CN104049167B - 一种模拟油浸纸套管缺陷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟油浸纸套管缺陷的方法，特别涉及一种模拟油浸纸套管制作工艺缺陷及绝缘老化、受潮缺陷的方法。该方法通过建立模型，对油浸纸套管制作工艺缺陷、绝缘老化缺陷、绝缘受潮缺陷进行模拟；所述套管制作工艺缺陷模型用于模拟套管在生产和使用过程中出现的问题，包括电容芯子铝箔极板错位、极板局部开裂、极板皱褶、卷制疏松和轴向直径不均匀五种缺陷；所述套管绝缘老化缺陷模型用于研究电容芯子老化特性，在该模型中指定电缆纸层数，且各电容屏极板长度一致；所述绝缘受潮缺陷模型用于对套管实际使用过程中的受潮情况进行模拟。本方法能够很方便地用于研究所述套管的介电响应变化规律，从而为寻求所述缺陷的最佳特征量表征方式提供依据。

Description

一种模拟油浸纸套管缺陷的方法

技术领域

本发明涉及一种模拟油浸纸套管缺陷的方法，特别涉及一种模拟油浸纸套管制作工艺缺陷及绝缘老化、受潮缺陷的方法。

背景技术

近年来，变压器故障屡有发生，套管故障约占变压器故障总数的30％，在附件故障中一直处于高发状态。特别是套管的电容芯子一旦出现放电等事故便极易造成爆炸，一旦套管爆炸，将引起主设备损坏，将危及整个电网的安全。变压器套管不仅把变压器内部的高、低压引线引到油箱之外，实现与外部网络连接，同时还起着固定引线的作用，故套管必须满足电气强度和机械强度的双重要求。同时，套管是载流元件之一，在变压器运行中将长期通过负载电流，必须具有良好的热稳定性，以承受短路时的瞬间过热。高压套管的绝缘性能要能长时期经受电、力、热以及它们联合作用的严格考验。套管以变压器油浸渍的电缆纸和金属均压板组成的多层圆柱形电容器(简称电容芯子)作为主绝缘，瓷套作为外绝缘及变压器油的容器。

目前国内外各种检测手段都有一定的片面性，还没有形成完善可靠的油浸纸套管绝缘老化、缺陷及寿命诊断技术。因此，研究实验室制作油纸电容型绝缘老化和受潮工艺，分析油纸电容型绝缘老化、受潮的介电响应特性是十分重要和必要的。另外，油纸电容型绝缘设备在运行过程中，会受到来自电力系统的各种冲击，致使绝缘损伤甚至失效引发事故，所以研究可能出现的绝缘缺陷情况是十分必要的。经相关机构的统计分析，套管缺陷中的三位首要原因依次是：接头部分过热、绝缘受潮、制造工艺缺陷，分别占缺陷总数的20.6％、17.6％、14.9％；而现场对套管的监测与诊断主要依据例行试验与诊断性试验，测量特征参量也主要集中在介损与电容量上，对绝缘老化状态评估的准确度不高，需要进行进一步的试验研究。实验室开展的套管研究主要对已发生缺陷的套管参数进行测试，试验难度、工作量较大，限制了套管诊断的发展。

因此，目前急需一种能够高效、准确地模拟油浸纸套管缺陷的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种模拟油浸纸套管缺陷的方法，该方法针对以电缆纸为固体绝缘的油浸纸套管，结合实际生产工艺与运行缺陷情况，在实验室搭建了所述的部分制作缺陷、绝缘老化和受潮缺陷分析平台，用于研究所述套管的介电响应变化规律，从而为寻求所述缺陷的最佳特征量表征方式提供依据。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种模拟油浸纸套管缺陷的方法，通过建立模型，对油浸纸套管制作工艺缺陷、绝缘老化缺陷、绝缘受潮缺陷进行模拟；

所述套管制作工艺缺陷模型用于模拟套管在生产和使用过程中出现的问题，包括电容芯子铝箔极板错位、极板局部开裂、极板皱褶、卷制疏松和轴向直径不均匀五种缺陷；

所述套管绝缘老化缺陷模型用于研究电容芯子老化特性，在该模型中指定电缆纸层数，且各电容屏极板长度一致；

所述绝缘受潮缺陷模型用于对套管实际使用过程中的受潮情况进行模拟。

进一步，所述套管制作工艺缺陷包括电容芯子铝箔极板错位、极板局部开裂、极板皱褶、卷制疏松和轴向直径不均匀五种缺陷；

所述铝箔极板错位缺陷模拟包括：第1层极板正常，从第2层开始极板长度公差按±10mm进行循环包绕；

所述极板局部开裂缺陷模拟包括：第1、2、3层极板边缘开裂，开裂方式为：正常包绕好后用刀将边缘划坏150mm左右；

所述极板皱褶缺陷模拟包括：将铝箔包松，且不抹平，直接包绕；

所述卷制疏松缺陷模拟包括：将纸调松，达到疏松的目的；

所述轴向直径不均匀缺陷模拟包括：控制卷纸机缠绕电缆纸的疏密程度。

进一步，所述套管绝缘老化缺陷模型用于研究电容芯子老化特性，具体包括：按照10kV套管进行设计，电容芯子长度为335mm，导电杆内径是35mm，外径是45mm，共4层极板；干燥后的电缆纸试品进行48h的浸油处理，目的是使油和纸充分混合，达到油纸间的水分平衡，在140℃下进行连续热老化，每次得到一个老化程度的试品后，便开展不同温度下的PDC和FDS实验，实验结束后再进入下一个老化阶段。

进一步，所述绝缘受潮缺陷模型用于对套管实际使用过程中的受潮情况进行模拟；其中，电缆纸受潮试品的纸样制备包括以下步骤：1)试品准备，新绝缘纸折叠成形，总共6份；2)90摄氏度下真空干燥48小时；3)选出4份进行大气吸潮，然后统一浸油；4)90摄氏度下真空干燥48小时；5)冷却至室温油纸夹入电极，模型放入容器，注油浸渍，30摄氏度恒温24小时之后，试品准备完成。

进一步，所述绝缘受潮缺陷模型包括由内向外、由外向内两种受潮类型；

所述由内向外受潮模型的制作包括以下步骤：1)准备试品，纸盘不进行干燥，其条件为：真空度30Pa，温度为120摄氏度±5度，时间为5天；2)卷制芯子，其条件为：恒温恒湿，温度15至35摄氏度，湿度小于等于60％；3)芯子干燥，其条件为：真空度15Pa，温度为115摄氏度±10度，时间为4天或9天；4)套管装配；5)真空注油，其条件为：真空度15Pa，温度为75摄氏度±10度，时间为1天；

所述由外向内受潮模型的制作包括以下步骤：1)准备试品，纸盘进行干燥，其条件为：真空度30Pa，温度为120摄氏度±5度，时间为5天；2)卷制芯子，其条件为：恒温恒湿，温度15至35摄氏度，湿度小于等于60％；3)芯子干燥，其条件为：真空度15Pa，温度为115摄氏度±10度，时间为4天或9天；4)置于空气中受潮，天数为：1、2、4、8和16天；5)套管装配；6)真空注油，其条件为：真空度15Pa，温度为75摄氏度±10度，时间为1天。

本发明的有益效果在于：本发明提供的模拟油浸纸套管缺陷的方法针对以电缆纸为固体绝缘的油浸纸套管，结合实际生产工艺与运行缺陷情况，在实验室搭建了部分制作缺陷、绝缘老化和受潮缺陷分析平台，该方法能够很方便地用于研究所述套管的介电响应变化规律，从而为寻求所述缺陷的最佳特征量表征方式提供依据。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为实施例中的电容芯子尺寸示意图；

图2为实施例中电缆纸受潮模型的制备流程图；

图3为实施例中由内向外受潮模型；

图4为实施例中由外向内受潮模型。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

在本发明中，套管电容芯子制造工艺如下：

变压器套管的油纸绝缘系统是由电容芯子和变压器油构成，电容芯子是由导电杆周围包绕多层电缆纸和铝箔而成，并经过干燥和浸油处理。所述电缆纸采用芬兰纸，宽度为60mm，厚度约0.125mm。为了模拟在卷制电容芯子时电缆纸交叉缠绕的效果，同时为了完全覆盖直径为100mm的圆盘状电极，在制备电缆纸老化试品时，将电缆纸沿长度方向每120mm折叠一次，共10层，制备两份，然后将两份垂直穿插叠加在一起，构成约2.5mm后的纸样。套管油采用的是尼纳斯油(LIBRA X，凝点是-53℃)。具体制作过程如下：

首先，将所述电缆纸纸盘在120±5℃真空干燥5天，去除其中的水分，根据厂家的实测结果显示，未干燥纸盘的含水量一般高达7％左右；然后在恒温恒湿条件下卷制电容芯子：在导电杆上包绕一定厚度的电缆纸，作为第一层电容层的固体绝缘介质；按照设定好的尺寸和位置，将铝箔敷设在电缆纸上，再抹平，这就完成了一个电容层的制作；接下来重复前述过程，直至最外层铝箔包绕完成，该层铝箔即是套管末屏；为了在该层铝箔引出接线，作为套管运行时的接地线，同时为了避免高温焊接导致铝箔穿透，需要在该层铝箔上铺设一片镀锡紫铜，在其上焊接引线；最后在包绕完成的芯子一端裁剪出台阶状，目的是使芯子能够和外瓷套结构相互配合，便于安装。

由于干燥后的纸更加容易吸潮，因此芯子不可避免地再次受潮。接下来就必须对二次受潮的芯子再次进行干燥，整个干燥过程又划分为三个阶段：大气加热、预热和真空加热，大气加热是为了去除芯子外层纸中的水分，预热和真空加热则能够将芯子内层纸中的水分去除；芯子再经过9天左右的干燥处理，然后装配成套管，最后在真空条件下注油，使得绝缘纸充分浸油。在安装外瓷套时，要特别注意密封情况，防止空气及水分进入套管。

下面在本实施例中分别对套管制作工艺缺陷模型、套管绝缘老化缺陷模型和绝缘受潮缺陷模型进行说明。

为了模拟套管在生产和使用过程中出现的问题，结合套管实际生产流程，针对电容芯子专门设计和制作了五种不同类型的缺陷和故障，包括铝箔极板错位、极板局部开裂、极板皱褶、卷制疏松以及轴向直径不均匀五种，如表1所示。

表1 五种套管制造工艺不良的缺陷模拟

实际应用中，发现某些故障套管在解体后某层极板偏离了原来的位置，是由于该处收到很高的电场力所导致的。因此，在制作模拟该类型故障套管模型时，选择最大场强处极板错位故障，同时为了能够使该类型故障的介电响应实验结果更加明显，加大了错位尺寸，约±10mm。

除了电场强度过高会导致极板错位之外，过高的局部电场也会使极板局部开裂。开裂尺寸并无固定值，和模拟极板错位一样，为了能够使该类型故障的介电响应实验结果更加明显，加大了开裂尺寸，约±150mm，制造了轴向开裂和径向开裂两种不同开裂方式。

图1为实施例中的电容芯子尺寸示意图，在本模型中，指定电缆纸层数，且各电容屏极板长度一致，这种结构有利于研究纸、油以及铝箔三者共同作用下的老化特性。按照10kV套管进行设计，电容芯子长度为335mm，导电杆内径是35mm，外径是45mm，共4层极板。

干燥后的电缆纸试品进行48h的浸油处理，目的是使油和纸充分混合，达到油纸间的水分平衡；在140℃下进行连续热老化，每次得到一个老化程度的试品后，便开展不同温度下的PDC和FDS实验，实验结束后再进入下一个老化阶段。制作完成的电容芯子具体尺寸如表2所示：

表2 电容芯子具体尺寸

绝缘受潮模拟：

电缆纸受潮试品的纸样准备与老化模型相同。这里共制备了六份纸样，其中两份纸样完全干燥，一个用作备份，另外四份纸样干燥后放在大气中吸潮，形成不同受潮程度的纸样，其含水量依次控制为1％、3％、5％以及7％。

图2为实施例中电缆纸受潮模型的制备流程图，电缆纸受潮试品的纸样制备包括以下步骤：1)试品准备，新绝缘纸折叠成形，总共6份；2)90摄氏度下真空干燥48小时；3)选出4份进行大气吸潮，然后统一浸油；4)90摄氏度下真空干燥48小时；5)冷却至室温油纸夹入电极，模型放入容器，注油浸渍，30摄氏度恒温24小时之后，试品准备完成。

根据实际套管等油纸绝缘设备实际运行情况中可能出现的受潮现象，进一步将受潮分为由内向外受潮和由外向内受潮两种水分分布模式。

由内向外受潮主要模拟套管由老化产生的水分。由于油纸绝缘结构老化会因为纤维素的劣化产生水分，而这部分水分主要产生在导电杆附近，这是因为导电杆处电场最强也最复杂容易产生老化，同时导电杆附近温度也比较高。由内向外受潮及模拟内部水分对油纸绝缘介电特性的影响。

由外向内受潮主要模拟套管因密封不良或瓷套老化等外界因素导致外部的水渗入套管引起的受潮。

图3为实施例中由内向外受潮模型，由内向外受潮模型的制作包括以下步骤：1)准备试品，纸盘不进行干燥，其条件为：真空度30Pa，温度为120摄氏度±5度，时间为5天；2)卷制芯子，其条件为：恒温恒湿，温度15至35摄氏度，湿度小于等于60％；3)芯子干燥，其条件为：真空度15Pa，温度为115摄氏度±10度，时间为4天或9天；4)套管装配；5)真空注油，其条件为：真空度15Pa，温度为75摄氏度±10度，时间为1天。

图4为实施例中由外向内受潮模型，由外向内受潮模型的制作包括以下步骤：1)准备试品，纸盘进行干燥，其条件为：真空度30Pa，温度为120摄氏度±5度，时间为5天；2)卷制芯子，其条件为：恒温恒湿，温度15至35摄氏度，湿度小于等于60％；3)芯子干燥，其条件为：真空度15Pa，温度为115摄氏度±10度，时间为4天或9天；4)置于空气中受潮，天数为：1、2、4、8和16天；5)套管装配；6)真空注油，其条件为：真空度15Pa，温度为75摄氏度±10度，时间为1天。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.一种模拟油浸纸套管缺陷的方法，其特征在于：通过建立模型，对油浸纸套管制作工艺缺陷、绝缘老化缺陷、绝缘受潮缺陷进行模拟；

所述套管制作工艺缺陷模型用于模拟套管在生产和使用过程中出现的问题，包括电容芯子铝箔极板错位、极板局部开裂、极板皱褶、卷制疏松和轴向直径不均匀五种缺陷；

所述套管绝缘老化缺陷模型用于研究电容芯子老化特性，在该模型中指定电缆纸层数，且各电容屏极板长度一致；

所述绝缘受潮缺陷模型用于对套管实际使用过程中的受潮情况进行模拟；

所述套管制作工艺缺陷包括电容芯子铝箔极板错位、极板局部开裂、极板皱褶、卷制疏松和轴向直径不均匀五种缺陷；

所述铝箔极板错位缺陷模拟包括：第1层极板正常，从第2层开始极板长度公差按±10mm进行循环包绕；

所述极板局部开裂缺陷模拟包括：第1、2、3层极板边缘开裂，开裂方式为：正常包绕好后用刀将边缘划坏150mm左右；

所述极板皱褶缺陷模拟包括：将铝箔包松，且不抹平，直接包绕；

所述卷制疏松缺陷模拟包括：将纸调松，达到疏松的目的；

所述轴向直径不均匀缺陷模拟包括：控制卷纸机缠绕电缆纸的疏密程度。

2.根据权利要求1所述的一种模拟油浸纸套管缺陷的方法，其特征在于：所述套管绝缘老化缺陷模型用于研究电容芯子老化特性，具体包括：按照10kV套管进行设计，电容芯子长度为335mm，导电杆内径是35mm，外径是45mm，共4层极板；干燥后的电缆纸试品进行48h的浸油处理，目的是使油和纸充分混合，达到油纸间的水分平衡，在140℃下进行连续热老化，每次得到一个老化程度的试品后，便开展不同温度下的PDC和FDS实验，实验结束后再进入下一个老化阶段。

3.根据权利要求1所述的一种模拟油浸纸套管缺陷的方法，其特征在于：所述绝缘受潮缺陷模型用于对套管实际使用过程中的受潮情况进行模拟；其中，电缆纸受潮试品的纸样制备包括以下步骤：1)试品准备，新绝缘纸折叠成形，总共6份；2)90摄氏度下真空干燥48小时；3)选出4份进行大气吸潮，然后统一浸油；4)90摄氏度下真空干燥48小时；5)冷却至室温油纸夹入电极，模型放入容器，注油浸渍，30摄氏度恒温24小时之后，试品准备完成。

4.根据权利要求3所述的一种模拟油浸纸套管缺陷的方法，其特征在于：所述绝缘受潮缺陷模型包括由内向外、由外向内两种受潮类型；

所述由内向外受潮模型的制作包括以下步骤：1)准备试品，纸盘不进行干燥，其条件为：真空度30Pa，温度为120摄氏度±5度，时间为5天；2)卷制芯子，其条件为：恒温恒湿，温度15至35摄氏度，湿度小于等于60％；3)芯子干燥，其条件为：真空度15Pa，温度为115摄氏度±10度，时间为4天或9天；4)套管装配；5)真空注油，其条件为：真空度15Pa，温度为75摄氏度±10度，时间为1天；

所述由外向内受潮模型的制作包括以下步骤：1)准备试品，纸盘进行干燥，其条件为：真空度30Pa，温度为120摄氏度±5度，时间为5天；2)卷制芯子，其条件为：恒温恒湿，温度15至35摄氏度，湿度小于等于60％；3)芯子干燥，其条件为：真空度15Pa，温度为115摄氏度±10度，时间为4天或9天；4)置于空气中受潮，天数为：1、2、4、8和16天；5)套管装配；6)真空注油，其条件为：真空度15Pa，温度为75摄氏度±10度，时间为1天。