畢業(yè)論文-電抗器匝間絕緣擊穿試驗(yàn)方法及其設(shè)備研制

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文-PAGEII--PAGEIII-哈爾濱理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：電抗器匝間絕緣擊穿試驗(yàn)方法及其設(shè)備研制院、系：電氣與電子工程學(xué)院姓名：指導(dǎo)教師：系主任：2012年6月24日電抗器匝間絕緣擊穿試驗(yàn)方法及其設(shè)備研制摘要電抗器是電力系統(tǒng)的重要組成部分。其中干式空心電抗器因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)而迅速普及。干式空心電抗器在實(shí)際運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)諸多的問題，其中匝間絕緣故障最多。因此電抗器在出廠前應(yīng)做嚴(yán)格的匝間試驗(yàn)。該文首先通過對(duì)諸多的匝間絕緣檢測(cè)方法進(jìn)行分析，證明了脈沖電壓法的優(yōu)越性，又進(jìn)一步證明脈沖電壓法在干式空心電抗器匝間試驗(yàn)的可行性。利用脈沖電壓法的基本原理，設(shè)計(jì)出了一個(gè)檢測(cè)干式空心電抗器匝間絕緣在老化、開裂、臟污、劃損的條件下的擊穿試驗(yàn)裝置。對(duì)試驗(yàn)電路的充電電路和放電電路分析，確定了整流電路和球隙的選擇。對(duì)試驗(yàn)電路進(jìn)行計(jì)算分析確定了試驗(yàn)系統(tǒng)主要器件的電氣參數(shù)，利用ORCAD軟件對(duì)試驗(yàn)電路進(jìn)行了模擬仿真，仿真的結(jié)果進(jìn)一步證明了試驗(yàn)裝置的基本原理脈沖電壓法對(duì)于干式空心電抗器匝間絕緣試驗(yàn)是可行的。關(guān)鍵詞干式空心電抗器；匝間絕緣；脈沖電壓法ReactorinterturninsulationbreakdowntestmethodsandequipmentdevelopedAbstractThereactorisanimportantpartofthepowersystem.Dry-typeaircorereactorduetothesimplestructure,lightweight,easyinstallationandrapidpopularizationof.Dry-typeaircorereactorintheactualoperationoftheprocesstherewillbemanyproblems,includinginter-turninsulationfailure.Therefore,thereactorshouldbedoneatthefactorybeforethestrictinter-turntest.Thispaperfirstofallbymanyoftheinterturninsulationtestingmethodtoanalyzeandprovethesuperiorityofthepulsevoltagemethodtofurtherprovethefeasibilityofthepulsevoltagedry-typeair-corereactorinterturntest.Thebasicprinciplesofpulsevoltagemethod,devisedadetectionofdry-typeair-corereactorinterturninsulationbreakdownintheconditionsofaging,cracking,dirty,scratchedtestdevice.Analysistodeterminethechargingcircuitofthetestcircuitandthedischargecircuitoftherectifiercircuitandthechoiceofthespheregap.Computationalanalysistodeterminetheelectricalparametersofthetestsystemthemaindevicesofthetestthecircuit,useofORCADsoftwaretestcircuitscarryoutthesimulation,thesimulationresultsfurtherprovethatthetestdeviceofthebasicprincipleofpulsevoltagemethodbetweenthedrytypehollowpowerreactorturnsinsulationthetestisfeasible.Keywordsdry-typeaircorereactor;turn-to-turninsulation;principleofpulse-voltagemethodPAGEII---PAGEV-目錄摘要 =1\*ROMANIAbstract =2\*ROMANII第1章緒論 11.1課題背景 11.2國(guó)內(nèi)外關(guān)于電抗器匝間檢測(cè)的情況 21.3系統(tǒng)運(yùn)行中電抗器遇到的問題 21.4電抗器的分類 31.5干式空心電抗器的絕緣 41.5.1干式空心電抗器及制造工藝簡(jiǎn)介 41.5.2干式空心電抗器的運(yùn)行條件和存在的故障 51.6干式空心電抗器匝間絕緣的檢測(cè) 51.6.1絕緣檢測(cè)方法 51.6.2絕緣檢測(cè)試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn) 61.7本文主要內(nèi)容 9第2章匝間絕緣檢測(cè)試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì) 102.1試驗(yàn)?zāi)康?102.2試驗(yàn)裝置原理 102.2.1脈沖電壓法 102.2.2脈沖電壓法的可行性 112.3試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì) 122.3.1試驗(yàn)電路圖 122.3.2試驗(yàn)電路分析 132.4試驗(yàn)裝置的可行性 162.5本章小結(jié) 16第3章仿真軟件介紹和試驗(yàn)電路仿真分析 173.1仿真軟件介紹 173.1.1ORCAD簡(jiǎn)介 173.1.2PSPICE簡(jiǎn)介 183.2PSPICE仿真 203.2.1電路參數(shù)計(jì)算 203.2.2創(chuàng)建Pspice仿真電路圖 203.2.3輸出電源波形 213.2.4電抗器兩端波形 213.2.5仿真結(jié)果分析 223.3本章小結(jié) 23結(jié)論 24致謝 25參考文獻(xiàn) 26附錄 27-PAGE10--PAGE36-緒論課題背景電抗器是電力系統(tǒng)中用于限制短路電流、無功補(bǔ)償和移相等的電感性高壓電器。最通俗的講，能在電路中起到阻抗的作用的東西，我們叫它電抗器。電抗器在運(yùn)行過程中也存在很多事故。國(guó)內(nèi)外電抗器的實(shí)際運(yùn)行和大量資料表明：造成電抗器燒毀的原因主要是線圈匝間絕緣故障，而且這種事故往往會(huì)造成電抗器匝間絕緣短路，導(dǎo)致電抗器燒毀，系統(tǒng)被迫將其切除，對(duì)電力運(yùn)行部門造成很大的損失。隨著我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)的迅猛發(fā)展，高壓電抗器的應(yīng)用更為普遍。高壓電抗器是遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)的主要設(shè)備，它主要用于補(bǔ)償電力系統(tǒng)的無功容量，降低動(dòng)態(tài)電壓。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1999年～2003年，全國(guó)電網(wǎng)高壓電抗器保護(hù)正確動(dòng)作率僅有27.27%。目前，大型電抗器的構(gòu)成大多要用分相式結(jié)構(gòu)，主要的故障方式為單相接地匝間短路。電抗器的匝間短路是比較多見的一種內(nèi)部故障形式,不管短路匝數(shù)多大，縱差保護(hù)不能反應(yīng)匝間短路故障。因此匝間保護(hù)顯得尤為重要，同時(shí)要求其保護(hù)原理和性能更可靠、完善。因此電力電抗器生產(chǎn)廠家在提高電抗器線圈質(zhì)量、改進(jìn)包封工藝、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)絕緣的同時(shí)，還應(yīng)具有驗(yàn)證電抗器是否存在匝間絕緣缺陷的出廠檢驗(yàn)?zāi)芰Α?duì)變壓器作匝間絕緣試驗(yàn)通常是采用感應(yīng)電壓法，該法通過在一個(gè)變壓器繞組上施加較高頻率的電壓，在高壓（中壓）繞組上產(chǎn)生所要求的感應(yīng)試驗(yàn)電壓，從而達(dá)到檢驗(yàn)匝間絕緣的目的。但空心電抗器只有一個(gè)繞組，而且一般情況下其磁路是開放式，因此無法用感應(yīng)電壓法對(duì)其匝間絕緣進(jìn)行試驗(yàn)。雖然可利用一個(gè)分離的變壓器產(chǎn)生正弦電壓波對(duì)電抗器做匝間絕緣試驗(yàn)，但所需變壓器的容量很大，費(fèi)用很高，尤其是在電抗器電感值較低的情況下更是如此。盡管在這種實(shí)驗(yàn)方法中采用容性補(bǔ)償裝置，可以降低電源的總?cè)萘?，但由此所產(chǎn)生的總的試驗(yàn)費(fèi)用并沒有降低[1]。諸多標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)允許對(duì)干式空心電抗器進(jìn)行脈沖振蕩匝間過電壓試驗(yàn)，但是由于成本方面的問題，一直對(duì)其研究也很少，所以急需一種新的試驗(yàn)設(shè)備來彌補(bǔ)這一空白。國(guó)內(nèi)外關(guān)于電抗器匝間檢測(cè)的情況目前國(guó)外對(duì)干式空心電抗器試驗(yàn)技術(shù)和設(shè)備研究已經(jīng)有了一定的進(jìn)展，并研制了相應(yīng)的匝間絕緣檢測(cè)設(shè)備。IEEE及國(guó)外相關(guān)部門已經(jīng)制定了干式空心匝間絕緣故障檢測(cè)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)外已有成型產(chǎn)品，但是價(jià)格昂貴，達(dá)幾十萬美元，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)生產(chǎn)廠家沒有能力購(gòu)買，而國(guó)內(nèi)對(duì)匝間絕緣故障檢測(cè)的理論進(jìn)行的研究不多，對(duì)匝間絕緣檢測(cè)的設(shè)備研究的也很少，國(guó)內(nèi)具有干式空心電抗器匝間絕緣測(cè)試能力的電力電抗器廠不足5家。基本上都處于模擬仿真階段。為此，依據(jù)電力電抗器匝間絕緣測(cè)試的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉的干式空心電抗器脈沖振蕩匝間絕緣故障檢測(cè)系統(tǒng)是比較迫切的[2]。系統(tǒng)運(yùn)行中電抗器遇到的問題電抗器在運(yùn)行中常出現(xiàn)以下的問題：（1）電抗器引線接頭燒毀在系統(tǒng)中，經(jīng)常出現(xiàn)串聯(lián)電抗器引線接頭燒毀的現(xiàn)象。即外絕緣、各相出線端子與引出銅排連接處灼傷明顯，某一相負(fù)荷側(cè)引線端子燒熔脫落。電容器完好無損，對(duì)電抗器進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)異常。經(jīng)分析認(rèn)為繞組與引線連接不良，在運(yùn)行中，由于振動(dòng)產(chǎn)生繞組與引線連接松動(dòng)，接觸電阻偏大，電容器組合電抗器投入運(yùn)行后端子連接處異常發(fā)熱，導(dǎo)致接觸電阻進(jìn)一步變大，惡性循環(huán)后連接處溫度急劇上升，高溫致使端子燒損并拉弧引起相間短路。（2）有分接電抗器燒毀分析有分接電抗器是指在繞組上抽出一個(gè)或兩個(gè)分接頭，使電抗器可以當(dāng)成兩臺(tái)或三臺(tái)不同容量的電抗器使用。電抗器在運(yùn)行中，由于安裝時(shí)把電抗器引線接頭接錯(cuò)，使電容器檔位與電抗器上的檔位不匹配，電抗器不能有效地濾掉高次諧波，起不到電抗器應(yīng)有的作用，并使電抗器在分接段線圈匝間電密升高數(shù)倍，溫升達(dá)到幾百K，鐵心磁密度飽和，從而使電抗器繞組燒毀。（3）電抗器選擇不當(dāng)而燒毀并聯(lián)電抗器用串聯(lián)電抗器主要是為了降低電力電容器在投入切斷過程中的涌流倍數(shù)和抑制電網(wǎng)的高次諧波。如果電抗器參數(shù)選擇不當(dāng)，將使諧波放大，電抗器上的電流和電壓增大，使銅導(dǎo)線過熱，繞組上的絕緣層老化擊穿，出現(xiàn)短路而燒毀。（4）繞組匝間短路燒毀在電抗器生產(chǎn)過程中，由于銅導(dǎo)線絕緣介質(zhì)破損或繞組纏繞過程中使銅導(dǎo)線絕緣介質(zhì)破損，在經(jīng)過在電路中長(zhǎng)期運(yùn)行，使局部絕緣介質(zhì)嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致局部匝間短路，形成大電流，繞組局部過熱而燒毀。因此，無論在銅導(dǎo)線外觀檢查上，還是在繞組纏繞上，都要對(duì)銅導(dǎo)線仔細(xì)檢查和纏繞，防止導(dǎo)線絕緣層破壞，出現(xiàn)匝間短路而燒毀。（5）電抗器溫升設(shè)計(jì)不合理而破壞電抗器在溫升設(shè)計(jì)時(shí)要考慮以下幾方面因素：①繞組和鐵心平均溫升要符合標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)值小于90K。②要考慮繞組和鐵心中最熱點(diǎn)溫升，熱點(diǎn)溫升與絕緣材料的關(guān)系。③要考慮漏磁對(duì)電抗器的影響和整體結(jié)構(gòu)對(duì)溫升的影響。（6）電抗器噪聲過大而影響運(yùn)行。電器設(shè)備的噪聲是不容忽視的技術(shù)指標(biāo)，鐵心串聯(lián)電抗器也不例外。中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL462-1992對(duì)噪聲有明確的規(guī)定：噪聲指標(biāo)的高低標(biāo)志著制造廠的設(shè)計(jì)能力和工藝水平。鐵心電抗器噪聲的主要噪聲源是鐵心，即硅鋼片的磁滯伸縮受其材質(zhì)及緊固鐵心應(yīng)力的影響，鐵心中的磁通與流過繞組的電流之間是非線性關(guān)系，這種非線性感抗是由鐵磁材料的性質(zhì)形成的，而不是由熱效應(yīng)形成的。產(chǎn)品設(shè)計(jì)選擇的磁通密度越高，噪聲必然也就越大，高次諧波分量也就越多。從而影響了電抗器的運(yùn)行。（7）電抗器絕緣距離小而擊穿電抗器再設(shè)計(jì)時(shí)也要考慮繞組、進(jìn)出引線等帶電體與鐵心、夾件等接地端和進(jìn)出線端子間的安全距離。在設(shè)計(jì)中如果絕緣距離達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，電抗器在運(yùn)行中就可能會(huì)出現(xiàn)帶電體之間和帶電體與地之間出現(xiàn)放電現(xiàn)象，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間放電電抗器絕緣層就會(huì)被破壞，致使電抗器燒毀[3]。電抗器的分類電抗器有多種分類，按結(jié)構(gòu)分為：空心電抗器、鐵心電抗器、飽和電抗器、半鐵心電抗器和磁屏蔽電抗器。電抗器按基本功能大致有以下三種應(yīng)用情況：⑴與線路串聯(lián)，利用其電抗限制線路中可能出現(xiàn)的沖擊電流或故障電流。如：阻尼電抗器，串聯(lián)電抗器，限流電抗器，起動(dòng)電抗器等。⑵與線路并聯(lián)，在線路中產(chǎn)生感性電流，補(bǔ)償原來線路中的容性電流。如電力系統(tǒng)的并聯(lián)電抗器、相控電抗器。⑶與電容器串聯(lián)或并聯(lián)，適當(dāng)匹配使在一定頻率下發(fā)生串聯(lián)諧振或并聯(lián)諧振，使對(duì)特定頻率電流形成低阻抗通道或高阻抗阻塞。例如濾波電抗器和電力系統(tǒng)載波通訊的阻波器。直流系統(tǒng)中的平波電抗器也可歸到此類。平波電抗器串聯(lián)在線路中對(duì)直流分量電流基本上沒有什么影響，而對(duì)諧波電流卻提供高阻抗以抑制其大小[4]。目前在電力系統(tǒng)中應(yīng)用比較廣泛的是干式空心電抗器與油浸式鐵心電抗器。干式空心電抗器與油浸式鐵心電抗器相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、線性度好、安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，因此發(fā)展迅速、應(yīng)用廣泛[5]。干式空心電抗器的絕緣干式空心電抗器及制造工藝簡(jiǎn)介干式空心電抗器無鐵心，其磁路主要由非鐵磁材料構(gòu)成。磁路磁導(dǎo)率為常數(shù)，不隨負(fù)載電流大小而變化，所以空心電抗器的電感值很穩(wěn)定。干式空心電抗器一般由多個(gè)同軸繞組包封組成，所有包封在電氣上是并聯(lián)的[6]。老式的空心電抗器有水泥電抗器、夾持式干式空心電抗器，水泥電抗器其線圈一般用絞線繞制，并通過澆鑄的水泥柱把線圈緊固成一體。夾持式干式空心電抗器采用單根或多根絕緣扁線繞制，匝間和層間可采用填塊和撐條隔開以利散熱，整個(gè)電抗器用絕緣夾板和非磁性拉桿緊固。水泥電抗器或老式扁線繞制的空心電抗器，當(dāng)采用二根以上導(dǎo)線并繞時(shí)，由于并繞的導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所處的位置不一樣，在并繞的導(dǎo)線間會(huì)產(chǎn)生環(huán)流，使損耗增加，所以需要進(jìn)行換位，繞制工藝比較復(fù)雜。線圈受力情況也比較差。新型空心電抗器為環(huán)氧包封式。環(huán)氧玻璃纖維紗包封的多層并聯(lián)干式空心電抗器無論從結(jié)構(gòu)工藝或電磁性能來看都要比以上兩種空心電抗器優(yōu)越。干式空心電抗器一般由多個(gè)同軸繞組包封組成。所有包封在電氣上是并聯(lián)的，在每個(gè)包封中有若干個(gè)并聯(lián)連接的線圈，每層線圈又有數(shù)根小截面金屬導(dǎo)線，一般為鋁導(dǎo)線并繞而成每根導(dǎo)線上包有聚酯薄膜或玻璃絲作匝絕緣，每個(gè)包封用浸有環(huán)氧樹脂的長(zhǎng)玻璃絲纖維包繞。電抗器繞制完畢后，經(jīng)加熱固化，整個(gè)繞組包封形成一個(gè)堅(jiān)固的整體。繞組層間有通風(fēng)道，空氣對(duì)流自然冷卻。產(chǎn)品外表經(jīng)噴砂處理后噴涂抗老化。抗紫外線的絕緣漆。對(duì)于電抗器端電壓高的產(chǎn)品，還在電抗器表面噴涂憎水性RTV防污閃涂料，很好地解決了電抗器表面樹枝狀放電現(xiàn)象。上述結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了干式空心電抗器具有損耗小、噪音低，強(qiáng)度高、安裝方便、維護(hù)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)、電抗值為線性等顯著優(yōu)點(diǎn)。干式空心電抗器的制作工藝主要可分三種：1．FW法（濕式法）：玻璃絲帶浸漬環(huán)氧樹脂的同時(shí)纏繞在線圈周圍，然后加熱固化，形成FRP層（玻璃絲加強(qiáng)層）。2．預(yù)浸樹脂法（干式法）：將浸漬環(huán)氧樹脂的玻璃絲帶半固化后，纏繞在線圈的內(nèi)外層，然后加熱固化形成FRP層。3．在線圈的內(nèi)外層纏繞上玻璃絲帶等加強(qiáng)材料后，整體浸漬環(huán)氧樹脂，最后加熱固化形成FRP層。濕式法質(zhì)量容易保證，但現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境不太好。干式法工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，比較適合我國(guó)情況。干式法只有在生產(chǎn)批量較大時(shí)才合適，否則環(huán)氧樹脂浪費(fèi)大，不大適合干式空心電抗器情況。干式空心電抗器的運(yùn)行條件和存在的故障干式空心電抗器對(duì)于運(yùn)行條件一般要求不高，但在特殊場(chǎng)合下，應(yīng)該引起使用部門的注意。作為室外運(yùn)行的電抗器，在污穢程度較嚴(yán)重的地區(qū)，應(yīng)增加清理電抗器表面和絕緣子表面的頻次，對(duì)于接在電源側(cè)的串聯(lián)電抗器，尤其要注意清理支持絕緣子表面的污穢，避免絕緣子在雨中發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象。應(yīng)盡量不采用在電抗器上安裝橫向支持絕緣子，防止絕緣子出現(xiàn)橫向閃絡(luò)。在室內(nèi)運(yùn)行的電抗器，主要考慮室內(nèi)的通風(fēng)條件，如果室內(nèi)通風(fēng)不好，應(yīng)加裝排風(fēng)扇強(qiáng)制通風(fēng)。否則，電抗器在運(yùn)行中連續(xù)發(fā)熱，會(huì)造成室內(nèi)溫度逐漸升高，超過電抗器所規(guī)定的最高運(yùn)行環(huán)境溫度，大大降低了電抗器的使用壽命，嚴(yán)重者可將電抗器燒毀[7]。干式空心電抗器匝間絕緣的檢測(cè)絕緣檢測(cè)方法對(duì)于電抗器的匝間絕緣試驗(yàn)，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB11025《電抗器》和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC289《電抗器》都作了規(guī)定，其基本方法可歸納為以下三種：感應(yīng)電壓法。這種方法是通過在被試變壓器一個(gè)繞組上施加頻率較高的電壓，在其高（中）壓繞組上產(chǎn)生所要求的感應(yīng)試驗(yàn)電壓，從而達(dá)到檢驗(yàn)匝間絕緣的目的。直接施加工頻電壓進(jìn)行。這種方法是用試驗(yàn)變壓器對(duì)電抗器施加工頻電壓，考核電抗器匝間絕緣耐受過電壓的能力。由于電抗器特別是并聯(lián)電抗器的容量較大,試驗(yàn)電壓又要求達(dá)到額定工作電壓的2倍或更高,因此所需試驗(yàn)系統(tǒng)的容量很大,配備這套設(shè)備的費(fèi)用會(huì)很高。若方法（2）所要求的試驗(yàn)容量和電壓超出了試驗(yàn)站的能力,經(jīng)制造廠和訂貨方協(xié)商同意,可用雷電沖擊電壓試驗(yàn)代替。這種方法是是一種替代法,這種方法需要配備沖擊電壓發(fā)生器，并帶來以下兩個(gè)問題：1)在階躍電壓的作用下,電抗器是一個(gè)復(fù)雜的具有分布參數(shù)的電路，其中,起決定作用的有線圈鄰近匝之間的電容即縱向等值電容K0；線圈對(duì)鄰近線圈及對(duì)地的電容即橫向等值電容C0。由于雷電沖擊電壓的波頭很陡（視在波前時(shí)間為1.2us)，作用于上述分布參數(shù)電路時(shí)，電抗器繞組中的起始電壓的分布是不均勻的，其不均勻程度與α=C0∕K0有關(guān)。α越大，繞組端部電位梯度越大，對(duì)這部分匝間絕緣的危害就越大，而電位梯度較小的部位，其匝間就達(dá)不到所要求的試驗(yàn)電壓。因此沖擊起始電壓分布的不均勻性，影響了匝間絕緣試驗(yàn)的有效性。2）由于干式空心電抗器結(jié)構(gòu)特殊，其線圈匝數(shù)較多，相并聯(lián)的線圈層數(shù)又多，一旦有一個(gè)匝間絕緣在試驗(yàn)時(shí)擊穿，電抗器總的電阻和電感變化很小，不足以使在高、低壓下形成的兩個(gè)沖擊電壓示波波形圖出現(xiàn)有可察覺到的差異，因此很難根據(jù)示波波形圖判別匝間絕緣是否合格。為了減少試驗(yàn)電路的費(fèi)用，提高匝間絕緣試驗(yàn)的有效性及故障檢測(cè)的分辨能力，IEEEC57提出了一種脈沖電壓法，即對(duì)被試電抗器施加一連串脈沖電壓，每一個(gè)脈沖電壓以阻尼振蕩的方式衰減。分析綜上試驗(yàn)方法可知，由于干式空心電抗器只有一個(gè)繞組且磁路開放，常規(guī)的感應(yīng)電壓法不能進(jìn)行匝間絕緣試驗(yàn)。采用沖擊電壓替代感應(yīng)電壓試驗(yàn)，試驗(yàn)次數(shù)少且匝間故障引起的波形差異很難辨別，使用效果差，有通過了沖擊電壓試驗(yàn)的電抗器投運(yùn)后便燒毀的不良記錄。匝間過電壓試驗(yàn)對(duì)電抗器施加連續(xù)高壓脈沖，施加脈沖次數(shù)多且能量密度大，且多周期的振蕩波形更有利于發(fā)現(xiàn)匝間絕緣短路故障，因此，脈沖電壓法是較理想的匝間絕緣試驗(yàn)方法[8]。絕緣檢測(cè)試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)GB1094.6給出干式空心電抗器匝間過電壓試驗(yàn)的電路（圖1-1）。原理描述為：匝間過電壓試驗(yàn)是通過重復(fù)地對(duì)一個(gè)電容充電并經(jīng)球隙對(duì)電抗器放電來實(shí)現(xiàn)。施加在電抗器上的過電壓類型如一個(gè)具有指數(shù)衰減正弦波形的操作沖擊。試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間1min，每次放電的初始峰值應(yīng)為1.33倍（戶外設(shè)備）或倍（戶內(nèi)設(shè)備），GB1094.3的表2和表3給出的額定短時(shí)感應(yīng)或外施耐壓試驗(yàn)電壓（r.ms），對(duì)于35kV電壓等級(jí)及以下的干式空心電抗器，試驗(yàn)電壓峰值最高應(yīng)滿足160kV。響應(yīng)頻率是繞組電感和充電電容的函數(shù)，一般在100kHz數(shù)量級(jí)。試驗(yàn)應(yīng)包含不低于3000個(gè)要求幅值的過電壓。標(biāo)準(zhǔn)中約束了每次初始電壓峰值、試驗(yàn)時(shí)間和放電次數(shù)三個(gè)參數(shù)[9]。圖1-1IEEEstdC57.21-2008和IEEEstdC57.16-1996推薦電抗器匝間絕緣檢測(cè)電路原理圖主要試驗(yàn)參數(shù)（1）試驗(yàn)電壓水平電抗器的標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了匝間耐受交流過電壓的有效值（rms）；各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此的規(guī)定值有所不同。下表是IEEEC57.16和IEEEC57.21中列出的部分關(guān)于干式空心串聯(lián)電抗器和并聯(lián)電抗器絕緣試驗(yàn)水平中匝間過電壓的試驗(yàn)值。脈沖電壓法每次阻尼振蕩放電電壓的第一個(gè)峰值應(yīng)是表1-1所列rms值得2倍。我國(guó)應(yīng)借鑒或參照這些規(guī)定值，根據(jù)我國(guó)的標(biāo)稱電壓等級(jí)和實(shí)際情況，研究制定本行業(yè)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)此試驗(yàn)值進(jìn)行規(guī)范。標(biāo)稱系統(tǒng)電壓（KV）匝間過電壓戶內(nèi)(KV)rms戶外(KV)rms1.210132.519255.026358.7364815.0506725.0709334.595127表1-1匝間過電壓試驗(yàn)值（2）脈沖放電次數(shù)不少于7200次。（3）減幅振蕩頻率減幅振蕩頻率是電抗器電感和脈沖電容的函數(shù)，其典型值為100kHz。（4）試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間典型值取1分鐘。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)由于充電電路參數(shù)的限制，實(shí)現(xiàn)過高的脈沖頻率可能會(huì)有一些困難，但脈沖放電次數(shù)7200是必不可少的，因此試驗(yàn)時(shí)間也許會(huì)延長(zhǎng)一些。試驗(yàn)順序試驗(yàn)時(shí)的操作順序大致如下：（1）設(shè)置一個(gè)較低的放電電壓，該放電電壓被設(shè)定在遠(yuǎn)低于試驗(yàn)電壓的水平，比如10kv級(jí)及以下的電抗器設(shè)在5kv；10kv級(jí)以上的電抗器設(shè)置在10kv。將直流電源電壓升至該設(shè)定值。（2）調(diào)節(jié)放電間隙，直至球隙發(fā)生火花放電，錄下衰減振蕩電壓波形，作為以后故障檢測(cè)的參照。（3）升高直流電源電壓至所要求的試驗(yàn)電壓。（4）調(diào)節(jié)放電間隙，直至球隙間發(fā)生放電，再路下衰減振蕩電壓波形。（5）比較兩個(gè)波形有無明顯差異，若無，則進(jìn)行（6）。（6）在規(guī)定的試驗(yàn)電壓下對(duì)電抗器施加7200次脈沖。在結(jié)束之前錄下另一個(gè)衰減振蕩電壓波形。（7）將最后錄下的試驗(yàn)電壓下的波形與低電壓下及首個(gè)錄下的試驗(yàn)電壓下的波形進(jìn)行比較，判別其匝間是否出現(xiàn)故障[10]。典型檢測(cè)方法檢測(cè)故障是以波形圖所示振蕩頻率變化及阻尼振蕩包絡(luò)線衰減率的變化為依據(jù)的。如圖1-2所示，圖1-2匝間過電壓試驗(yàn)典型波形圖 1：表示該電抗器通過了匝間絕緣試驗(yàn)2：表示一個(gè)與1有相同額定值得電抗器，內(nèi)部有一處匝間絕緣故障本文主要內(nèi)容本文提出用脈沖電壓法檢測(cè)干式空心電抗器在老化、開裂、臟污、劃損的情況下匝間絕緣擊穿狀況,并首先利用實(shí)際的電抗器電路模型進(jìn)行了理論上可行性的分析，設(shè)計(jì)試驗(yàn)裝置。接著利用計(jì)算機(jī)輔助分析手段,用PSPICE軟件對(duì)試驗(yàn)裝置進(jìn)行仿真分析，來證明試驗(yàn)裝置是否可行。匝間絕緣檢測(cè)試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)試驗(yàn)?zāi)康碾娍蛊髟趯?shí)際運(yùn)行中，會(huì)存在許多的故障，如：由于運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)久或電路中存在的一些問題導(dǎo)致的電抗器老化。長(zhǎng)時(shí)間在陽(yáng)光照射或一些環(huán)境原因?qū)е碌碾娍蛊鏖_裂。受大氣中粉塵等懸浮物或雨水導(dǎo)致的電抗器表面臟污。由于一些人為非人為因素導(dǎo)致的電抗器表面劃損。由于以上的因素會(huì)導(dǎo)致電抗器匝間的擊穿電壓發(fā)生變化，所以本次試驗(yàn)的主要目的就是檢測(cè)電抗器在老化、開裂、臟污、劃損的情況下匝間擊穿電壓的變化情況。試驗(yàn)裝置原理脈沖電壓法實(shí)際運(yùn)行表明，經(jīng)受過電壓的具有代表的形式是一種按指數(shù)衰減的正弦波操作過電壓，因此，這種過電壓可以用先向電容器充電后通過球隙向電抗器繞組放電的方式來模擬[11]。脈沖電壓法是一種對(duì)被試線圈直接施加脈沖電壓的方法。基本原理如圖2-1所示。圖2-1脈沖電壓法基本原理：被試線圈的電感:被試線圈的電阻：脈沖電容：放電裝置：保護(hù)電阻放電裝置S通常是一個(gè)放電球隙，試驗(yàn)時(shí)先將S斷開，直流電源DC對(duì)電容器C充電；當(dāng)C上的充電電壓達(dá)到球隙S的擊穿電壓時(shí)，C向被試電抗器放電，在放電瞬間，被試電抗器上的電壓在很短的時(shí)間內(nèi)充零上升至試驗(yàn)電壓值。此后，C與被試電抗器產(chǎn)生阻尼振蕩。電抗器上的電壓表達(dá)式為：(2-1)流經(jīng)電抗器的電流表達(dá)式為：(2-2)這里：U為電容器C上的充電電壓，其中由于實(shí)際電抗器的電阻很小，故式（1）和（2）可化簡(jiǎn)為：(2-3)(2-4)其中振蕩頻率為：(2-5)當(dāng)振蕩放電電流衰減到零時(shí)，因?yàn)榈南拗?，直流電源提供的電流太小，不足以使球隙S之間的電弧持續(xù)，所以電弧熄滅。電弧熄滅后，電容C又開始充電。當(dāng)充電電壓達(dá)到球隙的擊穿電壓時(shí)，球隙間再次產(chǎn)生電弧，電容器C和電抗器又發(fā)生阻尼振蕩，這個(gè)過程可不斷重復(fù)。由于減幅振蕩的頻率遠(yuǎn)高于電抗器的工作頻率，因此匝間絕緣能在不承受過大電流的情況下施加上試驗(yàn)電壓，這樣匝間絕緣試驗(yàn)就不需要很大容量的試驗(yàn)電源設(shè)備。脈沖電壓法的可行性將電抗器接于脈沖電路的被試線圈部分，如果電抗器的線圈中有絕緣缺陷存在，那么由于線圈之間有互感的存在，將會(huì)引起如下幾件事件：由于電抗器線圈整體匝數(shù)的減少導(dǎo)致整個(gè)電抗器的電感量減少，而使整個(gè)振蕩電路的振蕩頻率發(fā)生變化。由于短路匝以外的其他線圈再短路匝中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這一感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)將引起短路匝內(nèi)有很大的環(huán)流，這一環(huán)流會(huì)在線圈中產(chǎn)生去磁場(chǎng)，使整個(gè)電抗器線圈中的總磁場(chǎng)減少，使電抗器的電感量減少，從而使整個(gè)振蕩電路的振蕩頻率發(fā)生變化；短路匝內(nèi)的環(huán)流會(huì)引起電抗器的損耗增加，從而使整個(gè)振蕩電路的電壓和電流衰減速度加快；由于短路匝的存在破壞了電抗器各層線圈原來的磁勢(shì)平衡關(guān)系，這也將引起電抗器各層線圈中電流的分配關(guān)系，使電抗器中出現(xiàn)貫穿整個(gè)線圈的環(huán)流，這個(gè)環(huán)生電流的存在也同樣會(huì)加大電抗器的存好，使整個(gè)振蕩電路的電壓和電流衰減速度加快。綜上所述，當(dāng)電抗器線圈有短路匝存在時(shí)，在脈沖電壓法試驗(yàn)電路中將引起電壓或電流的振蕩頻率的變化和衰減速度的變化，所以通過觀察線圈兩端的電壓或流過線圈的電流波形變化情況就可以判斷電抗器線圈絕緣的好壞。至于頻率和衰減速度中哪一個(gè)的變化更明顯，顯然與電抗器的匝數(shù)有關(guān)：如果電抗器的匝數(shù)很多（如高壓并聯(lián)電抗器），一匝或幾匝短路對(duì)電抗器總電感的影響則較??；相反，如果電抗器的匝數(shù)很少（如串聯(lián)電抗器），一匝或幾匝短路對(duì)電抗器總電感的影響則較大。為了研究脈沖電壓法對(duì)干式空心電抗器匝間絕緣檢測(cè)是否可行，同時(shí)也為確定判斷故障存在與否的合適方法，借助于通用模擬電路計(jì)算機(jī)輔助分析軟件PSPICE對(duì)電抗器進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真分析，從中觀察它們的輸出電壓波形一級(jí)電流必行是否存在短路匝兩種情況下得區(qū)別一級(jí)觀察和發(fā)現(xiàn)這些區(qū)別的難易程度，一次來確定該方法的可行性一級(jí)電路中各種參數(shù)值。脈沖電壓法是電抗器特別是干式空心電抗器進(jìn)行匝間過電壓試驗(yàn)的一種比較適用、有效、而又經(jīng)濟(jì)的方法。這種方法適用于那些只有一個(gè)繞組，不能進(jìn)行感應(yīng)電壓試驗(yàn)的電抗器。試驗(yàn)過程中電抗器經(jīng)受的試驗(yàn)電壓波形與實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)受的操作過電壓波形比較接近，體現(xiàn)了該方法的有效性。該方法所形成的減幅振蕩的頻率遠(yuǎn)高于電抗器工作的頻率，故匝間絕緣能在不承受高倍電流的情況下施加上試驗(yàn)電壓，所需試驗(yàn)裝置的容量較小，裝置造價(jià)相對(duì)較低，可體現(xiàn)該方法的經(jīng)濟(jì)性。電抗器匝間絕緣故障可通過脈沖電壓或電流波形振蕩頻率和衰減速度的變化進(jìn)行判斷，現(xiàn)代數(shù)字化的檢測(cè)和存儲(chǔ)設(shè)備，給波形的記錄、存儲(chǔ)、比對(duì)提供了方便的條件。脈沖電壓法的深入研究和實(shí)際應(yīng)用，對(duì)電抗器制造質(zhì)量的控制、保證其運(yùn)行的安全可靠將起到?jīng)Q定性作用[12]。試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)試驗(yàn)電路圖由于電抗器的制造成本比較高，并且本試驗(yàn)是在探討電抗器在不同環(huán)境下如，老化、污垢、開裂、劃損等條件下的多次試驗(yàn)，對(duì)電抗器的損害也是成比例增加的，因此采用在被試電抗器兩端并聯(lián)一個(gè)試樣的方法來等效模擬電抗器的在不同環(huán)境條件下的情況。試驗(yàn)電路圖如圖2-2所示：圖2-2試驗(yàn)裝置電路圖此裝置通過改變?cè)嚇觼砟M電抗器在不同的條件下的擊穿試驗(yàn)，成本比較低，并且能夠達(dá)到比較接近實(shí)際情況效果。試驗(yàn)電路分析脈沖震蕩試驗(yàn)電路與沖擊電壓發(fā)生器比較脈沖振蕩試驗(yàn)電路單次工作過程與沖擊電壓發(fā)生器的工作過程類似:首先需要對(duì)充電電容進(jìn)行充電，然后對(duì)充電電容放電。但充電回路與放電回路與沖擊電壓發(fā)生器都不相同。要在1min時(shí)間內(nèi)完成3000次放電，就需要對(duì)充電電容進(jìn)行相同次數(shù)的充電。而沖擊電壓發(fā)生器對(duì)充電沒有如此高的要求，只需數(shù)秒完成1次。放電電路也不像沖擊電壓發(fā)生器那樣存在波頭電阻和波尾電阻，而是充電電容與電抗器直接形成阻尼振蕩[13]。充電電路分析直流供電作為電容充電電源，最高30kV的工作電壓，可選用半波整流電路來實(shí)現(xiàn)只對(duì)電容充電，沒有其他阻性負(fù)載，也不必要額外濾波。在50Hz供電頻率下，半波整流電路1min可以完成3000次充電，滿足國(guó)標(biāo)對(duì)充放電次數(shù)的要求。直流高壓供電電源與充電電容并聯(lián)，當(dāng)電容放電時(shí)，直流高壓電源會(huì)同時(shí)參與工作。這樣不僅會(huì)破壞放電回路的工作條件，而且可能由于過流損壞高壓電源。因此，在直流供電與充電電容之間必須放置一個(gè)高壓保護(hù)電阻來減小對(duì)放電過程的影響并保護(hù)高壓電源，它也會(huì)減緩對(duì)電容的充電速度，取值時(shí)要兼顧。圖2-3是半波整流充電電路。為調(diào)壓器，調(diào)節(jié)試驗(yàn)電壓大小；為試驗(yàn)變壓器，起升壓作用；為整流用高壓硅堆；為保護(hù)電阻。圖2-3半波整流充電電路放電電路分析與球隙的選擇圖2-2中電路的放電利用球隙實(shí)現(xiàn)，放電回路能否正常工作取決于球隙放電的穩(wěn)定性。一般情況下，球隙單次自然放電電壓穩(wěn)定。但放電會(huì)造成空氣電離，球隙間的離子會(huì)改變電場(chǎng)，造成自然放電電壓下降。要保證放電穩(wěn)定，一般兩次放電要有1min間隔。在1min完成3000次放電，球隙的自然放電電壓會(huì)迅速降低。持續(xù)工作時(shí)間越長(zhǎng)，這種現(xiàn)象越嚴(yán)重。球隙放電后，適當(dāng)增大球隙間隙可以提高球隙的放電電壓，由于空氣離子分布的不確定性，也不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的放電。在這種情況下，電容C上的充電電壓還未達(dá)到試驗(yàn)電壓幅值時(shí)，球隙便發(fā)生放電。電容器的初始充電電壓減小，電抗器上得到脈沖振蕩波形的幅值會(huì)降低，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的每次放電電壓幅值非常困難，而且每個(gè)工作周期可能發(fā)生多次放電。穩(wěn)定放電時(shí)，充電電容每個(gè)工頻周期充放電1次，充電電容上能得到接近交流電源電壓峰值的充電電壓。當(dāng)球隙放電電壓下降時(shí)，電容充電電壓達(dá)到交流電源電壓峰值前便開始放電。放電回路振蕩過程結(jié)束后，放電球隙開路，交流電源繼續(xù)對(duì)充電電容充電，充電電壓仍能滿足球隙放電電壓條件，又會(huì)出現(xiàn)一次放電。如此，一個(gè)工頻周期可能完成了多次充放電，但每次電壓幅值都不能滿足試驗(yàn)要求[14]。出現(xiàn)以上問題的原因是在重復(fù)放電條件下球隙自然放電電壓下降?？蓢L試可控放電來解決這個(gè)問題。在一個(gè)球上增加點(diǎn)火針，利用觸發(fā)實(shí)現(xiàn)可控放電。相同放電電壓下可控放電對(duì)應(yīng)的球間隙遠(yuǎn)大于自然放電對(duì)應(yīng)的球間隙，這是保證不觸發(fā)的情況下球隙不放電的條件。在不觸發(fā)狀態(tài)下，球隙電場(chǎng)為稍不均勻電場(chǎng)，且間隙大，自然放電電壓遠(yuǎn)大于試驗(yàn)電壓，即使球隙間含有空氣電離離子也不放電。一旦觸發(fā)，點(diǎn)火火花破壞球隙稍不均勻電場(chǎng)的條件，球隙發(fā)生放電。且點(diǎn)火控制器未采用任何電子器件而全部選用高耐壓器件極大地提高了點(diǎn)火控制器的使用壽命，同時(shí)避免了電磁干擾對(duì)點(diǎn)火控制器的影響。點(diǎn)火控制器的觸發(fā)時(shí)刻精確可調(diào)，保證了施加在電抗器上的試驗(yàn)電壓精確度遠(yuǎn)高于僅依靠放電球隙間電壓自然擊穿的放電方式。點(diǎn)火控制器的觸發(fā)時(shí)刻與主電容充電時(shí)刻在不同半波，可以減少對(duì)系統(tǒng)中自藕調(diào)壓器、高壓試驗(yàn)變壓器和高壓硅堆的功率要求，并減少了系統(tǒng)在保護(hù)電阻等器件上的功率消耗，同時(shí)降低了放電過程對(duì)球隙表面燒蝕所造成的壽命影響。點(diǎn)火時(shí)刻可選擇在工頻交流電的正半波峰值附近，這樣能保證足夠的觸發(fā)能量使得點(diǎn)火觸發(fā)間隙穩(wěn)定導(dǎo)通。但考慮到現(xiàn)場(chǎng)工頻電壓波動(dòng)的因素，最終將點(diǎn)火控制器在工頻交流電壓中的觸發(fā)電壓值略微調(diào)低以保證每個(gè)工頻周期觸發(fā)的可靠性[15]。試驗(yàn)電路等效電路圖通過以上分析，選擇一個(gè)帶有點(diǎn)火針的球隙，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況把試驗(yàn)電路進(jìn)行等效，得到圖2-4，其中S為帶有點(diǎn)火針的可控球隙。圖2-4試驗(yàn)裝置等效電路圖試驗(yàn)裝置的可行性由于電抗器的成本比較高，而且在試驗(yàn)的過程中如稍微操作失誤一點(diǎn)就可能導(dǎo)致電抗器的損傷甚至損壞，導(dǎo)致電抗器無法維修，徹底報(bào)廢。所以在這種情況下，本次試驗(yàn)的裝置采用一個(gè)等效模擬電抗器的試樣，在電抗器兩端并聯(lián)的試樣是和電抗器在同一電壓、電流下，因此這個(gè)等效試樣就具備和被試電抗器相同的波形，也就是說在發(fā)生放電阻尼振蕩時(shí)，它們的衰減速度和振蕩頻率也是完全一致的，所以只需要改變?cè)嚇泳涂梢阅M出電抗器在老化、開裂、臟污、劃損的情況下的特性。用一個(gè)絕緣老化的試樣放在裝置的試樣位置，經(jīng)過試驗(yàn)就可以得到電抗器在老化情況下的擊穿特性。用一個(gè)開裂的試樣放在裝置的試樣位置，經(jīng)過試驗(yàn)就可以得到電抗器在開裂情況下的擊穿特性。用一個(gè)表面臟污的試樣放在裝置的試樣位置，經(jīng)過試驗(yàn)就可以得到電抗器在臟污的情況下的擊穿特性。用一個(gè)表面有劃損的試樣放在裝置的試樣位置，經(jīng)過試驗(yàn)就可以得到電抗器在表面有劃損的情況下的擊穿特性。本章小結(jié)本章主要介紹了試驗(yàn)的目的、試驗(yàn)裝置原理、試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)、試驗(yàn)方法以及典型的檢測(cè)方法。通過電抗器匝間故障特性理論分析可知試驗(yàn)的基本原理脈沖電壓法是可行的。通過對(duì)裝置的分析可知在電抗器兩端采用并聯(lián)試樣的方法去檢測(cè)電抗器在老化、開裂、臟污、劃損的情況下的特性也是可以實(shí)現(xiàn)的。仿真軟件介紹和試驗(yàn)電路仿真分析仿真軟件介紹本試驗(yàn)使用的仿真軟件是ORCAD軟件里的PSpice軟件。ORCAD簡(jiǎn)介ORCADCapture(以下以Capture代稱)是一款基于Windows

操作環(huán)境下的電路設(shè)計(jì)工具。利用Capture軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)繪制電路原理圖以及為制作PCB和可編程的邏輯設(shè)計(jì)提供連續(xù)性的仿真信息。ORCAD是由ORCAD公司于八十年代末推出的EDA軟件，它是世界上使用最廣的EDA軟件，每天都有上百萬的電子工程師在使用它，相對(duì)于其它EDA軟件而言，它的功能也是最強(qiáng)大的，由于ORCAD軟件使用了軟件狗防盜版，因此在國(guó)內(nèi)它并不普及，知名度也比不上PROTEL，只有少數(shù)的電子設(shè)計(jì)者使用它，它進(jìn)入國(guó)內(nèi)是在電腦剛開始普及的94年。早在工作于DOS環(huán)境的ORCAD4.0，它就集成了電路原理圖繪制、印制電路板設(shè)計(jì)、數(shù)字電路仿真、可編程邏輯器件設(shè)計(jì)等功能，而且它的界面友好且直觀，它的元器件庫(kù)也是所有EDA軟件中最豐富的，在世界上它一直是EDA軟件中的首選。ORCAD公司在今年七月與CADENCE公司合并后，更成為世界上最強(qiáng)大的開發(fā)EDA軟件的公司，它的產(chǎn)品ORCAD世紀(jì)集成版工作于WINDOWS95與WINDOWSNT環(huán)境下，集成了電原理圖繪制，印制電路板設(shè)計(jì)、模擬與數(shù)字電路混合仿真等功能，它的電路仿真的元器件庫(kù)更達(dá)到了8500個(gè)，收入了幾乎所有的通用型電子元器件模塊。CadenceOrCADCapture是一款多功能的PCB原理圖輸入工具。OrCADCapture作為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的PCB原理圖輸入方式，是當(dāng)今世界最流行的原理圖輸入工具之一，具有簡(jiǎn)單直觀的用戶設(shè)計(jì)界面。OrCADCaptureCIS具有功能強(qiáng)大的元件信息系統(tǒng)，可以在線和集中管理元件數(shù)據(jù)庫(kù)，從而大幅提升電路設(shè)計(jì)的效率。OrCADCapture提供了完整的、可調(diào)整的原理圖設(shè)計(jì)方法，能夠有效應(yīng)用于PCB的設(shè)計(jì)創(chuàng)建、管理和重用。將原理圖設(shè)計(jì)技術(shù)和PCB布局布線技術(shù)相結(jié)合，OrCAD能夠幫助設(shè)計(jì)師從一開始就抓住設(shè)計(jì)意圖。不管是用于設(shè)計(jì)模擬電路、復(fù)雜的PCB、FPGA和CPLD、PCB改版的原理圖修改，還是用于設(shè)計(jì)層次模塊，OrCADCapture都能為設(shè)計(jì)師提供快速的設(shè)計(jì)輸入工具。此外，OrCADCapture原理圖輸入技術(shù)讓設(shè)計(jì)師可以隨時(shí)輸入、修改和檢驗(yàn)PCB設(shè)計(jì)。OrCADCapture與OrCADPCBEditor的無縫數(shù)據(jù)連接，可以很容易實(shí)現(xiàn)物理PCB的設(shè)計(jì)；與CadencePSpiceA/D高度集成，可以實(shí)現(xiàn)電路的數(shù)模混合信號(hào)仿真。OrCADCaptureCIS在原理圖輸入基礎(chǔ)上，加入了強(qiáng)大的元件信息系統(tǒng)，可用于創(chuàng)建、跟蹤和認(rèn)證元件，便于優(yōu)選庫(kù)和已有元件庫(kù)的重用。這種簡(jiǎn)單的原理圖輸入技術(shù)讓設(shè)計(jì)師能夠更好的發(fā)揮他們的創(chuàng)造力，專注于電路設(shè)計(jì)，而不是忙碌于工具層面的操作。PSPICE簡(jiǎn)介PSPICE是由SPICE（SimulationProgramwithIntergratedCircuitEmphasis）發(fā)展而來的用于微機(jī)系列的通用電路分析程序。于1972年由美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)小組利用FORTRAN語(yǔ)言開發(fā)而成，主要用于大規(guī)模集成電路的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。用于模擬電路仿真的SPICE（SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis）軟件于1972年由美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)小組利用FORTRAN語(yǔ)言開發(fā)而成，主要用于大規(guī)模集成電路的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。SPICE的正式版SPICE2G在1975年正式推出，但是該程序的運(yùn)行環(huán)境至少為小型機(jī)。1985年，加州大學(xué)伯克利分校用C語(yǔ)言對(duì)SPICE軟件進(jìn)行了改寫，并由MICROSIM公司推出。1988年SPICE被定為美國(guó)國(guó)家工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，各種以SPICE為核心的商用模擬電路仿真軟件，在SPICE的基礎(chǔ)上做了大量實(shí)用化工作，從而使SPICE成為最為流行的電子電路仿真軟件。PSPICE采用自由格式語(yǔ)言的5.0版本自80年代以來在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用，并且從6.0版本開始引入圖形界面。1998年著名的EDA商業(yè)軟件開發(fā)商ORCAD公司與Microsim公司正式合并，自此Microsim公司的PSPICE產(chǎn)品正式并入ORCAD公司的商業(yè)EDA系統(tǒng)中。不久之后，ORCAD公司已正式推出了ORCADPSPICERelease10.5，與傳統(tǒng)的SPICE軟件相比，PSPICE10.5在三大方面實(shí)現(xiàn)了重大變革：首先，在對(duì)模擬電路進(jìn)行直流、交流和瞬態(tài)等基本電路特性分析的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了蒙特卡羅分析、最壞情況分析以及優(yōu)化設(shè)計(jì)等較為復(fù)雜的電路特性分析；第二，不但能夠?qū)δM電路進(jìn)行，而且能夠?qū)?shù)字電路、數(shù)/?；旌想娐愤M(jìn)行仿真；第三，集成度大大提高，電路圖繪制完成后可直接進(jìn)行電路仿真，并且可以隨時(shí)分析觀察仿真結(jié)果。PSPICE軟件的使用已經(jīng)非常流行。在大學(xué)里，它是工科類學(xué)生必會(huì)的分析與設(shè)計(jì)電路工具；在公司里，它是產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)到定型過程中不可缺少的設(shè)計(jì)工具。PSPICE是計(jì)算機(jī)輔助分析設(shè)計(jì)中的電路模擬軟件。它主要用于所設(shè)計(jì)的電路硬件實(shí)現(xiàn)之前，先對(duì)電路進(jìn)行模擬分析，就如同對(duì)所設(shè)計(jì)的電路用各種儀器進(jìn)行組裝、調(diào)試和測(cè)試一樣，這些工作完全由計(jì)算機(jī)來完成。用戶根據(jù)要求來設(shè)置不同的參數(shù)，計(jì)算機(jī)就像掃描儀一樣，分析電路的頻率響應(yīng)，像示波器一樣，測(cè)試電路的瞬態(tài)響應(yīng)，還可以對(duì)電路進(jìn)行交直流分析、噪聲分析、MonteCarlo統(tǒng)計(jì)分析、最壞情況分析等，使用戶的設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)效果。以往一個(gè)新產(chǎn)品的研制過程需要經(jīng)過工程估算，試驗(yàn)板搭試、調(diào)整，印刷板排版與制作，裝配與調(diào)試，性能測(cè)試，測(cè)試指標(biāo)不合格，再?gòu)恼{(diào)整開始循環(huán)，直至指標(biāo)合格為止。這樣往往需要反復(fù)實(shí)驗(yàn)和修改。而仿真技術(shù)可將“實(shí)驗(yàn)”與“修改”合二為一。為確定元件參數(shù)提供了科學(xué)的依據(jù)。PSPICE軟件具有強(qiáng)大的電路圖繪制功能、電路模擬仿真功能、圖形后處理功能和元器件符號(hào)制作功能，以圖形方式輸入，自動(dòng)進(jìn)行電路檢查，生成圖表，模擬和計(jì)算電路。它的用途非常廣泛，不僅可以用于電路分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，還可用于電子線路、電路和信號(hào)與系統(tǒng)等課程的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)。與印制版設(shè)計(jì)軟件配合使用，還可實(shí)現(xiàn)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化。被公認(rèn)是通用電路模擬程序中最優(yōu)秀的軟件，具有廣闊的應(yīng)用前景。這些特點(diǎn)使得PSPICE受到廣大電子設(shè)計(jì)工作者、科研人員和高校師生的熱烈歡迎，國(guó)內(nèi)許多高校已將其列入電子類本科生和碩士生的輔修課程。電路設(shè)計(jì)軟件有很多，它們各有特色。如Protel和Tango，它對(duì)單層/雙層電路板的原理圖及PCB圖的開發(fā)設(shè)計(jì)很適合，而對(duì)于布線復(fù)雜，元件較多的四層及六層板來說ORCAD更有優(yōu)勢(shì)。但在電路系統(tǒng)仿真方面，PSPICE可以說獨(dú)具特色，是其他軟件無法比擬的，它是一個(gè)多功能的電路模擬試驗(yàn)平臺(tái)，PSPICE軟件由于收斂性好，適于做系統(tǒng)及電路級(jí)仿真，具有快速、準(zhǔn)確的仿真能力。PSPICE軟件有以下特點(diǎn)：（1）圖形界面友好，易學(xué)易用，操作簡(jiǎn)單由Dos版本的PSPICE到Windows版本的PSPICE，使得該軟件由原來單一的文本輸入方式而更新升級(jí)為輸入原理圖方式，使電路設(shè)計(jì)更加直觀形象。PSPICE6.0以上版本全部采用菜單式結(jié)構(gòu)，只要熟悉Windows操作系統(tǒng)就很容易學(xué)，利用鼠標(biāo)和熱鍵一起操作，既提高了工作效率，又縮短了設(shè)計(jì)周期。即使沒有參考書，用戶只要具備一定的英語(yǔ)基礎(chǔ)就可以通過實(shí)際操作很快掌握該軟件。（2）實(shí)用性強(qiáng)仿真效果好在PSPICE中，對(duì)元件參數(shù)的修改很容易，它只需存一次盤、創(chuàng)建一次連接表，就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜電路的仿真。如果用Protel等軟件進(jìn)行參數(shù)修改仿真，則過程十分繁瑣。在改變一個(gè)參數(shù)時(shí)，哪怕是一個(gè)電阻阻值的大小都需要重新建立網(wǎng)絡(luò)表的連接，設(shè)置其他參數(shù)更為復(fù)雜。（3）功能強(qiáng)大，集成度高在PSPICE內(nèi)集成了許多仿真功能，如：直流分析、交流分析、噪聲分析、溫度分析等，用戶只需在所要觀察的節(jié)點(diǎn)放置電壓（電流）探針，就可以在仿真結(jié)果圖中觀察到其“電壓（或電流）-時(shí)間圖”。而且該軟件還集成了諸多數(shù)學(xué)運(yùn)算，不僅為用戶提供了加、減、乘、除等基本的數(shù)學(xué)運(yùn)算，還提供了正弦、余弦、絕對(duì)值、對(duì)數(shù)、指數(shù)等基本的函數(shù)運(yùn)算，這些都是其他軟件所無法比擬的。另外，用戶還可以對(duì)仿真結(jié)果窗口進(jìn)行編輯，如添加窗口、修改坐標(biāo)、疊加圖形等，還具有保存和打印圖形的功能，這些功能都給用戶提供了制作所需圖形的一種快捷、簡(jiǎn)便的方法。因此，Windows版本的PSPICE更優(yōu)于Dos版本的PSPICE，它不但可以輸入原理圖方式，而且也可以輸入文本方式。無疑是廣大電子電路設(shè)計(jì)師的好幫手。PSPICE仿真電路參數(shù)計(jì)算試驗(yàn)所施加的電壓是峰值為30V的工頻交流電壓，所用電容的電容值為10nF，那么，為了使振蕩頻率在10KHZ-100KHZ之間，所以,根據(jù)公式：（3-1）得：（3-2）分別把取10KHZ和100KHZ帶入（2）中，得到所以本次仿真電抗器被試線圈的電感取2.5。為了使振蕩電路能夠正常的振蕩起來，所以取品質(zhì)因數(shù)Q值為20，那么根據(jù)公式（3-3）得：（3-4）（3-5）工頻下，所以根據(jù)公式（1）、（4）、（5）計(jì)算可得：充電過程中充電電容器兩端的電壓為：（3-6）為了保證充電電壓的準(zhǔn)確性，?。?-7），計(jì)算可得創(chuàng)建Pspice仿真電路圖根據(jù)以上計(jì)算得到的電路具體參數(shù)，用Pspice軟件創(chuàng)建電路圖如圖3-1所示，圖3-1Pspice仿真電路圖輸出電源波形輸出電源波形如圖3-2所示：

圖3-2輸出電源波形電抗器兩端波形電抗器兩端波形如圖3-3、3-4所示：圖3-3電抗器兩端電壓仿真波形圖3-4電抗器兩端電壓仿真展開波形仿真結(jié)果分析通過計(jì)算確定了主電路器件的電氣參數(shù)，利用PSPICE軟件對(duì)試驗(yàn)電路進(jìn)行了電路仿真，搭建了干式空心電抗器脈沖振蕩試驗(yàn)系統(tǒng)，得到了電抗器兩端的放電波形，從而證明了試驗(yàn)裝置的可行性。本章小結(jié)本章主要介紹了電氣仿真軟件ORCAD和其下的PSPICE軟件，通過計(jì)算確定了仿真電路的各個(gè)電氣參數(shù)。并且用PSPICE對(duì)試驗(yàn)電路進(jìn)行了仿真，得到了電抗器兩端電壓的阻尼振蕩波形，證明了試驗(yàn)電路的可行性。結(jié)論電抗器是電力系統(tǒng)中的重要組成部分，它是用于限制短路電流、無功補(bǔ)償和移相等的電感性高壓電器。在電抗器運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)諸多的故障，其中以匝間絕緣故障最為多。所以本次試驗(yàn)主要研究電抗器匝間線圈在老化、開裂、臟污、劃損的情況下的絕緣狀況。本文首先介紹了試驗(yàn)的背景、電抗器絕緣檢測(cè)的發(fā)展?fàn)顩r以及電抗器匝間絕緣檢測(cè)的眾多方法和，提出了脈沖電壓法的優(yōu)越性并給出了試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)。證明了脈沖電壓法對(duì)于電抗器匝間絕緣故障檢測(cè)的可行性。其次用脈沖電壓法的基本原理圖搭建試驗(yàn)電路，并對(duì)電路圖中的充電電路、放電電路進(jìn)行了分析，并對(duì)球隙的選擇上進(jìn)行了討論。接著介紹了試驗(yàn)的方法、試驗(yàn)的操作順序以及典型的檢測(cè)方法。最后利用ORCAD軟件里的PSPICE軟件搭建仿真電路圖，對(duì)試驗(yàn)電路等效電路圖進(jìn)行了仿真分析，最后證明了試驗(yàn)電路的可行性。致謝本論文是在王永紅老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到論文的最終完成，王老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。在此謹(jǐn)向王老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。同時(shí)，我還要感謝在一起愉快的度過四年大學(xué)生活的各位室友，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。感謝你們一直以來給予我的幫助和關(guān)懷。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意！最后我還要感謝培養(yǎng)我長(zhǎng)大含辛茹苦的父母，謝謝你們！參考文獻(xiàn)王瑞科，郭香福.干式空心電抗器匝間絕緣故障對(duì)總體特性的影響及檢測(cè)方法.變壓器，2000,37（9）：32~35.魏新勞，王永紅，陳炯等.用脈沖法進(jìn)行干式空心電抗器匝間絕緣試驗(yàn).黑龍江電力，2001,23（2）：82～84.韓成永.串聯(lián)電抗器運(yùn)行常見故障的原因分析電氣制造，2011，第10期：76~78.李小偉.電容器組串聯(lián)串聯(lián)電抗器燒毀的原因分析與建議.廣西電力，2009（1）：62~64.陳慶國(guó)，魏新勞，邱毓昌.用脈沖電壓諧振法檢測(cè)空心電抗器匝間絕緣缺陷.電工技術(shù)學(xué)報(bào)，1999，14（6）:55～58.吳建兒，王永紅等，楊一民等.干式空心電抗器匝間絕緣試驗(yàn)方法研究.哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，4（6）：99~102.夏長(zhǎng)根.一起35kV干式并聯(lián)空心電抗器故障分析.電力電容器與無功補(bǔ)償，2009:43～45.楊一民.電抗器匝間過電壓試驗(yàn)方法-脈沖電壓法的分析.電力電容器，2004（2）：28~31.江少成，戴瑞海，夏曉波等.干式空心電抗器匝間絕緣檢測(cè)原理及試驗(yàn)分析.高壓電器，2011,47（6）：67~71.徐林峰.一起干式空心串聯(lián)電抗器的故障分析。電力電容器與無功補(bǔ)償，2008,29（2）：50~54.黃衍臻，陳小明.一起特殊的干式電抗器故障分析.電工技術(shù)，2008（10）：12~13.敖明.戶外干式空心電抗器表面樹枝狀放電試驗(yàn)研究.中國(guó)電力，2000,33（3）：39~41.李水旺，趙海翔，郭麗萍.高頻振蕩電壓下干式空心電抗器的電流特性.變壓器，2001,38（7）：4~6.徐林峰，林一峰，王永紅等.空心電抗器匝間過電壓試驗(yàn)用脈沖振蕩電路.哈理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011:42～45.廖敏夫，程顯，翟云飛.干式空心電抗器脈沖振蕩匝間絕緣檢測(cè)的仿真與試驗(yàn).高電壓技術(shù)，2011,37（6）：1343~1347.附錄干式空心電抗器匝間絕緣試驗(yàn)方法研究摘要：基于脈沖電壓法原理，對(duì)一個(gè)實(shí)際干式空心電抗器的電路參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真分析，驗(yàn)證了脈沖電壓法對(duì)干式空心電抗器進(jìn)行匝間絕緣檢測(cè)是可行的。關(guān)鍵詞：干式空心電抗器；脈沖電壓法；匝間絕緣檢測(cè)；仿真分析Ⅰ序言跟傳統(tǒng)的油浸式鐵心電抗器相比，干式空心電抗器具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、體積小、線性度好、損耗低和維護(hù)方便，因此得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。干式空心電抗器一般由多個(gè)同軸繞組包封組成，所有包封在電氣上是并聯(lián)的，在每個(gè)包封中有若干個(gè)并聯(lián)連接的線圈，每層線圈又有數(shù)根小截面金屬導(dǎo)線（一般為鋁導(dǎo)線）并繞而成，每根導(dǎo)線上包有聚酷薄膜或玻璃絲作匝絕緣，每個(gè)包封用浸有環(huán)氧樹脂的長(zhǎng)玻璃絲纖維包繞。電抗器繞制完畢后，經(jīng)加熱固化，整個(gè)繞組包封形成一個(gè)堅(jiān)固的整體。國(guó)內(nèi)外空心電抗器的運(yùn)行情況和大量資料表明，線圈的匝間絕緣損壞事故在空心電抗器運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的故障中占多數(shù)，而且，由于這種事故往往會(huì)造成電抗器發(fā)生匝間絕緣直接短路，導(dǎo)致電抗器燒毀，造成很大的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失。所以，近年來干式空心電抗器制造部門和運(yùn)行部門都十分重視這個(gè)問題。一方面要求電抗器制造廠家提高電抗器線圈的制造質(zhì)量，對(duì)絕緣的結(jié)構(gòu)和工藝進(jìn)行改性和提高；另一方一面還要擁有能夠檢測(cè)出電抗器匝間絕緣缺陷的設(shè)備和方法。目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于干式空心電抗器匝間絕緣故障檢測(cè)設(shè)備的研究相對(duì)較少，國(guó)外已有成型產(chǎn)品，但是價(jià)格昂貴，達(dá)數(shù)十萬美元，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)生產(chǎn)廠家沒有能力購(gòu)買。因此，研制一種性能優(yōu)良，成本相對(duì)較低的空心電抗器匝間絕緣故障檢測(cè)設(shè)備，已成為迫切需要。對(duì)變壓器作匝間絕緣故障檢測(cè)通常是采用感應(yīng)電壓法，該法通過在一個(gè)變壓器繞組上施加較高頻率的電壓，在高壓（中壓）繞組上產(chǎn)生所要求的感應(yīng)試驗(yàn)電壓，從而達(dá)到檢驗(yàn)匝間絕緣的目的。但空心電抗器只有一個(gè)繞組，而且一般情況下其磁路是開放式，這就決定了無法用感應(yīng)電壓法對(duì)其匝間絕緣進(jìn)行檢驗(yàn)。雖然利用一個(gè)分離的變壓器產(chǎn)生正弦電壓波可對(duì)電抗器做匝間絕緣檢測(cè)，但所需變壓器的容量很大，費(fèi)用很高，尤其是在電抗器電感值較低的情況下更是如此。盡管在這種試驗(yàn)方法中采用容性補(bǔ)償裝置可以降低電源的總?cè)萘?，但由此所產(chǎn)生的總的試驗(yàn)費(fèi)用并沒有降低。本文從介紹脈沖電壓法的基本原理人手，提出用脈沖電壓法檢測(cè)干式空