CN105403584B - 模拟变压器不同油流速度高低温冲击热老化实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模拟变压器不同油流速度高低温冲击热老化实验装置，包括变压器油箱、置于实验箱体内的分层绝缘系统、变压器油箱与实验箱体的连接装置(油泵、塑胶软管、多管接头)、介电响应测试仪以及控制与数据采集系统。本发明实验系统能够模拟实际牵引变压器油纸绝缘系统中不均匀热老化，研究不均匀热老化的油纸绝缘的介电响应特性，有助于研究不均匀老化分布特性油纸绝缘的剩余寿命评估。
Description
技术领域
本发明涉及一种实验装置，具体涉及一种模拟变压器不同油流速度高低温冲击热老化实验装置，该技术用于研究牵引变压器油纸绝缘实际热老化过程。
背景技术
围绕国家的“一带一路”战略，目前已经跟中国有战略合作协议或潜在合作意向的高铁计划累计达3.47万公里，占全球高铁建设计划规模的37.2％。牵引变压器是高铁供电系统的核心设备之一，其使用寿命取决于绝缘的老化程度，而牵引冲击性负荷又是变压器绝缘性能劣化的主要因素。牵引负荷具有波动性、冲击性、非线性性、单相独立性和不对称性等特点，使绕组热点温度变化幅度大，从而对变压器的绝缘造成很大破坏。与普通变压器相比，其运行条件更为恶劣。总体上，牵引负荷对绝缘的破坏因素可以归纳为：牵引负荷下变压器绕组热点温升；绝缘受到的周期性热冲击；牵引负荷引起的机械应力等。因而，研究在牵引负荷下热冲击造成的绝缘热老化具有十分重要的意义。
传统绝缘热老化试验最常使用的是热老化试验箱，其适用于电气绝缘材料的耐热性试验，考核和判断材料在高温环境条件下贮存和使用的适应性，试样在模拟高温和大气压力下的空气中老化后测定其性能并与未老化样的性能予以比较，但其恒温加热的方式显然与牵引变压器内部工况不符。此外，高低温试验箱则可适用于航空航天、电工电子、仪器仪表、材料设备、零部配件等试验样品做高低温例行试验、高低温交变试验，以便在拟定环境条件下进行试验后对产品的性能、行为分析及评价。其可以模拟牵引负荷造成的温度剧烈变化，但是只能研究材料的静态特性，却无法考虑牵引变压器内部油流的影响。
发明内容
有鉴于现有技术上述不足，本发明的目的是提供一种模拟变压器不同油流速度高低温冲击热老化实验装置，模拟牵引变压器内部不同油流速度下绝缘试样的热冲击。通过调节各待诊层温度的平均值、峰值、变化率、持续时间等，探索冲击负荷下热老化速度与加速老化之间的关系。
本发明解决上述问题的技术方案是：
模拟变压器不同油流速度高低温冲击热老化实验装置,包括绝热实验箱体 1、可控循环水冷装置、可控油流循环装置及用于对绝热实验箱体、可控循环水冷装置和可控油流循环装置进行控制的实验控制系4,其中:
绝热实验箱体(1)内置多层油纸绝缘试样架5，实验时多层油纸绝缘试样架由机械强度较高的纸板贯穿支撑；试样架上层表面设置有加热电阻丝6，加热电阻丝6与外部可控交流电源7相连；在试样架上多个位置装有PT100温度传感器8；
可控循环水冷装置由可控循环水泵9和可调节水箱10通过输水管12连接构成,可调节水箱具有置于绝热实验箱体1两侧的左右两个水箱,四根铜质水冷却管穿过绝热实验箱体内腔连接左右两个水箱，通过可调节水箱与输水管12 构成循环回路,管路上设置有超声流量计11a；
可控油流循环装置由可控循环油泵14、超声流量计11b和穿过绝热实验箱体内腔的钢制输油管15连接构成；
实验控制系统4由数据采集模块16、处理控制模块17、数据记录模块18 组成，控制系统基于Labview程序构建，数据采集模块(主要与PT100温度传感器8、超声流量计11a、超声流量计11b 连接并进行数据转换；处理控制模块 17主要通过继电装置控制可控循环水泵9、可控循环油泵14和外部可控交流电源 7。
所述绝热实验箱体1采用三明治结构：外层为铝合金磨花板、内层为SMC 绝缘板、中间则为具有绝热作用的橡塑保温板。绝热实验箱体内置多层油纸绝缘试样架，通过机械强度较高的纸板贯穿各层绝缘纸。实验时,多层油纸绝缘试样架最上层多层油纸的表面紧贴加热电阻丝。加热电阻丝6采用镍铬合金 (Cr20Ni80)制作成U型，直径为0.15mm，与外部可控交流电源7相连。可控交流电源电压输出范围为0-250V。在多层油纸绝缘试样架的不同位置装有 PT100温度传感器。
所述可控循环水冷装置2由可控循环水泵9、可调节水箱10、超声流量计 11a、输水管12和四根铜制水冷却管13组成。可调节水箱是铜制水冷却管13 与输水管12循环回路的枢纽，同时具有大口径的进水口和排水口，可以进行水更换，保证水的温度满足冷却要求。所述超声流量计11a可以实时显示并记录油流的平均速度，测量精度可得2×104m/s。所述输水管12为口径35mm的 PVC管。所述铜质水冷却管13口径均为10mm，将其横穿所述绝热实验箱(1) 体内部，与可调节水箱10、输水管12构成循环回路。
所述可控油流循环装置3由可控循环油泵14、超声流量计11b和钢制输油管15组成。所述超声流量计11b同所述超声流量计11a。
处理控制模块17主要通过继电装置控制可控循环水泵9、可控循环油泵 14和外部可控交流电源7。
通过控制外部可控交流电源7电压等级和可控循环水泵(9)改变温度上升速率和温度下降速率，模拟牵引变压器内部剧烈、频繁地温度变化；当温度上升和温度下降时多层油纸绝缘试样架5上表面及下边面存在温差，模拟了牵引变压器负荷急剧增加时，内部油纸绝缘受热不均的情况。
为了模拟牵引变压器内部剧烈、频繁地温度变化情况，通过可控循环油泵迫使油流在不同速度下流动模拟牵引变压器内部油流状况，外部可控交流电源和可控循环水泵则改变温度上升速率和温度下降(冷却)速度，不同位置处的温度传感器将内部温度数据记录，从而为之后的热老化分析提供数据。
本发明所述装置能够模拟冲击负荷下牵引变压器内部的热老化情况，具有以下优点：
1)模拟了牵引变压器内部不同的油流速度，针对了特殊工况下研究的需求；
2)当温度上升时，多层油纸绝缘试样上表面首先被加热，然后整体温度趋于平衡；而当温度下降时多层油纸绝缘试样下表面首先被冷却，然后整体温度下降到某一稳定值；在不断的负荷冲击下，多层油纸绝缘试样总是存在温差，其符合牵引变压器负荷急剧增加时内部油纸绝缘受热不均的情况；
3)进油口位置高于出油口的位置，确保了绝缘油可以充分流动，减少了绝缘油在箱体内部阻塞的情况。
附图说明
图1是不同油流速度下高低温冲击热老化实验装置示意图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施过程对本发明进行进一步说明。需要强调的是，此处所描述的具体实施案例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明构思及其权利要求之范围。
图1是一种模拟变压器不同油流速度高低温冲击热老化实验装置图。一种模拟变压器不同油流速度高低温冲击热老化实验装置包括绝热实验箱体1、可控循环水冷装置、可控油流循环装置、实验控制系统4、多层油纸绝缘试样架 5、加热电阻丝6、可控交流电源7、PT100温度传感器8、可控循环水泵9、可调节水箱10、超声流量计11a、输水管12、铜制水冷却管13、可控循环油泵(4、超声流量计11b、钢制输油管15、数据采集模块16、处理控制模块17、数据记录模块18。
一种模拟变压器不同油流速度高低温冲击热老化实验装置其组成过程如下：
步骤1：在绝热实验箱体(1)底部预留孔处将四根铜制水冷却管贯穿安装，并将多层油纸绝缘试样架固定在四根铜制水冷却管构成的平面之上。在样品各测试部位安装PT100温度传感器，在多层油纸绝缘试样架5最上层表面安装加热电阻丝6，在绝热实验箱体体预留集线孔处将PT100温度传感器8、加热电阻丝6外部接线引出。
步骤2：在绝热实验箱体1体油流进入的侧面上部中心位置安装钢制输油管15进入端，在对面的略低于四根铜质水冷却管13构成平面处安装输油管流出端。
步骤3：输油管在外部经过一个超声流量计与可控循环油泵14相连接，四根铜质水冷却管13则通过可调节水箱10与输水管12连接，输水管之间同样接入可控循环水泵9、超声流量计11a。
步骤4：实验控制系统4采用Labview程序及NI ElvisⅡ开发板构成，PC机通过RS232与开发板进行通信连接。PT100温度传感器8、超声流量计11a和超声流量计11b 通过NI配套的数据采集卡接入Labview控制系统连接。通过 Labview对数据的处理，通过继电装置控制外部可控交流电源7、可控循环油泵14、可控循环水泵9的开关状态、及大小变化。
Claims (2)
1.模拟变压器不同油流速度高低温冲击热老化实验装置，其特征在于，包括绝热实验箱体（1）、可控循环水冷装置、可控油流循环装置及用于对绝热实验箱体、可控循环水冷装置和可控油流循环装置进行控制的实验控制系统（4），其中：
绝热实验箱体（1）内置多层油纸绝缘试样架（5），实验时多层油纸绝缘试样架（5）由机械强度较高的纸板贯穿支撑；多层油纸绝缘试样架（5）上层表面设置有加热电阻丝（6），加热电阻丝（6）与外部可控交流电源（7）相连，通过控制外部可控交流电源（7）电压等级和可控循环水泵（9）改变温度上升速率和温度下降速率；在多层油纸绝缘试样架（5）上多个位置装有PT100温度传感器（8）；
可控循环水冷装置由可控循环水泵（9）和可调节水箱（10） 通过输水管（12）连接构成，可调节水箱（10）具有置于绝热实验箱体（1）两侧的左右两个水箱，四根铜质水冷却管穿过绝热实验箱体内腔连接左右两个水箱，通过可调节水箱（10）与输水管（12）构成循环回路，管路上设置有超声流量计一（11a）；且多层油纸绝缘试样架（5）固定在四根铜质水冷却管构成的平面之上；
可控油流循环装置由可控循环油泵（14）、超声流量计二（11b）和穿过绝热实验箱体内腔的钢制输油管（15）连接构成，通过可控循环油泵(14)迫使油流在不同速度下流动模拟牵引变压器内部油流状况；
实验控制系统（4）由数据采集模块（16）、处理控制模块（17）、数据记录模块（18）组成，控制系统基于Labview程序构建，数据采集模块（16）主要与PT100温度传感器（8）、超声流量计一（11a）、超声流量计二（11b）连接并进行数据转换；处理控制模块（17）主要通过继电装置控制可控循环水泵（9）、可控循环油泵（14）和外部可控交流电源（7）。
2.根据权利要求1所述的模拟变压器不同油流速度高低温冲击热老化实验装置，其特征在于，所述绝热实验箱体（1）为三明治结构，外层为铝合金磨花板，内层为SMC绝缘板、中间夹层为具有绝热作用的橡塑保温板。
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