CN104635118A - 一种评定变压器油沿面击穿电压的试验方法 - Google Patents

Abstract

一种评定变压器油沿面击穿电压的试验方法，属于电力绝缘油的绝缘性能评价技术领域。对电极杯的各部件进行清洗、干燥和组装，在电极杯的底板上放置样品板，样品板要经过真空干燥处理；用取样器量取处理后的变压器油，在电极杯体内注入变压器油，注入量要足够保证整个电极杆及电极头完全浸没油样里，注入过程中，注意消除样品板上下表面的气泡；将电极杯放置于试验电极箱的油箱内，半球面电极头与油箱的低压导电杆相连，低压导电杆与地线相连，半圆锥面电极头与油箱的高压导电杆相连，高压导电杆通过分压器、保证电阻与高压发生器相连，在油箱中注入绝缘液体，整个电极杯完全浸没，用于电极杯的外绝缘，盖上油箱盖后，进行沿面击穿测试。

Description

一种评定变压器油沿面击穿电压的试验方法

技术领域

本发明涉及一种评定变压器油沿面击穿电压的试验方法，属于电力绝缘油的绝缘性能评价技术领域。

背景技术

无论是在电力变压器还是高压脉冲发生器，在高压绝缘设计中，液固绝缘材料结合使用的交界面，是绝缘的薄弱环节所在，易发生沿面闪络，也称沿面击穿。变压器油沿面击穿电压都远远小于其相应的体击穿电压。因此，在采用变压器油作为绝缘介质的设备中，油与固体绝缘支撑交界面的沿面击穿是引起绝缘事故发生的主要原因，成为制约高电压设备向着特高压小型化发展的主要因素。在现有的理论和经验知识里，为了抑制沿面击穿事故的发生，提高沿面击穿电压，一般采用增加沿面距离的方法，这明显增加绝缘设备的体积和重量，同时增加了绝缘设备上的经济投入。然而，目前没有一种成熟的试验方法用于变压器油沿面击穿电压的检测，开发一种用于评定变压器油沿面击穿特性的试验方法，在高电压下开展变压器油沿固体绝缘材料表面击穿特性的研究，将有助于变压器油绝缘性能的提高和超高压设备的优化设计，节约绝缘材料提高经济效益，提高设备运行的可靠性，进而为沿面击穿理论研究提供一定的技术依据，突破制约特高压电力设备发展的瓶颈，推进特高压电力设备的小型化，故其测量结果对于工程设计还是理论发展都有着重要的意义。

目前，国内外文献报道的关于变压器油击穿特性的标准试验方法主要有两类：一类是绝缘油工频击穿电压测量法，如GB/T507、DL/T421、IEC156、ASTM D877、ASATM D1816；另一类是绝缘液体雷电冲击击穿电压测定法，如DL/T416、GB/T21222、IEC60897、ASTM D3300，这两类测量法都是考察变压器油体积击穿电压的方法，有关变压器油沿固体绝缘材料表面击穿电压的标准试验方法，没有文献报道。关于变压器油沿面绝缘性能的研究主集中于局部放电起始电压和击穿电压，这些研究所用电极模型根据电极形状与绝缘体接触方式的不同，分为三种类型：一类是平板型电极模型，所用绝缘试品通常为圆柱形、圆台形夹在两个平板电极之间，当试品为圆柱形时，沿介质表面的电场是准均匀场；二类是针/棒－板型电极模型，是将绝缘试品放置在一块金属平板电极上，上面用一个针形（或棒形）电极压紧，沿介质表面的电场是极不均匀场；三类是半圆球面电极模型，是由电极和绝缘试品托架两部分构成，阴极和阳极分别固定在试品表面的两端，两极之间的中间区域场强分布较均匀。这三类电极模型，不足之处是调节电极间隙时，需要加工不同厚度的绝缘试品，不适用大间隙下的试验，且操作不方便，电极是一体化结构，电极前端在高电压试验后有损伤，会导致测量结果重复性不好；平板型电极模型和针/棒－板型电极模型由于发生击穿位置不确定，不适于光学测量；平板型电极模型和半圆球面电极模型，在试品表面的两端，两极之间的区域场强分布为稍均匀电场，均匀电场不能反应出变压器油组成成分的差异性对其沿面击穿电压的影响，以及变压器油的极性效应。工程中，电力设备内部击穿事故都是在不均匀电场和极不均匀电场下发生的，在不均匀电场和极不均匀电场下，检测变压器油沿固体绝缘材料表面击穿电压更有实际指导意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种评定变压器油沿面击穿电压的试验方法。

一种评定变压器油沿面击穿电压的试验方法，技术原理为：在变压器油与固体绝缘材料表面构成的沿面系统中，在固体绝缘材料表面紧密安装一对半圆锥面-半球面电极，在半圆锥面电极端，以一定速率施加正负极性的冲击或直流电压，直至固体绝缘材料表面发生击穿现象时，停止测试，记录此时的电压值，电压值的高低表明变压器油沿固体绝缘材料表面击穿性能，即变压器油的绝缘性能好坏。

一种评定变压器油沿面击穿电压测量的试验装置，包括控制台、高压电源装置、试验电极箱；可以是正负极性的冲击电压发生器，也可以是正负极性的直流高压发生器；由油箱、高压套管、均压环、高压导电杆、低压套管、均压罩、低压导电杆、支撑板、支撑绝缘子、带方向轮的底板和电极杯组成。均压环固定在高压导电杆的一端，穿过高压套管，且随着高压套管一起固定在油箱的一端，伸入油箱中；均压罩固定在低压导电杆的一端，穿过低压套管，且随着低压套管一起固定在油箱的另一端，伸入油箱中；组装好的油箱放置在支撑板上，支撑板下部由四支撑绝缘子做绝缘支撑，支撑绝缘子的下部固定在带方向轮的底板上。

一种评定变压器油沿面击穿电压测量的试验装置，电极杯其特征在于：由顶板、半球面电极头、半圆锥面电极头、固定螺母、电极杆、连接杆、底板、支撑固定螺母和样品板组成。在底板上放置样品板，电极头通过顶丝固定于电极杆上，由固定螺母紧固在顶板中，随着顶板一起滑入底板上的凹槽中，前端沿着样品板表面移动，用于调节两电极头之间距离。支撑固定螺母从底板下部向上旋入，推动样品板紧紧地接触到电极头下表面。将装配好的电极放入电极杯体中，要保证两端的电极杆分别与连接杆紧密接触。将装配好的电极杯放置油箱中，电极杯的连接杆分别与油箱中的高压导电杆和低压导电杆紧密接触。

一种评定变压器油沿面击穿电压测量的试验装置，电极头其特征在于：由半球面和半圆锥面两种类型组成，形成不均匀电场的模型。

一种评定变压器油沿面击穿电压测量方法，如下步骤：

步骤一、首先，对电极杯的各部件进行清洗、干燥和组装，在电极杯的底板上放置样品板，样品缘板要经过真空干燥处理。

步骤二、用取样器量取处理后的变压器油，在电极杯体内注入变压器油，注入量要足够保证整个电极杆及电极头完全浸没油样里，注入过程中，注意消除样品板上下表面的气泡。

步骤三、将电极杯放置于试验电极箱的油箱内，半球面电极头与油箱的低压导电杆相连，低压导电杆与地线相连，半圆锥面电极头与油箱的高压导电杆相连，高压导电杆通过分压器、保护电阻与高压发生器相连，在油箱中注入绝缘液体，注入量要足够保证整个电极杯完全浸没，用于电极杯的外绝缘，盖上油箱盖后，可以进行沿面击穿测试。

步骤四、在控制台上，设置冲击或直流电压的极性、停升电压值、升压速率、静止放电时间,试验次数，开始测试试验；

步骤五、记录五次击穿电压的平均值和标准偏差，其计算如下式

$\stackrel{\‾}{X}=1/5\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i$ 和 $S=\sqrt{1/4\left(\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{(X_i-\stackrel{\‾}{X})}^2\right)}$

其中：五个测量值的平均值

X_i：第i次击穿电压

S：标准偏差

如果值超过0.l，说明五次击穿电压的标准偏差过大，也就是说五个测量值超过偏差。

由于评定变压器油沿固体绝缘材料表面击穿电压测量方法采用上述技术方案，电极由为可更换式电极头和电极杆组成，并固定于顶板里，且随着顶板可以在样品板表面一起移动，从而保证电极头的前端能与样品板表面紧密接触，同时，也保证两电极头间隙的调节准确度；电极头与电极杆是组装结构，在每次试验后，损伤的电极头很容易更换，从而保证测量结果的良好重复性。由于电极杯完全浸没在试验电极箱的油箱中，大大地提高电极杯的承受电压等级，减少测试样品的用量，提高操作的灵活性、方便性和工作效率。电极头采用半圆锥面和半圆球面电极模型结构，在试品表面的两端两极之间形成不均匀电场，不均匀电场能够明显反应出变压器油组成成分的差异性对其沿面击穿电压的影响，以及变压器油的极性效应。工程中，电力设备内部击穿事故都是在不均匀电场和极不均匀电场下发生的，在不均匀电场和极不均匀电场下，检测变压器油沿固体绝缘材料表面击穿电压更有实际指导意义。

本发明的优点是

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是本发明实施例的试验装置示意图

图2是本发明实施例的电极箱结构示意图。

图3是本发明实施例的电极箱结构俯视图。

图4是本发明实施例的电极杯结构示意图。

图5是本发明实施例的电极结构示意图。

图6是本发明实施例的电极结构俯视图。

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。

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，一种评定变压器油沿面击穿电压测量的试验装置，包括控制台100，冲击电源装置Ⅱ，试验电极箱300。

一种评定变压器油沿面击穿电压测量的试验装置，包括油箱1、高压套管2、均压环3、高压导电杆4、低压套管5、均压罩6、低压导电杆7、支撑板8、支撑绝缘子9、带方向轮的底板10和电极杯11。均压环3固定在高压导电杆4的一端，穿过高压套管2，且随着高压套管2一起在固定油箱1的一端，伸入油箱1中；均压罩6固定在低压导电杆7的一端，穿过低压套管5，且随着低压套管5一起在固定油箱1的另一端，伸入油箱1中；组装好的油箱1放置在支撑板8上，支撑板8下部由四支撑绝缘子9做绝缘支撑，支撑绝缘子9的下部固定在带方向轮的底板10上。将装配好的电极杯11放置油箱1中，电极杯11的连接杆16分别与油箱1中的高压导电杆4和低压导电杆7紧密接触。

一种评定变压器油沿面击穿电压测量的试验装置，电极杯11：包括顶板12、半球面电极头13，半圆锥面电极头14、固定螺母15、电极杆16、连接杆17、底板18、支撑固定螺母19和尼龙板20。在底板18上放置尼龙板20，半球面电极头13和半圆锥面电极头14分别通过顶丝21固定于两根电极杆15上，由固定螺母15紧固在顶板12中，随着顶板12一起滑入底板18上的凹槽中，前端沿着尼龙板20表面移动，用于调节半球面电极头13和半圆锥面电极头14之间距离。支撑固定螺母19从底板18下部向上旋放，推动尼龙板20紧紧地接触到半球面电极头13和半圆锥面电极头14的下表面。将装配好的电极放入电极杯11中，要保证两端的电极杆16分别与连接杆17紧密接触。

一种评定变压器油沿面击穿电压测量方法，具体实施如下步骤：

步骤一、首先，对电极杯11的各部件进行清洗、干燥和组装，在电极杯11的底板18上放置尼龙板20，尼龙板20要经过真空干燥处理。

步骤二、用取样器分别量取处理后的变压器油A、变压器油B和变压器油B，注入电极杯11内，注入量要足够保证整个电极杆16及电极头13和14完全浸没油样里，注入过程中，注意消除尼龙板20上下表面的气泡。

步骤三、将电极杯11放置于试验电极箱300的油箱1内，半球面电极头13与油箱1的低压导电杆相连7，低压导电杆7与地线相连，半圆锥面电极头14与油箱1的高压导电杆4相连，高压导电杆4通过分压器、保护电阻与高压电源装置200相连，在油箱1中注入10号工业白油作为绝缘液体，注入量要足够保证整个电极杯11完全浸没，用于电极杯11的外绝缘，盖上油箱盖后，可以进行沿面击穿测试。

步骤四、在控制台100上，设置冲击电压的为负极性输出、停升电压值为-600kV、升压速率为1.2μs/50μs、静止放电时间60秒,试验次数为5次，开始测试试验；

步骤五、记录五次击穿电压的平均值和标准偏差，其计算如下式

$\stackrel{\‾}{X}=1/5\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i$ 和 $S=\sqrt{1/4\left(\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{(X_i-\stackrel{\‾}{X})}^2\right)}$

其中：五个测量值的平均值

X_i：第i次击穿电压

S：标准偏差

如果值超过0.l，说明五次击穿电压的标准偏差过大，也就是说五个测量值超过偏差。

参见表1，变压器油A、变压器油B和变压器油C的性质以及在不同间隙下沿尼龙板的击穿电压值。

表1三种变压器油性质

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)

1.一种用于评定变压器油沿固体绝缘材料表面击穿电压的测量设备，包括控制台、高压电源装置、试验电极箱;其特征在于：包括控制台、高压电源装置、试验电极箱；可以是正负极性的冲击电压发生器，也可以是正负极性的直流高压发生器；由油箱、高压套管、均压环、高压导电杆、低压套管、均压罩、低压导电杆、支撑板、支撑绝缘子、带方向轮的底板和电极杯组成。均压环固定在高压导电杆的一端，穿过高压套管，且随着高压套管一起固定在油箱的一端，伸入油箱中；均压罩固定在低压导电杆的一端，穿过低压套管，且随着低压套管一起固定在油箱的另一端，伸入油箱中；组装好的油箱放置在支撑板上，支撑板下部由四支撑绝缘子做绝缘支撑，支撑绝缘子的下部固定在带方向轮的底板上。

2.如权利要求1所述的评定变压器油沿固体绝缘材料表面击穿电压的测量设备，电极杯由顶板、半球面电极头、半圆锥面电极头、固定螺母、电极杆、连接杆、底板、支撑固定螺母和样品板组成;其特征在于：在底板上放置样品板，电极头通过顶丝固定于电极杆上，由固定螺母紧固在顶板中，随着顶板一起滑入底板上的凹槽中，前端沿着样品板表面移动，用于调节两电极头之间距离;支撑固定螺母从底板下部向上旋入，推动样品板紧紧地接触到电极头下表面；将装配好的电极放入电极杯体中，要保证两端的电极杆分别与连接杆紧密接触。

3.如权利要求2所述的评定变压器油沿固体绝缘材料表面击穿电压的测量设备，电极头由半球面和半圆锥面两种类型组成，形成不均匀电场的模型。

4.一种评定变压器油沿固体绝缘材料表面击穿电压的测量方法，其特征在于：应用权利要求1至权利要求3所述的变压器油沿固体绝缘材料表面击穿电压的测量设备检测击穿电压，其步骤如下：

步骤一、首先，对电极杯的各部件进行清洗、干燥和组装，在电极杯的底板上放置样品板，样品板要经过真空干燥处理；

步骤二、用取样器量取处理后的变压器油，在电极杯体内注入变压器油，注入量要足够保证整个电极杆及电极头完全浸没油样里，注入过程中，注意消除样品板上下表面的气泡；

步骤三、将电极杯放置于试验电极箱的油箱内，半球面电极头与油箱的低压导电杆相连，低压导电杆与地线相连，半圆锥面电极头与油箱的高压导电杆相连，高压导电杆通过分压器、保证电阻与高压发生器相连，在油箱中注入绝缘液体，注入量要足够保证整个电极杯完全浸没，用于电极杯的外绝缘，盖上油箱盖后，可以进行沿面击穿测试；

步骤四、在控制台上，设置冲击或直流电压的极性、停升电压值、升压速率、静止放电时间,试验次数，开始测试试验；

步骤五、记录五次击穿电压的平均值和标准偏差，其计算如下式

$\stackrel{\‾}{X}=1/5\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i$ 和 $S=\sqrt{1/4\left(\underset{i=1}{\overset{5}{\mathrm{\Σ}}}{(X_i-\stackrel{\‾}{X})}^2\right)}$

其中：：五个测量值的平均值

X_i：第i次击穿电压

S：标准偏差

如果值超过0.l，说明五次击穿电压的标准偏差过大，也就是说五个测量值超过偏差。