一种电压致热型缺陷模拟装置及方法与流程

本发明涉及电力设备红外热成像领域，尤其涉及一种电压致热型缺陷模拟方法。

背景技术：

1、电力设备红外热成像技术能够直观的发现高压设备发热缺陷，以成为变电设备运维、检修人员必须掌握的基本技能之一；对电力设备红外热成像技术培训主要依据行标《带电设备红外诊断应用规范》(dl/t 664-2016)，该规范规定了带电设备红外诊断现场检测要求和操作方法，以及判断方法。带电设备红外诊断采用红外热像仪对具有电流、电压致热效应引起表面温度分布特点的电气设备进行检测，以便发现不同被测设备表面或同一被测设备不同部位表面温度之差。带电设备红外诊断包括一般检测和精确检测；其中一般检测仅对设备表面温度分布进行大面积的巡视性检查，一般由设备运维人员进行；精确检测通过细致分析设备表面温度分布发现设备内部缺陷，以便对设备故障做精确判断。

2、电力设备发热分为电流致热和电压致热；电流致热型缺陷由电流引起，一般出现在设备与金属部件的连接处、以及金属部件与金属部件的连接处，一般由接触不良引起，如各类线夹、接头、隔离开关转头和刀口，也有部分缺陷是由于线圈类设备铁芯损耗异常或漏磁引起；电流致热型缺陷往往有比较明显的热点，其热点温度可超过100℃。电压致热型发热缺陷是由电压效应引起的发热缺陷，电压致热型发热缺陷一般出现在电压互感器、电压互感器、充油套管、氧化锌避雷器、绝缘子及电缆终端等设备；电压致热型缺陷往往表现为设备整体发热，如高压套管整体发热、互感器以本体为中心整体发热、充油套管以油面处有明显的水平分界线、氧化锌避雷器整体轻微发热或从上向下温度递减等；电压致热型缺陷多通过温差对比进行判断；一般正常相与故障相的温差仅为0.5～4k。因此相比电流致热型缺陷，电压致热型缺陷更难被发现，对检测人员的要求较高。典型的电流致热型缺陷和电压致热型缺陷如图1所示。

3、电压致热型缺陷由电压效应引起，产生电压致热型缺陷表明设备内部存在故障，如铁心短路、介质损耗偏大及电容量增大、绝缘介质老化、缺油、避雷器阀片老化等；设备带电后，当设备内部出现上述故障后，在电压作用下，设备内部铁心或绝缘介质损耗增大产生热量，从而使设备表面呈现出整体或部分温度上升的现象；对于运行中的设备，一旦发现电压致热型缺陷，一般需要对设备做进一步的检查确认，并进行停电处理。由此可见设备仅能在带电状态下产生电压致热型缺陷，且缺陷一旦被发现便会在短时间内被消除，不允许长期带缺陷运行，因此无法利用在运行设备的实际发热缺陷进行大规模的技能培训工作。

4、为开展包括红外热成像技术培训在内的电力设备运维、检修、检测培训工作，国网技术学院及部分省级电力公司培训中心按照实际变电站设备布局和接线建设了室内或室外培训场所；在实训工作开展过程中，培训工作人员会预先在某些设备上预设相应的缺陷，以便考核学员发现和处置设备缺陷的能力；由于培训场所的设备无法带电运行，因此某些设备在带电状态下才能表征出的缺陷需要使用其他方式模拟，如在开展红外热成像技术培训时，在设备上隐蔽安装加热装置使设备发热模拟发热缺陷，考核学院能否发现和正确判断缺陷。受技术手段的限制，目前对设备发热缺陷的模拟均针对电流制热型缺陷，如国网技术学院在其户外敞开式培训场地中的隔离开关触头、引线接线排、变压器本体箱壁等处安装电阻丝，通过电阻丝发热形成热点，很好的模拟了电流致热型缺陷。此外，也有研究机构提出使用激光远程非接触的方式对设备进行加热模拟发热缺陷。然而，对于电压致热型缺陷，由于其呈现出设备外部整体发热特征，因此如需对其模拟，若采用表面整体缠绕电热丝的方式，则存在隐蔽性不足的问题，同时大范围缠绕电热丝会导致设备丧失绝缘性能，无法开展耐压、介损等高电压试验项目的培训。如采用激光远程加热模拟电压致热型缺陷，由于激光只能进行单点的加热，因此需要激光仪不断的对设备面向激光器的表面进行扫描才能实现设备整体发热，此外还需要部署多个激光器，才能保证设备表面均能被加热，因此存在控制难度高、投资大等缺点。目前上述两种加热方式均无见应用于电压致热型缺陷的模拟中。

5、cn201120061329.0a公开了一种模拟高压电气设备发热故障缺陷的装置，用于红外诊断专业技术培训的被试目标物，在高压电气设备的各个内部和/或外部所要模拟的局部发热故障缺点处分别设有相应的发热装置和测温装置，测温装置与温控仪连接。该实用新型无法实现模拟被试目标物的整体发热。

6、cn202122189744.0a涉及一种避雷器带电检测模拟故障的教学装置，包括和故障模拟装置和检测控制装置，所述故障模拟装置和检测控制装置电性连接，所述故障模拟装置包括避雷器、计数器和支架，所述检测控制装置包括电源模块、控制模块、温度传感接口、发热环接口、三相电压电源接口和操作面板。该实用新型无法通过参数调节实现被试目标物制定部分的精准制热。

7、综上所述，为满足电力设备红外热成像技术培训需求，目前迫切需要一种能够快捷、准确的复现高压设备电压致热型缺陷的模拟方法。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种电压致热型缺陷模拟装置，通过改变高频电源频率和电压实现了对设备不同部位、不同温度的加热。

2、本发明采用如下的技术方案。

3、一种电压致热型设备缺陷模拟装置，包括高频信号调节触发模块、发射线圈、多个rlc回路：将多个rlc回路间隔设置在电压致热型设备的套管内壁；高频信号调节触发模块的输出端连接至发射线圈，高频信号调节触发模块产生频率电压可调的高频交变电流输出信号输出至发射线圈；高频交变电流输出信号在发射线圈中产生高频电磁信号，所述高频电磁信号感应相应rlc回路产生谐振电流信号加热电压致热型设备待模拟缺陷部位。

4、本发明进一步包括以下优选方案：

5、分别将各rlc回路通过粘合剂设置在电压致热型设备待模拟缺陷部位，rlc回路结构与待模拟缺陷部位内腔结构匹配。

6、每一位置处的rlc回路分别设置成不同的谐振频率。

7、按如下公式进行设置一组谐振频率值：

8、xk＝x1+(k-1)×(xk-xk-1)

9、其中，k表示从1到n的正整数，xk表示第个谐振频率值，xk-1表示第k-1个谐振频率值，x1是设定的初始谐振频率值，当k＝1时，设定x0＝0，各rlc回路的谐振频率设置为：

10、

11、其中，fk表示第k个rlc回路的谐振频率，rlc回路按照k的顺序值进行排列设置。

12、所述高频信号调节触发模块包括振荡电路、第一电阻(r1)、第二电阻(r2)、第三电阻(r3)、场效应管、电容组；振荡电路输出端连接通过第一电阻(r1)连接至场效应管的源极，场效应管的漏极连接第三电阻(r3)后与发射线圈的一端相连；在第一电阻(r1)和场效应管的源极之间连接第二电阻(r2)的一端，第二电阻(r2)的另一端连接至发射线圈的另一端；场效应管的栅极与发射线圈的另一端相连，在发射线圈两端并联串联电容组。

13、通过控制振荡电路的输出以及场效应管的开断/导通时间调整高频信号调节触发模块所输出的交变电流频率和电压。

14、当电压致热型设备需要模拟局部发热缺陷时，调整高频信号调节触发模块所输出的交变电流频率与待模拟缺陷部位处的rlc回路谐振频率一致。

15、当电压致热型设备需要模拟整体发热缺陷时，按照各rlc回路谐振频率周期循环调整高频信号调节触发模块所输出的交变电流频率，分别与各rlc回路谐振频率一致。

16、同时本发明还提供一种电压致热型设备缺陷模拟方法，包括以下步骤：

17、s1：在电压制热型设备的套管内壁间隔部署多个rlc回路，在电压制热型设备附近部署与高频信号调节触发模块连接的发射线圈；

18、s2：启动高频信号调节触发模块，在发射线圈中产生频率为fn的交变电流，在电压制热型设备周围产生高频电磁场；

19、s3：电压制热型设备套管内壁部署的谐振频率为fn的rlc回路产生大幅振荡电流并发热，加热与谐振频率为fn的rlc回路粘合的套管部位；

20、s4：改变高频信号调节触发模块的参数，按照各rlc回路谐振频率周期循环调整高频信号调节触发模块所输出的交变电流频率，分别与各rlc回路谐振频率一致。

21、在步骤s4中，高频信号调节触发模块的参数包括场效应管的栅极电压、第一电阻(r1)、第二电阻(r2)、第三电阻(r3)以及电容组。

22、一种终端，包括处理器及存储介质；所述存储介质用于存储指令；所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行任一项方法的步骤。

23、计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现任一项方法的步骤。

24、本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明采用的一种电压致热型缺陷模拟方法可快速、准确的模拟设备电压致热，满足电网企业对运维检修人员开展电力设备红外热成像技术培训对电压致热型缺陷发现和判断能力培训的需求。

25、本发明，通过在设备瓷套内壁部署基于电磁耦合的可无线加热的rlc加热单元，实现了在不需要对设备带电、不改变设备外观、不影响设备绝缘性能的情况下电压致热型缺陷模拟，具有极高的隐蔽性，很好的满足了技术培训的需求。

26、本发明，通过改变高频电源频率和电压实现了对设备不同部位、不同温度的加热，可很好的模拟设备外壳整体或局部发热，发热温度可控，很好的再现了电压致热型缺陷特征，很好的满足了技术培训的需求。