CN110376329A - 一种考虑高原环境的换流变绝缘材料燃烧试验装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种考虑高原环境的换流变考虑高原环境的换流变绝缘材料燃烧试验装置及方法，涉及燃烧试验技术领域，试验装置设有空气压缩机和氧气发生器，能够综合考虑气压和氧气含量对绝缘材料燃烧性能的影响，更有效地模拟换流变绝缘材料在运行过程中的实际环境，同时考虑实际试验中确定的海拔、气压和氧气含量的情况，提供绝缘材料的燃烧试验方法，并依据该方法，评估换流变绝缘材料的燃烧性能。

Description

一种考虑高原环境的换流变绝缘材料燃烧试验装置及方法
技术领域
本发明涉及燃烧试验技术领域，特别涉及一种考虑高原环境的换流变绝缘材料燃烧试验装置及方法。
背景技术
换流变压器是直流输电工程中的关键设备之一，其运行状况直接关系到系统的安全稳定运行。换流变内部除铁芯和绕组外，还包括出线装置、承压板等绝缘部件，制作这些绝缘部件的绝缘材料的材质、耐火性能等对换流变火灾有着重大影响，选择阻燃等级高的绝缘材料可以有效提高换流变防火能力。
燃烧试验过程中，试样所在环境的气压和氧气含量对绝缘材料的燃烧性能参数有较大的影响，在高原环境下安装使用的换流变压器，其绝缘材料在开展燃烧试验过程中必须考虑高原环境下的气压和氧气含量，否则将影响绝缘材料燃烧性能评价结构的准确性。针对换流变绝缘材料的燃烧试验，特别是高原环境下的燃烧试验，目前国内外尚无可借鉴的试验方法、试验装置以及评价标准。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供一种考虑高原环境的换流变绝缘材料燃烧试验装置及方法，能有效地模拟换流变绝缘材料在运行过程中的实际环境，提高燃烧试验的准确度。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种考虑高原环境的换流变绝缘材料燃烧试验装置，其包括箱体，所述箱体内设有移动工作台、燃烧器，所述箱体的侧壁上开设有启闭门；所述移动工作台包括滑槽轨道和滑动板，所述滑动板的两侧安装有若干行走轮，所述滑动板通过所述行走轮与所述滑槽轨道连接；所述滑动板上设有试验支架，所述试验支架上连接有试样夹具；所述燃烧器设置在所述试样夹具的下方且与燃气供应器连接；所述箱体外依次连接有空气压缩机和氧气发生器。
如上所述的考虑高原环境的换流变绝缘材料燃烧试验装置，进一步地，所述试样夹具通过可伸缩套杆连接在试验支架上，所述可伸缩套杆包括内杆和外套管，所述内杆的一端与所述试验支架固定连接，所述内杆的另一端与所述外套管螺纹连接。
如上所述的考虑高原环境的换流变绝缘材料燃烧试验装置，进一步地，所述试样夹具与所述外套管的一端铰接。
如上所述的考虑高原环境的换流变绝缘材料燃烧试验装置，进一步地，所述试样夹具上设有调整螺钉。
如上所述的考虑高原环境的换流变绝缘材料燃烧试验装置，进一步地，所述燃烧器通过固定支架与所述箱体连接，所述固定支架的一端活动连接有所述燃烧器，另一端固定连接在所述箱体的底部。
如上所述的考虑高原环境的换流变绝缘材料燃烧试验装置，进一步地，所述箱体的侧壁设有观察窗。
一种考虑高原环境的换流变绝缘材料燃烧试验方法，其采用上述的装置，包括以下步骤：
步骤1、明确换流变安装位置的海拔、气压和氧气含量的情况；
步骤2、根据确定的海拔、气压和氧气含量的情况，选取与安装位置环境匹配的绝缘材料，按照试样的尺寸要求将绝缘材料制成规定尺寸的长方形试样；
步骤3、根据燃烧试验方式制备试样数量不同的试样组，其中，水平燃烧试验的试样组包括至少6个试样，垂直燃烧试验的试样组包括至少10个试样；
步骤4、将试样放置在设定温度和设定湿度的干燥箱下至少48小时，将从干燥箱中取出的试样的一端固定在试样夹具上，将试样的另一端靠近燃烧器，在试样正下方放置棉垫；
步骤5、将试验装置内的气压、氧气含量调节至试样在安装位置海拔下的气压、氧气含量水平；
步骤6、将燃烧器点燃，根据水平燃烧试验和垂直燃烧试验方式对试样进行相应操作，同时启动计时器；
步骤7、测量燃烧性能评价指标；
步骤8、根据获得的燃烧性能评价指标，对照燃烧性能评价标准，评估换流变绝缘材料的燃烧性能。
如上所述的考虑高原环境的换流变绝缘材料燃烧试验方法，进一步地，所述绝缘材料包括绝缘纸板、环氧树脂、玻璃钢、硅橡胶。
如上所述的考虑高原环境的换流变绝缘材料燃烧试验方法，进一步地，所述燃烧性能评价指标包括火焰前沿距离、线性燃烧速率以及单个试样余焰时间、一组试样总余焰时间。
如上所述的考虑高原环境的换流变绝缘材料燃烧试验方法，进一步地，从干燥箱中取出的试样组需在30分钟内完成燃烧试验。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
1、本发明提供的燃烧试验装置，装置结构简单，操作简便，可用于模拟高原环境下绝缘材料燃烧情况；试样和燃烧器固定夹具调整灵活方便；设有移动工作台，方便更换和夹持试样。
2、本发明提出的考虑高原环境的换流变绝缘材料燃烧试验方法，综合考虑气压和氧气含量对绝缘材料燃烧性能的影响，更有效地模拟换流变绝缘材料在运行过程中的实际环境，提高燃烧试验的准确度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的绝缘材料燃烧试验装置的结构示意图；
图2为图1中试样夹具的局部放大图；
图3为燃烧试验装置另一角度的结构示意图；
图4为试样在进行水平燃烧试验时的原理图；
图5为试样在进行垂直燃烧试验时的原理图；
图6为本发明提供的燃烧试验方法的流程图。
其中：1、箱体；101、启闭门；102、观察窗；2、氧气发生器；3、空气空气压缩机；4、试验支架；5、试样；6、燃烧器；61、火焰端；7、燃气供应器；8、棉垫；9、移动工作台；901、滑槽轨道；902、滑动板；10、可伸缩套杆；1001、内杆；1002、外套管；11、试样夹具；1101、调整螺钉；12、固定支架；13、铰接夹具；14、调节螺钉。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例：
参见图1至图5，一种考虑高原环境的换流变绝缘材料燃烧试验装置，其包括箱体1，箱体1内设有移动工作台9、燃烧器6，箱体1的侧壁上开设有启闭门101；移动工作台9包括滑槽轨道901和滑动板902，滑动板902的两侧安装有若干行走轮，滑动板902通过行走轮与滑槽轨道901连接；滑动板902上设有试验支架4，试验支架4上连接有试样夹具11；燃烧器6设置在试样夹具11的下方且与燃气供应器7连接；箱体1外依次连接有空气压缩机和氧气发生器2。
具体实施时，选取合适的绝缘材料如绝缘纸板、环氧树脂、玻璃钢、硅橡胶等，按照试样的尺寸要求制成长方状试样5，打开启闭门101后移出滑动板902，将试样5的一端固定在燃烧试验箱中试样夹具11上，推回滑动板902使试样5的另一端靠近燃烧器6的火焰端61，在试样5的正下方放置棉垫8。根据换流变安装位置的海拔、气压和氧气含量的情况，调节空气压缩机和氧气发生器2，将箱体1内的气压、氧气含量调节至试样5在使用海拔下的气压、氧气含量水平，将燃烧器6点燃，对试样5的自由端施加火焰，并根据水平燃烧试验和垂直燃烧试验，观察和记录燃烧时间、否有颗粒或熔融滴落物和是否引燃了棉垫8等情况，根据指标测试结果，按照标准要求，评估换流变绝缘材料的燃烧性能。其中，水平燃烧试验如图4所示，试样5相对箱体1底部水平固定，垂直燃烧试验如图5所示，试样5相对箱体1底部垂直固定。本发明提供的装置结构简单，操作简便，可用于模拟高原环境下绝缘材料燃烧情况；移动工作台9的设置便于更换和夹持试样5。
进一步地，试样夹具11通过可伸缩套杆10连接在试验支架4上，可伸缩套杆10包括内杆1001和外套管1002，内杆1001的一端与试验支架4固定连接，内杆1001的另一端与外套管1002螺纹连接。当进行垂直燃烧试验时，将外套管1002往远离试验支架4的方向旋转；当进行水平燃烧试验时，将外套管1002往靠近试验支架4的方向旋转，以上调节便于使试样5与燃烧器6配合使用；优选地，试样夹具11与外套管1002的一端铰接，通过调整铰接的试样夹具11可实现试样5的水平和垂直固定。进一步地，为了调节试样夹具11内试样5的松紧程度，试样夹具11上设有调整螺钉1101。
进一步地，燃烧器6通过固定支架12与箱体1连接，固定支架12的一端活动连接有燃烧器6，另一端固定连接在箱体1的底部。本实施例提供了燃烧器6的一种优选固定方式，具体地，燃烧器6通过铰接夹具13与固定支架12的上端铰接，铰接夹具13上有调整夹持松紧的调节螺钉14，通过调节铰接部可实现燃烧器6在一定角度内的调整。
进一步地，箱体1的侧壁设有观察窗102，用于观察试验进程。
一种考虑高原环境的换流变绝缘材料燃烧试验方法，其包括以下步骤：
步骤1、明确换流变安装位置的海拔、气压和氧气含量的情况；
表1高原环境条件参数
以云南省大理市某±800kV换流站内换流变为例，换流变安装位置海拔为2812米。由换流变安装位置，根据表1确定气压和氧气含量，0～1000m地区用1000m等级；1000m～2000m地区用2000m等级；2000m～3000m地区用3000m等级；3000m～4000m地区用4000m等级；4000m～5000m地区用5000m等级。对于海拔高度2812米，试验施加气压90kPa、空气含氧量265.5g/m3。
步骤2、根据确定的海拔、气压和氧气含量的情况，选取与安装位置环境匹配的绝缘材料，按照试样5的尺寸要求将绝缘材料制成规定尺寸的长方形试样5；所述绝缘材料包括绝缘纸板、环氧树脂、玻璃钢、硅橡胶。
在本实施例中，长方形(若厚度足够则为长方体)试样5的尺寸为：长125mm±5mm、宽13.0mm±0.5mm，可选择的厚度值包含0.1mm、0.2mm、0.4mm、0.75mm、1.5mm、3.0mm、6.0mm和12.0mm。标称厚度的公差要求如表2所示。
表2标称厚度的公差
厚度mm 公差mm
＜0.02 ±10％
≤0.02～＜0.1 ±0.005
≤0.05～＜0.1 ±0.010
≤0.1～＜0.2 ±0.020
≤0.2～＜0.3 ±0.030
≤0.3～＜0.5 ±0.04
≤0.5～＜0.6 ±0.05
≤0.6～＜3.0 ±0.15
≤3.0～＜6.0 ±0.25
≤6.0～＜13.0 ±0.40
步骤3、根据燃烧试验方式制备试样5数量不同的试样5组，其中，水平燃烧试验的试样5组包括至少6个试样5，垂直燃烧试验的试样5组包括至少10个试样5；
步骤4、将试样5放置在设定温度和设定湿度的干燥箱下至少48小时，其中，干燥箱设置温度23℃±2℃、相对湿度50％±10％，将从干燥箱中取出的试样5的一端固定在试样夹具11上，将试样5的另一端靠近燃烧器6，在试样5正下方放置棉垫8；从干燥箱中取出的试样5组需在30分钟内完成燃烧试验。
水平燃烧试验如图4所示，试样5相对箱体1底部水平固定，垂直燃烧试验如图5所示，试样5相对箱体1底部垂直固定，同时在试样5正下方放置棉垫8。
步骤5、将试验装置内的气压、氧气含量调节至试样在安装位置海拔下的气压、氧气含量水平；
氧气发生装置2生成的氧气可通过管道与空气压缩机3连接，空气压缩机3可将氧气与空气混合后压缩后通过管道输出至箱体1中，以实现调节燃烧试验装置箱体1内空气的气压和氧气含量；调节空气压缩机3施加气压90kPa，设置氧气发生装置2空气含氧量265.5g/m3。
步骤6、将燃烧器点燃，根据水平燃烧试验和垂直燃烧试验方式对试样5进行相应操作，同时启动计时器；其中，燃烧器功率为50W。
步骤7、测量燃烧性能评价指标；所述燃烧性能评价指标包括火焰前沿距离、线性燃烧速率以及单个试样余焰时间、一组试样总余焰时间。
(1)对于水平燃烧试验，对试样5自由端施加火焰30s，如果移开试验火焰后试样5
继续燃烧，应记录经过的时间t，对于火焰前沿从25mm标记线蔓延通过100mm标记线时，应将损坏长度L记录为75mm；如果火焰前沿超过25mm标记线但没有超过100mm标记线，
则记录经过的时间t以及25mm标记线与火焰前沿停止处之间的损耗长度L。线性燃烧速率v的计算公式见下公式：
其中，v—线性燃烧速率(mm/min)，L—损耗长度(单位mm)，t—时间(单位s)。
(2)对于垂直燃烧试验，对试样5施加第一次试验火焰10s，立即完全移开试验火焰，同时启动计时装置开始测定余焰时间t1，观察并记录t1以及是否有颗粒或熔融滴落物，如果有是否引燃了棉垫8。
当试样5上的火焰终止时，立即将试验火焰放在试样5下方原来的位置上，第二次施加火焰到试样10s后，立即完全移开试验火焰，同时启动计时装置开始测定余焰时间t2和余灼时间t3，观察并记录t2、t3，以及是否有颗粒或熔融滴落物，如果有是否引燃了棉垫8，同时记录试样5是否燃至试样夹具11。
按照相同方法，将一组5个试样开展燃烧试验。
步骤8、根据获得的燃烧性能评价指标，对照燃烧性能评价标准，评估换流变绝缘材料的燃烧性能。
(1)对于水平燃烧试验，根据是否发生有焰燃烧、试样损耗长度L、线性燃烧速率，将试样的燃烧性能等级分为HB级、HB40级和HB75级。
(2)对于垂直燃烧试验，根据单个试样余焰时间(t1和t2)、5个试样的总余焰时间、单个试样施加第二次火焰后的余焰时间加上余灼时间(t2+t3)、任一试样是否蔓延至试样夹具、燃烧颗粒或滴落物是否引燃棉垫，将试样的燃烧性能分为V-0级、V-1级、V-2级。
综上所述，本发明用于对换流变压器绝缘材料燃烧性能评估，具有以下优点：
1、本发明提供的燃烧试验装置，装置结构简单，操作简便，可用于模拟高原环境下绝缘材料燃烧情况；试样和燃烧器固定夹具调整灵活方便；设有移动工作台，方便更换和夹持试样。
2、本发明提出的考虑高原环境的换流变绝缘材料燃烧试验方法，综合考虑气压和氧气含量对绝缘材料燃烧性能的影响，更有效地模拟换流变绝缘材料在运行过程中的实际环境，提高燃烧试验的准确度。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种考虑高原环境的换流变绝缘材料燃烧试验装置，其特征在于，包括箱体(1)，所述箱体(1)内设有移动工作台(9)、燃烧器(6)，所述箱体(1)的侧壁上开设有启闭门(101)；所述移动工作台(9)包括滑槽轨道(901)和滑动板(902)，所述滑动板(902)的两侧安装有若干行走轮，所述滑动板(902)通过所述行走轮与所述滑槽轨道(901)连接；所述滑动板(902)上设有试验支架(4)，所述试验支架(4)上连接有试样夹具(11)；所述燃烧器(6)设置在所述试样夹具(11)的下方且与燃气供应器(7)连接；所述箱体(1)外依次连接有空气压缩机和氧气发生器(2)。
2.根据权利要求1所述的考虑高原环境的换流变绝缘材料燃烧试验装置，其特征在于，所述试样夹具(11)通过可伸缩套杆(10)连接在试验支架(4)上，所述可伸缩套杆(10)包括内杆(1001)和外套管(1002)，所述内杆(1001)的一端与所述试验支架(4)固定连接，所述内杆(1001)的另一端与所述外套管(1002)螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的考虑高原环境的换流变绝缘材料燃烧试验装置，其特征在于，所述试样夹具(11)与所述外套管(1002)的一端铰接。
4.根据权利要求1所述的考虑高原环境的换流变绝缘材料燃烧试验装置，其特征在于，所述试样夹具(11)上设有调整螺钉(1101)。
5.根据权利要求1所述的考虑高原环境的换流变绝缘材料燃烧试验装置，其特征在于，所述燃烧器(6)通过固定支架(12)与所述箱体(1)连接，所述固定支架(12)的一端活动连接有所述燃烧器(6)，另一端固定连接在所述箱体(1)的底部。
6.根据权利要求1所述的考虑高原环境的换流变绝缘材料燃烧试验装置，其特征在于，所述箱体(1)的侧壁设有观察窗(102)。
7.一种考虑高原环境的换流变绝缘材料燃烧试验方法，其特征在于采用权利要求1至6任一所述的装置，包括以下步骤：
步骤1、明确换流变安装位置的海拔、气压和氧气含量的情况；
步骤2、根据确定的海拔、气压和氧气含量的情况，选取与安装位置环境匹配的绝缘材料，按照试样的尺寸要求将绝缘材料制成规定尺寸的长方形试样；
步骤3、根据燃烧试验方式制备试样数量不同的试样组，其中，水平燃烧试验的试样组包括至少6个试样，垂直燃烧试验的试样组包括至少10个试样；
步骤4、将试样放置在设定温度和设定湿度的干燥箱下至少48小时，将从干燥箱中取出的试样的一端固定在试样夹具上，将试样的另一端靠近燃烧器，在试样正下方放置棉垫；
步骤5、将试验装置内的气压、氧气含量调节至试样在安装位置海拔下的气压、氧气含量水平；
步骤6、将燃烧器点燃，根据水平燃烧试验和垂直燃烧试验方式对试样进行相应操作，同时启动计时器；
步骤7、测量燃烧性能评价指标；
步骤8、根据获得的燃烧性能评价指标，对照燃烧性能评价标准，评估换流变绝缘材料的燃烧性能。
8.根据权利要求7所述的考虑高原环境的换流变绝缘材料燃烧试验方法，其特征在于，所述绝缘材料包括绝缘纸板、环氧树脂、玻璃钢、硅橡胶。
9.根据权利要求7所述的考虑高原环境的换流变绝缘材料燃烧试验方法，其特征在于，所述燃烧性能评价指标包括火焰前沿距离、线性燃烧速率以及单个试样余焰时间、一组试样总余焰时间。
10.根据权利要求7所述的考虑高原环境的换流变绝缘材料燃烧试验方法，其特征在于，从干燥箱中取出的试样组需在30分钟内完成燃烧试验。
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