CN108414876A - 一种变压器绝缘试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种变压器绝缘试验系统。本发明通过高压试验变压器可以输出500kV绕组的测试电压，测试电压输入到油箱内的线圈试验组后，可以通过不同状态的绝缘纸、绝缘纸的不同预置厚度和不同状态的变压器油设置不同的实验组和对照组进行变压器绝缘的对比实验，通过局放检测仪检测局放的发生，并记录局放电压和击穿电压进行分析变压器线圈的匝间绝缘局部放电及击穿特性，解决了如何设计一种用于变压器绝缘试验的试验装置的技术问题。

Description

一种变压器绝缘试验系统

技术领域

本发明涉及电力器械领域，尤其涉及一种变压器绝缘试验系统。

背景技术

从大量的运行数据可知，当前变压器的大多数故障属于绝缘事故，而在这些绝缘事故中，匝间和段间的绝缘故障的危害性极大，若不能及时发现和处理，则容易对设备自身造成损害甚至可能发生爆炸危害周围设备，并且因为事故发生突然，使得变压器负荷来不及转移，导致大量的负荷损失。

变压器内部结构复杂，电场及热场分布不均匀，在经历长期高负荷运行且散热条件差(如在高压绕组加强段或低压绕组部位，由于绝缘膨胀，使油道阻塞，影响散热)的情况下，将造成匝间绝缘的老化和劣化，使得匝间绝缘在承受雷电冲击等异常电压时易于触发放电，发生绝缘事故。绕组在经历多次短路冲击，发生受力变形后，也隐藏着绝缘缺陷，一旦遇到电压波动就有可能引起绝缘放电，甚至击穿。

因此，有必要系统地对变压器绕组匝间和段间绝缘击穿特性进行研究，如何设计一种用于变压器绝缘试验的试验装置成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种变压器绝缘试验系统，解决了如何设计一种用于变压器绝缘试验的试验装置的技术问题。

本发明提供了一种变压器绝缘试验系统，包括：油箱、试验套管、高压试验变压器、局放检测仪和至少一个线圈试验组；

所述试验套管设置于所述油箱的顶部，所述油箱的顶部设置有与所述试验套管相通的通孔；

所述油箱内设置有所述线圈试验组，所述线圈试验组具体包括至少一个试验单元，所述试验单元具体包括预置数量的试验线段，同一所述试验单元的各段所述试验线段之间以纠结式结构连接，每一段所述试验线段皆由两匝试验绕组绕制而成；

同一所述试验单元的所述试验线段之间设置有预置宽度的油道，同一所述试验线段的所述试验绕组之间设置有预置厚度的绝缘纸，同一所述试验单元中的两匝试验绕组分别引出一个接线端子；

每个所述试验单元的一个接线端子接地，每个所述试验单元的另一个接线端子均通过所述通孔和所述试验套管与所述油箱外的所述高压试验变压器的二次侧的第一端电连接，所述高压试验变压器的二次侧的第一端的出线处设置有局放检测仪；

所述高压试验变压器的二次侧的第二端接地。

优选地，所述线圈试验组的数量为四；

四个所述线圈试验组中的所述预置厚度分别为1mm、1.35mm、1.95mm和2.95mm。

优选地，各个所述线圈试验组中的所述试验单元的数量皆为五。

优选地，各个所述试验单元中所述试验线段的所述预置数量皆为四。

优选地，所述局放检测仪具体包括：HFCT传感器和示波器；

所述高压试验变压器的二次侧的第一端的出线处套接有所述HFCT传感器；

所述HFCT传感器的信号输出端与所述示波器的信号输入端电连接。

优选地，还包括：至少一个油样阀门；

所述油箱的侧壁设置有至少一个油样阀门。

优选地，所述油样阀门的数量为三；

第一油样阀门设置在所述油箱的侧壁的顶部；

第二油样阀门设置在所述油箱的侧壁的底部；

第三油样阀门设置在所述第一油样阀门和所述第二油样阀门之间。

优选地，所述油样阀门为针式油样阀门。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明提供了一种变压器绝缘试验系统，包括：油箱、试验套管、高压试验变压器、局放检测仪和至少一个线圈试验组；所述试验套管设置于所述油箱的顶部，所述油箱的顶部设置有与所述试验套管相通的通孔；所述油箱内设置有所述线圈试验组，所述线圈试验组具体包括至少一个试验单元，所述试验单元具体包括预置数量的试验线段，同一所述试验单元的各段所述试验线段之间以纠结式结构连接，每一段所述试验线段皆由两匝试验绕组绕制而成；同一所述试验单元的所述试验线段之间设置有预置宽度的油道，同一所述试验线段的所述试验绕组之间设置有预置厚度的绝缘纸，同一所述试验单元中的两匝试验绕组分别引出一个接线端子；每个所述试验单元的一个接线端子接地，每个所述试验单元的另一个接线端子均通过所述通孔和所述试验套管与所述油箱外的所述高压试验变压器的二次侧的第一端电连接，所述高压试验变压器的二次侧的第一端的出线处设置有局放检测仪；所述高压试验变压器的二次侧的第二端接地。

本发明提供了一种变压器绝缘试验系统，通过高压试验变压器可以输出500kV绕组的测试电压，测试电压输入到油箱内的线圈试验组后，可以通过不同状态的绝缘纸、绝缘纸的不同预置厚度和不同状态的变压器油设置不同的实验组和对照组进行变压器绝缘的对比实验，通过局方检测仪检测局放的发生，并记录局放电压和击穿电压进行分析变压器线圈的匝间绝缘局部放电及击穿特性，解决了如何设计一种用于变压器绝缘试验的试验装置的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种变压器绝缘试验系统的连接关系示意图；

图2为本发明实施例提供的一种线圈试验组的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的四个线圈试验组在油箱内的布置示意图；

图4为本发明实施例提供的试验结果图；

其中，附图标记如下：

6、油箱；7、试验套管；8、高压试验变压器；9、局放检测仪；10、线圈试验组；11、油样阀门。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种变压器绝缘试验系统，解决了如何设计一种用于变压器绝缘试验的试验装置的技术问题。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供了一种变压器绝缘试验系统的一个实施例，包括：油箱6、试验套管7、高压试验变压器8、局放检测仪9和至少一个线圈试验组10；

试验套管7设置于油箱6的顶部，油箱6的顶部设置有与试验套管7相通的通孔；

油箱6内设置有线圈试验组10，线圈试验组10具体包括至少一个试验单元，试验单元具体包括预置数量的试验线段，同一试验单元的各段试验线段之间以纠结式结构连接，每一段试验线段皆由两匝试验绕组绕制而成；

同一试验单元的试验线段之间设置有预置宽度的油道，同一试验线段的试验绕组之间设置有预置厚度的绝缘纸，同一试验单元中的两匝试验绕组分别引出一个接线端子；

每个试验单元的一个接线端子接地，每个试验单元的另一个接线端子均通过通孔和试验套管7与油箱6外的高压试验变压器8的二次侧的第一端电连接，高压试验变压器8的二次侧的第一端的出线处设置有局放检测仪9；

高压试验变压器8的二次侧的第二端接地。

需要说明的是，本实施例提供了一种变压器绝缘试验系统，通过高压试验变压器8可以输出500kV绕组的测试电压，测试电压输入到油箱6内的线圈试验组10后，可以通过不同状态的绝缘纸、绝缘纸的不同预置厚度和不同状态的变压器油设置不同的实验组和对照组进行变压器绝缘的对比实验，通过局方检测仪检测局放的发生，并记录局放电压和击穿电压进行分析变压器线圈的匝间绝缘局部放电及击穿特性，解决了如何设计一种用于变压器绝缘试验的试验装置的技术问题。

以上为本发明实施例提供的一种变压器绝缘试验系统的一个实施例，以下为本发明实施例提供的一种变压器绝缘试验系统的另一个实施例。

请参阅图1、图2和图3，本发明实施例提供了一种变压器绝缘试验系统的另一个实施例，包括：油箱6、试验套管7、高压试验变压器8、局放检测仪9和至少一个线圈试验组10；

试验套管7设置于油箱6的顶部，油箱6的顶部设置有与试验套管7相通的通孔；

油箱6内设置有线圈试验组10，线圈试验组10具体包括至少一个试验单元，试验单元具体包括预置数量的试验线段，同一试验单元的各段试验线段之间以纠结式结构连接，每一段试验线段皆由两匝试验绕组绕制而成；

同一试验单元的试验线段之间设置有预置宽度的油道，同一试验线段的试验绕组之间设置有预置厚度的绝缘纸，同一试验单元中的两匝试验绕组分别引出一个接线端子；

每个试验单元的一个接线端子接地，每个试验单元的另一个接线端子均通过通孔和试验套管7与油箱6外的高压试验变压器8的二次侧的第一端电连接，高压试验变压器8的二次侧的第一端的出线处设置有局放检测仪9；

高压试验变压器8的二次侧的第二端接地。

需要说明的是，变压器绝缘分为主绝缘和纵绝缘，实际上在绕组间的一些区域很难严格区分是主绝缘还是纵绝缘，例如，对于饼式绕组来说，线段的电位高低及段间梯度，在高、低绕组的内、外表面附近处将同时起作用，难以确定属于主绝缘还是纵绝缘，此处是否放电，取决于该处的合成场强，即复合场强，因此本实施例针对复合场强进行试验；

被简化的试验模型应与实际产品(或者是1：1模型)在电厂分布上保持基本一致，因此，应对拟定的实际产品(或者是1：1模型)进行电场计算，由电场计算经归纳、整理后，得到绕组间和段间最大场强与主距(H)，段间尺寸(M)及匝绝缘(δ)之间的函数关系(Emax＝f(H,M,δ))并给出等电位的曲线分布图，然后根据函数关系，设计试验模型的段间尺寸大小；

油箱6内设置有线圈试验组10，线圈试验组10具体包括至少一个试验单元，试验单元具体包括预置数量的试验线段，同一试验单元的各段试验线段之间以纠结式结构连接，每一段试验线段皆由两匝试验绕组绕制而成；

本实施例中可以根据需要设置不同的油纸绝缘工况，如：正常油(500kV用油)+正常绝缘纸和正常油(500kV用油)+受潮绝缘纸。

进一步地，线圈试验组10的数量为四；

四个线圈试验组10中的预置厚度分别为1mm、1.35mm、1.95mm和2.95mm。

需要说明的是，设置四个线圈试验组10可以试验不同的匝间绝缘厚度的情况下的变压器绕组的匝间和段间的绝缘击穿特性。

进一步地，各个线圈试验组10中的试验单元的数量皆为五。

需要说明的是，为了提高数据的可靠性，每个线圈试验组10可以设置多个试验单元，具体数目根据需要而定，本实施例中选为五个。

进一步地，各个试验单元中试验线段的预置数量皆为四。

需要说明的是，每一个试验单元中试验线段的数量可以根据实际需要进行调整，本实施例中取为四。

进一步地，局放检测仪9具体包括：HFCT传感器和示波器；

高压试验变压器8的二次侧的第一端的出线处套接有HFCT传感器；

HFCT传感器的信号输出端与示波器的信号输入端电连接。

需要说明的是，HFCT传感器可以检测高频电流信号实现局部放电检测，HFCT一般使用Rogowski线圈方式，在环状磁芯材料上围绕多圈的导电线圈，高频电流穿过磁芯中心而引起你的高频交变电磁场会在线圈上产生感应电压，由于HFTC传感器的测量回路与被测电缆之间没有直接的电气连接，属于非侵入式检测方法，被检设备不需要停运。

进一步地，还包括：至少一个油样阀门11；

油箱6的侧壁设置有至少一个油样阀门11。

需要说明的是，试验前后还需要采集变压器油样，因此需要设置至少一个油样阀门11。

进一步地，油样阀门11的数量为三；

第一油样阀门设置在油箱6的侧壁的顶部；

第二油样阀门设置在油箱6的侧壁的底部；

第三油样阀门设置在第一油样阀门和第二油样阀门之间。

需要说明的是，可以在油箱6的侧壁的顶部、中部和底部设置三个油样阀门，分别采集不同位置的油样进行检测。

进一步地，油样阀门11为针式油样阀门。

需要说明的是，针式油样阀门比其他类型的阀门能够耐受更大的压力，密封性能更好，所以是用于较小流量和较高压力的气体或者液体介质的密封。

本实施例提供了一种变压器绝缘试验系统，通过高压试验变压器8可以输出500kV绕组的测试电压，测试电压输入到油箱6内的线圈试验组10后，可以通过不同状态的绝缘纸、绝缘纸的不同预置厚度和不同状态的变压器油设置不同的实验组和对照组进行变压器绝缘的对比实验，通过局方检测仪检测局放的发生，并记录局放电压和击穿电压进行分析变压器线圈的匝间绝缘局部放电及击穿特性，解决了如何设计一种用于变压器绝缘试验的试验装置的技术问题。

以上为本发明实施例提供的一种变压器绝缘试验系统的另一个实施例，以下为本发明实施例提供的一种变压器绝缘试验系统的一个应用例。

请参阅图1、图2、图3和图4，本发明实施例提供了一种变压器绝缘试验系统的一个应用例。

四个线圈试验组10中的预置厚度分别为1mm、1.35mm、1.95mm和2.95mm；

每个线圈试验组10中设置有五个试验单元，以1mm的线圈试验组10为例，引出五对接线端子，分别测量五组测量数据，分别标记为U1-1、U1-2、U1-3、U1-4、U1-5，每一个试验单元有四个试验线段，因此线圈共绕制4*5*4＝80段，接线端子数为2*5*4＝40个，测量数据为5*4＝20组；

试验设计了五种油纸绝缘工况，分别为：

(1)工况1：正常油(500kV用油)+正常绝缘纸

(2)工况2：正常油(500kV用油)+受潮绝缘纸

(3)工况3：正常油(500kV用油)+老化绝缘纸

(4)工况4：正常油(500kV用油)+老化受潮绝缘纸

(5)工况5：油中含气量超标+正常绝缘纸

五种工况的实际试验次数统计如表1示：

表1五种油纸绝缘工况下实际试验次数

针对表1中的五种试验工况开展以下试验研究：

1)工况1正常油+正常绝缘纸

工艺控制：线圈绕制，引线包扎，引线连接开关等工作都完成后，对线圈进行干燥，干燥后放入油箱6内总装，抽真空注油，线圈干燥、注油等工序均按照衡变500kV工艺水平完成；

试验前，取油样，测量含水量、油耐压、气相色谱、介损、糠醛、杂质(金属、纤维)含量；试验完成后，取油样并解体试验线圈，查找击穿点；

试验时对模型中每对接线端子加电压激励源，电压从零开始逐渐上升，达到正常产品局放试验电压水平时放慢加压速度，观察局放量，当局放量达到500pc时，立刻撤掉局放检测仪9，继续加压，直至击穿，记录局放电压和击穿电压。

2)工况2正常油(500kV用油)+受潮绝缘纸

工艺控制：线圈绕制，引线包扎，引线连接开关等工作都完成后，对线圈进行干燥，该匝模型线圈干燥一次后，在空气中暴露约5天，取纸样，并留待检纸样继续暴露空气中，至几处取样位置含水量基本均匀后完成暴露，纸样平均含水量8.3％，抽真空注油后静放72小时后完成模型制备；

试验前，取油样，测量含水量、油耐压、气相色谱、介损、糠醛、杂质(金属、纤维)含量；试验完成后，取油样并解体试验线圈，查找击穿点；

试验时对模型中每对接线端子加电压激励源，电压从零开始逐渐上升，达到正常产品局放试验电压水平时放慢加压速度，观察局放量，当局放量达到500pc时，立刻撤掉局放检测仪9，继续加压，直至击穿，记录局放电压和击穿电压。

3)工况3老化绝缘纸+正常油

工艺控制：线圈绕制，引线包扎，引线连接开关等工作都完成后，在传统干燥炉跟随产品干燥周期，共3次线圈干燥周期，2次器身干燥周期，共7天，(正常此类产品的线圈干燥周期1天，器身的干燥周期2天)取纸样测得平均聚合度为818，随后放入油箱6内总装，抽真空注油，线圈干燥、注油等工序均按照衡变500kV工艺水平完成；

试验前，取油样，测量含水量、油耐压、气相色谱、介损、糠醛、杂质(金属、纤维)含量；试验完成后，取油样并解体试验线圈，查找击穿点；

试验时对模型中每对接线端子加电压激励源，电压从零开始逐渐上升，达到正常产品局放试验电压水平时放慢加压速度，观察局放量，当局放量达到500pc时，立刻撤掉局放检测仪9，继续加压，直至击穿，记录局放电压和击穿电压。

4)工况4老化受潮绝缘纸+正常油

工艺控制：线圈老化处理情况同工况3，完成线圈老化处理后，将线圈暴露在空气中进行受潮处理，随后放入油箱6内总装，抽真空注油，线圈干燥、注油等工序均按照衡变500kV工艺水平完成，完成72小时静置后取线圈中部油样测得油中微水含量为19ppm；

试验前，取油样，测量含水量、油耐压、气相色谱、介损、糠醛、杂质(金属、纤维)含量；试验完成后，取油样并解体试验线圈，查找击穿点。

试验时对模型中每对接线端子加电压激励源，电压从零开始逐渐上升，达到正常产品局放试验电压水平时放慢加压速度，观察局放量，当局放量达到500pc时，立刻撤掉局放检测仪9，继续加压，直至击穿，记录局放电压和击穿电压。

5)工况5正常绝缘纸+油中含气量超标

工艺控制：同工况1，在完成注油静置后，从取油孔处向油箱6内注入一定量的空气，并开启油泵使空气混合均匀；

试验前，取油样，测量含水量、油耐压、气相色谱、介损、糠醛、杂质(金属、纤维)含量；试验完成后，取油样并解体试验线圈，查找击穿点；

试验时对模型中每对接线端子加电压激励源，电压从零开始逐渐上升，达到正常产品局放试验电压水平时放慢加压速度，观察局放量，当局放量达到500pc时，立刻撤掉局放检测仪9，继续加压，直至击穿，记录局放电压和击穿电压。

根据图4获取到试验结论如下：

1)纸绝缘受潮对油纸绝缘击穿影响较大。与“正常纸+正常油”工况相比，试验中设计的“受潮纸+正常油”工况下匝绝缘击穿场强降低至正常工况的71％～79％，而受潮耦合纸老化时，即“老化受潮纸+正常油”工况则使得匝绝缘击穿场强降至更低，降至42％～57％。

2)单纯的老化绝缘纸对匝绝缘击穿特性影响不大。1mm匝绝缘模型下，“老化纸+正常油”工况的平均击穿场强甚至比“正常纸+正常油”工况下略高。

3)油中含过量空气对匝绝缘击穿特性影响不大。“正常纸+高含气量油”工况下匝绝缘平均击穿场强与“正常纸+正常油”工况下平均击穿场强相当。

4)匝绝缘越厚，击穿场强普遍越低。试验中设计五种工况下都能观察到这一规律，这也与电场仿真计算结果一致，其中，“正常纸+正常油”工况下匝绝缘模型电场仿真计算结果如表2：

表2“正常纸+正常油”工况下匝绝缘模型电场仿真计算结果

同时还获取在“受潮纸+正常油”工况与“正常纸+高含气量油”工况下的局部放电起始电压进行比对，“受潮纸+正常油”工况下，局放起始场强为绝缘击穿场强的59％～81％，“正常纸+高含气量油”工况下，局放起始场强为绝缘击穿场强的74％～88％；

比较两工况下平均局放起始场强可知纸绝缘受潮情况下极易发生局部放电，其局放起始场强为高含气量工况下的55％～74％；

综上所述，通过“正常纸+正常油”、“受潮纸+正常油”、“老化绝缘纸+正常油”、“老化受潮绝缘纸+正常油”及“正常纸+高含气量油”五种工况的1mm、1.35mm、1.95mm、2.95mm四种厚度匝模型击穿特性试验发现：纸绝缘受潮对匝绝缘击穿影响最大，与干燥情况相比能使击穿电压降低至71％～79％；单纯的老化绝缘纸对匝绝缘击穿影响不大，甚至能在一定程度上提高匝绝缘击穿电压；油中含过量空气对匝绝缘击穿特性影响也不大，与正常油纸情况下击穿电压相当；匝绝缘越厚，击穿场强普遍越低；

干燥匝绝缘击穿后解体分析发现其击穿点位置与仿真计算的场强集中部位有较好的对应性；

试验过程中同步监测局部放电信号，收集的放电发展过程中各阶段放电脉冲特征信号能为预警系统研发提供有效基础数据样本，使得匝间局部放电发展过程具有可监测性。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种变压器绝缘试验系统，其特征在于，包括：油箱、试验套管、高压试验变压器、局放检测仪和至少一个线圈试验组；

所述试验套管设置于所述油箱的顶部，所述油箱的顶部设置有与所述试验套管相通的通孔；

所述油箱内设置有所述线圈试验组，所述线圈试验组具体包括至少一个试验单元，所述试验单元具体包括预置数量的试验线段，同一所述试验单元的各段所述试验线段之间以纠结式结构连接，每一段所述试验线段皆由两匝试验绕组绕制而成；

同一所述试验单元的所述试验线段之间设置有预置宽度的油道，同一所述试验线段的所述试验绕组之间设置有预置厚度的绝缘纸，同一所述试验单元中的两匝试验绕组分别引出一个接线端子；

每个所述试验单元的一个接线端子接地，每个所述试验单元的另一个接线端子均通过所述通孔和所述试验套管与所述油箱外的所述高压试验变压器的二次侧的第一端电连接，所述高压试验变压器的二次侧的第一端的出线处设置有局放检测仪；

所述高压试验变压器的二次侧的第二端接地。

2.根据权利要求1所述的一种变压器绝缘试验系统，其特征在于，所述线圈试验组的数量为四；

四个所述线圈试验组中的所述预置厚度分别为1mm、1.35mm、1.95mm和2.95mm。

3.根据权利要求2所述的一种变压器绝缘试验系统，其特征在于，各个所述线圈试验组中的所述试验单元的数量皆为五。

4.根据权利要求3所述的一种变压器绝缘试验系统，其特征在于，各个所述试验单元中所述试验线段的所述预置数量皆为四。

5.根据权利要求1所述的一种变压器绝缘试验系统，其特征在于，所述局放检测仪具体包括：HFCT传感器和示波器；

所述高压试验变压器的二次侧的第一端的出线处套接有所述HFCT传感器；

所述HFCT传感器的信号输出端与所述示波器的信号输入端电连接。

6.根据权利要求1所述的一种变压器绝缘试验系统，其特征在于，还包括：至少一个油样阀门；

所述油箱的侧壁设置有至少一个油样阀门。

7.根据权利要求6所述的一种变压器绝缘试验系统，其特征在于，所述油样阀门的数量为三；

第一油样阀门设置在所述油箱的侧壁的顶部；

第二油样阀门设置在所述油箱的侧壁的底部；

第三油样阀门设置在所述第一油样阀门和所述第二油样阀门之间。

8.根据权利要求6所述的一种变压器绝缘试验系统，其特征在于，所述油样阀门为针式油样阀门。