CN104237288B - 基于环电流加热法的变压器绝缘热老化试验方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于环电流加热法的变压器绝缘热老化试验方法，包括以下步骤，首先使用绝缘纸包线绕制变压器线圈试样，在线圈试样上布置温度传感器和光纤测温装置；然后搭建环电流加热变压器绝缘热老化试验装置，将线圈试样放入装有变压器油的试验盒中，使线圈浸入变压器油中，将装有线圈试样的试验盒串联连接置于真空恒温箱中。对串联连接的线圈试样通电，通过调节电流大小来调整老化温度，进行老化试验；按周期性取出油纸绝缘线圈试样，测定油纸绝缘试样的油中糠醛含量、绝缘纸聚合度、变压器油酸度。本发明还公开用于环电流加热法的变压器绝缘热老化试验装置。本发明可以模拟变压器绕组温升过程，且能反映变压器绕组热点的温度变化情况。
Description
技术领域
本发明属于电力系统变压器绝缘老化技术领域，尤其是一种基于环电流加热法的变压器绝缘热老化试验方法及装置。
背景技术
目前，变压器在电力系统中是一个重要部件，变压器的安全运行关系到整个电网安全运行。变压器长期运行中，在电、热、化学多种外力作用下，容易产生老化。绝缘是变压器核心部分，其重要绝缘介质是采用油、纸绝缘以适应各种电压作用下需要的绝缘强度。变压器绝缘的寿命主要是由其热老化决定的，在热老化的过程中，不仅产生了水分，纸的纤维结构也会在热应力的作用下逐渐断裂变脆。为了研究变压器绝缘寿命，需要对变压器油纸绝缘进行热老化试验。长期以来，变压器绝缘热老化试验多采用热老化箱加热法，其老化试验的步骤为把干燥处理的绝缘纸浸入脱气脱水的绝缘油容器中制成油纸试样，把试样放入恒温箱中热老化，恒温箱内温度为老化温度。该方法存在以下缺点：
（1）热老化箱加热法不能模拟变压器绕组温升过程；
（2）热老化箱加热法不能反映变压器绕组热点。
发明内容
目的一：为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于环电流加热法的变压器绝缘热老化试验方法，该试验方法中的环电流加热法通过调节线圈内电流大小改变老化温度，模拟变压器绕组温升的情况，并且该方法可以实现NOMEX纸和电缆纸复合纸绝缘的寿命验证。
为了实现上述目的一，本发明采用的技术方案是：一种基于环电流加热法的变压器绝缘热老化试验方法，其特征在于：包括以下步骤，首先使用绝缘纸包线绕制变压器线圈试样，在线圈试样上布置温度传感器和光纤测温装置，然后搭建环电流加热变压器绝缘热老化试验装置，将线圈试样放入装有充满变压器油的试验盒中使线圈浸入变压器油中，将装有线圈试样的试验盒串联连接置于真空恒温箱中，并对串联连接的线圈试样通电，通过调节电流大小来调整老化温度，进行老化试验，并按周期性取出线圈试样进行测定油纸绝缘试样的油中糠醛含量、绝缘纸聚合度、变压器油酸度。
作为本发明的进一步设置，所述绝缘纸采用NOMEX纸与电缆纸复合绕制线圈，线圈试样的弯曲部分使用NOMEX纸包线，其他部分使用电缆纸包线。
本发明的效果：本发明的变压器绝缘热老化试验是通过恒温箱保证热老化期间线圈试样环境温度恒定，由于是将绝缘纸包线绕制的线圈浸入变压器油中，对线圈试样通电通过环电流加热方法使其温度升高，并将热量传递给变压器油，使变压器油的温度升高，环电流加热法能够模拟变压器运行时绕组从内部向外部传递热量的温升情况。在试验过程中可以通过线圈上布置的温度传感器和光纤测温装置测量热老化试验温度，反应线圈绕组热点处的温度变化情况；通过改变线圈中电流的大小，来调整变压器油纸绝缘的老化温度。常用变压器绝缘纸是由纤维素制成的，耐热性不高，变压器有时需要使用耐热等级要求高的绝缘纸。NOMEX绝缘纸是耐热纸的一种，它电气性能良好，在变压器油中介电常数较低，连续处于220℃下，性能稳定。为了提高变压器绝缘性能并节省变压器成本，变压器可使用NOMEX纸与电缆纸复合的固体绝缘材料。变压器线圈高温部分采用NOMEX纸，其他区域使用电缆纸。采用环电流加热法能够模拟变压器绕组实际温升情况，使变压器绝缘热老化试验与实际情况更相似。对固体绝缘分别采用电缆纸、NOMEX纸、电缆纸和NOMEX纸复合的油纸绝缘进行热老化试验，可得到不同油纸绝缘组合的热老化性能参数，为改进变压器绝缘结构、设计长寿命变压器提供依据；变压器绕组热点处采用NOMEX纸、其他部分采用电缆纸能提高变压器寿命并节省制造成本，具有很好的应用前景。
目的二：为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种基于环电流加热的变压器绝缘热老化试验装置，该变压器绝缘热老化装置不仅能够模拟变压器绕组的温升，而且可用于研究变压器绕组热点。
为了实现上述目的二，本发明采用的技术方案是：一种基于环电流加热的变压器绝缘热老化试验装置，其特征在于：包括真空恒温箱，真空恒温箱中串联有线圈组件，线圈组件包括试验盒，试验盒中具有变压器油以及由绝缘纸包线绕制而成的线圈，线圈浸入变压器油中，试验盒上设有与其内部的线圈两端电连接的试验盒导线，该试验盒导线伸出试验盒之外，真空恒温箱上开设有可供电源与串联连接后的线圈组件电连接的电源导线穿过的导线孔。
作为本发明的进一步设置，所述试验盒导线与试验盒导线之间通过导线连接器连接。
作为本发明的进一步设置，所述试验盒为耐高温玻璃材料制成的试验盒。
作为本发明的进一步设置，所述真空恒温箱上的导线孔中设有软塞，软塞上开设有与导线适配的通孔。
采用上述方案，本发明结构简单，线圈绕组串联连接，在电流加热下可以达到相同的老化温度，独立的试验盒设计，便于安装和取出，可以实现模拟变压器绕组温升情况。
下面结合附图对本发明作进一步描述。
附图说明
附图1为本发明具体实施例试验盒中变压器油和线圈结构示意图；
附图2为本发明具体实施例试验盒与试验盒通过导线连接器连接的结构示意图；
附图3为本发明具体实施例导线连接器结构示意图；
附图4为本发明具体实施例环电流加热变压器绝缘老化装置的结构示意图。
附图5为本发明具体实施例线圈上安装有温度传感器和光纤测温装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明的具体实施例如下所示是基于环电流加热法的变压器绝缘热老化试验方法，其包括以下步骤：首先使用绝缘纸包线绕制变压器线圈试样，为了比较不同油纸绝缘组合的绝缘性能与绝缘寿命，采用电缆纸包线、NOMEX纸包线、电缆纸包线与NOMEX纸包线复合绕制的三种线圈试样，每种线圈试样25份；电缆纸与NOMEX纸包线复合绕制线圈试样时线圈弯曲部分使用NOMEX纸包线、其他部分使用电缆纸包线，以模拟变压器绕组热点处（即为线圈弯曲处）采用NOMEX纸、其他部分采用电缆纸。然后搭建环电流加热变压器绝缘热老化试验装置，该试验装置包括真空恒温箱，真空恒温箱中放有首尾串联的试验盒，上述线圈试样分别安装在各个试验盒中，试验盒中具有变压器油，线圈试样浸在变压器油中，试验盒上设有与其内部的线圈试样电连接的导线，线圈试样通过导线串联连接，试验盒与试验盒之间通过导向连接器连接。线圈试样串联，在真空恒温条件下，给线圈试样通电流。通过线圈上布置的温度传感器和光纤测温装置测量线圈温度，改变电流大小调整老化温度，对油纸绝缘试样，进行50d的老化，按10d为一个周期，取出不同油纸绝缘组合试样各5份。测定油纸绝缘试样的油中糠醛含量、绝缘纸聚合度、变压器油酸度，分析试验结果，绘制变压器油纸绝缘老化性能参数曲线。
(1)试验试品预处理
试验采用国产25#矿物油、NOMEX纸、电缆纸。在试验之前，所有的油纸绝缘试样进行统一的预处理，以保证其相同的初始老化状态。
①将绝缘纸包线绕制的线圈试样置于恒温真空箱中，于 90℃下干燥 48 小时；
②将干燥过的线圈试样浸入试验盒内脱气除水的新变压器油中12小时。
得到三种变压器油纸绝缘试样，试样具体组成和份数参见表1。
表1热老化试验试样
| 变压器油 | 绕制线圈试样使用的绝缘纸包线 | 试品标号 | 份数 |
| 矿物油200ml | 电缆纸包线 | A | 25 |
| 矿物油200ml | NOMEX纸包线 | B | 25 |
| 矿物油200ml | 电缆纸包线和NOMEX纸包线 | C | 25 |
(2)热老化过程
给线圈试样通电流，通过线圈上布置的温度传感器和光纤测温装置测量线圈温度，调节电流大小使线圈老化温度为90℃，保证热老化试验期间老化温度稳定。以10d为一个取样周期，从恒温箱中取出A、B、C试样各5份，50d取出所有试试样。
通过改变电流大小使老化温度为110℃，113℃，重复上述老化试验。
(3)性能参数测定
①油中糠醛含量
随着变压器运行年数的增加，变压器油不断老化，老化产物不断增加，但是却不会生成糠醛，油中糠醛含量不应该发生变化，实际上糠醛含量却在不断升高。新生的糠醛来自于绝缘纸的老化，绝缘纸的化学成分为纤维素，其老化过程是一个脱水降解的过程，在最终水解为葡萄糖的漫长而复杂的化学反应中，会生成和葡萄糖分子结构相似的副产物糠醛，并且，老化程度愈深，糠醛含量愈高。因此，依据油中糠醛含量可以大致变压器绝缘的老化程度。
测定油中糠醛含量采用高效液相色谱法，参考IEC61198执行。
②绝缘纸聚合度（DP）
绝缘纸的老化首先引起机械性质的劣化，然后是绝缘强度的降低，聚合度是绝缘纸机械性能的直接体现，因此选择绝缘纸聚合度作为绝缘老化程度判定依据。
测定绝缘纸聚合度参考国标GB1548执行。普遍认为当DP下降到 500 时，变压器的整体绝缘寿命已进入中期；而当DP下降到 250时，变压器的整体绝缘寿命已到晚期。
③变压器油酸度
变压器油的酸度是指中和1g试油中的酸性组分所消耗的氢氧化钾的含量。由于油中的酸不是单纯一种，且分子量不同，因而无法将氢氧化钾的毫克数换算为酸的毫克数，只能以mgKOH/g表示。显然，氢氧化钾耗量越大，含酸就越多。
变压器油中所含酸性物质为无机酸和全部有机酸的总和。新变压器油的酸度一般都很小，随着保管和运行时间的增长，变压器油的酸度会越来越高，这就是通常所说的酸败，其实质是某些原子团被氧化所氧化而成为酸性基团，因而用酸度判断油的老化程度是非常灵敏的。
测定变压器油酸度的方法，参考国标GB7599。
(4)试验结果分析
对90℃、110℃、130℃三种老化温度下老化时间为10d、20d、30d、40d、50d的A、B、C试样的绝缘纸聚合度、油中糠醛含量、油酸度进行测定，将参数：稳定、试品标号、老化时间、糠醛含量以及油酸度均记录在表格中，按照该数据进行绘制性能参数值与老化时间关系曲线。
基于环电流加热的变压器绝缘热老化试验装置如图1-5所示，包括真空恒温箱1，真空恒温箱1中串联有线圈组件2，本实施例中设置了六组线圈组件2，分两排相互对应，首尾相接串联而成，这样串联后的首尾导线均可穿过真空恒温箱1一侧的电源导线孔与电源连接，该线圈组件2包括试验盒21，试验盒21中具有变压器油22以及由绝缘纸包线绕制而成的线圈23，线圈23上布置有温度传感器231和光纤测温装置231测量线圈温度，线圈23浸入变压器油22中，试验盒21上设有与其内部的线圈23两端电连接的试验盒导线211，该试验盒导线211伸出试验盒21之外，真空恒温箱1上开设有可供电源与串联连接后的线圈组件2电连接的电源导线穿过的导线孔。将变压器油22和由绝缘纸包线绕制而成的线圈23，置于真空恒温环境中，可以排除了水分、氧气对变压器绝缘热老化的影响；线圈组件2通过试验盒21独立成组设置，形成多个线圈绕组，可以用于模拟变压器绕组的温升实验，此外，试验盒21与试验盒21分离设置，在热老化试验过程中可以方便取出试验盒21，该试验盒21中的线圈23相互串联连接，经真空恒温箱1的电源导线通电流加热，可以保证所有绝缘试样达到相同的老化稳定。
上述试验盒导线211与试验盒导线211之间通过导线连接器3连接，方便安装和拆卸，在周期性取出试验盒21样品时，只需将导线连接器3上的压杆31向上移动，拔出导线孔32内的试验盒导线211，把待老化的新试验盒21样品的试验盒导线211插入相应导线孔32，按下压杆31锁紧即完成取出和替换新试验盒21的操作，方便快捷。
上述试验盒21为耐高温玻璃材料制成的试验盒21。该试验盒21采用耐高温玻璃制成，可以避免试验盒21高温分解物影响试验结果。
上述真空恒温箱1上的导线孔中设有软塞11，软塞11上开设有与导线适配的通孔。真空恒温箱1的电源导线孔直径为25mm，在该电源导线孔中设置软塞11，可以方便粗细不同的电源导线连接电源和真空恒温箱1中的线圈绕组。
本发明结构简单，线圈绕组串联连接，在电流加热下可以达到相同的老化温度，独立的试验盒21设计，便于安装和取出，可以实现模拟变压器绕组温升情况。
Claims (2)
1.一种基于环电流加热法的变压器绝缘热老化试验方法，其特征在于：包括以下步骤，首先使用绝缘纸包线绕制变压器线圈试样，在线圈试样上布置温度传感器和光纤测温装置，然后搭建环电流加热变压器绝缘热老化试验装置，将线圈试样放入装有充满变压器油的试验盒中使线圈浸入变压器油中，将装有线圈试样的试验盒串联连接置于真空恒温箱中，并对串联连接的线圈试样通电，通过调节电流大小来调整老化温度，进行老化试验，并按周期性取出线圈试样进行测定油纸绝缘试样的油中糠醛含量、绝缘纸聚合度、变压器油酸度。
2.根据权利要求1所述的基于环电流加热法的变压器绝缘热老化试验方法，其特征在于：所述绝缘纸采用NOMEX纸与电缆纸复合绕制线圈，线圈试样的弯曲部分使用NOMEX纸包线，其他部分使用电缆纸包线。
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