CN104076232A - 一种变压器油纸绝缘电热联合老化实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变压器油纸绝缘电热联合老化实验装置，包括密封腔体和位于密封腔体内的测试装置，其测试装置包括高压电极、低压电极和绝缘纸试样，其绝缘纸试样位于高压电极和低压电极之间，通过控制施加给绝缘纸试样的电压，用以控制油纸绝缘实验的电老化条件；该装置还包括加热装置，通过控制加热装置的加热温度，用以控制油纸绝缘实验的热老化条件；该装置还包括局部放电检测装置，实现高频和超高频局部放电检测。该装置能实现对变压器的多种状态检测和故障诊断，在不打开密封腔体的情况下，直接取出密封腔体内老化实验后的油样和气体，实验分析结果的可靠性高，操作简单方便，可解决现有实验装置实验分析结果的可靠性低和操作不便的问题。

Description

一种变压器油纸绝缘电热联合老化实验装置

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，特别是变压器油纸，具体是一种变压器油纸绝缘电热联合老化实验装置。

背景技术

电力变压器尤其是大型油浸式电力变压器，是电力系统中至关重要的设备之一，其运行可靠性直接关系电力系统的安全稳定，统计资料系那是，变压器的运行事故主要由其绝缘系统故障造成，变压器的运行寿命很大程度上取决于油纸绝缘系统的老化状态。因此，准确诊断油纸绝缘系统的老化状态，对预测变压器的寿命至关重要，也是实现变压器状态维护的前提和基础。

在大多数变压器中，其绝缘系统主要由纤维素纸板和变压器油构成，前者主要起绝缘和支撑的作用，后者主要用来绝缘和冷却。在变压器运行过程中，油纸绝缘长期承受热、电、机械、化学等多种外部应力作用，在上述多种应力作用下，纤维素纸板和变压器油都会随着时间的积累而逐渐老化，并产生一些老化产物，如乙烯、乙炔、微水和呋喃化合物等，导致自身绝缘和机械性能逐渐下降并可能造成变压器故障。由于变压器在正常运行应力条件下，油纸绝缘老化过程十分缓慢，在此条件下开展实验研究，时间漫长且不现实，因此，在更高应力水平下对油纸绝缘进行加速老化实验成为国内外专家学者研究油纸绝缘老化规律、探索老化内在机理的主要途径。

目前，在实际实验研究中，主要有以下几种油纸绝缘加速老化方法，如在较高温度下进行的加速热老化，在较高电场应力作用下的加速电老化，在电－热联合应力作用下的电热联合加速老化以及电、热、机械等多种应力作用下的综合加速老化等。国内外研究表明，油纸绝缘在多种应力联合作用下的老化过程与单一应力下的老化过程明显不同。在实际运行条件下，电应力和热应力对油纸绝缘的作用一般同时、持续存在，且难以避免，因此，一般认为电热联合应力作用下的油纸绝缘加速老化实验能够较好的模拟变压器油纸绝缘系统在实际运行状态下的老化环境，较单一应力下的加速热老化或电老化能更加合理、科学地研究油纸绝缘老化过程，评估油纸绝缘剩余寿命。虽然国内外一些学者已经针对油纸绝缘在多应力作用下的老化特性做了不少研究，而且提出了一些有价值的油纸绝缘老化寿命模型，但是鲜有对在电热联合应力下油纸绝缘老化理化特性进行深入细致的研究，一个主要原因就是开展电热联合应力作用下的油纸绝缘老化试验需要设计合理、性能可靠、运行安全、取样方便的实验装置，这也是进行上述实验的难点。

申请号为201110001946.6的专利文献中，公开了一种变压器油纸绝缘电热联合老化的实验装置与方法，该试验装置包括外腔，外腔内设置至少一个密封的内腔，在内腔中设有测试装置，测试装置设有高压电极和低压电极，试样置于相互压紧的高压电极和低压电极之间，高压电极分别与外腔外部的高压电源和电流测量与显示系统连接。该实验装置只是提取老化实验结束后的油样进行理化参数分析，而无法实现油中气体含量检测，而且无法根据实验需要对加热条件进行控制，检测状态单一，无法实现变压器的多状态检测和故障诊断，以致对油纸绝缘老化规律分析的可靠性较低，而且该实验装置结构复杂，在实验结束后需要打开内腔才能进行油样的提取，操作不便。

发明内容

本发明的目的是提供一种变压器油纸绝缘电热联合老化实验装置，该装置能实现对变压器的多种状态检测和故障诊断，在不打开密封腔体的情况下，直接取出密封腔体内老化实验后的油样和气体，操作更加简便，实验分析结果的可靠性高，而且操作简单方便，用以解决现有电热联合老化实验装置实验分析结果的可靠性低和操作不便的问题。

为实现上述目的，本发明的方案是：一种变压器油纸绝缘电热联合老化实验装置，包括密封腔体和位于所述密封腔体内的测试装置，所述的测试装置包括高压电极、低压电极和绝缘纸试样，所述的绝缘纸试样位于高压电极和低压电极之间，所述的高压电极和低压电极与设置于密封腔体外的高压电源连接，通过控制施加给绝缘纸试样的电压，用以控制油纸绝缘实验的电老化条件，所述密封腔体由金属上盖板和金属下屏蔽壳组成，所述金属下屏蔽壳为开口箱型结构，所述金属上盖板安装在金属下屏蔽壳的开口位置，所述测试装置与金属上盖板固定安装；

该实验装置还包括加热装置，所述的加热装置包括热电偶和加热棒，所述的热电偶和加热棒位于密封腔体内，并与金属上盖板固定安装，通过控制加热装置的加热温度，用以控制油纸绝缘实验的热老化条件；

该实验装置还包括局部放电检测装置，所述的局部放电检测装置包括高频电流传感器和超高频传感器，所述的超高频传感器位于密封腔体内，与金属下屏蔽壳的侧壁固定安装，通过超高频传感器用于检测超高频电磁波，实现超高频局部放电检测；所述的高频电流传感器设置于密封腔体的外部，通过接地线一端与金属下屏蔽壳连接，另一端接地，通过高频电流传感器用于检测流过地线的高频电流，实现高频局部放电检测；

该实验装置还包括取油口和取气口，所述的取油口和取气口设置于金属下屏蔽壳的侧壁，与密封腔体连通，通过取油口和取气口取出老化实验后的油样和气体，进行理化参数分析，得出绝缘纸试样的老化规律。

根据本发明所述的实验装置，所述金属上盖板上安装有BNC接头和高压法兰，所述的低压电极通过铜导线连接BNC接头，BNC接头用于低压电极的引出端，所述高压电极的顶端伸出高压法兰，所述高压法兰用于高压电极的引出端。

根据本发明所述的实验装置，所述的高压电极的顶端配有均压环。

根据本发明所述的实验装置，所述低压电极的底部设置有低压电极固定盘，所述的低压电极固定安装在低压电极固定盘上，所述低压电极固定盘的一侧固定安装第一四氟乙烯螺杆，所述低压电极固定盘的另一侧固定安装第二四氟乙烯螺杆，所述第一四氟乙烯螺杆和第二四氟乙烯螺杆均与金属上盖板固定连接。

根据本发明所述的实验装置，所述金属上盖板上设置有与第一四氟乙烯螺杆和第二四氟乙烯螺杆配合的螺丝孔，所述第一四氟乙烯螺杆和第二四氟乙烯螺杆通过所述的螺丝孔与金属上盖板固定安装。

根据本发明所述的实验装置，所述的低压电极固定盘上设置有与低压电极配合的安装螺孔，所述的低压电极穿过所述的安装螺孔，并由金属紧固螺丝固定，所述铜导线的一端通过金属紧固螺丝固定。

根据本发明所述的实验装置，该实验装置设置有输油管道和电动泵，所述电动泵设置在输油管道上，取油口为设置于金属下屏蔽壳上的一个管路的端口，取油口通过其所在的管路与金属下屏蔽壳连通，所述输油管道的一端与金属下屏蔽壳连通，所述输油管道的另一端设置于取油口所在的管路上，取油口所在的管路上设置有取油控制阀门，所述取油控制阀门为三通阀。

根据本发明所述的实验装置，所述密封腔体内设置有第一热电偶和第二热电偶，所述第一热电偶和第二热电偶与金属下屏蔽壳的侧壁固定安装，用于监测密封腔体内不同位置的温度。

根据本发明所述的实验装置，所述金属上盖板上设置有加热穿透件，所述的加热装置通过加热穿透件与金属上盖板固定安装。

本发明达到的有益效果：

(1)本发明实验装置的电热联合老化条件可控，可由高压电极控制施加电压，由加热棒和热电偶控制加热。

(2)本发明实验装置采用的密封腔体体积小，绝缘老化后变压器油中气体含量浓度较高，克服了实际电力变压器因油腔体积大、变压器油量多而将特性气体稀释的问题。

(3)通过取气口和取油口在不打开密封腔体的情况下，直接取出密封腔体内老化实验后的油样和气体，操作更加简便；

(4)本发明通过输油管道经由电动泵将变压器油注入密封腔体，无需人工注油，操作过程更加方便，效率更高，而且通过电动泵加强变压器油在密封腔体内的循环，加快老化过程，实验效率更高。

(5)本发明可实现变压器的多种状态检测和故障诊断即：通过取气口实现气体含量检测，接地线上安装的高频电流传感器可实现高频局部放电检测，安装在密封腔体内的超高频传感器可实现超高频局部放电检测，热电偶可实现变压器油温度测量，通过在高压电极和低压电极上连接电流表，实现等温松弛电流检测。通过多状态检测和故障诊断，使得对油纸绝缘老化的参数分析结果更加可靠。

附图说明

图1是本发明实验装置的结构原理图。

图中，

1-金属上盖板        13-加热穿透件

2-金属下屏蔽壳      14-热电偶

3-BNC接头           15-加热棒

4-均压环            16-取气口

5-高压法兰          17-取油控制阀门

6-高压电极          18-取油口

7-绝缘纸试样        19-接地线

8-低压电极          20-高频电流传感器

9-第一四氟乙烯螺杆  21-超高频传感器

10-低压电极固定盘   22-输油管道

11-金属紧固螺母     23-电动泵

12-铜导线           24-第二四氟乙烯螺杆

25-第一热电偶       26第二热电偶

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

实施例一：

如图1所示，本发明的实验装置包括密封腔体、测试装置、加热装置、局部放电检测装置、取油口和取气口。

所述密封腔体包括金属上盖板1和金属下屏蔽壳2，金属下屏蔽壳2为开口箱型结构，金属上盖板1安装在金属下屏蔽壳的开口处，金属上盖板1和金属下屏蔽壳2的接口处设有相互配合的定位槽，以防滑动。金属上盖板1上安装有用于引出低压电极8的BNC接头3、用于引出高压电极6的高压法兰5以及用于固定加热装置的加热穿透件13。

所述测试装置位于密封腔体内，与金属上盖板1固定。测试装置包括高压电极6、低压电极8和绝缘纸试样7，绝缘纸试样7设置于高压电极6和低压电极8之间，高压电极6的顶端穿过高压法兰5用于连接高压电源的高压输出端，在高压电极6的顶端设置均压环4，低压电极8通过铜导线12连接BNC接头3，并通过BNC接头3连接高压电源的低压输出端，通过控制施加给绝缘纸试样的电压，用以控制油纸绝缘实验的电老化条件。

低压电极8固定安装在低压电极固定盘10上，在低压电极固定盘10的中部设置有与低压电极8配合的安装螺孔，低压电极8通过所述的安装螺孔与低压电极固定盘10固定安装，铜导线12通过金属紧固螺丝11与低压电极8固定连接。低压电极固定盘10的两侧分别固定安装第一四氟乙烯螺杆9和第二四氟乙烯螺杆24，金属上盖板1上设置有与第一四氟乙烯螺杆9和第二四氟乙烯螺杆24配合的螺丝孔，第一四氟乙烯螺杆9和第二四氟乙烯螺杆24的一端固定安装在低压电极固定盘10上，另一端通过螺丝孔与金属上盖板1固定安装，通过低压电极固定盘10、第一四氟乙烯螺杆9和第二四氟乙烯螺杆24实现对低压电极的固定。

所述加热装置包括热电偶14和加热棒15，热电偶14和加热棒15通过加热穿透件13固定安装在金属上盖板1上，加热棒15用于对密封腔体内的变压器油进行加热，热电偶14用于检测密封腔体内的温度，当达到实验所需的温度时，控制加热棒15停止加热，根据实验需要调整加热温度，控制油纸绝缘热老化实验热老化条件。在金属下屏蔽壳2内部的侧壁上设置有第一热电偶25和第二热电偶26，通过第一热电偶25和第二热电偶26来检测密封腔体内其他位置的温度。

所述局部放电检测装置包括高频电流传感器20和超高频传感器21，所述超高频传感器21设置于密封腔体内，与金属下屏蔽壳2的侧壁固定安装，所述高频电流传感器20设置于密封腔体的外部，高频电流传感器20安装在接地线19上，接地线19一端与金属下屏蔽壳2连接，另一端接地，通过检测流过接地线的高频电流可实现高频局部放电检测，通过检测接收到的超高频电磁波可实现超高频局部放电检测。

取油口18和取气口16设置于金属下屏蔽壳2上，并与密封腔体接通，老化实验结束后，通过取气口16和取油口18在不打开密封腔体的情况下，直接取出密封腔体内老化实验后的油样和气体，进行理化参数分析，得出绝缘纸试样的老化规律。此外，可以对老化后的绝缘纸试样进行糠醛含量检测。

实施例二：

本实施例在实施例一的基础上设置有输油管道22和电动泵23，所述电动泵23设置在输油管道22上，取油口18为设置于金属下屏蔽壳2上的一个管路的端口，取油口18通过其所在的管路与金属下屏蔽壳2连通，所述输油管道22的一端与金属下屏蔽壳2连通，所述输油管道22的另一端设置于取油口所在的管路上，并与取油口18和金属下屏蔽壳2均连通，取油口18所在的管路上设置有取油控制阀门17，取油控制阀门17为三通阀，通过取油控制阀门17控制输油管道22的通路。

实验开始时，通过取油控制阀门17接通输油管道与取油口18之间的通路，开启电动泵23，通过取油口18抽取变压器油，并将变压器油通过输油管道22注入到密封腔体内。

实验过程中，通过取油控制阀门17接通输油管道22与密封腔体的通路，输油管道22的两端均与密封腔体接通，通过输油管道22和电动泵23抽取密封腔体内的变压器油，实现对密封腔体内的变压器油加强循环，加速老化过程。

在老化实验结束取油样时，通过取油控制阀门17接通取油口18与输油管道22的通路，开启电动泵23，通过电动泵23将老化后的变压器油样通过输油管道22从取油口18输出。

本发明可实现变压器的多种状态检测和故障诊断即：通过取气口实现气体含量检测，接地线上安装的高频电流传感器可实现高频局部放电检测，安装在密封腔体内的超高频传感器可实现超高频局部放电检测，热电偶可实现变压器油温度测量，通过在高压电极和低压电极上连接电流表你，实现等温松弛电流检测。通过多状态检测和故障诊断，使得对油纸绝缘老化的参数分析结果更加可靠。

Claims (9)

1.一种变压器油纸绝缘电热联合老化实验装置，包括密封腔体和位于所述密封腔体内的测试装置，所述的测试装置包括高压电极、低压电极和绝缘纸试样，所述的绝缘纸试样位于高压电极和低压电极之间，所述的高压电极和低压电极与设置于密封腔体外的高压电源连接，通过控制施加给绝缘纸试样的电压，用以控制油纸绝缘实验的电老化条件，其特征在于：

所述的密封腔体由金属上盖板和金属下屏蔽壳组成，所述金属下屏蔽壳为开口箱型结构，所述金属上盖板安装在金属下屏蔽壳的开口位置，所述测试装置与金属上盖板固定安装；

所述的实验装置还包括加热装置，所述的加热装置包括热电偶和加热棒，所述的热电偶和加热棒位于密封腔体内，并与金属上盖板固定安装，通过控制加热装置的加热温度，用以控制油纸绝缘实验的热老化条件；

所述的实验装置还包括局部放电检测装置，所述的局部放电检测装置包括高频电流传感器和超高频传感器，所述的超高频传感器位于密封腔体内，与金属下屏蔽壳的侧壁固定安装，通过超高频传感器用于检测超高频电磁波，实现超高频局部放电检测；所述的高频电流传感器设置于密封腔体的外部，通过接地线一端与金属下屏蔽壳连接，另一端接地，通过高频电流传感器用于检测流过地线的高频电流，实现高频局部放电检测；

所述的实验装置还包括取油口和取气口，所述的取油口和取气口设置于金属下屏蔽壳的侧壁上，并与密封腔体连通，通过取油口和取气口取出老化实验后的油样和气体，进行理化参数分析，得出绝缘纸试样的老化规律。

2.根据权利要求1所述的变压器油纸绝缘电热联合老化实验装置，其特征在于所述金属上盖板上安装有BNC接头和高压法兰，所述的低压电极通过铜导线连接BNC接头，BNC接头用于低压电极的引出端，所述高压电极的顶端伸出高压法兰，所述高压法兰用于高压电极的引出端。

3.根据权利要求2所述的变压器油纸绝缘电热联合老化实验装置，其特征在于所述的高压电极的顶端配有均压环。

4.根据权利要求2所述的变压器油纸绝缘电热联合老化实验装置，其特征在于所述低压电极的底部设置有低压电极固定盘，所述的低压电极固定安装在低压电极固定盘上，所述低压电极固定盘的一侧固定安装第一四氟乙烯螺杆，所述低压电极固定盘的另一侧固定安装第二四氟乙烯螺杆，所述第一四氟乙烯螺杆和第二四氟乙烯螺杆均与金属上盖板固定连接。

5.根据权利要求4所述的变压器油纸绝缘电热联合老化实验装置，其特征在于所述金属上盖板上设置有与第一四氟乙烯螺杆和第二四氟乙烯螺杆配合的螺丝孔，所述第一四氟乙烯螺杆和第二四氟乙烯螺杆通过所述的螺丝孔与金属上盖板固定安装。

6.根据权利要求4所述的变压器油纸绝缘电热联合老化实验装置，其特征在于所述的低压电极固定盘上设置有与低压电极配合的安装螺孔，所述的低压电极穿过所述的安装螺孔，并由金属紧固螺丝固定，所述铜导线的一端通过金属紧固螺丝固定。

7.根据权利要求1所述的变压器油纸绝缘电热联合老化实验装置，其特征在于该实验装置设置有输油管道和电动泵，所述电动泵设置在输油管道上，取油口为设置于金属下屏蔽壳上的一个管路的端口，取油口通过其所在的管路与金属下屏蔽壳连通，所述输油管道的一端与金属下屏蔽壳连通，所述输油管道的另一端设置于取油口所在的管路上，取油口所在的管路上设置有取油控制阀门，所述取油控制阀门为三通阀。

8.根据权利要求1所述的变压器油纸绝缘电热联合老化实验装置，其特征在于所述密封腔体内设置有第一热电偶和第二热电偶，所述第一热电偶和第二热电偶与金属下屏蔽壳的侧壁固定安装，用于监测密封腔体内不同位置的温度。

9.根据权利要求1所述的变压器油纸绝缘电热联合老化实验装置，其特征在于所述金属上盖板上设置有加热穿透件，所述的加热装置通过加热穿透件与金属上盖板固定安装。