CN105466607A - 变压器线圈短路机械力测试系统及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于输电设备技术领域，涉及一种对变压器线圈短路机械力进行测试的系统及测试方法，特别是一种针对变压器不同匝绝缘厚度的扁导线、组合线、普通换位导线、自粘性换位导线的绝缘压缩应力的计算及测试方法。其中的测试系统包括横梁安装在垂直固定在底座的立柱上；横梁提升液压缸安装在底座的两侧；横梁提升液压缸中的横梁提升活塞杆的顶端连接横梁底部；立柱上安装有工作台，工作台位于横梁下方；工作台上安装有工作液压缸，工作液压缸中的工作液压活塞杆顶端安装下压板；横梁的底部安装有与下压板对应的上压板。测试过程中，将试样放在上下压板之间，施加压力，通过传感器测得各项数据。

Description

变压器线圈短路机械力测试系统及其测试方法

技术领域

本发明涉及输电设备技术领域，具体是涉及一种对变压器线圈短路机械力进行测试的系统及测试方法。

背景技术

大型电力变压器线圈绝缘层机械强度不足，是造成变压器发生短路故障的主要原因之一。变压器线圈是由外包裹绝缘纸的铜线（截面形状为矩形）缠绕构成。每匝绕组线之间有绝缘垫片隔离。若电动力过大，绕组线外层绝缘纸与垫块件的接触压力增大，将致绝缘纸破损，绝缘失效，从而引起短路放电造成变压器爆炸。随着电力系统的增长和变压器单台容量的迅速增大，短路引起的电动力也迅速增大，这就使变压器短路事故下的点动力计算和线圈短路机械强度研究成为变压器制造业十分关注的科研课题。研究变压器线圈短路机械力的测试方法和提高变压器线圈短路机械力的测试精度，有助于增强变压器抵抗短路力的冲击。

传统的测试方法仅仅只是通过模型来模拟变压器短路试验。如采用“场-路耦合”法建立短路工况下的2D轴对称有限元模型，通过利用此模型来模拟变压器短路试验，求取变压器短路阻抗值，在此基础上对变压器短路机械力展开研究，给出绕组机械强度的计算方法。经过国内外学者多年的研究和探索，从最初的平面二维模型分析到如今的空间三维实体模型求解，计算范围越来越广求解能力飞跃提高。如国外学者Madin,A.B．等人通过建立变压器3D有限元模型计算出变压器各个结构件所受的不同的力。阿普尔学者Faiz,J使用二维TSFEM有限元法计算了电力变压器在冲击电流和短路电流共同作用下内外侧绕组动静态力的大小。伊朗学者Mortazavian,S.采用合成孔径雷达(SAR)成像方法检测出绕组轴向位移和径向形变，通过处理接收到的图像可以准确判断出绕组受力情况。澳大利亚学者Cheema,M.A.M.对一台电炉变压器应用有限元方法计算该绕组上因谐波电流所引起的短路电动力大小。这些方法往往通过建模的方式来求得结果，缺少大量直观清晰的实验数据。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种变压器线圈短路机械力的测试方法及相关测试系统，该发明的目的在于解决现有测试方法中存在的通过建模的方式来求得结果，缺少大量直观清晰的实验数据的问题。

技术方案：

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种变压器线圈短路机械力测试系统，其特征在于：包括油源主机架加载系统，液压系统、传感器、PC机；

所述油源主机架加载系统包括：横梁安装在垂直固定在底座上的立柱上；横梁提升液压缸安装在底座的两侧；所述横梁提升液压缸中的横梁提升活塞杆的顶端连接横梁底部；立柱上安装有工作台，所述工作台位于横梁下方；所述工作台上安装有工作液压缸，所述工作液压缸中的工作液压活塞杆顶端安装下压板；所述横梁的底部安装有与下压板对应的上压板；

所述液压系统包括：油泵、与所述油泵连接的电动机、油箱、电液伺服阀；所述油泵通过管路与工作液压缸连接；所述油箱通过管路与油泵连接；所述电液伺服阀安装在工作液压缸上；

所述传感器包括：安装在作液压活塞杆上的位移传感器；安装在上压板上的负荷传感器；

所述位移传感器、负荷传感器、电液伺服阀通过线缆与PC机的对应接口相连接。

一种变压器线圈短路机械力测试方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)启动油泵，预热8-12分钟；

(2)将试样和垫片放置于下压板中心处，并以夹具固定；

(3)通过横梁提升液压缸调整上压盘的位置，使试样与上压盘之间留有20-25mm的距离。

(4)通过工作液压缸使下压板上升并使试样与上压盘接触，接触受压之后以设定的加载速度加载，试样破碎程序停止，并复位下压板。

重复（2）,（3）,（4）步骤，直到试验完成。

所述的变压器线圈短路机械力测试方法，其特征在于：所述的加载速度≤0.20MPa/s。

所述的变压器线圈短路机械力测试方法，其特征在于：对于单根扁导线宽度b≦25mm的试样线圈，采用多匝捆绑形式进行试验，捆绑后的线圈宽度b≥25mm。

优点及效果：与现有技术相比，本发明的有益效果在于解决了由于部分单根扁导线的宽度过小引起的压力机在加载过程中常出现低载倒伏现象，即在压力尚未达到绝缘破损压力时导线已经倾斜，无法继续加载的问题。同时对于换位导线在加载时由于绝缘纸内部导线发生错位，绝缘纸在非受压面（侧片）被发生错位的导线顶破的现象对实验造成的影响给予了最大程度上的减少。

附图说明：

图1为变压器线圈短路机械力测试系统示意图；

图2为变压器线圈短路机械力测试方法流程图；

图3为实验试件摆放位置示意图；

图4为实验夹具示意图。

图中标注：1立柱；2横梁；3上压板；4下压板；5横梁提升活塞杆；6横梁提升液压缸；7工作台；8油泵；9底座；10位移传感器；11电液伺服阀；12工作液压缸；13工作液压活塞杆；14试样；15负荷传感器；16垫片；17夹具。

具体实施方式：

本发明提供了一种变压器线圈短路机械力的测试方法及相关测试系统。其中的测试系统具体为：

该测试系统包括油源主机架加载系统，液压系统、传感器、PC机组成；

油源主机架加载系统包括：横梁2安装在垂直固定在底座9的立柱1上；横梁提升液压缸6安装在底座9的两侧；所述横梁提升液压缸6中的横梁提升活塞杆5的顶端连接横梁2底部；立柱1上安装有工作台7，所述工作台7位于横梁2下方；所述工作台7上安装有工作液压缸12，所述工作液压缸12中的工作液压活塞杆13顶端安装下压板4；所述横梁2的底部安装有与下压板4对应的上压板3；

液压系统包括：油泵8、与所述油泵8连接的电动机、油箱、电液伺服阀11；所述油泵通过管路与工作液压缸12连接；所述油箱通过管路与油泵连接；所述电液伺服阀11安装在工作液压缸12上；

传感器包括：安装在作液压活塞杆14上的位移传感器10；安装在上压板3上的负荷传感器15；

所述位移传感器10、负荷传感器15、电液伺服阀11通过线缆与PC机的对应接口相连接。

工作液压缸12的内壁上嵌有复合密封圈来达到密封。这种结构可以使工作液压缸12与活塞13之间的摩擦减小到最低限度，从而保证试验机的精度。采用柱塞高压的油泵，电机和油泵8直接连接，工作平稳噪声低。所述电液伺服阀上有数字电液伺服阀和电磁换向阀，负荷传感器15安装于横梁底部与上压盘3连接。所述PC控制测力系统安放在试验机侧边。

如图2所示，所述变压器线圈短路机械力测试方法具体包括以下实验步骤：

（1）截取绕组导线长L=200mm；

（2）若单匝绕组导线宽度b≥25mm，采用单匝组线试验；若b≦25mm，采用多匝捆绑形式进行试验，捆绑后宽度b≥25mm；

（3）绕组线试验前需进行平整操作；

（4）垫片4片为一组捆绑固定。对初始数据进行记录，如表一所示；

表一变压器线圈初始数据记录

（5）开启微机控制电液伺服压力试验机，启动油泵，预热10分钟。

（6）将试样和垫片按图3所示摆放在试验机工作台中心。

（7）点击操作界面上的手动输出，点击上升或下降，然后利用升降电机快速调整上压盘位置，使之与试样有合适的空间。

（8）单击“运行”按钮，工作台缓慢上升和上压盘接触，接触受压之后将以设定的加载速度加载，试样破碎程序自动停止，并复位工作台。所述的控制加载速度≤0.20MPa/s。

（9）重复3,4,5步骤，以完成一组试验。

测试最大压力值。加载步骤如下：采用斜坡加载。从0KN开始，加大到压力机自动卸荷压力，记录该载荷；取下绕组导线和垫片，观察绝缘纸破碎情况，测量垫片压痕深度（未断裂）。按上述方法，同种绕组导线测试5次。压力机自动卸荷压力是指试件压溃时压力。在本试验中，自动卸荷压力有可能是出现垫片被压断或是换位导线被压致错位时的加载压力。如发生垫片压断情况，将上述载荷值降低10%进行加载，如垫片未断裂，观察绝缘纸破碎，测量垫片压痕深度；如垫片断裂，将载荷值再降低10%，直至垫片不发生断裂。

表二变压器线圈实验数据记录

Claims (4)

1.一种变压器线圈短路机械力测试系统，其特征在于：该系统包括油源主机架加载系统、液压系统、传感器、PC机；

所述油源主机架加载系统包括：横梁（2）安装在垂直固定在底座（9）上的立柱（1）上；横梁提升液压缸（6）安装在底座（9）的两侧；所述横梁提升液压缸（6）中的横梁提升活塞杆（5）的顶端连接横梁（2）底部；立柱（1）上安装有工作台（7），所述工作台（7）位于横梁（2）下方；所述工作台（7）上安装有工作液压缸（12），所述工作液压缸（12）中的工作液压活塞杆（13）顶端安装有下压板（4）；所述横梁（2）的底部安装有与下压板（4）对应的上压板（3）；

所述液压系统包括：油泵（8）、与所述油泵（8）连接的电动机、油箱、电液伺服阀（11）；所述油泵通过管路与工作液压缸（12）连接；所述油箱通过管路与油泵连接；所述电液伺服阀（11）安装在工作液压缸（12）上；

所述传感器包括：安装在作液压活塞杆（13）上的位移传感器（10）；安装在上压板（3）上的负荷传感器（15）；

所述位移传感器（10）、负荷传感器（15）、电液伺服阀（11）通过线缆与PC机的对应接口相连接。

2.一种变压器线圈短路机械力测试方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

（1）启动油泵（8），预热8-12分钟；

（2）将试样（14）和垫片（16）放置于下压板（4）中心处，并以夹具（17）固定；

（3）通过横梁提升液压缸（6）调整上压盘（3）的位置，使试样（14）与上压盘（3）之间留有20-25mm的距离；

（4）通过工作液压缸（1）使下压板上升并使试样（14）与上压盘接触，接触受压之后以设定的加载速度加载，试样破碎程序停止，并复位下压板（4）；

（5）重复（2）,（3）,（4）步骤，直到记录足够的数据，试验完成。

3.根据权利要求2所述的变压器线圈短路机械力测试方法，其特征在于：所述的加载速度≤0.20MPa/s。

4.根据权利要求3所述的变压器线圈短路机械力测试方法，其特征在于：该方法中，对于单根扁导线宽度b≦25mm的试样线圈，采用多匝捆绑形式进行试验，捆绑后的线圈宽度b≥25mm。