CN102830153A - 一种油纸绝缘微水分布与电介质响应关联性测试的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种油纸绝缘微水分布与电介质响应关联性测试的装置，由恒温箱、储油箱、微水测试传感器、电介质响应测试仪、微机系统、加湿器、绝缘纸、多个电极等组成。用绝缘纸和密封圈把储油箱分为2部分，通过通断加湿器电源控制绝缘纸两边油中溶解的微水浓度，进而使绝缘纸中微水处于稳定的梯度分布，采用专用仪器测试并记录电介质响应结果。采用该装置可以高效率地进行油纸绝缘微水分布与电介质响应关联性的实验，重复性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种油纸绝缘微水分布与电介质响应关联性测试的装置，该技术用于研究大型油浸式变压器等电力设备的油纸绝缘中微水分布特征与电介质响应之间的关系，属于油纸绝缘电介质响应测试领域。
背景技术
油浸式变压器一直是大型变压器的主要选择，绝缘纸中微水将严重影响其电气寿命和机械寿命，如何对投运变压器绝缘纸的微水状态进行准确评估一直是业内广泛关注的难题。
变压器绝缘纸微水状态的评估分为非电气测量法和电气试验法。非电气测量法主要采用测试油中溶解的微水浓度，通过油纸绝缘中微水的平衡方程推算绝缘纸中的微水浓度，但由于绝缘油温度的时变性，以及器内部绝缘结构的复杂性和个体之间很大的差异性，该方法测试油浸式绝缘纸中的微水浓度往往具有很大误差。电气试验法包括传统方法(如绝缘电阻测试、介质损耗正切测试等)和电介质响应法。传统方法存在两大缺点：①试验需要施加高电压，可能导致绝缘破坏；②这些测试局限于单个信息，提供的绝缘信息十分少，而且所受的干扰因素多，无法建立变压器油纸绝缘的微水状态与测试结果的对应关系。电介质响应法由于只需要很低电压的电源且能获得的信息更多，得到了广大研究者的青睐。
但实际应用中，电介质响应法评估变压器油纸绝缘微水时常出现较大误差，除了存在套管泄露电流、电磁干扰等因素，更重要的是对现场运行的变压器而言，由于负荷的动态变化以及环境温度等影响，油纸绝缘中的微水长期处于非平衡状态，对某些特殊工况下的变压器，这种现象更加突出，如电气化铁路中的牵引变压器，由于负荷密度随时间的变化很大、短时负荷电流超过额定负荷2倍甚至3倍以上属正常工况，其油纸绝缘中的微水一般处于极不平衡状态，这种不平衡状态使得绝缘纸中微水随厚度的分布非常不均匀，微水的分布不均匀会严重影响评估结果；为了研究这种影响，目前主要采用在测试电介质响应的同时采用微水扩散模型计算油纸绝缘中微水的动态分布，其缺点是：1)整个过程中绝缘纸各处微水浓度处于变化中，对测试及分析有很大影响；2)由于各处微水浓度一直在变化，实验的重复性较差。因此急需开发一种油纸绝缘微水分布与电介质响应关联性测试的装置。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种油纸绝缘微水分布与电介质响应关联性测试的装置，该技术用于研究大型油浸式变压器等电力设备的油纸绝缘中微水分布特征与电介质响应之间的关系。
本发明解决上述问题的技术方案是：
一种油纸绝缘微水分布与电介质响应关联性测试的装置，如图1所示，包括有恒温箱(1)、储油箱(2)、1号油中微水测试传感器(3)、2号油中微水测试传感器(4)、1号电磁搅拌电机(5)、2号电磁搅拌电机(6)、1号电磁搅拌子(7)、2号电磁搅拌子(8)、电介质响应测试仪(9)、微机系统(10)、1号继电器控制模块(11)、2号继电器控制模块(12)、1号加湿器(13)、2号加湿器(14)、绝缘纸(15)、电压电极(16)、测试电极(17)、保护电极(18)、软管(19)。储油箱(2)放于恒温箱(1)中，恒温箱的温度根据实验所需调节，以使被测试的油纸绝缘处于恒定温度环境中；电压电极(16)、测试电极(17)和保护电极(18)固定于储油箱(2)中，绝缘纸(15)置于电压电极(16)和测试电极(17)中间，并把储油箱分成两个部分，分别为1号分油箱(20)和2号分油箱(21)，为了使1号分油箱(20)和2号分油箱(21)中绝缘油不互相流通，在绝缘纸与2个分油箱之间均垫上O型密封圈，这样2个分油箱中油中微水只能通过绝缘纸渗透进行缓慢交换；通过微机系统(10)控制1号加湿器(13)和2号加湿器(14)，可使1号分油箱(20)和2号分油箱(21)中的油中微水浓度趋于不同的稳定值，电介质响应测试仪(9)用于测试并记录油纸绝缘的电介质响应。
为了实现油浸式绝缘纸中微水实现较稳定的梯度分布，同时进行绝缘油中的微水测试和控制。把1号油中微水测试传感器(3)放于1号分油箱(20)中，2号油中微水测试传感器(4)放于2号分油箱(21)中，2个油中微水测试传感器的信号实时传输给微机系统(10)；把1号分油箱(20)的顶空部分通过软管(19)与1号加湿器(13)相连接，2号分油箱(21)的顶空部分通过软管(19)与2号加湿器(14)相连接，微机系统(10)根据1号油中微水测试传感器(3)的测试值及1号分油箱(20)中油中微水浓度的目标值通过控制1号继电器模块(11)控制1号加湿器(13)电源的通断，同时微机系统(10)根据2号油中微水测试传感器(4)的测试值及2号分油箱(21)中油中微水浓度的目标值通过控制2号继电器模块(12)控制2号加湿器(14)电源的通断。
为了使油中溶解的微水快速均匀，同时使尽快使得2个分油箱顶空部分空气湿度与油中微水浓度处于平衡状态，在1号分油箱(20)的底部安装了1号电磁搅拌电机(5)、其油中放置了1号电磁搅拌子(7)，2号分油箱(21)的底部安装了2号电磁搅拌电机(6)、其油中放置了2号电磁搅拌子(8)，2个电磁搅拌电机长期处于工作状态。
本发明具有如下优点：
1)通过改变绝缘纸两端油中微水浓度，可以方便地实现绝缘纸中微水浓度服从梯度分布，利用该技术可以高效率地测试油纸绝缘微水分布与电介质响应关联性；
2)利用该装置测试油纸绝缘微水分布与电介质响应关联性，实验具有很好的可重复性。
附图说明
图1油纸绝缘微水分布与电介质响应关联性测试的装置示意图
图2两个分油箱连接处的截面图
图中1-恒温箱，2-储油箱，3-1号油中微水测试传感器，4-2号油中微水测试传感器，5-1号电磁搅拌电机，6-2号电磁搅拌电机，7-1号磁搅拌子，8-2号磁搅拌子，9-电介质响应测试仪，10-微机系统，11-1号继电器控制模块，11-2号继电器控制模块，13-1号加湿器，14-2号加湿器，15-绝缘纸，16-电压电极，17-测试电极，18-保护电极 19-软管，20-1号分油箱，21-2号分油箱，22-螺孔，23-1号O型密封圈，24-2号O型密封圈。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述：有必要在此指出的是本实施例只用于对发明进行进一步说明，不能理解对本发明保护范围的限制。该领域的技术熟练人员可以根据上述发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
实施例1
本发明的油纸绝缘微水分布与电介质响应关联性测试的装置，如图1所示，包括有恒温箱(1)、储油箱(2)、1号油中微水测试传感器(3)、2号油中微水测试传感器(4)、1号电磁搅拌电机(5)、2号电磁搅拌电机(6)、1号电磁搅拌子(7)、2号电磁搅拌子(8)、电介质响应测试仪(9)、微机系统(10)、1号继电器控制模块(11)、2号继电器控制模块(12)、1号加湿器(13)、2号加湿器(14)、绝缘纸(15)、电压电极(16)、测试电极(17)、保护电极(18)、软管(19)，其中绝缘纸(15)需经过干燥处理。
储油箱(2)放于恒温箱(1)中，恒温箱的温度根据实验所需调节，以使被测试的油纸绝缘处于恒定温度环境中，本实施例中，恒温箱温度条件为50℃。
电压电极(16)、测试电极(17)和保护电极(18)固定于储油箱(2)中，绝缘纸(15)置于电压电极(16)和测试电极(17)中间，保护电极附在测试电极旁边，绝缘纸(15)并把储油箱分成两个部分，分别为1号分油箱(20)和2号分油箱(21)，为了使1号分油箱(20)和2号分油箱(21)中绝缘油不互相流通，在绝缘纸与1号分油箱之间垫上1号O型密封圈(23)，在绝缘纸与2号分油箱之间垫上2号O型密封圈(24)，见图2所示，用螺杆穿过1号分油箱(20)和2号分油箱(21)的螺孔(22)进行连接，这样2个分油箱中油中微水只能通过绝缘纸渗透进行缓慢交换。
把经过干燥处理的绝缘油分别注入到1号分油箱(20)和2号分油箱(21)，油位为刚淹没绝缘纸(15)为宜。
通过微机系统(10)控制1号加湿器(13)和2号加湿器(14)，可使1号分油箱(20)和2号分油箱(21)中的油中微水浓度趋于不同的稳定值，要实现这个功能，首先，测试油中的微水浓度：把1号油中微水测试传感器(3)放于1号分油箱(20)中，2号油中微水测试传感器(4)放于2号分油箱(21)中，2个油中微水测试传感器的信号均通过RS232串口实时传输给微机系统(10)；然后，控制加湿器通断：把1号分油箱(20)的顶空部分通过软管(19)与1号加湿器(13)相连接，2号分油箱(21)的顶空部分通过软管(19)与2号加湿器(14)相连接，微机系统(10)通过RS232串口给1号继电器模块(11)和2号继电器模块(11)发命令，通过控制继电器的通断来控制加湿器电源的通断，控制方法为：当测试所得油中微水浓度与预定值相差x％时(小于预定值时，x％＜0，大于预定值时想x％＞0)，开通加湿器电源1分钟，而后断开加湿器电源t分钟，然后再开通加湿器电源1分钟，断开加湿器电源t分钟，循环连续进行，其中，t可按照下表取值：
表1加湿器断开电源的时间/分钟
以上加湿器停止供电的t分钟内，本装置仍将不间断地检测油中的微水浓度，当发现测试所得油中微水浓度与预定值的相对差x％提高时，t将重新取值，即以本次测试得到的x％在表1中对应的t值为准。
实验中，绝缘纸中微水浓度拟从1％到4％分布，因此1号分油箱(20)中油中微水浓度的目标值是绝缘纸中微水浓度为1％所对应的值，2号分油箱(21)中油中微水浓度的目标值是绝缘纸中微水浓度为4％所对应的值，可以根据Oommen曲线(Oommen′s curves for moisture equilibrium for a paper-oil system)确定油中微水的浓度目标值。Oommen曲线是美国西屋电气公司Oommen T.V.于1984年通过实验提出的油纸绝缘系统中绝缘纸和绝缘油中水含量达到平衡(即不随时间变化)时两种绝缘中水含量的若干关系曲线(0℃～100℃间，温度为10℃的倍数时均给出了一条曲线，共计11条曲线)，其横坐标为绝缘油中的水含量，纵坐标为绝缘纸中的水含量。根据Oommen曲线1号分油箱(20)中油中微水浓度的目标值为12μL/L，2号分油箱(21)中油中微水浓度的目标值为90μL/L。
采用上述方法，根据1号油中微水测试传感器(3)的测试值及1号分油箱(20)中油中微水浓度的目标值通过控制1号继电器模块(11)控制1号加湿器(13)电源的通断，从而使得1号分油箱(20)中油中微水浓度稳定在12μL/L，同时微机系统(10)根据2号油中微水测试传感器(4)的测试值及2号分油箱(21)中油中微水浓度的目标值通过控制2号继电器模块(12)控制2号加湿器(14)电源的通断，使得2号分油箱(21)中油中微水浓度稳定在90μL/L。
为了使油中溶解的微水快速均匀，同时使尽快使得2个分油箱顶空部分空气湿度与油中微水浓度处于平衡状态，在1号分油箱(20)的底部安装了1号电磁搅拌电机(5)，其油中放置了1号电磁搅拌子(7)，2号分油箱(21)的底部安装了2号电磁搅拌电机(6)，其油中放置了2号电磁搅拌子(8)，2个电磁搅拌电机长期处于工作状态。
采用IDAX300型频率响应测试仪测试绝缘纸的电介质频率响应，测试数据分别如表2和表3所示。
表2复介电常数虚部
| 频率(Hz) | 0.001 | 0.005 | 0.01 | 0.05 | 0.1 | 0.5 | 1.0 | 5.0 | 10.0 |
| 第1次 | 2235.5 | 523.5 | 251.0 | 51.0 | 27.2 | 5.7 | 3.2 | 0.8 | 0.5 |
| 第2次 | 2244.4 | 526.1 | 250.2 | 50.9 | 27.4 | 5.8 | 3.4 | 0.84 | 0.52 |
表3复介电常数实部
| 频率(Hz) | 0.001 | 0.005 | 0.01 | 0.05 | 0.1 | 0.5 | 1.0 | 5.0 | 10.0 |
| 第1次 | 48.51 | 27.05 | 21.75 | 13.3 | 10.95 | 7.77 | 6.75 | 5.31 | 4.85 |
| 第2次 | 49.27 | 28.07 | 21.43 | 12.90 | 11.21 | 7.64 | 6.71 | 5.27 | 4.70 |
从表2和表3可以看出，测试数据非常稳定。
Claims (2)
1.一种油纸绝缘微水分布与电介质响应关联性测试的装置，包括有恒温箱(1)、储油箱(2)、1号油中微水测试传感器(3)、2号油中微水测试传感器(4)、1号电磁搅拌电机(5)、2号电磁搅拌电机(6)、1号电磁搅拌子(7)、2号电磁搅拌子(8)、电介质响应测试仪(9)、微机系统(10)、1号继电器控制模块(11)、2号继电器控制模块(12)、1号加湿器(13)、2号加湿器(14)、绝缘纸(15)、电压电极(16)、测试电极(17)、保护电极(18)、软管(19)，储油箱(2)分为分油箱(20)和2号分油箱(21)两部分，其特征在于能够实现绝缘纸两边油中微水处于不同的稳定值，可以长时间测试这种工况下油浸式绝缘纸的电介质响应，其组成过程为：
第一步：将绝缘纸(15)置于1号分油箱(20)和2号分油箱(21)中间，且采用密封圈使绝缘油不能在两个分油箱之间自由流通；
第二步：电压电极(16)、测试电极(17)和保护电极(18)分别固定于绝缘纸(15)两边，其引线与电介质响应测试仪连接；
第三步：1号分油箱(20)外面的底部安装1号电磁搅拌电机(5)、1号分油箱(20)中放置1号电磁搅拌子(7)，2号分油箱(21)外面的底部安装2号电磁搅拌电机(6)、2号分油箱(21)油中放置2号电磁搅拌子(8)；
第四步：将1号油中微水测试传感器(3)放于1号分油箱(20)中，将2号油中微水测试传感器(4)放于2号分油箱(21)中，将2个油中微水测试传感器的输出端口与微机系统(10)连接，可用于实施监测油中微水含量；
第五步：将1号分油箱(20)的顶部通过软管(19)与1号加湿器(13)的出气口相连接，1号加湿器(13)的电源接口与1号继电器模块(11)的输出端口和电源连接，1号继电器模块(11)的信号端口与微机系统(10)连接，将2号分油箱(21)的顶部通过软管(19)与2号加湿器(14)的出气口相连接，2号加湿器(14)的电源接口与2号继电器模块(12)的输出端口和电源连接，将2号继电器模块(12)的信号端口与微机系统(10)连接，可用于控制2个加湿器的电源通断，进而分别控制绝缘纸(15)两边的油中微水含量；
第六步：将储油箱(2)装于恒温箱(1)中，可以保持测试过程中温度恒定。
2.权利要求1所述的油纸绝缘微水分布与电介质响应关联性测试的装置，其特征在于：所述1号分油箱(20)和2号分油箱(21)顶部均有顶空部分。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20141015 Termination date: 20160925 |
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