日前，基于高效能油氣分離膜的油溶氣體在線監(jiān)測裝置在上海±800千伏奉賢特高壓換流站掛網試運行。該裝置由中國電力科學研究院有限公司自主研發(fā)，可監(jiān)測變壓器等充油設備的運行狀態(tài)，通過捕獲、分析絕緣油中的氣體信息，及時發(fā)現設備潛在故障，確保其可靠穩(wěn)定運行。
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備是新型電力系統(tǒng)的核心裝備。油溶氣體是充油設備內部目前少數攜帶各類缺陷故障信息的關鍵介質，精準監(jiān)測油溶氣體組分及含量對于大型充油設備內部絕緣狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷具有重要意義。在線監(jiān)測技術是目前充油設備故障診斷和狀態(tài)評價中很有效的手段。
據了解，油氣分離膜是油溶氣體在線監(jiān)測裝置內部實現絕緣油與故障特征氣體穩(wěn)定分離的關鍵材料。22年以來，中國電科院傳感所開展新型油溶氣體在線監(jiān)測技術攻關，掌握了油氣分離膜配方工藝及技術參數，自主研制高效能油氣分離膜，不僅實現了關鍵材料國產化，而且能夠精準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。中國電科院將高效能油氣分離膜與光學檢測技術融合，研制了適用于充油設備的油溶氣體在線監(jiān)測裝置，可為診斷變壓器等充油設備內部隱患提供關鍵數據支撐。
一、概述（國家電網新標準交流耐壓機使用方法）
是在同類產品YDJ（G）型高壓試驗變壓器的基礎上，按試驗變壓器國家標準ZBK41006—89要求，經改進后生產的一種新型產品，本系列產品具有體積小、重量輕、結構緊湊、功能齊全、使用方便等特點。實用于電力、工礦、科研等部門，對各種高壓電氣設備、電氣元件、絕緣材料進行工頻耐壓試驗和直流泄漏試驗，是高壓試驗中必不可少的儀器。
二、結構（國家電網新標準交流耐壓機使用方法）
鐵芯為單框式。線圈采用同芯圓筒多層塔式結構，初級低壓繞組繞在鐵芯上，次級高壓繞組繞在低壓繞組外側，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，產品的外殼制成與器芯配合較佳的八角形結構，整體外型美觀大方。其內外部結構見圖1。
1-均壓球；2-硅堆短路桿；3-高壓套管；4-油閥；5-殼體；6、7-調整電壓輸入a、x端子；8、9-儀表測量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-內部均壓環(huán)；15-變壓器鐵芯；16-初級低壓繞組；17-測量儀表繞組；18-二次級高壓繞組；19-變壓器油。
三、工作原理（國家電網新標準交流耐壓機使用方法）
為單相變壓器，聯(lián)結組標號II。單臺高壓試驗變壓器的工作過程，用交流220V（10KVA以上為380V）電壓接入電源控制箱（臺），經電源控制箱（臺）內自藕調壓器（50KVA以上調壓器外附）調節(jié)0~200V（10KVA以上0~400V）電壓至試驗變壓器的初級繞組，根據電磁感應原理，在試驗變壓器高壓繞組可獲得試驗所需的高電壓。其工作原理圖見圖2所示。
1、單臺工作原理示意圖
圖2 ：單臺工作原理示意圖
在試驗變壓器中：a、x為低壓輸入端；A、X 為高壓輸出端；E、F為儀表測量端。
2、單臺交直流兩用型高壓試驗變壓器工作原理見圖3。圖中所示：高壓套管內裝有高壓硅堆，串接在高壓回路中作高壓整流，以獲得直流高電壓。當用一短路桿將高壓硅堆短接時，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，其狀態(tài)為直流輸出。
3、三臺高壓試驗變壓器串激獲得更高電壓原理見圖4，串激高壓試驗變壓器有很大的優(yōu)越性，因為整個試驗裝置由多個單臺串激式試驗變壓器組成，單臺試驗變壓器有著體積小、重量輕、便于運輸的特點，它既可以串接成高出幾倍的單臺試驗變壓器輸出電壓組合使用，又可以分開單獨使用。整套試驗裝置投資小、經濟實惠。圖3所示：在三臺串激式試驗變壓器串激使用中，單臺試驗變壓器B1、B2、B3的輸出電壓都是U，第1、二級的試驗變壓器內部都有一個激磁繞組，分別為A1、C1 和A2、C2。當控制電壓加在第1級試驗變壓器B1的初級繞組a1、x1上，激磁繞組A1、C1給予試驗變壓器B2初級繞組供電，第2級試驗變壓器B2的激磁繞組A2、C2給試驗變壓器B3的初級繞組供電。由于第1級試驗變壓器B1的高壓尾及殼體接地，第2、三級的試驗變壓器B2和B3對地有絕緣支架的隔離，這樣試驗變壓器B1、B2、B3對地輸出電壓分別為1U、2U、3U。
圖3：三臺高壓試驗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-各級對地電壓；
PV- 高壓示值表（KV）； ZJ1、ZJ2-絕緣支架。
四、使用方法及注意事項（國家電網新標準交流耐壓機使用方法）
1.做工頻耐壓試驗使用接線方法見圖5。做工頻耐壓試驗前，先根據試驗變壓器的額定容量選擇好限流電阻，(水電阻)的阻值，再根據被試品需加的高壓電壓值調整好放電球隙的球間距，為了提高對被試品施加電壓的測量精度，應在高壓側接入FRC阻容分壓器來測量電壓。
圖4：工頻耐壓試驗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。
按照圖4、結合圖2所進行的工頻耐壓試驗接好工作線路，試驗變壓器的高壓繞阻的X端（高壓尾）、儀表測量繞組的F端、試驗變壓器的外殼以及電源控制箱（臺）的外殼必須可靠接地。
用三臺試驗變壓器串激做工頻耐壓試驗時、第2、三級試驗變壓器的初級繞組X端，儀表測量繞組的F端，以及高壓繞組的X端（高壓尾）均接本級試驗變壓器的外殼，第2、三級試驗變壓器的主體必須放置在絕緣支架上。除第1級以外、第2、三級試驗變壓器的主體不要接地線。其接線方式見圖3所示。
接電源前，電源控制箱（臺）的調壓器必須調到零位。接通電源后，綠色指示燈亮，按一下啟動按鈕，紅色指示燈亮，表示試驗變壓器已接通控制電源，開始升壓。
從零位開始按順時針方向勻速旋轉調壓器手輪升壓。（升壓方式有：快速升壓法，即20S逐級升壓法，慢速升壓法，即60S逐級升壓法，極慢速升壓法供選用）電壓從零開始按選定的升壓速度升到您所需額定試驗電壓的75%后，再以每秒2%額定試驗電壓的速度升到您所需試驗電壓，并密切注意測量儀表的指示以及被試品的情況，被試品施加電壓的時間到后。應在數秒內勻速將調壓器返回，高壓降至1/3試驗電壓以下，按一下停止按鈕，高壓、低壓輸出停止，然后切斷電源線，試驗完畢。
工頻耐壓試驗操作過程注意事項
1、試驗人員應做好責任分工,設定好試驗現場的**距離,仔細檢查好被試品及試驗變壓器的接地情況,并設有專人監(jiān)護保障觀察被試品狀態(tài)工作。
2、被試品主要部位應清理干凈，保持干燥，以免損壞被試品和帶來試驗數值的誤差。
3、對大型設備的試驗，一般都應先進行試驗變壓器的空升試驗，即不接試品時升壓至試驗電壓，以便校對好儀表的指示精度，調整好放電球隙的球間距。
4、做耐壓試驗時升壓速度不能過快，并防止突然加壓，例如調壓器不在零位的突然合閘，也不能突然斷電，一般應在調壓器降至零位時分閘。
5、在升壓或耐壓試驗過程中，如發(fā)現下列不正常情況，1 電壓、電流表指針擺動很大，2 被試品發(fā)出不正常響聲，3 發(fā)現絕緣有燒焦或冒煙現象，應立即降壓，切斷電源，停止試驗并查明原因。
6、使用本產品做高壓試驗時，除熟悉本說明書外，還必須嚴格執(zhí)行國家有關標準和操作規(guī)程。
2、YDQ交直流兩用高壓試驗變壓器做直流耐壓和泄漏試驗使用接線方法見圖5。由于是交直流兩用高壓試驗變壓器，應把高壓硅堆短路桿從套管中抽出，使試驗變壓器為直流輸出狀態(tài)。做直流泄漏試驗前，先根據泄漏試驗中輸出端斷路電流不超過高壓硅堆的*大整流為宜，選擇好限流電阻（水電阻）的阻值，再根據被試品對直流高壓波形的要求選擇好高壓濾波電容的電容值。為了提高對被試品施加電壓的測量精度，應在高壓側接入FRC阻容分壓器來測量電壓。
圖 5：直流泄漏試驗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。
按照圖5、結合圖3所進行的直流泄漏試驗接好工作線路。試驗變壓器的高壓繞組的X端（高壓尾）、儀表測量繞組的F 端、試驗變壓器的外殼以及電源控制箱（臺）的外殼必須可靠接地。
接線原理圖
做交流泄漏試驗接線原理圖
接電源前、電源控制箱（臺）的調壓器必須調到零位。接通電源后，綠色指示燈亮，按一下啟動按鈕，紅色指示燈亮，表示試驗變壓器已接通控制電源，開始升壓。
從零位開始按順時針方向勻速旋轉調壓器手輪升壓。（升壓方式有：快速升壓法即20S逐級升壓法；慢速升壓法，即60S逐級升壓法；級慢速升壓法供選用）電壓從零開始按選定的升壓速度升到您所需額定試驗電壓或額定直流電流下的參考電壓。試驗中應嚴密注意直流高壓表、泄漏電流表指示以及被試品的情況。試驗完畢后，應訊速均勻將高壓降至零位，按一下停止按鈕，高壓、低壓輸出停止，然后切斷電源。此時應用直流高壓放電棍給被試品及試驗裝置本身充分放電。
直流泄漏試驗操作過程注意事項
（1）試驗人員應做好責任分工，設定好試驗現場的可靠距離，仔細檢查好被試品及試驗變壓器的接地情況，并設有專人監(jiān)護**及觀察被試品狀態(tài)工作。
（2）被試品做試驗前，應拆除所有對外連線，并充分放電，主要部位應清理干凈，保持干燥，以免損壞被試品及帶來試驗數值的誤差。
（3）對于大容量試品（電容器、超長電纜等）試驗時應緩慢升壓，防止被試品的充電電流過大而燒壞微安表，必要時應分級加壓分別讀取各電壓下微安表的穩(wěn)定讀數。
（4）試驗過程中，應嚴密監(jiān)視被試品、微安表及試驗裝置等，一旦發(fā)生閃爍、擊穿等現象應立即降壓，切斷電源，并查明原因。
五、配套選購產品（國家電網新標準交流耐壓機使用方法）
下列產品僅供選擇，購買時需另行計價。
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 容量:10KVA~300KVA輸入電壓：220V或380V
3.數字微安表：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.標準試油杯： 400ml
8.折疊式手推車： 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，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。“接線順利，波形一致，運行正常！”振奮的聲音在現場的上空飄蕩著，宣告著量子電流傳感器的調試成功。
時間倒回20小時以前。廣西柳州郊外，高大的鐵塔在探照燈下泛著冷光。南方電網量子傳感器研發(fā)團隊正在進行掛網前的一次聯(lián)調。立方體銀色金屬盒靜靜躺在工作臺上，內里是一顆“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。這種原子級缺陷的電子自旋態(tài)對磁場極其敏感，可探測地球磁場兩億分之一的變化，具備量子特性。通過硅片鍵合封裝技術將金剛石與光纖耦合，磁場信號便轉化為電信號，可實現對于電流的毫安級測量。南方電網傳感器公司三級專業(yè)技術專家指著伸出的光纖介紹，“光纖用來供電和傳輸信號，我們正在加緊研發(fā)無源無線的版本，到時候就沒有這根‘尾巴’了!”
在實驗室表現很好的測量數據，在超高壓應用現場遭遇了沖擊。調試屏幕上的波形劇烈抖動后突然黑屏。“這是激光器功率衰減導致的關機。”
“在現有產品的激光器功率下怎么保證關機時數據功能的不間斷？怎么從根本上解決問題？”夜色越來越深，現場的討論聲愈發(fā)熱烈。團隊達成一致，從軟件硬件兩手抓：一方面通過編寫程序自動監(jiān)測激光器的功率，確保功率低于標準時系統(tǒng)能夠自動重啟，且不影響數據的正常傳輸。另一方面加快升級激光器硬件配置，確保從根本上解決這一問題。經過十余次測試，系統(tǒng)恢復穩(wěn)定。
挑戰(zhàn)接踵而至。直徑50厘米的管母導體表面，強磁場和高壓環(huán)境導致信號干擾遠超實驗室條件。“這次掛網測量點要同時測交流和直流。由于管母結構下直流和交流的校準系數不同，就像用一個萬用表要同時測量電流和電壓，平時我們是要切換檔位，現在要同時測量。”當直流校準準確時，交流數據就會失真；反之亦然。決定采取開環(huán)補償方案，按照交流方式校準后，對測量結果實時進行直流校準系數補償。由此，校準難題被成功攻克。
深夜的空氣泛起陣陣潮濕，正逢廣西“回南天”，室內濕度已達97%，團隊緊急加裝防潮模塊。“量子芯片比嬰兒皮膚還敏感，一點點水汽就能讓系統(tǒng)癱瘓。”
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