CN104931861B - 一种测定油纸绝缘特性的试验装置及其试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测定油纸绝缘特性的试验装置及试验系统，所述试验装置包括依次设置的储油桶、盖和箱体；所述箱体包括与所述盖连接的内箱体和与内箱体连接的外箱体；所述内箱体从内部到外部依次设有固定件、可拆卸式电极件和调节件。所述试验系统包括双层支撑平台、设置在所述支撑平台上层的的所述试验装置和设置在所述支撑平台下层的加热油箱。本发明可观测在不同电压类型，不同电压等级下，不同厚度纸板或油隙在不同电极类型、不同环境中的局部放电和击穿现象，记录相关参数，进而揭示绝缘机理；通过该发明很好的模拟了多种可能在变压器实际运行中出现的绝缘故障，其研究结果可以直接应用于指导特高压输电系统的建设。

Description

一种测定油纸绝缘特性的试验装置及其试验系统

技术领域：

本发明涉及一种试验装置及其试验系统，更具体涉及一种测定油纸绝缘特性的试验装置及其试验系统。

背景技术：

在国家十二五期间，计划投产的特高压直流线路多达十条，这意味着我国将马上迎来特高压输电线路事业迅猛发展的黄金时期。但是与工程实际进程不相符的是，国内对特高压直流线路上主要电力设备绝缘特性的基础性研究还处于起步阶段，既没有进行系统性的试验研究，更没有得出能使工程界和学界共同认可的结论。而换流变压器处于特高压直流系统的核心地位，又由于其在系统中的特殊位置，其主绝缘要同时承受特高压交流、特高压直流、特高压交流叠加直流、以及极端情况下的极性反转电压的作用，这就使对换流变压器主绝缘系统绝缘特性的基础试验研究变得尤为迫切。

换流变的主绝缘采用油纸复合结构，国内的中国电力科学研究院、清华大学、华北电力大学、哈尔滨理工大学等对这种复合绝缘结构在特高压交流、直流、交流叠加直流以及极性反转下分别进行了试验研究，但是仍然存在很大的不足，这些不足主要体现在试验装置上，现具体分析如下：

现在各高校、研究机构在试验室条件下研究油纸系统的绝缘特性，大多数使用的是一种亚克力或者铁质的试验油桶。位于该油桶内部的是试验电极系统，该系统是由两竖直相对的试验电极以及连接电极与高压引线的铜杆构成的，并使用环氧树脂支架将其固定，每次试验开始之前，需要先打开油桶调整电极间距离，然后再注油，最后将油箱封闭开始试验。这种试验油桶最早是由中国电科院高压所的研究人员发明的，申请号：201010285751.4；申请名称：一种高压油纸绝缘特性试验装置。这种装置被有效地应用在了初步探究油纸绝缘结构的绝缘特性的试验中，但是随着研究的深入和工程实际的需要，我们不得不考虑如何控制这种装置由于设计上的不足而带来的误差——例如，在将电极间距离固定后，向油箱内注油和封闭油箱的过程所带来的震动，会使支架上的电极有所松动，位置会有些许的偏差，这就会使电极间距离产生误差，同时所要进行的研究中，绝大多数要求的电极间距离为毫米级，也就是说1mm的松动就可能带来10％的误差——这样的误差对深入研究油纸复合绝缘系统的绝缘特性，特别是针对小油隙下的绝缘特性研究是不可接受的。同时考虑到油纸绝缘试验需要在不同环境下进行，以及试验过程中油的渗漏问题和试验箱体的移动问题。

发明内容：

本发明的目的是提供一种测定油纸绝缘特性的试验装置及其试验系统，本发明真正在保证整体试验装置无局放的情况下，实现温度可控、调节精度高、密封性能好、移动方便、易于清理的功能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种一种测定油纸绝缘特性的试验装置，所述试验装置包括依次设置的储油桶、盖和箱体；所述箱体包括与所述盖连接的内箱体和与内箱体连接的外箱体；所述内箱体从内部到外部依次设有垂直所述外箱体的固定件、平行于所述外箱体的可拆卸式电极件和调节件。

本发明提供的一种测定油纸绝缘特性的试验装置，所述固定件包括垂直设置在所述箱体底部的夹板，所述夹板通过其侧端设置的平行其侧端的轨道固定；

所述夹板的其中一个板的内侧设有屏蔽电极；所述屏蔽电极包括设置在所述板上环形槽和所述环形槽中设有的环形铜块；所述铜块的边角为圆角。

本发明提供的另一优选的一种测定油纸绝缘特性的试验装置，所述电极件包括分别垂直设置在所述夹板外侧两面轴心上的电极，所述电极通过套在其外端外部的电极铜杆和与所述电极铜杆同轴连接的转接头与所述内箱体外部的所述调节件连接；

所述电极铜杆外部同轴套有圆筒形模具；

所述转接头为铝制的圆柱体，其表面为螺旋镂空状。

本发明提供的再一优选的一种测定油纸绝缘特性的试验装置，所述电极铜杆通过设置在其外侧的同轴圆筒形模具保证了电极系统的稳定的设置在内箱体侧壁上；在其中一个所述圆筒形模具的外部套有设置在所述内箱体侧壁上的移动模块，所述移动模块包括平行设置所述内箱体壁上的方形槽和设置在所述方形槽内的移动方形板；所述方形槽和移动方形板同轴套在所述圆筒形模具的外部且所述移动方形板长度小于所述方形槽的槽内长度；所述方形槽两端分别设有与所述移动方形板对应端连接的压板；所述压板通过塑料螺钉与所述方形槽和移动方形板连接。

本发明提供的又一优选的一种测定油纸绝缘特性的试验装置，所述调节件为千分尺；所述千分尺包括与所述转接头依次连接的连接端、测量尺和调节手柄；在所述千分尺的手柄与所述移动模块间设有圆筒形模块，所述圆筒形模块包括套在所述圆筒形模具、转接头和所述连接端外部的圆筒形模块1和设置在所述移动模块上、同轴套在所述圆筒形模块1外部的圆筒形模块2。

本发明提供的又一优选的一种测定油纸绝缘特性的试验装置，所述外箱体分别设置在所述内箱体底面和与所述固定件垂直的内箱体的两个侧面并与内箱体相通，所述外箱体通过设置在相通处的陶瓷板形成密封体同时与所述内箱体隔开；所述内箱体高度高于所述外箱体；所述陶瓷板厚度均为5mm；在每个所述陶瓷板的表面设有十字支撑架；

分别在所述内箱体和外箱体的任意两个侧面分别设有一个出口，所述出口配有阀门；其中一个所述出口为进油口，另一个所述出口为出油口。

本发明提供的又一优选的一种测定油纸绝缘特性的试验装置，所述储油桶、盖、箱体和支撑模具的材料均为亚克力材料；

所述储油桶包括桶体和管道；所述桶体通过其桶底面连接的管道与所述盖连接，所述管道上设有阀门；所述桶体通过垂直对称设置在所述盖上的支撑板设置在盖上。

本发明提供的又一优选的一种测定油纸绝缘特性的试验装置，所述盖四周设有密封槽，所述密封槽内设有密封圈，所述箱体通过所述密封圈与所述盖间连接，所述箱与盖通过外部的环氧树脂夹件夹紧；

所述箱体外部套有均压罩。

本发明提供的又一优选的一种测定油纸绝缘特性的试验系统，所述试验系统包括双层支撑平台、设置在所述支撑平台上层的如上述内容的所述试验装置和设置在所述支撑平台下层的加热油箱；所述加热油箱通过其箱体设有的进出油口与所述试验装置的外箱体进出油口对应连接；所述加热油箱内设有传感器和与所述传感器连接的加热棒；所述加热棒与加热油箱26外部的温度控制器连接。

本发明提供的又一优选的一种试验系统，所述支撑平台上层表面设有通气孔；所述支撑平台上层的下方设有抽屉；所述抽屉内设有吸油材料；所述支撑平台下层底端设有四个万向轮，所述万向轮设有紧固装置。

和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果：

1、本发明中设计了高压直流的均压罩使得试样系统无局放，能够确保该系统在试验电压下局放指标满足国家标准；

2、本发明中通过两个千分尺组成的调节件可实现高精度位置调节，可以做到精确的调节电极间的距离，而且能够在桶外手动调节，这样就可以将调节电极间距离放到试验准备的最后一个步骤，减小了准备过程所带来的误差；同时将电极与调节件水平设置，通过转接头和固定件保证了两系统能够同轴且均轴对称，避免了震动所带来的两电极位置的变化，从而减小了误差；同时，在一侧箱体壁设置了移动模块可以通过螺钉的推动保证两电极的相对位置可以做到精确调节；

3、本发明中通过设置于加热油箱内的传感器控制加热棒的通断电使得试验箱体中的油温度可调可控；所述外箱体的油温度通过陶瓷板传递到内箱体，陶瓷板良好的导热性能保证了试验内油域的温度可控可调；

4、本发明试验装置稳定性好，所述铜质电极和铜杆能保证均压性能和减小边缘效应的影响，电极和铜杆的质量较大，通过粘接在油箱壁，套在电极铜杆外侧的圆筒形模具的固定，很好的保证了该组部件的稳定性；同时考虑到陶瓷板在高温下其会变脆，虽然做了加厚处理，但是为了防止在意外情况下出现裂缝，导致内油域遭到污染，所以在每块陶瓷板外设计了一个支撑架，增加了传热模块的稳定性；

5、本申请除了陶瓷板、相连接调节件和电极系统外，整个油桶均使用亚克力材料制作，亚克力材料本身具有绝缘性能好、耐热、机械强度高、透明、耐油等优点。造价便宜，尺寸小，易于观测，设计成箱盖式结构后操作也极为方面，这既保证了在试验的安全，又保证了全程能够观察到试验过程，同时兼顾了油箱所应有的机械硬度；

6、本发明中由于直流电压下油纸电位分布按照体积电阻率分布，而电阻率受外界因素影响会不断变化使得试验不准确，而本申请的试验装置的密封性好可以实现真空密闭，这就保证了试验不受外界因素的影响，得到确实可靠的试验数据。

7、本申请的试验装置可用于进行多种模式的油纸绝缘试验；针对换流变压器运行经常出现的故障位置，模拟了球-板、针-板、板-板、沿面、悬浮放电等电极模型，可实现直流电压、交流电压和交直流电压下典型的高压油/油纸绝缘实验，进而能够得到换流变压器主绝缘的局部放电特性和击穿特性；

8、本申请设置了双电极——两水平相对的电极和设置于夹板上的屏蔽电极，保证了本申请能够有效的开展油纸绝缘系统电导率的测量试验；

9、本申请中的支撑平台设计了四个万向轮，可方便在试验场地移动，同时万向轮带有紧固装置，可以根据需求将平台放置；

10、本申请在支撑平台上设置的可抽拔式的抽屉能够将试验装置中所漏出的油很好的吸收处理干净，不会对试验场地带来污染，使得试验系统易于清理，对试验场地无污染；

11、本申请的通过在油桶盖处砌出了一圈槽口，在其中塞入变压器专用的密封圈，并使用材质为环氧树脂的夹子将油桶盖紧紧的压在内箱体上，这样能够达到很好的真空密封作用。

附图说明

图1为本发明试验系统结构示意图；

图2为本发明试验装置立体结构示意图；

图3为本发明试验装置立体结构示意图；

图4为本发明试验装置平面结构示意图；

图5为本发明试验装置内箱体和外箱体的结构示意图；

图6为本发明试验装置屏蔽电极示意图；

其中，1-储油桶，2-阀门，3-外箱体出油口，4-内箱体出油口，5-压板，6-方形槽，7-千分尺，8-圆筒形模块一，9-支撑架，10-陶瓷板，11-内箱体进油口，12-外箱体进油口，13-电极铜杆，14-圆筒形模具，15-转接头，16-夹板，17-表面泄漏电流入地点，18-电极，19-圆筒形模块二，20-移动方形板，21-外箱体，22-内箱体，23-均压罩，24-支撑平台，25-抽屉，26-加热油箱，27-轨道。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1-6所示，本例的发明试验装置包括依次设置的储油桶1、盖和箱体；所述箱体包括与所述盖连接的内箱体22和外箱体21；所述内箱体22从内部到外部依次设有垂直于所述外箱体的固定件、平行于所述外箱体的可拆卸式的电极件和调节件。

所述固定件包括垂直设置在所述箱体底部的夹板16，所述夹板16通过其侧端设置的平行其侧端的轨道27固定，可以方便对不同厚度、不同大小的试品进行试验研究；

所述夹板16的其中一个板的内侧设有屏蔽电极；所述屏蔽电极包括设置在所述板上的环形槽和所述环形槽中设有的环形铜块；所述铜块的边角为圆角。由于在进行油纸绝缘耐压试验时，沿浸油纸板表面会有向个方向流动的表面泄露电流，会对纸板体泄露电流的测量造成干扰，同时若测得表面泄露电流，也可以进一步计算出纸板表面电阻率，当两夹板16将试品夹紧固定时，屏蔽电极可以与试品紧密接触，配合设置于内箱体壁上设有的表面泄漏电流入地点17，就可以将表面泄露电流引出。

所述可拆卸式的电极件包括分别垂直设置在所述夹板外侧两面轴心上的电极18，所述电极1包括球-板电极、针-板电极、板-板电极、沿面放电电极和悬浮放电电极，均可拆卸；所述电极18通过套在其外端外部的电极铜杆13和与所述电极铜杆13同轴连接的转接头15与所述内箱体22外部的所述调节件连接；所述电极铜杆13外部套有同轴圆筒形模具14；所述转接头15为铝制的圆柱体，其表面为螺旋镂空状；可以在所述电极18与千分尺7的位置有微小的错位时依然能够使这两个保持同轴对称，转动千分尺7时能够同轴转动，同时还可以顺利的将高压引入到电极18上。所述电极铜杆13通过包裹在其外侧的同轴圆筒形模具稳定的设置在所述内箱体侧壁上；

在其中一个所述圆筒形模具14的外部套有设置在所述内箱体22侧壁上的移动模块，所述移动模块包括平行设置所述内箱体22壁上的方形槽6和设置在所述方形槽6内的移动方形板20；所述方形槽6和移动方形板20同轴套在所述圆筒形模具14的外部且所述移动方形板20长度小于所述方形槽6的槽内长度；所述方形槽6两端分别设有与所述移动方形板20对应端连接的压板5；所述压板5通过塑料螺钉与所述方形槽6和移动方形板20连接。

所述调节件为千分尺7；所述千分尺7包括与所述转接头15依次连接的连接端、测量尺和调节手柄；在所述千分尺7的手柄与所述移动模块间设有圆筒形模块，所述圆筒形模块包括套在所述圆筒形模具14、转接头15和所述连接端外部的圆筒形模块一8和设置在所述移动模块上、同轴套在所述圆筒形模块一外部的圆筒形模块二19。

所述外箱体21分别设置在所述内箱体22底面和与所述固定件垂直的内箱体22的两个侧面并与内箱体22相通，所述外箱体21通过设置在相通处的陶瓷板10形成密封体同时与所述内箱体22隔开；所述内箱体22高度高于所述外箱体21；所述陶瓷板10厚度均为5mm；在每个所述陶瓷板10的表面设有十字支撑架9；在进行油纸绝缘试验，与外环境完全封闭，外箱体21为加温油域，内箱体22和外箱体21分别充不同温度的油，通过设置于内外箱体间的三块特制加厚的陶瓷板10作为传热模块来为内箱体22中的油加温，外箱体21中的油通过设置于其外箱体21壁上的阀门和与其阀门间相连接的使得油在外箱体21间进出。

在所述内箱体22的任意两个侧面分别设有一个出口，所述出口配有阀门，其中一个所述出口为内箱体进油口11，另一个所述出口为内箱体出油口4；

外箱体21的任意两个侧面分别设有一个出口，所述出口配有阀门，其中一个所述出口为外箱体进油口12，另一个所述出口为外箱体出油口3。所述外箱体21和内箱体22的两个出口分别与耐高压高温的油管相连，方便变压器油进出，便于变压器油的滤油处理和加温传输，所述出口均配有密封性好的阀门与绝缘阀芯，可以在油加满后将油箱封闭。

所述储油桶1、盖、箱体和支撑模具的材料均为亚克力材料；所述储油桶1包括桶体和管道；所述桶体通过其桶底面连接的管道与所述盖连接，所述管道上设有阀门2；所述桶体通过垂直对称设置在所述盖上的支撑板设置在盖上。

所述盖四周设有密封槽，所述密封槽内设有密封圈，所述箱体通过所述密封圈与所述盖间连接，所述箱与盖通过外部的环氧树脂夹件夹紧；所述箱体外部套有均压罩23，当试验电压接近或达到400kV时，局部放电的问题就会变得很突出，这样可使整个试验回路在加压过程和耐压试验中达到无局放的效果。

一种测定油纸绝缘特性的试验系统包括双层支撑平台24、设置在所述支撑平台上层的如上述内容的所述试验装置和设置在所述支撑平台下层的加热油箱26；所述加热油箱26通过其箱体设有的进出油口与所述试验装置的外箱体21的进出油口对应连接；所述加热油箱26内设有传感器和与所述传感器连接的加热棒；所述加热棒与加热油箱26外部的温度控制器连接。

所述支撑平台上层表面设有通气孔；所述支撑平台上层的下方设有抽屉25；所述抽屉25内设有吸油材料；若试验装置出现漏油的情况，可通过设置于支撑平台24上层的通气孔将漏出的油排到抽屉25内，不会造成场地的污染；所述支撑平台24下层底端设有四个万向轮，所述万向轮设有紧固装置。

在试验时，将试验品纸板放置在所述夹板16间，所述夹板16通过轨道27固定，所述试验装置通过外箱体21侧面设有的出口将油从加热油箱26内引入，将内箱体22内加入油；当完成注油、封闭装置、连接试验电路后，在箱体外部手动调节千分尺7，调节两相对的电极18间的距离，同时套在电极铜杆13外侧用以支撑电极18的圆筒形模具14粘接固定在移动方形板20上，通过移动方形板20与压板5的配合就可以保证移动方形板20的位置微调后能够保持电极18稳定。所述距离一旦设定在试验要求值即可加压开始试验。当向内箱体22内注油的时候，储油桶1的存在使油面可以高过盖子的高度，而试验装置本身就是密封的设置可以使得外界环境对试验没有任何的干扰。本试验系统的温控及加热组部件通过设置于加热油箱26内的传感器控制加热棒的通断电，当传感器探知实际加热油箱26内的温度与所设定温度不相符时，通过设置在加热油箱26外部的、与所述加热棒连接的温度控制器控制加热棒开始给油箱加热，若传感器测得温度与所设计温度一致，温度控制器就控制加热棒停止加热，这一过程中油泵始终使加热油箱与外箱体21内的油循环流动，温度通过陶瓷板10传递到内箱体22，陶瓷板10良好的导热性能保证了内箱体22的温度可控可调。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种测定油纸绝缘特性的试验装置，其特征在于：所述试验装置包括从上到下依次设置的储油桶、盖和箱体；所述箱体包括与所述盖连接的内箱体和与内箱体连接的外箱体；所述内箱体从内部到外部依次设有垂直所述外箱体的固定件、平行于所述外箱体的可拆卸式电极件和调节件；

所述外箱体分别设置在所述内箱体底面和与所述固定件垂直的内箱体的两个侧面并与内箱体相通，所述外箱体通过设置在相通处的陶瓷板形成密封体同时与所述内箱体隔开；所述内箱体高度高于所述外箱体；所述陶瓷板厚度均为5mm；

在每个所述陶瓷板的表面设有十字支撑架；

分别在所述内箱体和外箱体的任意两个侧面分别设有一个出口，所述出口配有阀门；其中一个所述出口为进油口，另一个所述出口为出油口；

所述固定件包括垂直设置在所述箱体底部的夹板，所述夹板通过其侧端设置的平行其侧端的轨道固定；

所述夹板的其中一个板的内侧设有屏蔽电极；所述屏蔽电极包括设置在所述板上环形槽以及所述环形槽中设置的环形铜块；所述铜块的边角为圆角；

所述电极件包括分别垂直设置在所述夹板外侧两面轴心上的电极，所述电极通过套在其外端外部的电极铜杆和与所述电极铜杆同轴连接的转接头与所述内箱体外部的所述调节件连接；

所述电极铜杆外部同轴套有圆筒形模具；

所述转接头为铝制的圆柱体，其表面为螺旋镂空状；

所述电极铜杆通过包裹在其外侧的同轴圆筒形模具稳定的设置所述内箱体侧壁上；在其中一个所述圆筒形模具的外部套有设置在所述内箱体侧壁上的移动模块，所述移动模块包括平行设置所述内箱体壁上的方形槽和设置在所述方形槽内的移动方形板；所述方形槽和移动方形板同轴套在所述圆筒形模具的外部且所述移动方形板长度小于所述方形槽的槽内长度；所述方形槽两端分设有与所述移动方形板对应端连接的压板；所述压板通过塑料螺钉与所述方形槽和移动方形板连接。

2.如权利要求1所述的一种测定油纸绝缘特性的试验装置，其特征在于：

所述调节件为千分尺；所述千分尺包括与所述转接头依次连接的连接端、测量尺和调节手柄；在所述千分尺的手柄与所述移动模块间设有圆筒形模块，所述圆筒形模块包括套在所述圆筒形模具、转接头和所述连接端外部的圆筒形模块和设置在所述移动模块上、同轴套在所述圆筒形模块外部的圆筒形模块。

3.如权利要求2所述的一种测定油纸绝缘特性的试验装置，其特征在于：

所述储油桶、盖、箱体和支撑模具的材料均为亚克力材料；

所述储油桶包括桶体和管道；所述桶体通过其桶底面连接的管道与所述盖连接，所述管道上设有阀门；所述桶体通过垂直对称设置在所述盖上的支撑板设置在盖上。

4.如权利要求1所述的一种测定油纸绝缘特性的试验装置，其特征在于：

所述盖四周设有密封槽，所述密封槽内设有密封圈，所述箱体与所述盖通过所述密封圈连接，所述箱与盖通过外部的环氧树脂夹件夹紧；

所述箱体外部套有均压罩。

5.一种测定油纸绝缘特性的试验系统，其特征在于：所述试验系统包括双层支撑平台、设置在所述支撑平台上层的如权利要求1-4任意一项的所述试验装置和设置在所述支撑平台下层的加热油箱；所述加热油箱通过其箱体设有的进出油口与所述试验装置的外箱体进出油口对应连接；所述加热油箱内设有传感器和与所述传感器连接的加热棒；所述加热棒与加热油箱外部的温度控制器连接。

6.如权利要求5所述的一种试验系统，其特征在于：所述支撑平台上层表面设有通气孔；所述支撑平台上层的下方设有抽屉；所述抽屉内设有吸油材料；所述支撑平台下层底端设有四个万向轮，所述万向轮设有紧固装置。