CN107329064A - 一种套管主绝缘多因子联合老化的实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种套管主绝缘多因子联合老化的实验方法，首先搭建实验系统，对电容芯子(3)进行受潮处理并对绝缘油(7)进行加热；然后再对电容芯子(3)进行热老化‑和机械振动‑老化处理，受潮过程结束后对电容芯子(3)施加冲击性负载，记录电容芯子(3)外部绝缘层的水分分布状态，电容芯子(3)热老化过程结束后计算此时的聚合度DP(t)，评估其老化状态；基于该老化方法能够对牵引变压器套管在恶劣环境及冲击性负载下的水分分布扩散状态模拟，极大地提高了实验效率，对牵引变压器套管主绝缘老化机制的研究以及牵引变压器老化套管受潮状态的评估具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备寿命研究与诊断技术领域，具体为一种套管主绝缘多因子联合老化的实验方法。
背景技术
随着轨道交通行业的高速发展，牵引供电设备的可靠性成为制约行业进一步发展的重要因素。高压套管作为牵引变压器主要附属装置，主绝缘为电容芯子，其劣化对牵引变压器乃至整个供电系统具有重要影响。牵引变压器套管主绝缘在运行过程中，热、机械应力、水分入侵等诸多因素迫使其绝缘状态不断劣化，老化产物更进一步加速电容芯子的老化速率。此外，牵引变压器套管负载具有冲击性强特点，与传统套管相比，牵引变压器套管运行过程中虽然承受的平均负载低，但具有短时负荷大，过载时温升剧烈特点。
传统老化装置对套管主绝缘进行老化的过程，模拟的老化过程也较为单一，不能全面地反映牵引变压器套管复杂恶劣的运行工况，对其进行的受潮处理也通常对套管整体进行处理，受潮效率低下。因此急需一种老化方法能模拟复杂运行工况下牵引变压器套管主绝缘的老化过程并得到该状态下的水分扩散状态，进而对牵引变压器套管的绝缘状态进行分析。
发明内容
为了能够全面反映并模拟牵引变压器套管复杂恶劣的运行工况，为相关研究提供基础，本发明提供一种套管主绝缘多因子联合老化的实验方法，步骤包括：
第一步：搭建试验系统
搭建牵引变压器套管主绝缘多因子联合老化系统，主要由电容芯子(3)、绝缘油箱(8)、冲击电流发生装置(20)、加湿器(17)、超声波换能器(11)、电热丝(6)及附属装置组成，电容芯子(3)绝缘纸(2)间隙沿径向和纵向分别均匀布置微水传感器(5)，微水传感器(5)通过无线局域网与终端机(19)建立通讯连接，终端机(19)通过读取全体微水传感器(5)数据，综合分析电容芯子(3)内部水分分布特征，监控其受潮状态；电容芯子(3)铜管(1)两端安装支架(4a)、支架(4b)，支架安装处设置尼龙材料轴承，保证电容芯子(3)能够自由转动，支架(4a)、支架(4b)底座固定在绝缘油箱(8)箱底；电容芯子(3)尾端与传动杆(9)顶端套装后经密封胶固定密封，并与电动机(10)连接，传动杆(9)通过绝缘油箱(8)侧壁的通孔穿过，通孔边缘加装尼龙轴承，保证传动杆(9)自由转动；绝缘油箱(8)内壁四周均匀布置电热丝(6)，内表面安装温度传感器(13)，电热丝(6)通过带有继电装置的温度控制系统(14)连接到交流电源(15)，温度控制系统(14)连接温度传感器(13)，实时采集温度传感器(13)测量的绝缘油(7)温度，通过继电装置控制电热丝(6)加热状态以调节油温，使油温维持在预先设定水平；超声波换能器(11)安装在绝缘油箱(8)侧壁底部，以绝缘油(7)为介质，向电容芯子(3)发送超声震动波，进行机械振动老化，超声波发生器(12)输入端接入交流电源(15)，输出端输出高频信号接超声波换能器(11)；绝缘油箱(8)内填充绝缘油(7)，液面与铜管(1)下部齐平，且保证绝缘油(7)液面超过温度传感器(13)、超声波换能器(11)，充油后，使用环氧树脂板封盖(21)封装；加湿器(17)与空气泵(18)通过软管(16)相连，软管(16)通过快速插头与绝缘油箱(8)箱体固定连接，形成闭合水气通道，加湿器(17)开启释放水分的同时以固定频率开启空气泵(18)，加强该水气通道空气流通，保证绝缘油箱(8)中空部分水分分布均匀；冲击电流发生装置(20)输出电流两端接铜管(1)两端，输出幅值、频率、持续时间一定的冲击电流，连接线路通过封盖(21)表面预留出线孔走线，出线孔安装防水接头，保证绝缘油箱(8)的气密性；终端机(19)通过无线传输与微水传感器(5)建立连接，与电动机(10)相连，发送控制信号，调节其转速，终端机(19)与超声波发生器(12)、加湿器(17)相连，设置超声波的频率强度，调节加湿器(17)的工作强度。
第二步：开启受潮装置
开启加湿器(17)，启动空气泵(18)，通过软管(16)与绝缘油箱(8)形成闭合水分循环通道，电动机(10)通过传动杆(9)带动电容芯子(3)进行转动，使电容芯子(3)的外部绝缘层各个位置均匀受潮，受潮时间t1可人为预设，安装在电容芯子(3)外绝缘层间的微水传感器(5)将监测到的微水含量与分布实时上传至终端机(19)；
第三步：开启热老化装置
交流电源(15)开启，启动温度控制系统(14)，控制电热丝(6)通过绝缘油(7)对电容芯子(3)进行热老化，热老化时间t2(单位：h)和热老化温度T可通过温度控制系统(14)进行预设并控制；
第四步：开启超声波发生器进行机械振动老化
交流电源(15)对超声波发生器(12)进行供电，调节超声波发生器(12)运行参数声波强度和持续时间，对电容芯子(3)发出振动波信号，进行机械振动老化；
第五步：施加冲击性负载
受潮时间t1结束后，微水传感器(5)将监测到的微水含量与分布实时上传至终端机(19)并记录，开启冲击电流发生装置(20)并对其电流输出幅值、持续时间、输出周期进行设置，对电容芯子(3)施加冲击负荷，施加结束后微水传感器(5)再次将监测到的微水含量与分布实时上传至终端机(19)，记录老化状态下的牵引变压器套管在冲击负荷下的水分扩散分布特性；
第六步：聚合度估算
热老化时间t2到达，热老化过程结束后，根据热老化时间t2和热老化温度T，采用式(1)估算得到聚合度DP(t2)：
式(1)中，热老化温度T为绝对温度(单位：K)，DP(0)为初始聚合度，A为指前常数，取5.74×108，E为活化能，取113kJ/mol，R为理想气体常数，取8.314J/mol·K。
附图说明
图1牵引变压器套管主绝缘多因子联合老化方法流程图
图2牵引变压器套管主绝缘多因子联合老化系统图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施过程对本发明作进一步说明：
图1为牵引变压器套管主绝缘多因子联合老化方法流程图；图2所示为牵引变压器套管主绝缘多因子联合老化系统；由图1可以看出，冲击牵引变压器套管主绝缘多因子联合老化方法包括如下步骤：
第一步：搭建试验系统
搭建牵引变压器套管主绝缘多因子联合老化系统，主要由电容芯子(3)、绝缘油箱(8)、冲击电流发生装置(20)、加湿器(17)、超声波换能器(11)、电热丝(6)及附属装置组成，电容芯子(3)绝缘纸(2)间隙沿径向和纵向分别均匀布置微水传感器(5)，微水传感器(5)通过无线局域网与终端机(19)建立通讯连接，终端机(19)通过读取全体微水传感器(5)数据，综合分析电容芯子(3)内部水分分布特征，监控其受潮状态；电容芯子(3)铜管(1)两端安装支架(4a)、支架(4b)，支架安装处设置尼龙材料轴承，保证电容芯子(3)能够自由转动，支架(4a)、支架(4b)底座固定在绝缘油箱(8)箱底；电容芯子(3)尾端与传动杆(9)顶端套装后经密封胶固定密封，并与电动机(10)连接，传动杆(9)通过绝缘油箱(8)侧壁的通孔穿过，通孔边缘加装尼龙轴承，保证传动杆(9)自由转动；绝缘油箱(8)内壁四周均匀布置电热丝(6)，内表面安装温度传感器(13)，电热丝(6)通过带有继电装置的温度控制系统(14)连接到交流电源(15)，温度控制系统(14)连接温度传感器(13)，实时采集温度传感器(13)测量的绝缘油(7)温度，通过继电装置控制电热丝(6)加热状态以调节油温，使油温维持在预先设定水平；超声波换能器(11)安装在绝缘油箱(8)侧壁底部，以绝缘油(7)为介质，向电容芯子(3)发送超声震动波，进行机械振动老化，超声波发生器(12)输入端接入交流电源(15)，输出端输出高频信号接超声波换能器(11)；绝缘油箱(8)内填充绝缘油(7)，液面与铜管(1)下部齐平，且保证绝缘油(7)液面超过温度传感器(13)、超声波换能器(11)，充油后，使用环氧树脂板封盖(21)封装；加湿器(17)与空气泵(18)通过软管(16)相连，软管(16)通过快速插头与绝缘油箱(8)箱体固定连接，形成闭合水气通道，加湿器(17)开启释放水分的同时以固定频率开启空气泵(18)，加强该水气通道空气流通，保证绝缘油箱(8)中空部分水分分布均匀；冲击电流发生装置(20)输出电流两端接铜管(1)两端，输出幅值、频率、持续时间一定的冲击电流，连接线路通过封盖(21)表面预留出线孔走线，出线孔安装防水接头，保证绝缘油箱(8)的气密性；终端机(19)通过无线传输与微水传感器(5)建立连接，与电动机(10)相连，发送控制信号，调节其转速，终端机(19)与超声波发生器(12)、加湿器(17)相连，设置超声波的频率强度，调节加湿器(17)的工作强度。
第二步：开启受潮装置
开启加湿器(17)，启动空气泵(18)，通过软管(16)与绝缘油箱(8)形成闭合水分循环通道，电动机(10)通过传动杆(9)带动电容芯子(3)进行转动，使电容芯子(3)的外部绝缘层各个位置均匀受潮，受潮时间t1可人为预设，安装在电容芯子(3)外绝缘层间的微水传感器(5)将监测到的微水含量与分布实时上传至终端机(19)；
第三步：开启热老化装置
交流电源(15)开启，启动温度控制系统(14)，控制电热丝(6)通过绝缘油(7)对电容芯子(3)进行热老化，热老化时间t2(单位：h)和热老化温度T可通过温度控制系统(14)进行预设并控制；
第四步：开启超声波发生器进行机械振动老化
交流电源(15)对超声波发生器(12)进行供电，调节超声波发生器(12)运行参数声波强度和持续时间，对电容芯子(3)发出振动波信号，进行机械振动老化；
第五步：施加冲击性负载
受潮时间t1结束后，微水传感器(5)将监测到的微水含量与分布实时上传至终端机(19)并记录，开启冲击电流发生装置(20)并对其电流输出幅值、持续时间、输出周期进行设置，对电容芯子(3)施加冲击负荷，施加结束后微水传感器(5)再次将监测到的微水含量与分布实时上传至终端机(19)，记录老化状态下的牵引变压器套管在冲击负荷下的水分扩散分布特性；
第六步：聚合度估算
热老化时间t2到达，热老化过程结束后，根据热老化时间t2和热老化温度T，采用式(1)估算得到聚合度DP(t2)：
式(1)中，热老化温度T为绝对温度(单位：K)，DP(0)为初始聚合度，A为指前常数，取5.74×108，E为活化能，取113kJ/mol，R为理想气体常数，取8.314J/mol·K。
Claims (1)
1.一种套管主绝缘多因子联合老化的实验方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：搭建试验系统
搭建牵引变压器套管主绝缘多因子联合老化系统，主要由电容芯子(3)、绝缘油箱(8)、冲击电流发生装置(20)、加湿器(17)、超声波换能器(11)、电热丝(6)及附属装置组成，电容芯子(3)绝缘纸(2)间隙沿径向和纵向分别均匀布置微水传感器(5)，微水传感器(5)通过无线局域网与终端机(19)建立通讯连接，终端机(19)通过读取全体微水传感器(5)数据，综合分析电容芯子(3)内部水分分布特征，监控其受潮状态；电容芯子(3)铜管(1)两端安装支架(4a)、支架(4b)，支架安装处设置尼龙材料轴承，保证电容芯子(3)能够自由转动，支架(4a)、支架(4b)底座固定在绝缘油箱(8)箱底；电容芯子(3)尾端与传动杆(9)顶端套装后经密封胶固定密封，并与电动机(10)连接，传动杆(9)通过绝缘油箱(8)侧壁的通孔穿过，通孔边缘加装尼龙轴承，保证传动杆(9)自由转动；绝缘油箱(8)内壁四周均匀布置电热丝(6)，内表面安装温度传感器(13)，电热丝(6)通过带有继电装置的温度控制系统(14)连接到交流电源(15)，温度控制系统(14)连接温度传感器(13)，实时采集温度传感器(13)测量的绝缘油(7)温度，通过继电装置控制电热丝(6)加热状态以调节油温，使油温维持在预先设定水平；超声波换能器(11)安装在绝缘油箱(8)侧壁底部，以绝缘油(7)为介质，向电容芯子(3)发送超声震动波，进行机械振动老化，超声波发生器(12)输入端接入交流电源(15)，输出端输出高频信号接超声波换能器(11)；绝缘油箱(8)内填充绝缘油(7)，液面与铜管(1)下部齐平，且保证绝缘油(7)液面超过温度传感器(13)、超声波换能器(11)，充油后，使用环氧树脂板封盖(21)封装；加湿器(17)与空气泵(18)通过软管(16)相连，软管(16)通过快速插头与绝缘油箱(8)箱体固定连接，形成闭合水气通道，加湿器(17)开启释放水分的同时以固定频率开启空气泵(18)，加强该水气通道空气流通，保证绝缘油箱(8)中空部分水分分布均匀；冲击电流发生装置(20)输出电流两端接铜管(1)两端，输出幅值、频率、持续时间一定的冲击电流，连接线路通过封盖(21)表面预留出线孔走线，出线孔安装防水接头，保证绝缘油箱(8)的气密性；终端机(19)通过无线传输与微水传感器(5)建立连接，与电动机(10)相连，发送控制信号，调节其转速，终端机(19)与超声波发生器(12)、加湿器(17)相连，设置超声波的频率强度，调节加湿器(17)的工作强度；
第二步：开启受潮装置
开启加湿器(17)，启动空气泵(18)，通过软管(16)与绝缘油箱(8)形成闭合水分循环通道，电动机(10)通过传动杆(9)带动电容芯子(3)进行转动，使电容芯子(3)的外部绝缘层各个位置均匀受潮，受潮时间t1可人为预设，安装在电容芯子(3)外绝缘层间的微水传感器(5)将监测到的微水含量与分布实时上传至终端机(19)；
第三步：开启热老化装置
交流电源(15)开启，启动温度控制系统(14)，控制电热丝(6)通过绝缘油(7)对电容芯子(3)进行热老化，热老化时间t2(单位：h)和热老化温度T可通过温度控制系统(14)进行预设并控制；
第四步：开启超声波发生器进行机械振动老化
交流电源(15)对超声波发生器(12)进行供电，调节超声波发生器(12)运行参数声波强度和持续时间，对电容芯子(3)发出振动波信号，进行机械振动老化；
第五步：施加冲击性负载
受潮时间t1结束后，微水传感器(5)将监测到的微水含量与分布实时上传至终端机(19)并记录，开启冲击电流发生装置(20)并对其电流输出幅值、持续时间、输出周期进行设置，对电容芯子(3)施加冲击负荷，施加结束后微水传感器(5)再次将监测到的微水含量与分布实时上传至终端机(19)，记录老化状态下的牵引变压器套管在冲击负荷下的水分扩散分布特性；
第六步：聚合度估算
热老化时间t2到达，热老化过程结束后，根据热老化时间t2和热老化温度T，采用式(1)估算得到聚合度DP(t2)：
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式(1)中，热老化温度T为绝对温度(单位：K)，DP(0)为初始聚合度，A为指前常数，取5.74×108，E为活化能，取113kJ/mol，R为理想气体常数，取8.314J/mol·K。
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