CN104635117A - 一种在高压直流电场下评定变压器油击穿电压的试验方法 - Google Patents

Abstract

一种在高压直流电场下评定变压器油击穿电压的试验方法，属于电网输变电技术领域。在高压直流电场下，采用针对球型电极杯或针对平板型电极杯，在针型电极端接入高压，球型电极或平板型端接入地线，分别采用正负极性直流电压，按照固定的速率升压，当变压器油发生击穿时，停止升压并记录此时电压值，多次重复测试，多次测试结果的平均值作为变压器油的击穿电压。本发明试验过程中采用针对球型电极杯或针对平板型电极杯，能够形成不均匀电场的电极类型，这类电极结构在直流电场下能够反应出电场的极性效应特点，也能检测出换流变压器油组成成分与其极性效应相关性。

Description

一种在高压直流电场下评定变压器油击穿电压的试验方法

技术领域

本发明涉及一种在高压直流电场下评定变压器油击穿电压的试验方法，属于电网输变电技术领域。

背景技术

近年来，我国电力工业已经进入大电网、特高压电网的发展时期，相继建成了±500kV高压直流及±660kV和±800kV特高压直流输电工程。换流变压器是直流输电工程中极其重要的输变电设备，其行业发展与特高压直流电网工业的整体发展密切相关。国内换流变压器随着高压直流输电工程电压等级的提升，其电压和容量都有了大幅度提高。换流变压器内部绝缘问题变得越来越突出，换流变压器内绝缘大多采用油纸复合绝缘结构。运行的换流变压器中变压器油除承受交流电压、雷电冲击和操作过电压外，还要承受直流及直流极性反转电压的作用，因此作为换流变压器中主要绝缘材料的变压器油除应具备较好的交流电场绝缘性能，还是需要具备较好的直流电场下的绝缘性能。

目前，国内外用于换流变压器绝缘用油的击穿电压评定方法仍然停留在交流电力设备用油击穿电压的测试方法上，现行的变压器油击穿电压评定方法主要有GB/T507、DL/T421.9、IEC156、ASTM D877、ASTMD1816等方法。现行的变压器油击穿电压评定方法，都是采用相类似的原理，即在规定的交流电场下，采用球对称电极或平板对称电极，以一定的升压速率升压，当油品发生击穿时，停止升压并记录此时电压值，作为油品的击穿电压。以上方法在用于换流变压器用变压器油绝缘性能评价时，最大的缺陷是试验电场是交流，不是直流电场，与换流变压器的运行工况相差较大，没有考虑电场类型对击穿电压的影响，其评定的结果很难反应出换流变压器用油在直流电压下的绝缘特性。另外，试验过程中采用电极都是对称类型，且主要形成均匀或类均匀电场，这类电极类型在直流电场下不能反应出电场的极性效应特点。因此，也不能检测出变压器油组成成分与其极性效应水平。

针对现行的换流变压器用油击穿电压评定方法的不足。急需开发一套适合目前换流变压器用油的发展状况，在直流电场下评定变压器油击穿电压的试验方法，为评估换流变压器用油的绝缘性能提供技术支持。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种在高压直流电场下评定变压器油击穿电压的试验方法。

一种在直流电场下评定变压器油击穿电压的试验方法，试验过程中采用能够形成不均匀电场的电极类型，这类电极结构在直流电场下能够反应出电场的极性效应特点，也能检测出变压器油组成成分与其极性效应相关性。

一种在直流电场下评定变压器油击穿电压的试验方法，在高压直流电场下，采用针对球型电极杯或针对平板型电极杯，在针型电极端接入高压，球型电极或平板型端接入地线，分别采用正负极性直流电压，按照固定的速率升压，当变压器油发生击穿时，停止升压并记录此时电压值，多次重复测试，多次测试结果的平均值作为变压器油的击穿电压。

包括如下步骤：

步骤一、量取适量的变压器油样品，采用孔径为2～5μm纤维膜，进行过滤处理，处理后的变压器油在真空度为0.1333～1.333KPa下进行脱水处理，处理后变压器油样品的水分含量小于10mg/kg，5μm的颗粒污染度小于1000个/100mL；

步骤二、将电极杯的高压连接端，标尺，转盘，刻度盘，支撑滑杆，支撑板，内筒外盖，内筒内盖，滑道，加长外筒，螺柱，针型电极头，内筒，球型电极头，外筒，低压电极柱，低压电极柱固定旋片和底座，用60～90℃石油醚进行清洗，晾干备用；

步骤C、将电极杯的各个部件进行组装，利用注射器将处理后的变压器油样品注入内筒，注入样品量要保证针型电极头和球型电极头全部浸没在样品中，依据试验方案调节针型电极头和球型电极头之间的间隙；

步骤D、对控制系统、直流电源本体，电极杯进行组装连接，电极杯的高压连接端与直流电源本体的输出端相连，电极杯的低压电极柱与地线相连；

步骤F、在控制系统中设置电压极性，停升电压值，升压速率，试验次数，每次试验间隔时间；

步骤G、试验结束后，关机，给直流电源本体放电，拆下电极杯，进行清洗换油，准备进行下次试验，n次击穿电压平均值用按照如下公式计算（单位：kV）；

$\stackrel{\‾}{X}=n^{-1}\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Xi}$

其中：

个测量值的平均值,

X_i=第i测试样品的击穿电压值,

n=5或10。

一种在直流电场下评定变压器油击穿电压的试验方法所用的试验装置，主要包括控制系统、直流电源本体，电极杯；控制系统由综合控制台和直流电源控制箱组成，综合控制台通过无线系统与直流电源控制箱系统进行通讯；综合控制台具有设定直流高压的极性、升压速率、试验次数、直流高压停止值、间隔时间以及击穿电压的采集和记录的功能；直流电源本体由极性自动反转高压直流发生器，保护电阻和自动接地绝缘支撑及若干个均压环组成。

电极杯由高压连接端，标尺，转盘，刻度盘，支撑滑杆，支撑板，内筒外盖，内筒内盖，滑道，加长外筒，螺柱，针型电极头，内筒，球型电极头，外筒，低压电极柱，低压电极柱固定旋片和底座构成；将针型电极头装在螺柱的一端，螺柱的另一端旋上标尺，螺柱旋入滑道内，滑道通过刻度盘固定在支撑板上；转盘旋入标尺装在刻度盘上，刻度盘穿入标尺固定在支撑板上；低压电极杆旋入球型电极头，并套上O型圈，从底座的下部向上插入，低压电极柱固定旋片旋入底座内部，紧紧压住低压电极杆，使低压电极杆上O型圈紧紧压在底座上；在底座上部丝扣底部套上O型圈，内筒旋入底座的上部，在内筒上依次旋入内筒内盖和内筒外盖，在内筒外盖上旋入支撑滑杆，组装好的支撑板穿入支撑滑杆，同时，保证滑道依次垂直插入内筒外盖和内筒内盖；在底座上旋上外筒，在外筒上部旋上加长外筒。

本发明在高压直流电场下考察变压器油的击穿电压采用上述技术方案，使其为评估特高压换流变压器用油的绝缘性能提供有利的技术支持。特别是本发明涉及的高电压类型接近于实际换流变压器的电压类型，试验过程中采用针对球型电极杯或针对平板型电极杯，能够形成不均匀电场的电极类型，这类电极结构在直流电场下能够反应出电场的极性效应特点，也能检测出换流变压器油组成成分与其极性效应相关性。其检测结果对于优化变压器油质量和指导特高压换流变压器的绝缘设计和绝缘用油的选择，都具有重要的工程指导意义。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：

图1本发明的系统结构示意图;

图2本发明的系统原理流程图;

图3本发明的结构图;

表1为实例1中采用本发明方法对两种不同组成的变压器油样品的直流击穿电压值的测试结果；

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

实施例1：如图1、图2、图3所示，一种在高压直流电场下评定变压器油击穿电压的试验方法，特别涉及换流变压器中绝缘材料的变压器油，是一种在高压直流电场下评定变压器油击穿电压的试验方法。主要适用于换流变压器的变压器油在直流电场下绝缘性能的评定。

以利用一种在直流电场下评定变压器油击穿电压的试验方法，测量两种不同组成变压器油的直流击穿电压值为例，对本发明作进一步详细说明。

参阅图1，在直流电场下评定变压器油击穿电压的试验装置，主要包括控制系统100、250kV直流电源本体200，电极杯300。控制系统100与250kV直流电源本体200之间采用普通导线连接，250kV直流电源本体200与电极杯300采用高压屏蔽导线连接。

参阅图2，控制系统由综合控制台和直流电源控制箱组成，综合控制台通过无线系统与直流电源控制箱系统进行通讯。综合控制台具有设定直流高压的极性、升压速率、试验次数、直流高压停止值、击穿电压的采集和记录的功能。

参阅图3，电极杯300由高压连接端1，标尺2，转盘3，刻度盘4，支撑滑杆5，支撑板6，内筒外盖7，内筒内盖8，滑道9，加长外筒10，螺柱11，针型电极头12，内筒13，球型电极头14，外筒15，低压电极柱16，低压电极柱固定旋片17和底座18构成。将针型电极头12装在螺柱11的一端，螺柱11的另一端旋上标尺2，螺柱11旋入滑道9内，滑道9通过刻度盘4固定在支撑板6上。转盘3旋入标尺2装在刻度盘4上，刻度盘4穿入标尺2固定在支撑板6上。低压电极杆16旋入球型电极头14，并套上O型圈，从底座18的下部向上插入，低压电极柱固定旋片17旋入底座18内部，紧紧压住低压电极杆16，使低压电极杆16上O型圈紧紧压在底座18上；在底座18上部丝扣底部套上O型圈，内筒13旋入底座18的上部，在内筒13上依次旋入内筒内盖8和内筒外盖7，在内筒外盖7上旋入支撑滑杆5，组装好的支撑板6穿入支撑滑杆5，同时，保证滑道9依次垂直插入内筒外盖7和内筒内盖8；在底座18上旋上外筒15，在外筒15上部旋上加长外筒10。

步骤一、各量取大约2kg变压器油1#和变压器油2#样品，采用孔径为2～5μm纤维膜，进行过滤处理，处理后的样品在真空度为0.1333～1.333KPa下进行脱水处理，处理后变压器油样品的水分含量小于10mg/kg，5μm的颗粒污染度小于1000个/100mL；

步骤二、将电极杯300的高压连接端1，标尺2，转盘3，刻度盘4，支撑滑杆5，支撑板6，内筒外盖7，内筒内盖8，滑道9，加长外筒10，螺柱11，针型电极头12，内筒13，球型电极头14，外筒15，低压电极柱16，低压电极柱固定旋片17，底座18，用60～90℃石油醚进行清洗，晾干备用；

步骤C、将电极杯300的各个部件进行组装，利用注射器分别将处理后的变压器油样品1#和变压器油样品2#注入内筒13，注入样品量要保证针型电极头12和球型电极头14全部浸没在样品中，依据试验方案调节针型电极头12和球型电极头14之间的间隙分别为5mm，10mm和15mm。

步骤D、对控制系统100、直流电源本体200，电极杯300，进行组装连接，电极杯300的高压连接端1与直流电源本体200的输出端相连，电极杯300的低压电极柱16与地线相连。

步骤F、在控制系统100中设置电压输出极性为正极性或负极性，停升电压值为250kV，升压速率为3kV/S，试验次数为10，每次试验间隔时间为2min。；

步骤G、试验结束后，关机，给直流电源本体200放电，拆下电极杯300，进行清洗换油，准备进行下次试验，n次击穿电压平均值用按照如下公式计算（单位：kV）。

$\stackrel{\‾}{X}=n^{-1}\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Xi}$

其中：

个测量值的平均值,

X_i=第i测试样品的击穿电压值,

n=5或10;

测试结果参阅表1。

表1

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种在直流电场下评定变压器油击穿电压的试验方法，其特征在于：在高压直流电场下，采用针对球型电极杯或针对平板型电极杯，在针型电极端接入高压，球型电极或平板型端接入地线，分别采用正负极性直流电压，按照固定的速率升压，当变压器油发生击穿时，停止升压并记录此时电压值，多次重复测试，多次测试结果的平均值作为变压器油的击穿电压。

2.如权利要求1所述的一种在直流电场下评定变压器油击穿电压的试验方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、量取适量的变压器油样品，采用孔径为2～5μm纤维膜，进行过滤处理，处理后的变压器油在真空度为0.1333～1.333KPa下进行脱水处理，处理后变压器油样品的水分含量小于10mg/kg，5μm的颗粒污染度小于1000个/100mL；

步骤二、将电极杯的高压连接端，标尺，转盘，刻度盘，支撑滑杆，支撑板，内筒外盖，内筒内盖，滑道，加长外筒，螺柱，针型电极头，内筒，球型电极头，外筒，低压电极柱，低压电极柱固定旋片和底座，用60～90℃石油醚进行清洗，晾干备用；

步骤C、将电极杯的各个部件进行组装，利用注射器将处理后的变压器油样品注入内筒，注入样品量要保证针型电极头和球型电极头全部浸没在样品中，依据试验方案调节针型电极头和球型电极头之间的间隙；

步骤D、对控制系统、直流电源本体，电极杯进行组装连接，电极杯的高压连接端与直流电源本体的输出端相连，电极杯的低压电极柱与地线相连；

步骤F、在控制系统中设置电压极性，停升电压值，升压速率，试验次数，每次试验间隔时间；

步骤G、试验结束后，关机，给直流电源本体放电，拆下电极杯，进行清洗换油，准备进行下次试验，n次击穿电压平均值用按照如下公式计算（单位：kV）；

$\stackrel{\‾}{X}=n^{-1}\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{Xi}$

其中：

个测量值的平均值,

X_i=第i测试样品的击穿电压值,

n=5或10。

3.如权利要求1和权利要求2所述的一种在直流电场下评定变压器油击穿电压的试验方法所用的试验装置，主要包括控制系统、直流电源本体，电极杯；控制系统由综合控制台和直流电源控制箱组成，综合控制台通过无线系统与直流电源控制箱系统进行通讯；综合控制台具有设定直流高压的极性、升压速率、试验次数、直流高压停止值、间隔时间以及击穿电压的采集和记录的功能；直流电源本体由极性自动反转高压直流发生器，保护电阻和自动接地绝缘支撑及若干个均压环组成。

4.如权利要求3所述的试验装置，其特征为电极杯由高压连接端，标尺，转盘，刻度盘，支撑滑杆，支撑板，内筒外盖，内筒内盖，滑道，加长外筒，螺柱，针型电极头，内筒，球型电极头，外筒，低压电极柱，低压电极柱固定旋片和底座构成；将针型电极头装在螺柱的一端，螺柱的另一端旋上标尺，螺柱旋入滑道内，滑道通过刻度盘固定在支撑板上；转盘旋入标尺装在刻度盘上，刻度盘穿入标尺固定在支撑板上；低压电极杆旋入球型电极头，并套上O型圈，从底座的下部向上插入，低压电极柱固定旋片旋入底座内部，紧紧压住低压电极杆，使低压电极杆上O型圈紧紧压在底座上；在底座上部丝扣底部套上O型圈，内筒旋入底座的上部，在内筒上依次旋入内筒内盖和内筒外盖，在内筒外盖上旋入支撑滑杆，组装好的支撑板穿入支撑滑杆，同时，保证滑道依次垂直插入内筒外盖和内筒内盖；在底座上旋上外筒，在外筒上部旋上加长外筒。