CN109254233A - 一种变压器电故障气体模拟装置 - Google Patents

Abstract

一种变压器电故障气体模拟装置，涉及变压器故障诊断领域，包括罐体、压力平衡释放装置、暂存罐及罐体顶部的三通阀门，所述三通阀门位于罐体顶部，三通阀门用于连接罐体、压力平衡释放装置及暂存罐三个装置或其中的任意两个装置，在罐体内设有用于施加电场的电极系统，所述电极系统包括高压电极和接地电极。该装置可用于变压器的电故障模拟，保障在试验过程中完全隔离大气的干扰，保障在相同试验环境下进行不同绝缘介质，不同电场的模拟试验。为新型变压器油的油中溶解气体分析提供基础参考数据，以此通过油中溶解气体分析技术，预判新型变压器油变压器运行时，是否有故障隐患，并在发生故障后，迅速诊断其故障原因。

Description

一种变压器电故障气体模拟装置

技术领域

本发明涉及变压器故障诊断领域，具体而言，涉及变压器油中溶解气体故障诊断模拟装置。

背景技术

变压器是电力系统中最重要的设备之一，一旦发生故障，将会导致停电，造成巨大的损失，如何在故障发生前预知变压器的故障，以及在故障发生后迅速判断变压器故障的原因，对变压器的安全运行至关重要。目前电力行业中应用最为广泛，容量最大，电压等级最高的变压器均为油浸式变压器，其性能优良，成本低廉，运行稳定，回收简单，占据目前变压器行业的主流。

油浸式变压器的绕组、铁心、器身绝缘等组部件均浸没在变压器油中。当变压器内部存在着潜伏性故障或承受异常的电压电流时，会导致绝缘纸及变压器油分解产生故障气体，该故障气体大部分溶解于绝缘油中，在实际应用中，可方便的从变压器中取得油样，通过检测油中溶解气体，可获得故障气体的组成、含量、产生速率等数据，通过对以上数据的分析，可及时发现判断变压器中的故障，该技术称之为油中溶解气体分析(Dissolved GasAnalysis)，又称为DGA。检测油中溶解的故障气体是油中溶解气体分析技术的数据基础，对故障气体的数据进行分析是油中溶解气体分析技术的核心。然而对于新型绝缘油，如天然酯、合成酯、硅油、大分子烃等绝缘油，其成分与传统矿物绝缘油不同，导致在相同电故障作用下不同绝缘油的油中溶解气体存在差异，且由于应用量较少，难以获得大批量的应用数据，导致新型绝缘油的油中溶解气体分析技术尚不成熟，因而需要首先在试验室条件下模拟其故障状态，以获取基础判断准则，方可在未来的变压器故障诊断中具备基础并加以修正。

因此，需要一种能够准确模拟局部放电、击穿放电、沿面放电等放电方式的变压器电故障模拟装置，通过该系统同时研究传统矿物油及新型绝缘油在电故障下的故障气体状态，对比分析两者状态，结合矿物绝缘油的油中溶解气体分析方法，可初步获得电故障条件下，新型绝缘油的油中溶解气体分析方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变压器电故障气体模拟装置，能够准确模拟变压器电故障条件下，绝缘油及油纸绝缘系统中故障气体的产出，该装置需要与真实电力变压器工况接近，即装置内不能含有游离气体，还可在变压器工作温度下运行，且能模拟不同电介质及不同电场条件下的故障气体产出。利用该装置，结合经典矿物油分析方法，可获得新型绝缘油的油中溶解气体分析方法，为新型绝缘油变压器的故障预测、诊断及分析提供基础判据。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种变压器电故障气体模拟装置，其特征在于，包括罐体、压力平衡释放装置、暂存罐及罐体顶部的三通阀门，所述三通阀门位于罐体顶部，三通阀门用于连接罐体、压力平衡释放装置及暂存罐三个装置或其中的任意两个装置，在罐体内设有用于施加电场的电极系统，所述电极系统包括高压电极和接地电极。电极系统用于施加电场，该电极可调整水平度，该电极可被更换。罐体用于盛装待检测的变压器油，为耐受变压器的工作温度，其材料为透明且可耐135℃的聚碳酸酯；暂存罐用于抽出罐体中所有的游离气体，并储存部分绝缘油；压力平衡释放装置用于平衡罐体的压强，并在内部压力过大时释放压力；上述四个部件可以保证测试绝缘油及绝缘纸时，系统中不含游离气体，且整个试验不受外界环境影响。

进一步地，所述罐体内设有一电极支撑机构，所述电极支撑机构包括四个支柱、下支板、支柱螺杆、上支板以及高压电极连接螺杆，支柱连接在罐体底部，支柱顶部与下支板通过螺纹连接，接地电极设置在下支板上；支柱螺杆一端固定于下支板上，另一端通过两个螺母与上支板相连接；高压电极连接螺杆一端连接高压电极，另一端通过螺母固定于上支板上，高压电极通过软连接线与高压连接螺杆连接，接地电极通过软连接线与接地连接螺杆连接。支柱用于支撑底部的下支板及接地电极，并能对接地电极的水平度进行调整；支柱螺杆用于支撑上支板及高压电极，能对高压电极的水平度及两个电极间的间隙进行调整；高压电极连接螺杆起到固定高压电极并能对高压电极进行微量调整。连杆螺杆与电极的连接方式为通过软连接线连接，保证调整电极间隙时电路的可靠连接。

进一步地，所述高压连接螺杆及低压连接螺杆分别通过高压连接孔及接地连接孔穿过罐体。

进一步地，所述压力平衡释放装置为一针管或者所述压力平衡释放装置包括一内滑动塞与外管，所述外管与三通阀门相联通，外管内滑动配合有内滑动塞。

进一步地，所述支柱置于罐体底部的沉孔中，可在罐体沉孔中旋转，旋转过程中，支柱垂直方向的高度不变。

进一步地，所述罐体底部设有油阀门，罐体顶部设有下气体阀门，在暂存罐顶部设有上气体阀门。油阀门在进油及油样采取时，不易产生气泡，更大程度排除气体影响。气体阀门用于对罐体及暂存罐进行抽真空处理。

进一步地，所述高压连接螺杆上设有均压环，用于改善进线处的电场分布。

进一步地，所述罐体的材料为聚碳酸酯。

进一步地，所述电极系统为不同角度的针-板电极、板-板电极、球-板电极、U型-板电极中的任意一种。

进一步地，在罐体外侧可设有支撑架，用于增加罐体与试验台架的绝缘距离，并抬高罐体，方便进油及取油样操作。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明的变压器电故障气体模拟装置的结构示意图。

图2为本发明的用于油纸复合介质的电极系统的结构示意图。

图3为本发明的板-板电极系统的结构示意图。

图4为本发明的U型-板电极系统的结构示意图。

主要元件标号说明：

1罐体 2暂存罐 3压力平衡释放装置

4a高压电极 4b接地电极 5a下气体阀门

5b油阀门 5c三通阀门 5d上气体阀门

6a支柱 6b下支板 6c支柱螺杆

6d上支板 6e高压电极连接螺杆 7a高压电极软连接线

7b接地电极软连接线 8a高压连接螺杆 8b接地连接螺杆

9均压环 10a高压连接孔 10b接地连接孔

11支撑架

12绝缘纸

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

图1为本发明的结构示意图，如图所示：本实施例的变压器电故障模拟装置，它包含罐体1、压力平衡释放装置3、暂存罐2及罐体1顶部的三通阀门5c。其中，罐体用于盛装待检测的变压器油，为耐受变压器的工作温度，其材料为透明且可耐135℃的聚碳酸酯，在罐体外侧可设有支撑架11；暂存罐用于抽出罐体中所有的游离气体，并储存部分绝缘油；压力平衡释放装置用于平衡罐体的压强，并在内部压力过大时释放压力；三通阀门5c位于罐体顶部，用于连接罐体、压力平衡释放装置及暂存罐三个装置或其中的任意两个装置。上述四个部件可以保证测试绝缘油及绝缘纸12时，系统中不含游离气体，且整个试验不受外界环境影响。

方案优化设计，所述压力平衡释放装置3包括一内滑动塞与外管，所述外管与三通阀门相联通，外管内滑动配合有内滑动塞，当从三通阀门内充入气体或者绝缘油时，能够改变外管与内滑动塞的相对位置。

方案优化设计，所述压力平衡释放装置为一针管，或其他同类装置。

下气体阀门5a位于罐体顶部，可通过其对罐体进行抽真空操作，使得罐体在注油前保持真空状态，其内部压强可小于60Pa，油阀门5b位于罐体底部，可通过其对罐体进行注油及取油样操作；暂存罐顶部有一上气体阀门5d。

在罐体内设有一电极支撑机构，所述电极支撑机构包括四个支柱6a、下支板6b、支柱螺杆6c、上支板6d以及固定于上支板6d上的高压电极连接螺杆6e。

在罐体内还设有用于放电的电极对，高压电极4a和接地电极4b，高压电极4a通过高压电极软连接线7a连接有用于连接高压的高压连接螺杆8a，高压连接螺杆8a与均压环9连接。接地电极4b通过接地电极软连接线7b连接有用于接地的接地连接螺杆8b。

高压连接螺杆及低压连接螺杆分别通过高压连接孔及接地连接孔穿过罐体，连接处设置密封圈并灌注密封胶，与罐体妥善密封。

四根支柱6a的底部杆头置于罐体1的底部的沉孔中，为可转动的连接方式，其顶部与下支板6b通过螺纹连接，通过螺纹的调整，可使得下支板6b及接地电极4b保持水平。接地电极4b设置在下支板6b上。支柱螺杆6c为四根长螺杆，每根支柱螺杆一端固定于下支板6b上，一端通过两个螺母与上支板6d相连接，通过调整螺母，可调整上支板6d的水平度及垂直位置，进而调整高压电极4a与接地电极4b两者之间的间隙。高压电极连接螺杆6e一端连接高压电极4a，一端通过螺母固定于上支板6d上，且由于高压电极的连接线为高压电极软连接线7a，因而高压电极4a在调整时，可随支板6d移动。

其中，支柱6a用于支撑底部的下支板6b及接地电极4b，并能对接地电极的水平度进行调整；支柱螺杆6c用于支撑上支板6d及高压电极4a，能对高压电极的水平度及两个电极间的间隙进行调整；高压电极连接螺杆6e起到固定高压电极并能对高压电极进行微量调整。

注油前，连接油阀门5b与某一密闭储油罐，打开油阀门5b，关闭密闭储油罐油阀门(为了将管路中的气体抽出)，连接下气体阀门5a至一真空泵，连接暂存罐上的上气体阀门5d至另一真空泵，调整三通阀门5c使罐体1及压力平衡释放装置3两者连通。随之，同时对罐体1和暂存罐2进行抽真空操作，待气压达到规定要求，并保持一定时间后，打开真空储油罐的油阀门，因密闭储油罐中存有少量保护氮气，其内部气压大于罐体1中气压，在气压作用下，密闭储油罐中绝缘油被抽至罐体1中。

待油样进入罐体1并占其容积超过90％时，关闭油阀门5b，继续通过下气体阀门5a对罐体1抽真空达规定时间，以抽出罐体1中所注入油样中的少量氮气。之后，关闭下气体阀门5a，开启油阀门5b，利用罐体1中的真空将密闭储油罐中油样吸至罐体1中，压力平衡后，罐体1中的油样将占罐体容积的99％以上，其余部分为少量氮气。

此时，调整三通阀门5c使罐体1与暂存罐2连通，由于暂存罐2中压力为接近真空状态，而罐体1中压强较高，约为万Pa级别，通过压力差，将罐体1中的空气及少量油样吸至暂存罐2中。之后，关闭油阀门5b，关闭暂存罐上的上气体阀门5d，将上气体阀门5d与氮气保护连接，打开上气体阀门5d，使得暂存罐中压力达1个大气压，调整三通阀门5c，使压力平衡释放装置3与暂存罐2两者相连接，使压力平衡释放装置3从暂存罐2中吸入少量绝缘油，以应对罐体1中绝缘油可能的体积收缩。之后，调整三通阀门5c，使压力平衡释放装置3与罐体1两者相连接，连接上气体阀门5d至真空泵，将暂存罐中残余氮气抽干。

此时，罐体1中100％容积均为绝缘油，没有游离气体存在，油中仅溶解有极少量氮气，罐体1中压强为1个大气压，排除了气体对绝缘油击穿或局放试验的影响，也排除了电气试验后油样油中溶解气体测试的影响，如存在保护气体，油中所产生气体将会部分溶解至保护气体中，而根据奥斯特瓦尔德系数推算保护气体和油样中的故障气体占比，其结果不能完全保证不同油样的准确度。

试验完成后，振荡罐体1，待罐体中油分布均匀后，连接底部5b油阀门与取样器，取得油样，整个试验过程中，所有油样均未与外界空气接触，且罐体中没有保护气体存在，排除了外界空气，以及保护气体的影响。

上述实施例中，高压电极4a及接地电极4b，电极支撑机构均可被更换，以保证在统一试验条件下，进行不同材料，如油纸复合介质的试验，参见图2所示。进行不同电场的试验，如准均匀板-板电场，参见图3所示；较不均匀电场U型环-板电场的试验，参见图4所示。所述高压电极可为图1中的尖端电极、图3中的板型电极及图4中U型电极。在高压电极与接地电极之间可间隔有一绝缘纸12，以进行油纸复合介质的试验。

综合上述说明，本装置可在-45至135℃的温度条件下进行电故障产气试验，试验过程中，绝缘介质中完全不含游离气体，并杜绝大气环境影响。试验装置可模拟变压器在电故障条件下，产生故障气体的组分、含量等特性参数。为变压器的故障预判，故障诊断提供有效参考。除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

Claims (10)

1.一种变压器电故障气体模拟装置，其特征在于，包括罐体、压力平衡释放装置、暂存罐及罐体顶部的三通阀门，所述三通阀门位于罐体顶部，三通阀门用于连接罐体、压力平衡释放装置及暂存罐三个装置或其中的任意两个装置，在罐体内设有用于施加电场的电极系统，所述电极系统包括高压电极和接地电极。

2.根据权利要求1所述的变压器电故障气体模拟装置，其特征在于，所述罐体内设有一电极支撑机构，所述电极支撑机构包括四个支柱、下支板、支柱螺杆、上支板以及高压电极连接螺杆，支柱连接在罐体底部，支柱顶部与下支板通过螺纹连接，接地电极设置在下支板上；支柱螺杆一端固定于下支板上，另一端通过两个螺母与上支板相连接；高压电极连接螺杆一端连接高压电极，另一端通过螺母固定于上支板上，高压电极通过软连接线与高压连接螺杆连接，接地电极通过软连接线与接地连接螺杆连接。

3.根据权利要求2所述的变压器电故障气体模拟装置，其特征在于，所述高压连接螺杆及低压连接螺杆分别通过高压连接孔及接地连接孔穿过罐体。

4.根据权利要求1所述的变压器电故障气体模拟装置，其特征在于，所述压力平衡释放装置为一针管或者所述压力平衡释放装置包括一内滑动塞与外管，所述外管与三通阀门相联通，外管内滑动配合有内滑动塞。

5.根据权利要求2所述的变压器电故障气体模拟装置，其特征在于，所述支柱置于罐体底部的沉孔中，可在罐体沉孔中旋转，旋转过程中，支柱垂直方向的高度不变。

6.根据权利要求1所述的变压器电故障气体模拟装置，其特征在于，所述罐体底部设有油阀门，罐体顶部设有下气体阀门，在暂存罐顶部设有上气体阀门。

7.根据权利要求2或3所述的变压器电故障气体模拟装置，其特征在于，所述高压连接螺杆上设有均压环。

8.根据权利要求1所述的变压器电故障气体模拟装置，其特征在于，所述罐体的材料为聚碳酸酯。

9.根据权利要求1所述的变压器电故障气体模拟装置，其特征在于，所述电极系统为不同角度的针-板电极、板-板电极、球-板电极、U型-板电极中的任意一种。

10.根据权利要求1所述的变压器电故障气体模拟装置，其特征在于，在罐体外侧可设有支撑架。