（臺(tái)）內(nèi)自藕調(diào)壓器（50KVA以上調(diào)壓器外附）調(diào)節(jié)0~200V（10KVA以上0~400V）電壓至試驗(yàn)變壓器的初級(jí)繞組，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在試驗(yàn)變壓器高壓繞組可獲得試驗(yàn)所需的高電壓。其工作原理圖見(jiàn)圖2所示。

1、單臺(tái)工作原理示意圖

圖2 ：?jiǎn)闻_(tái)工作原理示意圖
在試驗(yàn)變壓器中：a、x為低壓輸入端；A、X 為高壓輸出端；E、F為儀表測(cè)量端。
2、單臺(tái)交直流兩用型高壓試驗(yàn)變壓器工作原理見(jiàn)圖3。圖中所示：高壓套管內(nèi)裝有高壓硅堆，串接在高壓回路中作高壓整流，以獲得直流高電壓。當(dāng)用一短路桿將高壓硅堆短接時(shí)，可獲得交流高電壓，其狀態(tài)為交流輸出；反之在抽出短路桿時(shí)，其狀態(tài)為直流輸出。
3、三臺(tái)高壓試驗(yàn)變壓器串激獲得更高電壓原理見(jiàn)圖4，串激高壓試驗(yàn)變壓器有很大的優(yōu)越性，因?yàn)檎麄€(gè)試驗(yàn)裝置由多個(gè)單臺(tái)串激式試驗(yàn)變壓器組成，單臺(tái)試驗(yàn)變壓器有著體積小、重量輕、便于運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，它既可以串接成高出幾倍的單臺(tái)試驗(yàn)變壓器輸出電壓組合使用，又可以分開(kāi)單獨(dú)使用。整套試驗(yàn)裝置投資小、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。圖3所示：在三臺(tái)串激式試驗(yàn)變壓器串激使用中，單臺(tái)試驗(yàn)變壓器B1、B2、B3的輸出電壓都是U，第1、二級(jí)的試驗(yàn)變壓器內(nèi)部都有一個(gè)激磁繞組，分別為A1、C1 和A2、C2。當(dāng)控制電壓加在第1級(jí)試驗(yàn)變壓器B1的初級(jí)繞組a1、x1上，激磁繞組A1、C1給予試驗(yàn)變壓器B2初級(jí)繞組供電，第2級(jí)試驗(yàn)變壓器B2的激磁繞組A2、C2給試驗(yàn)變壓器B3的初級(jí)繞組供電。由于第1級(jí)試驗(yàn)變壓器B1的高壓尾及殼體接地，第2、三級(jí)的試驗(yàn)變壓器B2和B3對(duì)地有絕緣支架的隔離，這樣試驗(yàn)變壓器B1、B2、B3對(duì)地輸出電壓分別為1U、2U、3U。

圖3：三臺(tái)高壓試驗(yàn)變壓器串激工作原理示意圖
B1、B2、B3- 串激式高壓變壓器；1U、2U、3U-各級(jí)對(duì)地電壓；
PV- 高壓示值表（KV）； ZJ1、ZJ2-絕緣支架。

四、使用方法及注意事項(xiàng)（國(guó)家電網(wǎng)新標(biāo)準(zhǔn)交流耐壓機(jī)使用方法）

1.做工頻耐壓試驗(yàn)使用接線方法見(jiàn)圖5。做工頻耐壓試驗(yàn)前，先根據(jù)試驗(yàn)變壓器的額定容量選擇好限流電阻，(水電阻)的阻值，再根據(jù)被試品需加的高壓電壓值調(diào)整好放電球隙的球間距，為了提高對(duì)被試品施加電壓的測(cè)量精度，應(yīng)在高壓側(cè)接入FRC阻容分壓器來(lái)測(cè)量電壓。

圖4：工頻耐壓試驗(yàn)使用接線原理示意圖
R1、R2- 限流電阻； Qx- 放電球隙； Zx- 被試品；
FRC- 阻容分壓器； V- 分壓器高壓表。 
按照?qǐng)D4、結(jié)合圖2所進(jìn)行的工頻耐壓試驗(yàn)接好工作線路，試驗(yàn)變壓器的高壓繞阻的X端（高壓尾）、儀表測(cè)量繞組的F端、試驗(yàn)變壓器的外殼以及電源控制箱（臺(tái)）的外殼必須可靠接地。
用三臺(tái)試驗(yàn)變壓器串激做工頻耐壓試驗(yàn)時(shí)、第2、三級(jí)試驗(yàn)變壓器的初級(jí)繞組X端，儀表測(cè)量繞組的F端，以及高壓繞組的X端（高壓尾）均接本級(jí)試驗(yàn)變壓器的外殼，第2、三級(jí)試驗(yàn)變壓器的主體必須放置在絕緣支架上。除第1級(jí)以外、第2、三級(jí)試驗(yàn)變壓器的主體不要接地線。其接線方式見(jiàn)圖3所示。
接電源前，電源控制箱（臺(tái)）的調(diào)壓器必須調(diào)到零位。接通電源后，綠色指示燈亮，按一下啟動(dòng)按鈕，紅色指示燈亮，表示試驗(yàn)變壓器已接通控制電源，開(kāi)始升壓。
從零位開(kāi)始按順時(shí)針?lè)较騽蛩傩D(zhuǎn)調(diào)壓器手輪升壓。（升壓方式有：快速升壓法，即20S逐級(jí)升壓法，慢速升壓法，即60S逐級(jí)升壓法，極慢速升壓法供選用）電壓從零開(kāi)始按選定的升壓速度升到您所需額定試驗(yàn)電壓的75%后，再以每秒2%額定試驗(yàn)電壓的速度升到您所需試驗(yàn)電壓，并密切注意測(cè)量?jī)x表的指示以及被試品的情況，被試品施加電壓的時(shí)間到后。應(yīng)在數(shù)秒內(nèi)勻速將調(diào)壓器返回，高壓降至1/3試驗(yàn)電壓以下，按一下停止按鈕，高壓、低壓輸出停止，然后切斷電源線，試驗(yàn)完畢。

工頻耐壓試驗(yàn)操作過(guò)程注意事項(xiàng)

1、試驗(yàn)人員應(yīng)做好責(zé)任分工,設(shè)定好試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的**距離,仔細(xì)檢查好被試品及試驗(yàn)變壓器的接地情況,并設(shè)有專(zhuān)人監(jiān)護(hù)保障觀察被試品狀態(tài)工作。
2、被試品主要部位應(yīng)清理干凈，保持干燥，以免損壞被試品和帶來(lái)試驗(yàn)數(shù)值的誤差。
3、對(duì)大型設(shè)備的試驗(yàn)，一般都應(yīng)先進(jìn)行試驗(yàn)變壓器的空升試驗(yàn)，即不接試品時(shí)升壓至試驗(yàn)電壓，以便校對(duì)好儀表的指示精度，調(diào)整好放電球隙的球間距。
4、做耐壓試驗(yàn)時(shí)升壓速度不能過(guò)快，并防止突然加壓，例如調(diào)壓器不在零位的突然合閘，也不能突然斷電，一般應(yīng)在調(diào)壓器降至零位時(shí)分閘。
5、在升壓或耐壓試驗(yàn)過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)下列不正常情況，1 電壓、電流表指針擺動(dòng)很大，2 被試品發(fā)出不正常響聲，3 發(fā)現(xiàn)絕緣有燒焦或冒煙現(xiàn)象，應(yīng)立即降壓，切斷電源，停止試驗(yàn)并查明原因。
6、使用本產(chǎn)品做高壓試驗(yàn)時(shí)，除熟悉本說(shuō)明書(shū)外，還必須嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程。

2、YDQ交直流兩用高壓試驗(yàn)變壓器做直流耐壓和泄漏試驗(yàn)使用接線方法見(jiàn)圖5。由于是交直流兩用高壓試驗(yàn)變壓器，應(yīng)把高壓硅堆短路桿從套管中抽出，使試驗(yàn)變壓器為直流輸出狀態(tài)。做直流泄漏試驗(yàn)前，先根據(jù)泄漏試驗(yàn)中輸出端斷路電流不超過(guò)高壓硅堆的*大整流為宜，選擇好限流電阻（水電阻）的阻值，再根據(jù)被試品對(duì)直流高壓波形的要求選擇好高壓濾波電容的電容值。為了提高對(duì)被試品施加電壓的測(cè)量精度，應(yīng)在高壓側(cè)接入FRC阻容分壓器來(lái)測(cè)量電壓。 

圖 5：直流泄漏試驗(yàn)使用接線原理示意圖
R- 限流電阻； C- 高壓濾波電容； Zx- 被試品； G- 硅堆短路桿；
FRC- 阻容分壓器；V- 分壓器高壓表；uA- 微安表；D- 高壓整流硅堆。
按照?qǐng)D5、結(jié)合圖3所進(jìn)行的直流泄漏試驗(yàn)接好工作線路。試驗(yàn)變壓器的高壓繞組的X端（高壓尾）、儀表測(cè)量繞組的F 端、試驗(yàn)變壓器的外殼以及電源控制箱（臺(tái)）的外殼必須可靠接地。

接線原理圖

做交流泄漏試驗(yàn)接線原理圖
接電源前、電源控制箱（臺(tái)）的調(diào)壓器必須調(diào)到零位。接通電源后，綠色指示燈亮，按一下啟動(dòng)按鈕，紅色指示燈亮，表示試驗(yàn)變壓器已接通控制電源，開(kāi)始升壓。

從零位開(kāi)始按順時(shí)針?lè)较騽蛩傩D(zhuǎn)調(diào)壓器手輪升壓。（升壓方式有：快速升壓法即20S逐級(jí)升壓法；慢速升壓法，即60S逐級(jí)升壓法；級(jí)慢速升壓法供選用）電壓從零開(kāi)始按選定的升壓速度升到您所需額定試驗(yàn)電壓或額定直流電流下的參考電壓。試驗(yàn)中應(yīng)嚴(yán)密注意直流高壓表、泄漏電流表指示以及被試品的情況。試驗(yàn)完畢后，應(yīng)訊速均勻?qū)⒏邏航抵亮阄?，按一下停止按鈕，高壓、低壓輸出停止，然后切斷電源。此時(shí)應(yīng)用直流高壓放電棍給被試品及試驗(yàn)裝置本身充分放電。

直流泄漏試驗(yàn)操作過(guò)程注意事項(xiàng)

（1）試驗(yàn)人員應(yīng)做好責(zé)任分工，設(shè)定好試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的可靠距離，仔細(xì)檢查好被試品及試驗(yàn)變壓器的接地情況，并設(shè)有專(zhuān)人監(jiān)護(hù)**及觀察被試品狀態(tài)工作。
（2）被試品做試驗(yàn)前，應(yīng)拆除所有對(duì)外連線，并充分放電，主要部位應(yīng)清理干凈，保持干燥，以免損壞被試品及帶來(lái)試驗(yàn)數(shù)值的誤差。
（3）對(duì)于大容量試品（電容器、超長(zhǎng)電纜等）試驗(yàn)時(shí)應(yīng)緩慢升壓，防止被試品的充電電流過(guò)大而燒壞微安表，必要時(shí)應(yīng)分級(jí)加壓分別讀取各電壓下微安表的穩(wěn)定讀數(shù)。
（4）試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)視被試品、微安表及試驗(yàn)裝置等，一旦發(fā)生閃爍、擊穿等現(xiàn)象應(yīng)立即降壓，切斷電源，并查明原因。

五、配套選購(gòu)產(chǎn)品（國(guó)家電網(wǎng)新標(biāo)準(zhǔn)交流耐壓機(jī)使用方法）

下列產(chǎn)品僅供選擇，購(gòu)買(mǎi)時(shí)需另行計(jì)價(jià)。
1.KZX系列電源控制箱 容量:1KVA-5KVA、輸入電壓：220V
2.KZT系列電源控制臺(tái) 容量:10KVA~300KVA輸入電壓：220V或380V
3.數(shù)字微安表：SWB-II
4.高壓濾波電容： 0.01MF、40 ~ 100KV
5.高壓直流放電棍： FBR— 70、140、210KV
6.放電球隙： Q—50、100、150、200、250、500
7.標(biāo)準(zhǔn)試油杯： 400ml
8.折疊式手推車(chē)： 150、300型
9.絕緣支架： 50、100、200、300、400KV
10.阻容分壓器： FRC —50、100、150、200KV
11.高壓硅堆： 2DL—150、300、450KV
12.水 電 阻： 50、100

昆柳龍直流工程柳州換流站內(nèi)，在±800千伏電壓環(huán)境下，量子電流傳感器與傳統(tǒng)純光互感器的紅色波形一致?！敖泳€順利，波形一致，運(yùn)行正常！”振奮的聲音在現(xiàn)場(chǎng)的上空飄蕩著，宣告著量子電流傳感器的調(diào)試成功。

時(shí)間倒回20小時(shí)以前。廣西柳州郊外，高大的鐵塔在探照燈下泛著冷光。南方電網(wǎng)量子傳感器研發(fā)團(tuán)隊(duì)正在進(jìn)行掛網(wǎng)前的一次聯(lián)調(diào)。立方體銀色金屬盒靜靜躺在工作臺(tái)上，內(nèi)里是一顆“鉆石芯”，一根光纖絕緣子從盒體延伸而出——這是本次掛網(wǎng)的量子傳感器的本體。

量子傳感器的核心是人工培育的金剛石氮—空位色心。這種原子級(jí)缺陷的電子自旋態(tài)對(duì)磁場(chǎng)極其敏感，可探測(cè)地球磁場(chǎng)兩億分之一的變化，具備量子特性。通過(guò)硅片鍵合封裝技術(shù)將金剛石與光纖耦合，磁場(chǎng)信號(hào)便轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)于電流的毫安級(jí)測(cè)量。南方電網(wǎng)傳感器公司三級(jí)專(zhuān)業(yè)技術(shù)專(zhuān)家指著伸出的光纖介紹，“光纖用來(lái)供電和傳輸信號(hào)，我們正在加緊研發(fā)無(wú)源無(wú)線的版本，到時(shí)候就沒(méi)有這根‘尾巴’了!”

在實(shí)驗(yàn)室表現(xiàn)很好的測(cè)量數(shù)據(jù)，在超高壓應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)遭遇了沖擊。調(diào)試屏幕上的波形劇烈抖動(dòng)后突然黑屏。“這是激光器功率衰減導(dǎo)致的關(guān)機(jī)。”

“在現(xiàn)有產(chǎn)品的激光器功率下怎么保證關(guān)機(jī)時(shí)數(shù)據(jù)功能的不間斷？怎么從根本上解決問(wèn)題？”夜色越來(lái)越深，現(xiàn)場(chǎng)的討論聲愈發(fā)熱烈。團(tuán)隊(duì)達(dá)成一致，從軟件硬件兩手抓：一方面通過(guò)編寫(xiě)程序自動(dòng)監(jiān)測(cè)激光器的功率，確保功率低于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)系統(tǒng)能夠自動(dòng)重啟，且不影響數(shù)據(jù)的正常傳輸。另一方面加快升級(jí)激光器硬件配置，確保從根本上解決這一問(wèn)題。經(jīng)過(guò)十余次測(cè)試，系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定。

挑戰(zhàn)接踵而至。直徑50厘米的管母導(dǎo)體表面，強(qiáng)磁場(chǎng)和高壓環(huán)境導(dǎo)致信號(hào)干擾遠(yuǎn)超實(shí)驗(yàn)室條件?！斑@次掛網(wǎng)測(cè)量點(diǎn)要同時(shí)測(cè)交流和直流。由于管母結(jié)構(gòu)下直流和交流的校準(zhǔn)系數(shù)不同，就像用一個(gè)萬(wàn)用表要同時(shí)測(cè)量電流和電壓，平時(shí)我們是要切換檔位，現(xiàn)在要同時(shí)測(cè)量。”當(dāng)直流校準(zhǔn)準(zhǔn)確時(shí)，交流數(shù)據(jù)就會(huì)失真；反之亦然。決定采取開(kāi)環(huán)補(bǔ)償方案，按照交流方式校準(zhǔn)后，對(duì)測(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)進(jìn)行直流校準(zhǔn)系數(shù)補(bǔ)償。由此，校準(zhǔn)難題被成功攻克。

深夜的空氣泛起陣陣潮濕，正逢廣西“回南天”，室內(nèi)濕度已達(dá)97%，團(tuán)隊(duì)緊急加裝防潮模塊。“量子芯片比嬰兒皮膚還敏感，一點(diǎn)點(diǎn)水汽就能讓系統(tǒng)癱瘓?！?/span>

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