CN105467279B - 一种变压器内部气泡放电模型 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种属于电力变压器内部局部放电模拟技术领域，尤其涉及一种变压器内部气泡放电模型。该气泡放电模型由高压电极、地电极、抽油管、注气管、油泵和气泵组成；其中放电部分浸在变压器油中；抽油管中间部分呈现上凸弧形，该上凸部位位于高压电极和地电极之间；注气管的一部分插入抽油管；抽油管与油泵相连，可以将变压器油抽入抽油管，也可以将抽油管中的气泡抽走；注气管与气泵相连，可以将气泡注入抽油管，使气泡上浮、聚集在抽油管的上凸部位，从而使高压电极和地电极之间的强电场区域存在处于油中、可以自由伸缩的气泡，进而产生更加接近实际情况的变压器油中气泡放电。
Description
技术领域
本发明属于电力变压器内部局部放电模拟技术领域，尤其涉及一种模拟变压器内部油中气泡放电的模型。
背景技术
电力变压器是电力系统中关键的设备之一，担负着电力系统电能传递的重要任务，其运行的可靠性关系到电力系统的安全与稳定，且故障所造成的损失也是巨大的。大量资料表明，导致变压器设备故障的主要原因是其绝缘性能的劣化，而局部放电是造成变压器绝缘故障的主要原因之一。
对绝缘故障进行局部放电在线监测，能够连续、实时地反映出变压器内部的绝缘劣化状况，是掌握变压器绝缘状况的重要手段之一。为了掌握变压器内部局部放电的发展过程和传播规律，需要对其进行实验验证，而实验室的空间和资金有限，不可能以真型变压器为基础进行实验，所以需要对变压器内部简化进而进行仿真实验，这就需要产生稳定可靠局部放电信号的局放模型。变压器内部绝缘缺陷如气泡、裂缝、悬浮导电颗粒和电极毛刺等会产生相对应的局放信号，所以需要建立与之相对应的局放模型。
变压器油中气泡的来源主要有三种：第一种是变压器注油过程中真空度有限，气体未能完全排出，以气泡的形式滞留在绝缘纸板间隙中、绝缘成型件弯角处；第二种是变压器内部发生局部过热、局部放电等缺陷，使变压器油分解产生大量气体，形成气泡；第三种是变压器油、纸绝缘老化产生的气体，当变压器温度发生变化从而使得变压器油中气体溶解度发生变化，进而使得气体从油中析出，聚集在一起形成气泡。
气泡的相对介电常数为变压器油相对介电常数的一半，那么气泡中的电场强度是变压器油中电场强度的两倍以上，而气泡的击穿场强要比变压器油或油纸绝缘的低很多，所以气泡处更容易发生局部放电。
目前对于模拟变压器内部气泡放电的模型仍是比较少见的，且构成主要有以下几种：一种是三纸板模型，该模型由三层纸板叠在一起构成，其中处于中间位置的纸板上有一小孔，再与上下纸板粘合在一起，则中间纸板上的小孔里保留了气体从而形成位于纸板中部的小气泡；第二种则是在环氧树脂材料固化过程中将气体注入其中，待环氧树脂完全固化后，气体仍然存留其中形成气泡；第三种则是在变压器油中，利用软管将气泡直接吹入油中，气泡上浮到高低压电极之间的高电场区域。
但是上述三种气泡模型均存在明显的缺陷，第一种气泡模型中，三纸板模型虽制作使用方便，但是纸板实验之前需要进行浸油处理，纸板中的气泡在处理过程中很可能消失，从而最终形成纸板中的小液滴，而非气泡；另外，即使气泡还存在，而其周围空间受到纸板的限制而不能自由伸缩，这与变压器油中气泡可以在局部放电的加热下可以自由膨胀甚至分裂成多个气泡的特性完全不同，进而该模型中的局部放电现象与变压器油中气泡放电的特性差异很大。第二种气泡模型中，气泡位于环氧树脂及其类似特性的固体绝缘材料中，这些固体材料的特性与变压器油等液体绝缘材料差异巨大，不能真实反映变压器油中的气泡放电特性；而且环氧树脂中的气泡所处的空间受到严格限制，不能自由扩张，与油中气泡能够自由扩张完全不同，进而该模型中的局部放电现象与变压器油中气泡放电的特性差异很大。此外，油中分解气体的分析[DGA]是研究油中局部放电现象的常用的、非常有效的方法，第二种气泡模型无法产生油分解气体，不能开展DGA分析研究。
第三种气泡模型中，气泡虽然处于油中，可以自由扩展，但是在该模型使用过程中，需要源源不断地向油中吹入气泡。在一些真型变压器试验平台等一些应用场合，向变压器油中吹入的气泡可能会聚集成大气泡并且上浮到变压器平台内部电场比较集中的部分而引发危险；并且源源不断的吹入的气泡也将空气中的水分带入变压器油中，改变了油中含水量，进而对模型的局部放电特性造成巨大影响，脱离了实际情况。因此，第三种气泡模型不能用于对油中气泡数量有严格限制的场合。
发明内容
本发明提出了一种变压器内部气泡放电模型，它包括
气泡放电模型由高压电极(2)、地电极(3)、抽油管(4)、注气管(6)、油泵(5)和气泵(7)组成；高压电极(2)和地电极(3)均为金属圆盘，平行放置，并且这两者之间保持距离d；距离d按照下列公式(1)确定，其单位为厘米：
其中U为高压电极(2)与地电极(3)之间的电压，单位为千伏；抽油管(4)为绝缘材料制作的空心圆管，中间部分呈现向上凸的弧形，而且弧形部分位于高压电极(2)和地电极(3)之间的空间中，不与高压电极(2)和地电极(3)接触；抽油管(4)一端与油泵(5)连接，另一端浸在油里；注气管(6)为绝缘材料制作的空心圆管；注气管(6)的外直径小于抽油管(4)的内直径；注气管(6)的一端连接气泵(7)；注气管(6)另一端的端口向上，插入抽油管(4)浸入油中的一侧，并且到达抽油管(4)上凸弧形的边沿。
气泵(7)负责注入气泡，当气泵(7)打开时，气泡沿注气管(6)进入抽油管(4)，并且上浮、聚集、驻留在抽油管(4)的上凸弧形部分；油泵(5)负责清除气泡，当油泵(5)启动时，将变压器油抽入抽油管(4)，使得注气管(6)注入的气泡处于抽油管(4)内部的变压器油中，当不需要气泡时，油泵(5)可将抽油管(4)中的气泡抽出。
本发明的有益效果为：将该模型浸入变压器油中，能够更加真实地模拟油中气泡放电的场景，不但气泡可以自由扩张和分裂，而且气体被限制在抽油管中，不会影响高压电极和地电极之间的变压器油中的气体含量，能够用于对变压器油中气体含量有严格要求的场合。此外，通过对油泵和气泵的控制，可以方便地注入气泡、消除气泡、控制气泡注入量。
附图说明
图1是本发明提出的气泡模型结构示意图。
具体实施方式
本发明的实施例如图1所示，一种变压器内部气泡放电模型包括以下部分：
气泡放电模型主要由浸入变压器油中的放电部分(1)、处于变压器油之外的油泵(5)和处于变压器油之外的气泵(7)组成。其中放电部分(1)由高压电极(2)、地电极(3)、抽油管(4)和注气管(6)组成。
其中高压电极(2)和地电极(3)由铜或铝材加工而成，直径60厘米，厚度5毫米，相距2厘米；使用该模型时可以将地电极(3)接地，向高压电极(2)施加50kV的交流电压，使这两电极间的空间电场达到25kV/cm。
其中抽油管(4)和注气管(6)均为透明的橡胶管。抽油管(4)内直径8毫米，注气管(6)外直径3毫米。注气管(6)的一部分位于抽油管(4)的内部，并且与气泵(7)相连。抽油管(4)与油泵(5)相连接，并且抽油管(4)位于高压电极(2)和地电极(3)之间的部分呈现弧形从而使气泡在此停留聚集，在高压电极(2)和地电极(3)之间的电场作用下可形成气泡放电。
当使用该模型时，首先将放电部分(1)浸入变压器油中，然后启动油泵(5)，抽出抽油管(4)内的气体，并且将变压器油吸入抽油管(4)内部，关闭油泵(5)；然后开启气泵(7)，向抽油管(4)内部注入气泡，则气泡上浮聚集在抽油管(4)的上凸部位；再关闭气泵(7)；需要清除气泡时，再打开油泵(5)，将抽油管(4)中的气泡抽出。
若要分析油中分解气体含量，可以对油泵抽出的油样进行采样分析。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (2)
1.一种变压器内部气泡放电模型，其特征在于：气泡放电模型由高压电极(2)、地电极(3)、抽油管(4)、注气管(6)、油泵(5)和气泵(7)组成；高压电极(2)和地电极(3)均为金属圆盘，平行放置，并且这两者之间保持距离d；距离d按照下列公式(1)确定，其单位为厘米：
其中U为高压电极(2)与地电极(3)之间的电压，单位为千伏；抽油管(4)为绝缘材料制作的空心圆管，中间部分呈现向上凸的弧形，而且弧形部分位于高压电极(2)和地电极(3)之间的空间中，不与高压电极(2)和地电极(3)接触；抽油管(4)一端与油泵(5)连接，另一端浸在油里；注气管(6)为绝缘材料制作的空心圆管；注气管(6)的外直径小于抽油管(4)的内直径；注气管(6)的一端连接气泵(7)；注气管(6)另一端的端口向上，插入抽油管(4)浸入油中的一侧，并且到达抽油管(4)上凸弧形的边沿。
2.按照权利要求1所述变压器内部气泡放电模型，其特征在于：气泵(7)负责注入气泡，当气泵(7)打开时，气泡沿注气管(6)进入抽油管(4)，并且上浮、聚集、驻留在抽油管(4)的上凸弧形部分；油泵(5)负责清除气泡，当油泵(5)启动时，将变压器油抽入抽油管(4)，使得注气管(6)注入的气泡处于抽油管(4)内部的变压器油中，当不需要气泡时，油泵(5)可将抽油管(4)中的气泡抽出。
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