一种开关柜内绝缘材料性能测试装置及方法

技术领域

本发明涉及电气设备绝缘技术领域，尤其涉及一种开关柜内绝缘材料性能测试装置及方法。

背景技术

开关柜是生产厂家根据电气一次主接线图的要求，将有关的电气设备(包括控制器件、保护器件、测量器件)以及母线、载流导体、绝缘材料等装配在封闭的或者敞开的金属柜体内，接受和分配电能的模块，是电力系统中不可或缺的重要电气设备，它的安全性与整个输配电系统的安全性息息相关。

开关柜主要分为母线室、断路器室、二次控制室(仪表室)以及送线室，各室之间一般通过钢板隔离并由绝缘材料进行保护和支撑；在实际运行过程中，随着运行时间的增加开关柜会由于柜体内温度的变化，使得其内部绝缘材料的绝缘性能逐步降低，导致开关柜产生故障的可能性大大增加。

目前国内外缺乏在长期带电运行状态下，柜体内温度对开关柜绝缘材料性能影响的测试，导致测试人员对于开关柜内的绝缘材料性能判断不准确，进而引起开关柜在工作过程中发生贯穿性击穿等事故，威胁人们的生命财产安全。

发明内容

本发明提供一种开关柜内绝缘材料性能测试装置及方法，用于解决目前对于开关柜内绝缘材料的性能测试不准确的问题。

本发明第一方面提供一种开关柜内绝缘材料性能测试装置，所述开关柜内绝缘材料包括：上位机、电压控制模块、高压电极、低压电极、温度控制模块、升温模块、温度监测模块、电流监测模块、数据采集模块、测试容器；

所述高压电极与所述低压电极间隔设置于测试容器内，中间形成用于设置开关柜内绝缘材料的测试工位；

所述高压电极与所述低压电极分别与开关柜内绝缘材料的高压测试电极以及低压测试电极对应连接；

所述电压控制模块与所述高压电极连接，用于产生测试用工作电压；

所述升温模块设置于所述测试容器的底部内侧，用于升高所述测试容器内部温度；

所述温度控制模块与所述升温模块连接，用于控制所述升温模块产生的温度高低；

所述温度监测模块设置于测试容器的内部侧壁，用于实时监测测试容器的内部温度；

所述电流监测模块与所述低压电极连接，用于实时监测所述低压电极的输出电流；

所述数据采集模块分别与所述温度监测模块和所述电流监测模块连接，用于采集所述温度监测模块监测到的温度数据以及所述电流监测模块监测到的电流数据；

所述上位机分别与所述数据采集模块、所述电压控制模块以及所述温度控制模块连接，用于获取所述数据采集模块采集的温度数据和电流数据、根据预设的电压值向所述电压控制模块发送电压控制信号以及根据预设的温度值向所述温度控制模块发送温度控制信号。

具体的，所述根据预设的温度值向所述温度控制模块发送温度控制信号，具体为：

根据预设的温度值向所述温度控制模块发送温度信号，当采集的温度数据中的温度值大于预设的温度值时，向所述控制模块发送停止温度调节信号。

具体的，所述升温模块由四个功率相等的发热单元组成，并且四个所述发热单元对称设置于所述测试容器的底部。

具体的，所述温度监测模块包括：第一温度传感器和第二温度传感器；

所述第一温度传感器和所述第二温度传感器分别对称设置于所述测试容器的内部侧壁。

具体的，所述上位机获取所述数据采集模块采集的所述第一温度传感器和所述第二温度传感器所监测到的温度数据后，先对获取到的温度数据取算数平均值然后进行存储。

本发明另一方面还提供一种开关柜内绝缘材料性能测试方法，包括以下步骤：

S10：根据预设电压值控制电压控制模块向开关柜内绝缘材料施加电压，并通过温度监测模块和电流监测模块监测测试容器内的温度以及开关柜内绝缘材料的第一工作电流；

S20：根据预设温度值向温度控制模块发出温度控制信号，以通过温度控制模块控制升高测试容器的内部温度，当内部温度变化至预设温度并维持加热时长后停止加热，结束一次测试；

S30：按照预设的温度间隔增加预设温度值，并重复步骤S20，直至温度上升至最高预设温度值，停止测试；

S40：获取测试容器内的起始温度、每次停止加热后测试容器的内部温度，建立关于第二工作电流与线性误差因子之间的第一函数关系式；

S50：建立关于第一工作电流、第二工作电流、测试次数以及误差因子之间的第二函数关系，将每次测试对应的第一工作电流的值、第二工作电流得的值代入第二函数关系式进行迭代计算，直至得到使第一、第二工作电流之间误差最小的修正误差因子的值；

S60：将修正误差因子的值代入中所述第一函数关系式中，得到修正后的工作电流的值；

S70：根据修正后的工作电流，以及第一工作电流的值，求出性能评估因子，并根据所述性能评估因子判断开关柜内绝缘材料的性能。

具体的，步骤S50具体包括以下步骤：

S51：建立关于第一工作电流流、第二工作电流以及误差因数x之间的函数关系式；

S52：执行退火算法，随机产生误差因子的初始解，计算目标函数f(x)，并设置迭代次数；

S53：产生扰动新解x'，计算目标函数Δf＝f(x)-f(x')；若Δf≥0，则接受扰动新解x'，否则，按概率接受准则接受新解；

S54：判断是否达到迭代次数，若达到迭代次数则进入步骤S54，否则，重新进入步骤S52；

S55：判断是否满足终止条件，若满足则运算结束，将x'作为修正误差因子输出，否则重置迭代次数并进入步骤S52。

具体的，当性能评估因子σ∈(0,0.04]时，表征开关柜绝缘性能正常；当性能评估因子σ∈(0.04,0.06]时，表征开关柜绝缘性能劣化；当性能评估因子σ∈(0.06,1]时，表征开关柜绝缘性能失效。

具体的，所述扰动新解x'通过对所述误差因子x的初始解乘衰减系数获得，衰减系数的取值范围为0.95-0.99。

具体的，概率接受准则为Metropolis准则。

本发明的有益效果在于，本发明第一方面提供一种开关柜内绝缘材料性能测试装置，包括：上位机、电压控制模块、高压电极、低压电极、温度控制模块、升温模块、温度监测模块、电流监测模块、数据采集模块、测试容器；高压电极与低压电极间隔设置于测试容器内，中间形成用于设置开关柜内绝缘材料的测试工位；高压电极与低压电极分别与开关柜内绝缘材料的高压测试电极以及低压测试电极对应连接；电压控制模块与高压电极连接，用于产生测试用工作电压；升温模块设置于测试容器的底部内侧，用于升高测试容器内部温度；温度控制模块与升温模块连接，用于控制升温模块产生的温度高低；温度监测模块设置于测试容器的内部侧壁，用于实时监测测试容器的内部温度；电流监测模块与低压电极连接，用于实时监测低压电极的输出电流；数据采集模块分别与温度监测模块和电流监测模块连接，用于采集温度监测模块监测到的温度数据以及电流监测模块监测到的电流数据；上位机分别与数据采集模块、电压控制模块以及温度控制模块连接，用于获取数据采集模块采集的温度数据和电流数据、根据预设的电压值向电压控制模块发送电压控制信号以及根据预设的温度值向温度控制模块发送温度控制信号。

本发明所提供的开关柜内绝缘材料性能测试装置，能够通过向开关柜内绝缘材料施加与开关柜相同等级的电压并模拟开关柜内的温度，使得被测试的开关柜内绝缘材料能够处于与开关柜内相同的工作环境，进而通过检测绝缘材料的工作电流并上传至上位机存储的形式，为开关柜内绝缘材料的性能评测提供依据。

本发明另一方面还提供一种开关柜绝缘材料性能测试方法，具体包括以下步骤：S10：根据预设电压值控制电压控制模块向开关柜内绝缘材料施加电压，并通过温度监测模块和电流监测模块监测测试容器内的温度以及开关柜内绝缘材料的第一工作电流；S20：根据预设温度值向温度控制模块发出温度控制信号，以通过温度控制模块控制升高测试容器的内部温度，当内部温度变化至预设温度并维持加热时长后停止加热，结束一次测试；S30：按照预设的温度间隔增加预设温度值，并重复步骤S20，直至温度上升至最高预设温度值，停止测试；S40：获取测试容器内的起始温度、每次停止加热后测试容器的内部温度，建立关于第二工作电流与线性误差因子之间的第一函数关系式；

S50：建立关于第一工作电流、第二工作电流、测试次数以及误差因子之间的第二函数关系，将每次测试对应的第一工作电流的值、第二工作电流得的值代入第二函数关系式进行迭代计算，直至得到使第一、第二工作电流之间误差最小的修正误差因子的值；S60：将修正误差因子的值代入中第一函数关系式中，得到修正后的工作电流的值；S70：根据修正后的工作电流，以及第一工作电流的值，求出性能评估因子，并根据性能评估因子判断开关柜内绝缘材料的性能。

本发明所提供的开关柜绝缘材料性能测试方法，能够通过获取上位机中存储的开关柜绝缘材料性能测试装置的第一工作电流，通过每次测试中测试容器内的起始温度、每次停止加热后测试容器的内部温度以及老化时间，得到开关柜绝缘材料性能测试装置的第二工作电流，并通过对第一、第二工作电流的误差关系进行迭代修正的方式，得到最接近开关柜内绝缘材料实际性能劣化程度的修正工作电流，最终有效的确定开关柜内绝缘材料的性能劣化程度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为开关柜内绝缘材料性能测试装置结构示意图；

图2为开关柜内绝缘材料性能测试方法流程图；

附图标识：1-上位机；2-电压控制模块；3-高压电极；4-低压电极；5-温度控制模块；6-升温模块；7-温度监测模块；8-电流监测模块；9-数据采集模块；10-测试容器。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明第一方面提供一种开关柜内绝缘材料性能测试装置，请参见图1，图1为开关柜内绝缘材料性能测试装置的结构示意图；

一种开关柜内绝缘材料性能测试装置，包括：上位机1、电压控制模块2、高压电极3、低压电极4、温度控制模块5、升温模块6、温度监测模块7、电流监测模块8、数据采集模块9、测试容器10；

高压电极3与低压电极4间隔设置于测试容器10内，中间形成用于设置开关柜内绝缘材料的测试工位，分别与开关柜内绝缘材料的高压测试电极以及低压测试电极对应连接；

电压控制模块2与高压电极3连接，用于产生测试用工作电压；

升温模块6设置于测试容器10的底部内侧，用于升高测试容器10内部温度；

温度控制模块5与升温模块6连接，用于控制升温模块产生的温度；

温度监测模块7设置于测试容器10的内部侧壁，用于实时监测测试容器10的内部温度；

电流监测模块8与低压电极4连接，用于实时检测低压电极4的输出电流；

数据采集模块9分别与温度监测模块7、电流监测模块8连接，用于采集温度监测模块7监测到的温度数据、以及电流监测模块8监测到的电流数据；

上位机1分别与电压控制模块2、温度控制模块5以及数据采集模块9连接，用于根据预设的电压值向电压控制模块2发送电压控制信号、根据预设的温度值向温度控制模块5发送温度控制信号以及获取数据采集模块9采集的温度数据和电流数据。

在具体实施过程中，上位机1根据预设的电压值向电压控制模块2发出控制信号，进而通过电压控制模块2向高压电极3施加电压，在外加电压作用下，电流通过高压电极3经开关柜内绝缘材料流向低压电极4；

通过电流监测模块8对流经低压电极4的电流进行实时监测、通过温度监测模块7对测试容器10内的温度实时检测，并通过数据采集模块9采集后发送至上位机1储存；

上位机1根据预设的温度值向温度控制模块5发送温度调节信号，控制测试容器10内温度上升，当温度上升至预设范围内时，上位机1向温度控制模块5发送停止调节温度信号，控制升温模块6停止升温并结束一次测试；

根据预设的温度间隔增加预设温度值，直至预设的温度间隔增加至最大预设温度值。

在本发明的另一个实施例中，升温模块6由四个功率相等的发热单元组成，四个发热单元对称设置于测试容器10的底部，使得测试容器10受热更均匀。

在本发明的另一个实施例中，温度监测模块包括：第一温度传感器和第二温度传感器，分别对称设置于测试容器10的内部侧壁。

在本发明的另一个更具体的实施例中，上位机1获取数据采集模块9采集的第一温度传感器和第二温度传感器所监测到的温度后，先对获取到的温度数据取算数平均值然后进行存储。

在本发明的另一个实施例中，本发明所提供的开关柜内绝缘材料性能测试装置，还包括接地网，接地网与电流监测模块8连接，用于将电流导入大地。

在本发明的另一个实施例中，本发明所提供的开关柜内绝缘材料性能测试装置还包括，第一接地体和第二接地体；

第一接地体与电压控制模块2连接，第二接地体与开关柜内绝缘材料的外壳连接，用于将故障电流导入大地，保障工作人员的生命财产安全。

本发明另一方面还提供一种开关柜内绝缘材料性能测试方法的实施例，请参见图2，具体包括以下步骤：

S10：根据预设电压值U控制电压控制模块向开关柜内绝缘材料施加电压，并通过温度监测模块和电流监测模块监测测试容器内的温度T以及开关柜内绝缘材料的第一工作电流I

S20：根据预设温度值向温度控制模块发出温度控制信号，以通过温度控制模块控制升高测试容器的内部温度T，当内部温度变化至预设温度并维持加热时长t后停止加热，结束一次测试；

S30：按照预设的温度间隔增加预设温度值，并重复步骤S20，直至温度上升至最高预设温度值，停止测试；

S40：获取测试容器内的起始温度、每次停止加热后测试容器的内部温度T，建立关于第二工作电流I

式中，t为电老化时间，ξ为积分变量，λ为环境温度影响系数，T

S50：建立关于第一工作电流I

S60：将修正误差因子x'的值代入公式(1)中，得到修正后的工作电流的值I

S70：根据修正后的工作电流I

当σ∈(0,0.04]时，表征开关柜绝缘性能正常；当σ∈(0.04,0.06]时，表征开关柜绝缘性能劣化；当σ∈(0.06,1]时，表征开关柜绝缘性能失效。

在本发明的另一个更具体的方法实施例中，步骤S50具体为：

S51：建立关于第一工作电流I

式中：I

S52：执行退火算法，随机产生误差因子的初始解，计算目标函数f(x)，并设置迭代次数；

S53：产生扰动新解x'，计算目标函数Δf＝f(x)-f(x')；若Δf≥0，则接受扰动新解x'，否则，按概率接受准则接受新解；

S54：判断是否达到迭代次数，若达到迭代次数则进入步骤S54，否则，重新进入步骤S52；

S55：判断是否满足终止条件，若满足则运算结束，将x'作为修正误差因子输出，否则重置迭代次数并进入步骤S52。

在本发明的另一个具体的实施例中，扰动新解y'通过对误差因子y的初始解乘衰减系数获得，衰减系数的取值范围为0.95-0.99。

在本发明的另一个具体的实施例中，概率接受准则为Metropolis准则。

本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的模块和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的模块实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，模块或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其他的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。