CN104459411B - 一种双腔式变压器热老化实时模拟测量装置及其应用 - Google Patents

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本发明涉及一种双腔式变压器热老化实时模拟测量装置及其应用，其中，测量装置与变压器连接，包括壳体，变压器包括变压器油箱，壳体与变压器油箱顶部连接，内部填充绝缘油，中间设有用于将壳体分为两个腔室的挡板，一个腔室内设有热点温升模拟单元和第一绝缘纸老化模拟单元，另一个腔室中设有平均温升模拟单元和第二绝缘纸老化模拟单元，热点温升模拟单元和平均温升模拟单元的输入端均与变压器连接，输出端分别与第一绝缘纸老化模拟单元和第二绝缘纸老化模拟单元热连接。与现有技术相比，本发明具有测量精准且无需破坏变压器机构等优点。

Description

一种双腔式变压器热老化实时模拟测量装置及其应用
技术领域
本发明涉及一种变压器热老化测量技术，尤其是涉及一种双腔式变压器热老化实时模拟测量装置及其应用。
背景技术
油浸式电力变压器绝缘采用油纸(板)绝缘结构形式，其中固体绝缘大部分由纤维素构成，其老化受到温度的显著影响，简称热老化。目前来说，热老化检测方法可分为：
(1)老化产物检测法
变压器绝缘老化会生成CO和CO2；糠醛；丙酮等分解物，运行中可通过检测这些成分的含量及其变化来估算老化程度，尽管此类方法简便易行，但由于无法区分正常老化与异常缺陷，无法控制油样处理对结果的影响，因此将带有很大的不确定性，在老化分析中的偏差较大，只能将其作为参考，若作为判据则是不灵敏、不确切和不可靠的。且该类方法只能反映设备平均老化程度，不能体现设备的短板，给运行带来了隐患。因此，目前该类方法只作为参考。
(2)电气试验法
基于介质响应的回复电压法(RVM)、极化/去极化电流(PDC)以及频域介电谱(FDS)三种方法在上世纪70年代就有所研究，早期首先作为电介质物理现象和特性在实验室内开展研究，后被证实介质响应图谱与油纸绝缘的水分含量和老化状态存在着较强的相关性关系。该方法存在的主要缺陷在于：1)无法区分绝缘纸内水分含量的来源，因此受潮、渗漏等缺陷将显著改变估算的结果；2)目前数据基础较少，无法针对不同结构、不同绝缘纸选用、不同运行条件的变压器设备个体进行较为准确的估算；3)该类方法只能反映设备平均老化程度，不能体现设备的短板，给运行带来了隐患；4)测试时需要停电，影响了电网运行的可靠性。综上，该方法仍处于研发、试用阶段。
(3)热老化实时计算方法
热老化实时计算关注的是热点温升，更能体现变压器设备的局部特征，但由于1)温度与材料老化的量化关系，尚未确定，无法由温度结果较为准确的直接得到老化程度；2)温升计算需要长期、大量的环境、负荷、冷却系统运行信息等外部参数及变压器不同条件下的温度参数，收集困难极大，因此该方法也只能作为运行的参考依据。
(4)取样材料测试法
取样材料测试是目前最为准确的老化评估方法，它通过采集变压器内部纸样后进行聚合度测试，得到老化的直接结果，但此方法的最大不足在于：除非变压器完全解体，它无法取得变压器内部热点的纸样，即无法估算老化的短板；而一旦解体，老化评估的意义将荡然无存。
例如中国专利CN 101408578B公开了一种变压器油纸绝缘多因于加速老化试验装置及试验方法，试验装置包括电热老化箱，电热老化箱内设置有变压器油纸绝缘模拟装置、振动装置和用于控制电热老化箱内温度的温度控制装置，所述振动装置能带动变压器油纸绝缘模拟装置振动，变压器油纸绝缘模拟装置与高压电源电连接，然而该试验装置并没有对变压器自带的例如变压器CT以及变压器邮箱内的油温传感器加以利用，因此其一是没有考虑到变压器内的热点温升，并且加速老化过程的模拟不能实时模拟变压器老化情况，因此其老化试验不够精确；二是试验装置及的老化试验没有考虑到变压器年限，试验装置及不能伴随变压器整个生命周期的试验；三是不能同时实现对变压器的热点的热老化状态和平均热老化状态进行模拟试验，测量面不完善。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种双腔式变压器热老化实时模拟测量装置及其应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种双腔式变压器热老化实时模拟测量装置，该测量装置与变压器连接，包括壳体，所述变压器包括变压器油箱，所述壳体与变压器油箱顶部连接，内部填充绝缘油，中间设有用于将壳体分为两个腔室的挡板，其中一个腔室内设有热点温升模拟单元和第一绝缘纸老化模拟单元，另一个腔室中设有平均温升模拟单元和第二绝缘纸老化模拟单元，所述热点温升模拟单元和平均温升模拟单元的输入端均与变压器连接，输出端分别与第一绝缘纸老化模拟单元和第二绝缘纸老化模拟单元热连接；
工作时，壳体温度与变压器油箱油顶层温度一致，所述热点温升模拟单元和平均温升模拟单元分别实时模拟变压器内热点温升和平均温升，进而实现第一绝缘纸老化模拟单元和第二绝缘纸老化模拟单元分别实时模拟变压器热点热老化状态和平均热老化状态。
所述热点温升模拟单元为热点温升模拟电阻，所述平均温升模拟单元为平均温升模拟电阻，所述热点温升模拟电阻和平均温升模拟电阻均与变压器CT的二次端连接。
所述第一绝缘纸老化模拟单元包括分别对应变压器不同采样年限的多段平行设置的第一绝缘纸试样，所述第二绝缘纸老化模拟单元包括分别对应变压器不同采样年限的多段平行设置的第二绝缘纸试样，所述第一绝缘纸试样均与热点温升模拟电阻热连接，所述第二绝缘纸试样均与平均温升模拟电阻热连接。
所述第一绝缘纸试样的段数为8-10，所述第二绝缘纸试样的段数为8-10。
所述热点温升模拟电阻和平均温升模拟电阻均为可调电阻。
所述测量装置还包括油温控制单元，所述油温控制单元包括加热器、控制器和用于采集壳体温度的壳温传感器，所述控制器的输入端分别与壳温传感器的输出端和变压器油温传感器连接，输出端与加热器连接，所述加热器的输出端和壳温传感器的输入端均与壳体连接。
所述壳体与变压器油箱顶部热连接。
一种双腔式变压器热老化实时模拟测量装置的应用方法，包括步骤：
A.将所述测量装置与待测量变压器连接；
B.变压器运行过程中，所述测量装置实时模拟变压器运行状态，进而实现第一绝缘纸老化模拟单元和第二绝缘纸老化模拟单元分别实时模拟变压器的热点热老化状态和平均热老化状态；
C.通过分别对第一绝缘纸老化模拟单元和第二绝缘纸老化模拟单元进行聚合度测试，进而分别实现对变压器热点热老化状态和平均热老化状态的测量。
所述步骤B中模拟变压器运行状态过程具体为：模拟壳体的温度与变压器邮箱油顶层温度一致，同时热点温升模拟单元和平均温升模拟单元分别模拟变压器内热点温升和平均温升。
所述步骤C的聚合度测试过程具体为：当变压器到达采样年限时，分别选择第一绝缘纸老化模拟单元中和第二绝缘纸老化模拟单元中对应该年限的一段绝缘纸试样进行聚合度测试。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明通过在测量装置中实时模拟变压器运行时的热状态，可直接得到与变压器热点老化一致的绝缘纸试样，结果最为直接、准确，同时又不用破坏变压器的结构。
2)由于壳体由挡板分为了两个腔室，两个腔室中分别设有热点温升模拟电阻和平均温升模拟电阻，并且配置有分别与两个温升模拟电阻热连接的两个绝缘纸老化模拟单元，进而实现对变压的热点老化状态和平均老化状态的模拟过程，其模拟数据更齐全，模拟效果更佳，从而为变压器的维护带来更好的指导意见。
3)热点温升模拟电阻和平均温升模拟电阻均为可调电阻，可以随变压器状态而调节阻值，从而更加真实地模拟变压器工作时的热状态状态。
4)本发明避免了变压器外接诸多装置及大量数据信息的收集，实现简单，投资节省。
5)温升模拟电阻直接与变压器CT的二次端连接，不需要额外的外界设备采集变压器运行时的实时负荷信息，结构简单，成本低。
6)控制器与变压器自带油温传感器连接，充分利用了变压器原有组件。
7)本发明在测量时，不需要设备停电配合，对运行可靠性无影响。
附图说明
图1为本发明实施例一的结构示意图；
图2为本发明实施例二中油温控制单元结构示意图；
图3为本发明实施例四的结构示意图；
其中：1、壳体，2、变压器，3、第一绝缘纸试样，4、油温控制单元，5、第二绝缘纸试样，11、挡板，21、变压器CT，22、变压器油箱，41、控制器，42、加热器，43、壳温传感器，221、油温传感器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例一：
一种双腔式变压器热老化实时模拟测量装置，如图1所示，该测量装置与变压器2连接，包括壳体1，变压器2包括变压器油箱22，壳体1与变压器油箱22顶部连接，内部填充绝缘油，中间设有用于将壳体1分为两个腔室的挡板11，其中一个腔室内设有热点温升模拟单元和第一绝缘纸老化模拟单元，另一个腔室中设有平均温升模拟单元和第二绝缘纸老化模拟单元，热点温升模拟单元和平均温升模拟单元的输入端均与变压器2连接，输出端分别与第一绝缘纸老化模拟单元和第二绝缘纸老化模拟单元热连接，其中，热连接表示连接双方存在热交换；
工作时，壳体1温度与变压器油箱22油顶层温度一致，热点温升模拟单元和平均温升模拟单元分别实时模拟变压器内热点温升和平均温升，进而实现第一绝缘纸老化模拟单元和第二绝缘纸老化模拟单元分别实时模拟变压器热点热老化状态和平均热老化状态。
热点温升模拟单元为热点温升模拟电阻Rx，平均温升模拟单元为平均温升模拟电阻Rd，热点温升模拟电阻Rx和平均温升模拟电阻Rd并联连接于变压器CT 21的二次端。
第一绝缘纸老化模拟单元包括分别对应变压器不同采样年限的多段平行设置的第一绝缘纸试样3，第二绝缘纸老化模拟单元包括分别对应变压器不同采样年限的多段平行设置的第二绝缘纸试样5，第一绝缘纸试样均与热点温升模拟电阻Rx热连接，第二绝缘纸试样均与平均温升模拟电阻Rd热连接。
第一绝缘纸试样3的段数为8-10，第二绝缘纸试样5的段数为8-10。
热点温升模拟电阻Rx和平均温升模拟电阻Rd均为可调电阻，可以通过调节阻值满足不同含水量变化以及不同含氧量变化对老化影响的体现。
壳体1与变压器油箱22顶部热连接，该测量装置可置于变压器油箱22顶部，壳体1温度即为变压器油顶层温度。
上述变压器热老化实时的模拟测量装置的应用方法，包括步骤：
A.将测量装置与待测量变压器连接，具体为：通过与变压器CT 21的二次端子获得实时负荷信息，由热点温升模拟电阻Rx和平均温升模拟电阻Rd分别转化为电流I1和I2，根据年度绝缘油微水和含氧量检测结果分别调节Rx和Rd的阻值，I1和I2分别流过Rx和Rd时产生温升，此温升分别与变压器热点温升和平均温升一致，Rx的阻值具体为：
Rx＝H×g×c×m
其中：H为温升模拟电阻Rx热电系数，g为铜油温差，c为温升模拟电阻Rx的比热容，m为温升模拟电阻Rx的质量；
Rd的阻值具体为：
Rd＝g×c×m
此外根据需要还要根据年度绝缘油微水和含氧量检测结果调节Rx的阻值，例如，当含氧量提高一倍时，老化速率会明显增加，但对于封闭式变压器，其工作环境较稳定，绝缘油微水和含氧量较稳定，一般不会发生超标情况。
B.变压器运行过程中，测量装置实时模拟变压器运行状态，进而实现第一绝缘纸老化模拟单元和第二绝缘纸老化模拟单元分别实时模拟变压器的热点热老化状态和平均热老化状态；
步骤B中模拟变压器运行状态过程具体为：模拟壳体1的温度与变压器邮箱22油顶层温度一致，同时热点温升模拟单元和平均温升模拟单元分别模拟变压器内热点温升和平均温升，因为第一绝缘纸老化模拟单元和第二绝缘纸老化模拟单元分别受到热点温升模拟电阻Rx和平均温升模拟电阻Rd的实时加热，因而其中的第一绝缘纸试样3和第二绝缘纸试样5的热老化状态分别与变压器内部试样的老化特征一致。
C.通过分别对第一绝缘纸老化模拟单元和第二绝缘纸老化模拟单元进行聚合度测试，进而分别实现对变压器热点热老化状态和平均热老化状态的测量。
步骤C的聚合度测试过程具体为：当变压器到达采样年限时，分别选择第一绝缘纸老化模拟单元中和第二绝缘纸老化模拟单元中对应该年限的一段绝缘纸试样进行聚合度测试。
实施例二：
本实施例中与实施例一中的相同之处不再叙述，仅叙述不同之处。
如图2所示，本实施例与实施例一的显著不同在于，本实施例中测量装置还包括油温控制单元4，油温控制单元包括加热器42、控制器41和用于采集壳体1温度的壳温传感器43，控制器41的输入端分别与壳温传感器43的输出端和变压器已有的油温传感器连接，输出端与加热器42连接，加热器42的输出端和壳温传感器43的输入端均与壳体1连接。
控制器41实时采集测量装置壳体1的温度和变压器的油温，进而控制加热器加热壳体1，使壳体1温度与变压器油顶层温度一致。
实施例三：
本实施例中与实施例一中的相同之处不再叙述，仅叙述不同之处。
本实施例与实施例一的显著不同在于，本实施例中，第一绝缘纸老化模拟单元的第一绝缘纸试样3均横向缠绕在热点温升模拟电阻Rx上，第二绝缘纸老化模拟单元的第二绝缘纸试样5均横向缠绕在平均温升模拟电阻Rd上，这样设置可以使绝缘纸试样的受热更加充分，模拟效果更真实。
实施例四：
本实施例中与实施例一中的相同之处不再叙述，仅叙述不同之处。
如图3所示，本实施例与实施例一的显著不同在于，本实施例中，第一绝缘纸老化模拟单元的第一绝缘纸试样3与热点温升模拟电阻Rx未直接连接，第二绝缘纸老化模拟单元的第二绝缘纸试样5与平均温升模拟电阻Rd未直接连接，而是通过测量装置内绝缘油实现热连接，热点温升模拟电阻Rx产生的热量通过绝缘油传递到第一绝缘纸试样3，平均温升模拟电阻Rd产生的热量通过绝缘油传递到第二绝缘纸试样5，从而实现第一绝缘纸老化模拟单元和第二绝缘纸老化模拟单元分别对变压器的热点热老化状态和平均进行实时模拟。

Claims (7)

1.一种双腔式变压器热老化实时模拟测量装置，该测量装置与变压器连接，包括壳体，所述变压器包括变压器油箱，其特征在于，所述壳体与变压器油箱连接，内部填充绝缘油，中间设有用于将壳体分为两个腔室的挡板，其中一个腔室内设有热点温升模拟单元和第一绝缘纸老化模拟单元，另一个腔室中设有平均温升模拟单元和第二绝缘纸老化模拟单元，所述热点温升模拟单元和平均温升模拟单元的输入端均与变压器连接，输出端分别与第一绝缘纸老化模拟单元和第二绝缘纸老化模拟单元热连接，
工作时，壳体温度与变压器油箱油温一致，所述热点温升模拟单元和平均温升模拟单元分别实时模拟变压器内热点温升和平均温升，进而实现第一绝缘纸老化模拟单元和第二绝缘纸老化模拟单元分别实时模拟变压器热点热老化状态和平均热老化状态；
所述热点温升模拟单元为热点温升模拟电阻，所述平均温升模拟单元为平均温升模拟电阻，所述热点温升模拟电阻和平均温升模拟电阻均与变压器CT的二次端连接；
所述第一绝缘纸老化模拟单元包括分别对应变压器不同采样年限的多段平行设置的第一绝缘纸试样，所述第二绝缘纸老化模拟单元包括分别对应变压器不同采样年限的多段平行设置的第二绝缘纸试样，所述第一绝缘纸试样均与热点温升模拟电阻热连接，所述第二绝缘纸试样均与平均温升模拟电阻热连接；
所述第一绝缘纸试样的段数为8-10，所述第二绝缘纸试样的段数为8-10。
2.根据权利要求1所述的一种双腔式变压器热老化实时模拟测量装置，其特征在于，所述热点温升模拟电阻和平均温升模拟电阻均为可调电阻。
3.根据权利要求1所述的一种双腔式变压器热老化实时模拟测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括油温控制单元，所述油温控制单元包括加热器、控制器和用于采集壳体温度的壳温传感器，所述控制器的输入端分别与壳温传感器的输出端和变压器油温传感器连接，输出端与加热器连接，所述加热器的输出端和壳温传感器的输入端均与壳体连接。
4.根据权利要求1所述的一种双腔式变压器热老化实时模拟测量装置，其特征在于，所述壳体与变压器油箱顶部热连接。
5.一种如权利要求1所述的变压器热老化实时模拟测量装置的应用方法，其特征在于，包括步骤：
A.将所述测量装置与待测量变压器连接；
B.变压器运行过程中，所述测量装置实时模拟变压器运行状态，进而实现第一绝缘纸老化模拟单元和第二绝缘纸老化模拟单元分别实时模拟变压器的热点热老化状态和平均热老化状态；
C.通过分别对第一绝缘纸老化模拟单元和第二绝缘纸老化模拟单元进行聚合度测试，进而分别实现对变压器热点热老化状态和平均热老化状态的测量。
6.根据权利要求5所述的一种双腔式变压器热老化实时模拟测量装置的应用方法，其特征在于，所述步骤B中模拟变压器运行状态过程具体为：模拟壳体的温度与变压器邮箱油顶层温度一致，同时热点温升模拟单元和平均温升模拟单元分别模拟变压器内热点温升和平均温升。
7.根据权利要求6所述的一种双腔式变压器热老化实时模拟测量装置的应用方法，其特征在于，所述步骤C的聚合度测试过程具体为：当变压器到达采样年限时，分别选择第一绝缘纸老化模拟单元中和第二绝缘纸老化模拟单元中对应该年限的一段绝缘纸试样进行聚合度测试。
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