CN103207359A - 用于油流带电特性测量的平板结构电极装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于油流带电特性测量的平板结构电极装置。包括绝缘壳体和金属铝电极，所述绝缘壳体形成有油道，所述绝缘壳体在油道的内侧所在的端面设置有向内凹陷的凹槽，所述金属铝电极包括上电极和下电极，每个电极均包括主体以及自主体向上延伸的柱体，所述通槽被金属铝电极的柱体填充，所述凹槽被金属铝电极的主体填充，油纸样品位于油道内并通过油纸固定件固定。本发明采用下电极高度可调的平板电极镶嵌在封闭绝缘壳体中，并且发明了油纸固定件来调节油纸试样的在油道中的位置，并配合外部附件，实现了可施加交流、直流、交直流电压，两极板间距可调，油纸试样在油道中位置可调，使变压器油流带电特性实验研究更加多样化和具有针对性。

Description

用于油流带电特性测量的平板结构电极装置

【技术领域】

本发明属于大型电力设备绝缘破坏机理研究方法，涉及一种实验装置，特别涉及换流变压器油流带电特性研究的电极系统。

【背景技术】

输电网络建设对输电设备制造技术提出了更高的要求。从绝缘结构上看,普通电力变压器的主绝缘结构设计基于薄纸板小油隙理论，纸板的作用主要是分隔油隙，基本上不具备单独承受电压的能力，纸筒厚度薄且总量小。但在换流变压器中，由于直流电场的存在，主绝缘中需要更多的的纸板来承担大部分的直流电压，阀侧绕组要被多层纸板及角环包绕，主绝缘中纸筒的厚度和用量远高于普通变压器，而且换流变压器的绝缘结构更加紧密、复杂。由于直流电压下油流带电量远大于交流，因此与普通交流电力变压器相比，换流变压器的油流带电问题将更加严重。所以为确保直流输电的可靠，必须及时开展换流变压器油流带电问题的理论分析与试验研究，以预防换流变压器在设计、生产、使用、操作及维护中因油流带电问题导致的事故或危害。

在换流变压器中，变压器油起到绝缘与冷却的双重作用，为改善变压器的温升性能，大容量变压器大多采用了强迫油循环的冷却方式。随着容量的提升，变压器的温升也越发明显。在传统的绝缘结构中，通常采用提高油流速度的方式来控制变压器的温升。但是油流速度的提升，给换流变压器油纸绝缘体系带来了新的问题——油流带电。

在变压器系统中，由于固体绝缘纸板与变压器油的相对摩擦运动，以及直流电压下的电荷注入和迁移等，使得在油纸绝缘的接触面和内部出现电荷分离现象，由于变压器油的流动使分离的电荷彼此远离产生电荷迁移、并且可能在绝缘结构中发生电荷积聚，当累积到一定程度后固体绝缘表面电荷通过放电释放，这个过程会造成沿面闪络，严重的时候会导致击穿，对绝缘性能形成破坏性影响。因此，油流带电问题是研究换流变压器绝缘性能过程中一个非常重要的问题。油流带电特性的研究直接关系到换流变压器能否正常运行。

目前，国内大多研究机构采用在不施加电压的情况下，研究变压器油摩擦纸片而产生油流带电特性，但这与实际变压器中的情况相差较远。在实际变压器设备中，油流带电现象往往出现在较高的交直流电场叠加的情况下，并且在外加电压时油中的电荷量远大于无电压时的电荷量，因此仅仅研究无压下油流带电特性并不具有实际意义。近年来有的研究机构研究了可加交直流电压研究油流带电特性的电极系统。此系统电极采用筒-柱形结构，而实际的变压器中带电体多为平板型结构。同时，为了配合筒-柱形电极结构，油纸纸板试样需要加工为筒形，从而加大了的试样制备难度，且纸板试样在电极中的位置无法变动。并且，筒-柱形电极也难以用于研究多层油纸结构中的油流带电特性。

【发明内容】

针对上述现有油流带电研究电极系统存在的缺陷或不足，本发明提供一种更加灵活更加方便的用于油流带电特性测量的平板结构电极装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

适用于油流带电特性测量的平板结构电极装置，包括绝缘壳体和金属铝电极，所述绝缘壳体由上壳体和下壳体组成，所述上壳体和下壳体之间形成有油道，所述上壳体和下壳体沿竖直方向分别设置有共中心的通槽，所述上壳体和下壳体分别在油道的内侧所在的端面设置有向内凹陷的凹槽，所述金属铝电极包括上电极和下电极，每个电极均包括主体以及自主体向上延伸的柱体，所述通槽被金属铝电极的柱体填充，所述凹槽被金属铝电极的主体填充，所述油道的两端分别设置有与油罐连通的内油道进油孔以及与电荷分离器连通的内油道出油孔，油纸样品位于油道内并通过油纸固定件固定。

作为本发明的优选实施例，所述金属铝电极的主体下端面与绝缘壳体的内侧端面位于同一平面。

作为本发明的优选实施例，所述上电极的主体上表面设置有凹孔以接入高压电源，该凹孔注满变压器油防止高压引起的放电。

作为本发明的优选实施例，所述金属铝电极与绝缘壳体通过密封圈密封。

作为本发明的优选实施例，所述下壳下方设置有金属接地板，下电极通过高度调节螺栓与绝缘壳体和金属接地板紧固连接，通过高度调节螺栓调整下电极的高度。

作为本发明的优选实施例，所述金属接地板通过粗导线接地。

作为本发明的优选实施例，所述油纸固定件为树脂材料，包括与绝缘壳体固定连接的螺杆以及位于螺杆的一个端部并与螺杆垂直的平板固定件，用于固定油纸样品。

作为本发明的优选实施例，所述绝缘壳体为聚四氟乙烯材料。

作为本发明的优选实施例，所述上壳体和下壳体在两端分别设置有第一和第二外进油孔以及第一和第二外出油孔；当油纸样品紧贴上电极和下电极时，第一外进油孔和第一外出油孔呈打开状态，当油纸样品位于油道中心时，第一和第二外进油孔以及第一和第二外出油孔均呈打开状态。

本发明具有以下有益效果：本发明绝缘壳体由上壳体和下壳体组成，上壳体和下壳体之间形成油道，绝缘壳体上通过螺栓连接有固定油纸的油纸固定件，通过调节油纸固定件的位置调节油纸在油道内的位置（油纸紧贴电极或者油纸位于油道中心），从而使得油纸试样在油道中可以以多种方式固定，试验多样化实验。

【附图说明】

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为图1的剖视图，其中，油纸样品分别贴近上电极和下电极。

图3为图1的剖视图，其中，油纸样品固定在油道的中心位置。

【具体实施方式】

本发明是对已经存在的油流带电研究实验电极系统进行改进，使进行油流带电实验研究时可以满足以下要求：

1）、体积小，便于移动，且安装简便；

2）、可施加直流电压（0～30kV），交流电压（0～10kV）及交直流电压（0～10kV），并且在油流区域内电场为均匀场，即最大电场畸变小于5%；

3）、电极之间距离在4～10mm之间可调，误差小于10%；

4）、油纸在油道中的位置可调，且可分隔油道，进行多层油道油流特性研究。

为了实现上述目的，本发明所采取的改进方案是采用平板型电极系统，本发明装置包括平板的金属铝电极3，绝缘壳体1及油纸固定件2。

平板的金属铝电极3为上下两个，分别为金属铝上电极31和金属铝下电极33，每个电极的边缘有R4的倒角，每个电极包括矩形的主体以及自主体的一个面向上延伸形成的柱体，柱体上有一个环形凹槽，槽内设有环形密封圈，用于与绝缘壳体1进行电极密封。同时，下电极33背面固定设有高度调节螺栓及与其配套的螺母，用于与绝缘外壳配合进行电极高度调整。

绝缘壳体材料为聚四氟乙烯。其特点为分为上壳体和下壳体，分别配合上下电极。上壳体和下壳体沿竖直方向均开有筒形的通槽，由相应电极的柱体配合进行密封；上壳体和下壳体在形成油道所在端面内侧开有长方形的凹槽，使电极的主体可以镶嵌其内；上壳体和下壳体的凹槽两侧分别开有螺孔，用于安插油纸固定件2，使油纸固定件固定在绝缘壳体上；绝缘壳体的上表面边缘开有环形凹槽4，环形凹槽4内设有环形密封圈，且四个边角处开有螺孔，使上下壳体可以合在一起并且利用紧固螺栓5紧固，使壳体内部形成长方体的油道10。同时，紧固螺栓5也使绝缘壳体固定在金属接地板8底部上。上壳体和下壳体的两侧分别设置有第一外进油孔11和第二外进油孔12以及第一外出油孔13和第二外出油孔14。油道两端分别设有内油道进油孔6及内油道出油孔7，与上述第一和第二外进油孔及第一和第二外出油孔相通。在出油孔外装有电荷分离器，并连接屏蔽线介入微电流测量设备。

油纸固定件2为树脂材料，其特点为由两部分构成，上部为螺杆，其与壳体配合可调节油纸在油道10内的位置。下部为平板固定件，用于固定油纸样品A。当油纸样品需要固定在油道中心位置时，需用胶水等粘合物使油纸与平板固定件充分粘合。

本发明的电极系统需要外部附属设备进行多种形式的油流带电特性研究，附属设备包括油流动力系统，微电流检测系统以及电压源。根据附属设备性能的不同，本发明可实现的油流带电研究的流速范围为0～2m/s，平均电场范围为0～10kV/mm。根据油道内油纸放置位置不同可研究仅单个电极紧贴油纸、上下电极都紧贴油纸、单层油纸在上下电极之间等多种油流带电形式。

考虑到油流带电产生的微电流为pA级，因此对出油端及电荷分离器需要进行一定的屏蔽处理，以保证输出电流信号稳定准确。

为了更清楚的理解本发明，下面结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细描述。

参见图1～3，图1是本发明的油流带电特性研究实验电极系统上电极与外壳组装的立体图示，图2和图3是本发明的油流带电特性研究实验电极系统的正面剖视图，图中符号分别表示：1-绝缘壳体，2-油纸固定件，3-金属铝电极，4-环形凹槽，5-紧固螺栓，6-内油道进油孔，7-内油道出油孔，8-金属接地板，9-高度调节螺栓，10-油道，31-金属铝上电极，33-金属铝下电极，A-油纸样品。

实验前，先拧开上下壳体的紧固螺栓5，打开上下壳体，根据需要设置油纸在油道中的位置。根据油纸在油道中位置的不同，设置方案分为两种：

1）如图2所示，油纸分别紧贴上电极和下电极。此时需要把油纸样品A紧贴到上电极和下电极上，然后利用油纸固定件2紧紧扣住油纸样品，使其固定。然后重新固定上下壳体的紧固螺栓使上下壳体密封。然后调节高度调节螺栓9来调节下电极在绝缘壳体内的高低位置，使上下电极之间的距离达到实验要求值，其距离变化范围为4～10mm。2）如图3所示，油纸需固定油道中间。此时需要旋转四个油纸固定件2，来调节其在绝缘壳体内的高度。注意四个油纸固定件高度应调节一致。然后将油纸试样通过胶水逐一粘到4个油纸固定件的平板固定件上。应注意粘贴时油纸要拉直并保持水平。然后将上下壳体紧固密封，如方案1所示。根据调节油纸固定件高度的不同，可以使油纸在油道中的距上电极的距离在0～10mm内可变。

上壳体和下壳体上分别设置的第一和第二外进油孔11、12通过密封快速插头及PE油管连接试样压油罐，控制压油罐的开关即可控制是否进油。第一和第二外出油孔13、14通过密封插头分别接入电荷分离器后经油管接入废液缸，使油流入废液缸，以备下次使用。电极系统以及电荷分离器均放置在封闭的金属屏蔽箱中，起到电磁屏蔽的作用。金属接地板利用粗导线与地线充分接触，防止设备因漏电或者击穿发生危险。上电极的主体上表面设置有凹孔，凹孔内接入高压电源，且高压接入端所在的凹孔内注满变压器油，防止高压引起的放电。

根据油纸在油道中的位置及实验需要，应合理控制试样油罐的开关。如方案1所述的油纸紧贴电极时，应打开上壳体的第一外进油孔11、第一外出油孔13，关闭下壳体的第二外进油孔12、第二外出油孔14；如方案2所述的油纸在油道中间时，应打开第一和第二外进油孔11、12以及第一和第二外出油孔13、14，其中第一外出油孔经电荷分离器测出的电荷信号为第一外进油孔11进入的油流经高压电极后的电荷情况，而第二外出油孔14经电荷分离器测出的电荷信号为第二进油孔12进入的油流经地电极后的电荷情况。

为保证实验结果准确可靠，每次试验前应打开上下壳体并进行充分清洗。

Claims (9)

1.用于油流带电特性测量的平板结构电极装置，其特征在于：包括绝缘壳体（1）和金属铝电极（3），所述绝缘壳体（1）由上壳体和下壳体组成，所述上壳体和下壳体之间形成有油道（10），所述上壳体和下壳体沿竖直方向分别设置有共中心的通槽，所述上壳体和下壳体分别在油道的内侧所在的端面设置有向内凹陷的凹槽，所述金属铝电极（3）包括上电极和下电极，每个电极均包括主体以及自主体向上延伸的柱体，所述通槽被金属铝电极的柱体填充，所述凹槽被金属铝电极的主体填充，所述油道的两端分别设置有与油罐连通的内油道进油孔以及与电荷分离器连通的内油道出油孔，油纸样品位于油道内并通过油纸固定件固定。

2.根据权利要求1所述的用于油流带电特性测量的平板结构电极装置，其特征在于：所述金属铝电极的主体下端面与绝缘壳体的内侧端面位于同一平面。

3.根据权利要求1所述的用于油流带电特性测量的平板结构电极装置，其特征在于：所述上电极的主体上表面设置有凹孔以接入高压电源，该凹孔注满变压器油以防止高压引起的放电。

4.根据权利要求1所述的用于油流带电特性测量的平板结构电极装置，其特征在于：所述金属铝电极与绝缘壳体通过密封圈密封。

5.根据权利要求1所述的用于油流带电特性测量的平板结构电极装置，其特征在于：所述下壳体下方设置有金属接地板（8），下电极通过高度调节螺栓与绝缘壳体和金属接地板紧固连接，通过高度调节螺栓调整下电极的高度。

6.根据权利要求5所述的用于油流带电特性测量的平板结构电极装置，其特征在于：所述金属接地板通过粗导线接地。

7.根据权利要求1所述的用于油流带电特性测量的平板结构电极装置，其特征在于：所述油纸固定件（2）为树脂材料，包括与绝缘壳体固定连接的螺杆以及位于螺杆的一个端部并与螺杆垂直的平板固定件，用于固定油纸样品。

8.根据权利要求1所述的用于油流带电特性测量的平板结构电极装置，其特征在于：所述绝缘壳体为聚四氟乙烯材料。

9.根据权利要求1所述的用于油流带电特性测量的平板结构电极装置，其特征在于：所述上壳体和下壳体在两端分别设置有第一和第二外进油孔（11、12）以及第一和第二外出油孔（13、14）；当油纸样品紧贴上电极和下电极时，第一外进油孔和第一外出油孔呈打开状态，当油纸样品位于油道中心时，第一和第二外进油孔以及第一和第二外出油孔均呈打开状态。

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