CN107219444B - 一种变压器悬浮放电模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高电压与绝缘技术领域，具体涉及一种变压器悬浮放电模拟装置，本发明提供的变压器悬浮放电模拟装置，通过悬浮电极的永磁体以及环形永磁体、电磁铁的共同作用，利用磁体同性相斥的原理，来实现悬浮电极真正意义的无接触、无支撑悬浮，从而实现真正的变压器悬浮放电模拟，且高压电极、悬浮电极和接地电极间距可调，放电特征明确，放电强度可控，可对变压器中由于存在悬浮电位而导致的放电现象进行检测和研究，满足了变压器悬浮定位放电特性研究的需要，有效促进变压器的制造工艺水平以及变压器局部放电检测能力的提升。

Description

一种变压器悬浮放电模拟装置

技术领域

本发明涉及高电压与绝缘技术领域，具体涉及一种变压器悬浮放电模拟装置。

背景技术

变压器是电力输变电系统的关键设备，其安全运行直接关系着电力系统的安全、可靠性水平，变压器发生故障必将引起电力系统局部乃至大面积的停电。大量故障统计分析表明，绝缘故障是影响变压器正常运行的主要原因。

目前的大型电力变压器多为油浸式电力变压器，虽然在设计上具有足够的电气强度和优良的机械性能，但是在制造过程中的偶然因素会造成一些先天性局部缺陷，如气泡、裂缝、悬浮导电质点和电极毛刺等并由此形成局部放电。基于对局部放电发生时产生的各种电、光、声、热等现象的研究，已成为局部放电检测研究的主要内容。

为了克服在实体中开展局部放电试验涉及到抽油（气）、抽真空、缺陷安装、充气等试验步骤复杂、试验周期长、试验电压高、占用场地大、无法模拟金属尖端引起的绝缘击穿试验等不足，现有技术通过放电模拟装置以研究不同类型的局部放电本身特有的性质，如放电的起始电压、击穿电压、放电能量、放电信号的频域特性等。通过放电模拟装置的研究可以很好的掌握不同类型局部放电特性，为实际研究局部放电的检测技术提供可靠的理论依据。在诸多缺陷类型中，悬浮电位放电是较易出现的一种，特别是当设备中出现螺丝松动等情况时，极易导致悬浮电位放电的出现，因此对其进行研究，特别是对其放电特性进行研究，对于电力变压器的安全运行具有重要意义。

现有的模拟放电装置存在以下不足：模拟放电装置中的电极间距不能准确调节，无法研究不同放电间距产生的放电特性；悬浮放电装置中的悬浮电极需要与绝缘件接触，例如中国发明专利201010285751.4提供了一种高压油纸绝缘特性试验装置，但该装置中悬浮电极需要绝缘支撑，无法实现真正意义的无接触、无支撑悬浮。

发明内容

针对以上不足，本发明提供一种能够实现真正意义的无接触、无支撑悬浮的变压器悬浮放电模拟装置。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种变压器悬浮放电模拟装置，包括有管状外壳，所述管状外壳上下两端分别安装有上盖板和下盖板，所述上盖板的中心位置设置有一个穿透所述上盖板的高压电极，所述高压电极的材质为铜或铝或银，所述高压电极与所述上盖板滑动密封，所述高压电极可沿所述管状外壳的轴向方向移动，所述下盖板的顶面上固定设置有一个接地电极，所述高压电极和接地电极轴心与所述管状外壳轴心重合；所述下盖板底部还设置有支架，所述支架上设置一个环形永磁体，所述环形永磁体的轴心与所述管状外壳的轴心重合，所述环形永磁体内环在沿圆周方向上均匀设置四个电磁铁，所述环形永磁体的中心以及四个所述电磁铁的中心分别设置有一个位移传感器；所述管状外壳内部还设置有一个悬浮电极，所述悬浮电极位于所述高压电极下方、所述接地电极上方，所述悬浮电极由上圆盘电极、下圆盘电极和永磁体组成，所述上圆盘电极、永磁体和下圆盘电极自上而下分布，所述环形永磁体的磁极与所述永磁体的磁极相反。

环形永磁体的磁极与永磁体的磁极相反，电磁铁接通合适的电流也能够产生特定的磁场，产生对永磁体相斥的作用，从而通过环形永磁体以及电磁铁的作用使得悬浮电极实现悬浮。改变通过电磁铁的电流大小，可实现改变电磁铁对永磁体的斥力大小，以实现悬浮电极高度调节。电磁铁互相独立可调，均匀设置在环形永磁体内环的圆周方向上，还可起到调整悬浮电极平衡的位置，即保证悬浮电极能够水平。高压电极的材质为铜或铝或银，铜、铝、银导电却不与磁体作用，因此不会影响悬浮电极的悬浮。

在上述技术方案的基础上，本发明还有更进一步的优化和改进。

优选的是，所述上盖板边缘设置有放气管，所述放气管一端穿过所述上盖板，另一端设置有放气塞；所述管状外壳的底部侧壁设置有注油管，所述注油管一端穿过所述管状外壳的底部侧壁，另一端设置有球阀。

优选的是，所述管状外壳与上盖板之间设有O型密封圈，所述管状外壳与下盖板之间设有O型密封圈，所述管状外壳通过塑料螺钉分别与所述上盖板和下盖板紧密连接。

优选的是，所述上盖板的顶面中心处设置有空心塑料螺钉压紧，所述空心塑料螺钉压紧与所述上盖板之间设有O型密封圈，所述高压电极部分位于所述空心塑料螺钉压紧和O型密封圈内，所述高压电极与所述空心塑料螺钉压紧和O型密封圈滑动密封，所述高压电极可沿所述空心塑料螺钉压紧的轴向方向移动。

优选的是，所述永磁体为上大下小的空心阶梯圆轴状，所述永磁体的材质为铷铁硼；所述环形永磁体的材质为铷铁硼。

优选的是，所述管状外壳、上盖板和下盖板的材质为有机玻璃；所述上圆盘电极和下圆盘电极的材质为铁；所述高压电极和接地电极的材质为铜。

优选的是，所述高压电极和悬浮电极的可调间距为0.5~10mm；所述接地电极和悬浮电极的可调间距为15~45mm。

优选的是，所述位移传感器为霍尔传感器，量程为0~60mm。

优选的是，所述高压电极的底部为针状或板状或球状。

优选的是，所述接地电极沿径向每隔90度开设一条细缝，一条所述细缝与一个所述电磁铁的中心相对应。

本发明的有益效果是：

1、本发明提供了一种变压器悬浮放电模拟装置，通过悬浮电极的永磁体以及环形永磁体、电磁铁的共同作用，利用磁体同性相斥的原理，来实现悬浮电极真正意义的无接触、无支撑悬浮，从而实现真正的变压器悬浮放电模拟；

2、高压电极可以更换为针、板、球等放电电极，能够根据需要实现电极的更换；

3、高压电极与上盖板滑动密封，高压电极与上盖板之间设有O型密封圈，并通过空心塑料螺钉压紧，能够在保证密封性的前提下实现高压电极的垂直移动，最终实现高压电极与悬浮电极的间距可调；高压电极、悬浮电极和接地电极间距可调，放电特征明确，放电强度可控，可对变压器中由于存在悬浮电位而导致的放电现象进行检测和研究；

4、支架上的环形永磁体和电磁铁产生与悬浮电极的永磁体相反的磁场，并通过位移传感器反馈，可实现悬浮电极与接地电极间距的精确自动可调；

5、接地电极沿径向每隔90度开设一条细缝，能够防止电磁铁在接地电极上产生涡流，从而保证悬浮电极水平；

6、放气管和注油管能够便于变压器内部气体的排放及油液的输送。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中的环形永磁体、电磁铁和位移传感器的装配示意图（俯视视角）；

图3为本发明中的电磁铁和位移传感器的装配示意图。

其中，图中所示标记为：1：管状外壳；2：上盖板；3：下盖板，4：高压电极；5：接地电极；6：悬浮电极；7：放气管；8：注油管；9：支架；10：环形永磁体；11：电磁铁；12：位移传感器；13：球阀；14：铁芯；15：线圈；16：放气塞；17：导线；18：空心塑料螺钉；19：塑料螺钉；61：上圆盘电极；62：下圆盘电极；63：永磁体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参照图1、图2，本发明提供一种变压器悬浮放电模拟装置，主要包括有管状外壳1、上盖板2、下盖板3、高压电极4、接地电极5、悬浮电极6、支架9、环形永磁体10、电磁铁11以及位移传感器12。

如图1所示，管状外壳1上下两端分别安装有上盖板2和下盖板3，管状外壳1与上盖板2之间设有O型密封圈，管状外壳1与下盖板3之间设有O型密封圈，管状外壳1通过塑料螺钉19分别与上盖板2和下盖板3紧密连接，通过设置O型密封圈和塑料螺钉19的方法，可以起到密封的作用，能够增强变压器的密封性。管状外壳1、上盖板2和下盖板3的材质为有机玻璃，有机玻璃绝缘性能好，耐热，机械强度高，耐油，造价便宜，透明度高，易于观察变压器内部。

如图1所示，上盖板2的中心位置设置有一个穿透上盖板2的高压电极4，高压电极4上部为杆状，高压电极4的底部可根据模拟需要设置成针状或板状或球状，在本实施例中，高压电极4底部为针状，本实施例所使用的高压电极4的类型，只是一种实施方式，本发明提供的高压电极4的类型可以根据需要自由选择。上盖板2的顶面中心处设置有空心塑料螺钉压紧18，空心塑料螺钉压紧18与上盖板2之间设有O型密封圈，高压电极4部分位于空心塑料螺钉压紧18和O型密封圈内，高压电极4与空心塑料螺钉压紧18和O型密封圈滑动密封，高压电极4可沿空心塑料螺钉压紧18的轴向方向移动，高压电极4与上盖板2滑动密封，高压电极4可沿管状外壳1的轴向方向移动。O型密封圈以及空心塑料螺钉压紧18的设置能够增强高压电极4与上盖板2的致密性以及保证高压电极4在沿管状外壳1的轴向方向移动时不易发生偏差。下盖板3的顶面上固定设置有一个接地电极5，高压电极4和接地电极5轴心与管状外壳1轴心重合，高压电极4和接地电极5的材质为铜，铜具有良好的加工和导电性以及抗腐蚀和抗氧化的特性，能保证高压电极4和接地电极5在多次、重复模拟试验的情况下正常使用，且铜不与磁体发生作用力。高压电极4顶部还连接有导线17，导线17与外部高压电源连接，既高压电极4能够通过导线17实现与外部高压电源连接，实现放电。

如图1、图2和图3所示，下盖板3底部设置有支架9，支架9起支撑变压器以及放置的环形永磁体10、电磁铁11以及位移传感器12作用。支架9的材质可选择塑料。环形永磁体10固定设置于支架9的顶部、下盖板3的下面，环形永磁体10的轴心与管状外壳1的轴心重合，因此与高压电极4和接地电极5轴心重合，环形永磁体10内环在沿圆周方向上均匀设置四个互相独立可调的电磁铁11，电磁铁11由铁芯14和线圈15组成，用以控制悬浮电极呈水平状态，环形永磁体10的中心以及四个电磁铁11的中心分别设置有一个位移传感器12，位移传感器12为霍尔传感器，量程为0~60mm，位移传感器12用以检测悬浮电极6的高度。环形永磁体10的N极朝上，材质为铷铁硼，铷铁硼具有极高的磁能积、矫顽力和能量密度。

如图1所示，管状外壳1内部还设置有一个悬浮电极6，悬浮电极6位于高压电极4下方、接地电极5上方，悬浮电极6由上圆盘电极61、下圆盘电极62和永磁体63组成，上圆盘电极61、永磁体63和下圆盘电极62自上而下分布，上圆盘电极61和下圆盘电极62夹紧永磁体63，并位于同一中轴线上；永磁体63为上大下小的空心阶梯圆轴状，N极朝下，材质为铷铁硼，上圆盘电极61和下圆盘电极62均为圆盘状，材质均为铁，铁具有良好的导磁性能。环形永磁体10与永磁体63的磁极相反。在本优选的实施例中，高压电极4为针型电极，悬浮电极6为板型电极，即本实施例特别适用于针-板类型的悬浮放电模拟。

如图1所示，上盖板2边缘设置有放气管7，放气管7一端穿过上盖板2，另一端设置有放气塞16；管状外壳1的底部侧壁设置有注油管8，注油管8一端穿过管状外壳1的底部侧壁，另一端设置有球阀13。放气管7和注油管8可由聚乙烯制成。

接地电极5沿径向每隔90度开设一条细缝，一条细缝与一个电磁铁11的中心相对应，即一条细缝位于一个电磁铁11的中心的正上方，一一对应，电磁铁11的轴心穿过细缝，细缝的设置能够防止电磁铁11在接地电极5上产生涡流，从而保证电磁铁11不产生因涡流引起的损耗以及电磁力不发生变化，进而保证了悬浮电极的水平。高压电极4和悬浮电极6的可调间距为0.5~10mm，接地电极5和悬浮电极6的可调间距为15~45mm。可以通过调整高压电极4和悬浮电极6的间距以及接地电极5和悬浮电极6的间距来实现电极间的间距调节，以实现不同间距的模拟，使用人员可以根据实际需要在上述范围内自由调节高压电极4和悬浮电极6以及接地电极5和悬浮电极6的极间间距。管状外壳1与上盖板2和下盖板3形成密闭的容器，打开带有放气塞16的放气管7，通过带有球阀13的注油管8可以实现绝缘油的注入，注满后关闭球阀13和放气塞16，即可使该容器中充满绝缘油，绝缘油可以使用25号GB2536-1990 标准变压器油。

请参照图1、图2，接地电极5接地，通过支架上的环形永磁体10与悬浮电极6的永磁体63的磁极相反，实现悬浮电极6的悬浮，电磁铁11通以合适的电流也能产生与环形永磁体10相同的作用，对悬浮电极6产生相斥的力，使悬浮电极6悬浮。四个独立可调的电磁铁11沿环形永磁体10内环圆周方向上均匀分布，相当于每个象限内分布有一个电磁铁11，这种均匀布置的电磁铁11能够有效防止悬浮电极6偏转，从而能够实现真正意义的无接触、无支撑悬浮。通过位移传感器12反馈，进一步实现悬浮电极6与接地电极5间距的自动可调。位移传感器12和电磁铁11通过线路与外部设备相连，外部设备能够采集、处理位移传感器12的反馈信息并激励电磁铁11。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种变压器悬浮放电模拟装置，其特征在于，包括有管状外壳（1），所述管状外壳（1）上下两端分别安装有上盖板（2）和下盖板（3），所述上盖板（2）的中心位置设置有一个穿透所述上盖板（2）的高压电极（4），所述高压电极（4）的材质为铜或铝或银，所述高压电极（4）与所述上盖板（2）滑动密封，所述高压电极（4）可沿所述管状外壳（1）的轴向方向移动，所述下盖板（3）的顶面上固定设置有一个接地电极（5），所述高压电极（4）和接地电极（5）轴心与所述管状外壳（1）轴心重合；所述下盖板（3）底部还设置有支架（9），所述支架（9）上设置一个环形永磁体（10），所述环形永磁体（10）的轴心与所述管状外壳（1）的轴心重合，所述环形永磁体（10）内环在沿圆周方向上均匀设置四个电磁铁（11），所述环形永磁体（10）的中心以及四个所述电磁铁（11）的中心分别设置有一个位移传感器（12），所述接地电极（5）沿径向每隔90度开设一条细缝，一条所述细缝与一个所述电磁铁（11）的中心相对应；所述管状外壳（1）内部还设置有一个悬浮电极（6），所述悬浮电极（6）位于所述高压电极（4）下方、所述接地电极（5）上方，所述悬浮电极（6）由上圆盘电极（61）、下圆盘电极（62）和永磁体（63）组成，所述上圆盘电极（61）、永磁体（63）和下圆盘电极（62）自上而下分布，所述环形永磁体（10）的磁极与所述永磁体（63）的磁极相反。

2.根据权利要求1所述的变压器悬浮放电模拟装置，其特征在于：所述上盖板（2）边缘设置有放气管（7），所述放气管（7）一端穿过所述上盖板（2），另一端设置有放气塞（16）；所述管状外壳（1）的底部侧壁设置有注油管（8），所述注油管（8）一端穿过所述管状外壳（1）的底部侧壁，另一端设置有球阀（13）。

3.根据权利要求1所述的变压器悬浮放电模拟装置，其特征在于：所述管状外壳（1）与上盖板（2）之间设有O型密封圈，所述管状外壳（1）与下盖板（3）之间设有O型密封圈，所述管状外壳（1）通过塑料螺钉（19）分别与所述上盖板（2）和下盖板（3）紧密连接。

4.根据权利要求1所述的变压器悬浮放电模拟装置，其特征在于：所述上盖板（2）的顶面中心处设置有空心塑料螺钉压紧（18），所述空心塑料螺钉压紧（18）与所述上盖板（2）之间设有O型密封圈，所述高压电极（4）部分位于所述空心塑料螺钉压紧（18）和O型密封圈内，所述高压电极（4）与所述空心塑料螺钉压紧（18）和O型密封圈滑动密封，所述高压电极（4）可沿所述空心塑料螺钉压紧（18）的轴向方向移动。

5.根据权利要求1所述的变压器悬浮放电模拟装置，其特征在于：所述永磁体（63）为上大下小的空心阶梯圆轴状，所述永磁体（63）的材质为铷铁硼；所述环形永磁体（10）的材质为铷铁硼。

6.根据权利要求1所述的变压器悬浮放电模拟装置，其特征在于：所述管状外壳（1）、上盖板（2）和下盖板（3）的材质为有机玻璃；所述上圆盘电极（61）和下圆盘电极（62）的材质为铁；所述高压电极（4）和接地电极（5）的材质为铜。

7.根据权利要求1所述的变压器悬浮放电模拟装置，其特征在于：所述高压电极（4）和悬浮电极（6）的可调间距为0.5~10mm；所述接地电极（5）和悬浮电极（6）的可调间距为15~45mm。

8.根据权利要求1所述的变压器悬浮放电模拟装置，其特征在于：所述位移传感器（12）为霍尔传感器，量程为0~60mm。

9.根据权利要求1所述的变压器悬浮放电模拟装置，其特征在于：所述高压电极（4）的底部为针状或板状或球状。

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