CN110501588A - 天然酯绝缘油变压器电热联合故障模拟实验平台及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天然酯绝缘油变压器电热联合故障模拟实验平台及方法，包括：主油箱，以及分别连接的加压温度控制系统和循环泄压系统；主油箱上部和下部分别设置连接管道，电极由上部设置的连接管道到下部设置的连接管道贯穿所述主油箱，电极上下两端分别接高压引线和接地，且长度可调；主油箱的中下部通过贯穿的通道设置加热装置对天然酯绝缘油进行局部和整体加热，且通过内嵌通道安装温度传感器，实时监控主油箱中天然酯绝缘油和加热装置温度；加压温度控制系统分别与主油箱中的电极、温度传感器和加热装置连接，调节电极电压及加热装置温度；循环泄压系统通过循环管与主油箱连接，通过设置于循环管上的高温循环泵带动主油箱中油的循环。

Description

天然酯绝缘油变压器电热联合故障模拟实验平台及方法

技术领域

本公开属于变压器的技术领域，涉及一种天然酯绝缘油变压器电热联合故障模拟实验平台及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

使用天然酯绝缘油与传统矿物绝缘油的变压器相比，在过载能力、高燃点、环保等方面具有明显优势，因而越来越受到青睐。

然而，发明人在研究过程中发明，目前受限于数据积累不足，使得使用天然酯绝缘油的变压器内部发生过热或放电等故障时，无法进行准确的判断，进而导致电网事故的发生。尤其对于电热联合故障，由于条件苛刻，数据更是稀少。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本公开的一个或多个实施例提供了一种天然酯绝缘油变压器电热联合故障模拟实验平台及方法，贴近天然酯绝缘油变压器内部实际电热联合故障环境，为其内部典型故障分析积累大量有效试验数据。

根据本公开的一个或多个实施例的一个方面，提供一种天然酯绝缘油变压器电热联合故障模拟实验平台。

一种天然酯绝缘油变压器电热联合故障模拟实验平台，包括：

主油箱，以及分别连接的加压温度控制系统和循环泄压系统；

所述主油箱上部和下部分别设置连接管道，电极由上部设置的连接管道到下部设置的连接管道贯穿所述主油箱，固定和密封于所述连接管道，所述电极上下两端分别接高压引线和接地，且长度可调；所述主油箱的中下部通过贯穿的通道设置加热装置对天然酯绝缘油进行局部和整体加热，且通过内嵌通道安装温度传感器，实时监控主油箱中天然酯绝缘油和加热装置温度；

所述加压温度控制系统分别与所述主油箱中的电极、温度传感器和加热装置连接，调节电极电压及加热装置温度；

所述循环泄压系统通过循环管与所述主油箱连接，通过设置于循环管上的高温循环泵带动主油箱中油的循环。

进一步地，所述主油箱上部设置的连接管道包括高压管道、上循环管道、注油管道、泄压管道和备用管道，所述电极上部固定和密封于所述高压管道；

所述主油箱下部设置的连接管道包括接地管道和下循环管道，所述电极下部固定和密封于所述接地管道。

进一步地，所述电极为球-板电极，包括依次设置的上电极杆、球电极、板电极、下电极杆和地电极，所述上电极杆与球电极连接，所述球电极和板电极之间存在间隔，所述板电极和下电极杆连接；所述下电极杆与地电极连接，所述地电极接地；

所述下电极杆上安装旋转棒，用于调节所述球电极和板电极之间的间隔距离。

进一步地，所述主油箱的中下部且在所述地电极下方设置两个贯穿整个主油箱的贯穿通道，所述贯穿通道内安装加热装置，所述加热装置采用短波红外加热灯。

进一步地，所述温度传感器包括至少四个，分别安装于加热装置表面、主油箱的上部、中部和下部的内嵌通道内。

进一步地，所述加压温度控制系统包括交流控制台、耦合电感、保护电阻、局部放电测试仪、数字示波器、温度流速控制柜和接触调压器；

所述交流控制台通过升压变压器连接电极，对电极加高压；

所述耦合电感、保护电阻均与所述电极连接，所述耦合电容用于耦合实验过程中产生的放电脉冲电流，所述保护电阻用于对设备进行电流保护；

所述局部放电测试仪与所述电极连接，用于采集局部放电检测时脉冲电流型转化的电压信号；

所述数字示波器与所述局部放电测试仪连接，用于显示经放大和滤波后的所述局部放电测试仪采集的信号；

所述温度流速控制柜与所述温度传感器和所述接触调压器连接；

所述接触调压器与所述加热装置连接，控制所述加热装置温度。

进一步地，所述数字示波器连接存储装置，所述存储装置存储所述局部放电测试仪采集的信号。

进一步地，所述循环泄压系统包括高温循环泵、循环管、取油口、排油口和泄压注油箱；

所述循环管与所述主油箱连接，通过设置于循环管上的高温循环泵带动主油箱中油的循环；

所述高温循环泵与所述温度流速控制柜连接，所述温度流速控制柜控制并显示所述高温循环泵的流速；

所述取油口设置于所述循环管上且位于其下端；

所述排油口设置于所述循环管上且位于其最下端；

所述泄压注油箱设置在实验平台最高处，用于向所述主油箱注入新油和释放压力。

进一步地，所述取油口采用由铜片压制双层耐高温聚四氟乙烯垫片。

根据本公开的一个或多个实施例的一个方面，提供一种天然酯绝缘油变压器电热联合故障模拟实验方法。

一种天然酯绝缘油变压器电热联合故障模拟实验方法，该方法基于所述的一种天然酯绝缘油变压器电热联合故障模拟实验平台实现，模拟天然酯绝缘油变压器电热联合故障，并采集故障数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本公开的一种天然酯绝缘油变压器电热联合故障模拟实验平台及方法，平台模拟的实验运行、故障环境更贴近变压器内部实际运行、故障环境，对温度的控制范围大、精度高，内部强制循环流速范围大，且调节反应迅速。此实验平台可以满足植物绝缘油电故障、热故障和电热联合故障实验要求。

(2)本公开的一种天然酯绝缘油变压器电热联合故障模拟实验平台及方法，对主油箱的加热装置采用安装短波红外加热灯 (220V/1000W)对主油箱中的油进行局部和整体的加热。相比较普通加热丝，短波红外加热灯加热速度快，还可以实现恒温稳定加热，温度易控制且使用寿命长。短波红外加热灯最高可达到1200℃左右，温度可控区间大，可以实现低温、中温、高温的故障模拟。用贯穿箱体的方式安装短波红外加热灯使其与油隔离，避免其浸泡在油中，既可以防止循环使用的灯对油品产生污染，还可以防止油黏附在灯表面，缩短其使用寿命。油-灯隔离的设计为灯管的更换和日常维护也提供了便利。红外短波加热灯布置在地电极下方，防止高压电极将其击穿。温度传感器也采用与油隔离的设计方式安装在主油箱体的内嵌通道里，考虑到玻璃的导热性能好，隔离设计对温度的检测误差影响较小，温度传感器仍可以实现对注油箱中油温的准确、实时检测。

(3)本公开的一种天然酯绝缘油变压器电热联合故障模拟实验平台及方法，高温循环泵的流速可以通过温度流速控制柜显示和控制，泵带动油的循环可以加速气体的溶解，使油中气体分布更均匀。油的循环还有利于热量的传递，使主油箱中温度更均匀。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本公开实施例中天然酯绝缘油变压器电热联合故障模拟实验平台结构示意图；

图2是本公开实施例中主油箱结构图；

图3是本公开实施例中球-板电极示意图；

其中，1、上循环管道，2、注油管道，3、泄压管道，4、备用管道，5、下循环管道，6、球-板电极，7、旋转棒，8、高压管道，9、内嵌通道，10、贯穿通道，11、接地管道。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一

本公开的一个或多个实施例提供了一种天然酯绝缘油变压器电热联合故障模拟实验平台。

如图1所示，本公开的一种天然酯绝缘油变压器电热联合故障模拟实验平台，包括：主油箱，以及分别连接的加压温度控制系统和循环泄压系统；

所述主油箱上部和下部分别设置连接管道，电极由上部设置的连接管道到下部设置的连接管道贯穿所述主油箱，固定和密封于所述连接管道，所述电极上下两端分别接高压引线和接地，且长度可调；所述主油箱的中下部通过贯穿的通道设置加热装置对天然酯绝缘油进行局部和整体加热，且通过内嵌通道安装温度传感器，实时监控主油箱中天然酯绝缘油和加热装置温度；

所述加压温度控制系统分别与所述主油箱中的电极、温度传感器和加热装置连接，调节电极电压及加热装置温度；

所述循环泄压系统通过循环管与所述主油箱连接，通过设置于循环管上的高温循环泵带动主油箱中油的循环。

在本实施例中，天然酯绝缘油变压器电热故障模拟实验平台由三部分构成：主油箱，加压及温度控制系统和循环泄压系统，如图1所示。主油箱整体8L，由石英玻璃制成，有较好的耐高温耐高压特性，玻璃的通透性也为观察实验过程中电极周围和天然酯绝缘油中的变化提供了便利。

主油箱的设计如图2所示。主油箱上部有五个连接管道，电极穿过最中间的H高压管道与高压引线相连，外接高温耐压绝缘子保障高压实验的安全。周围四个连接管道分别为：上循环管道1、注油管道 2、泄压管道3和备用管道4。主油箱的最下部有两个管道，分别为：接地管道11和下循环管道5。球-板电极6从高压管道8到接地管道 11贯穿主油箱，由聚四氟乙烯法兰固定和密封。下电极杆上装有旋转棒7(如图2)，可以调节下电极长度从而调节球板电极6之间的间隙距离。本平台球-板电极6由黄铜制成，电极之间间隔2mm，具体结构如图3所示。电极模型尺寸符合IEC60243标准，铜球直径为40mm，板电极直径为75mm。

在主油箱中下部，有两个贯穿的通道(如图2中的贯穿通道10所示)，用于安装短波红外加热灯(220V/1000W)对主油箱中的油进行局部和整体的加热。相比较普通加热丝，短波红外加热灯加热速度快，还可以实现恒温稳定加热，温度易控制且使用寿命长。短波红外加热灯最高可达到1200℃左右，温度可控区间大，可以实现低温、中温、高温的故障模拟。用贯穿箱体的方式安装短波红外加热灯使其与油隔离，避免其浸泡在油中，既可以防止循环使用的灯对油品产生污染，还可以防止油黏附在灯表面，缩短其使用寿命。油-灯隔离的设计为灯管的更换和日常维护也提供了便利。红外短波加热灯布置在地电极下方，防止高压电极将其击穿。在灯的表面、主油箱的上部、中部和下部均安装了温度传感器，与温度流速控制柜相连，可以实现对主油箱中天然酯绝缘油整体和局部的温度实时调整、监控。温度传感器也采用与油隔离的设计方式安装在主油箱体的内嵌通道10里(如图2 所示)，考虑到玻璃的导热性能好，隔离设计对温度的检测误差影响较小，温度传感器仍可以实现对注油箱中油温的准确、实时检测。

加压及温度控制系统由YH-2交流控制台、耦合电感、耦合电阻、电流互感器、DST-4局部放电测试仪、DPO403数字示波器、同轴传输电缆、温度流速控制柜、接触调压器等组成。YH-2交流控制台连接升压变压器对电极加高压，电压的大小可以通过大电压大电流发生器的仪表盘读得。耦合电容用于耦合实验过程中产生的放电脉冲电流，用保护电阻来对设备进行电流保护。采用脉冲电流法对局部放电进行检测，在局部放电发生的时候，脉冲电流信号会通过阻抗从而转化为电压信号被DST-4局部放电仪捕捉。DST-4局部放电仪检测频带(窄带)为40kHz-80kHz，检测灵敏度为5pC。经过放大和滤波处理后的局放信号由数字示波器显示。示波器上的u盘可以将采集到的数据进行保存。主油箱中的温度传感器和温度流速控制柜相连，温度流速控制柜中的接触调压器(220V/5kVA，调压范围0-250V)可以直接控制短波红外加热灯的亮度，从而实现对油温的调控。

循环泄压系统由高温循环泵、循环管、取油口、排油口和泄压注油箱组成。高温循环泵的流速可以通过温度流速控制柜显示和控制，泵带动油的循环可以加速气体的溶解，使油中气体分布更均匀。油的循环还有利于热量的传递，使主油箱中温度更均匀。循环管由铜管外套耐高温聚四氟乙烯管构成，耐高温聚四氟乙烯与玻璃接触处保持密封，保证了管道的硬度和绝缘。取油口在循环管的下方，保证取出的油样为循环中的油。取油口由铜片压制双层耐高温聚四氟乙烯垫片构成，取油针头穿过高温聚四氟乙烯垫片取油，针头拔出后由于垫片弹性较大，依旧可以保持密封。在每次实验之前需要更换耐高温聚四氟乙烯垫片以保证良好的密封性。排油口在循环管道的最下方，便于废油的彻底排出。泄压注油箱在实验平台最高处，起到注入新油和释放压力的作用。注入新油时观察泄压注油箱上的刻度，要求液面达到最高刻度的20％～50％。泄压注油箱中的油可以隔绝外部空气，防止空气进入主油箱。泄压管道的软管的管头浸没在泄压注油箱中的油中，起到泄压和密封的作用。当主油箱中的油因为加热膨胀而使主油箱压力增大时，由于泄压注油箱中的油保持大气压强不变，于是油液面会因油的膨胀而上升，可以减缓主油箱内压力的增加，避免主油箱因为温度过高、压强过大而发生炸裂。

此植物绝缘油变压器电热联合故障实验平台可以实现对样品油的同时加电压和升温，最高电压可达到60kV以上，最高温度可达整体200℃、局部800℃。平台模拟的实验运行、故障环境更贴近变压器内部实际运行、故障环境，对温度的控制范围大、精度高，内部强制循环流速范围大，且调节反应迅速。此实验平台可以满足植物绝缘油电故障、热故障和电热联合故障实验要求。

实施例二

根据本公开的一个或多个实施例的一个方面，提供一种天然酯绝缘油变压器电热联合故障模拟实验方法。

一种天然酯绝缘油变压器电热联合故障模拟实验方法，该方法基于所述的一种天然酯绝缘油变压器电热联合故障模拟实验平台实现，模拟天然酯绝缘油变压器电热联合故障，并采集故障数据。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种天然酯绝缘油变压器电热联合故障模拟实验平台，其特征在于，包括：

主油箱，以及分别连接的加压温度控制系统和循环泄压系统；

所述主油箱上部和下部分别设置连接管道，电极由上部设置的连接管道到下部设置的连接管道贯穿所述主油箱，固定和密封于所述连接管道，所述电极上下两端分别接高压引线和接地，且长度可调；所述主油箱的中下部通过贯穿的通道设置加热装置对天然酯绝缘油进行局部和整体加热，且通过内嵌通道安装温度传感器，实时监控主油箱中天然酯绝缘油和加热装置温度；

所述加压温度控制系统分别与所述主油箱中的电极、温度传感器和加热装置连接，调节电极电压及加热装置温度；

所述循环泄压系统通过循环管与所述主油箱连接，通过设置于循环管上的高温循环泵带动主油箱中油的循环。

2.如权利要求1所述的一种天然酯绝缘油变压器电热联合故障模拟实验平台，其特征在于，所述主油箱上部设置的连接管道包括高压管道、上循环管道、注油管道、泄压管道和备用管道，所述电极上部固定和密封于所述高压管道；

所述主油箱下部设置的连接管道包括接地管道和下循环管道，所述电极下部固定和密封于所述接地管道。

3.如权利要求1所述的一种天然酯绝缘油变压器电热联合故障模拟实验平台，其特征在于，所述电极为球-板电极，包括依次设置的上电极杆、球电极、板电极、下电极杆和地电极，所述上电极杆与球电极连接，所述球电极和板电极之间存在间隔，所述板电极和下电极杆连接；所述下电极杆与地电极连接，所述地电极接地；

所述下电极杆上安装旋转棒，用于调节所述球电极和板电极之间的间隔距离。

4.如权利要求1所述的一种天然酯绝缘油变压器电热联合故障模拟实验平台，其特征在于，所述主油箱的中下部且在所述地电极下方设置两个贯穿整个主油箱的贯穿通道，所述贯穿通道内安装加热装置，所述加热装置采用短波红外加热灯。

5.如权利要求1所述的一种天然酯绝缘油变压器电热联合故障模拟实验平台，其特征在于，所述温度传感器包括至少四个，分别安装于加热装置表面、主油箱的上部、中部和下部的内嵌通道内。

6.如权利要求1所述的一种天然酯绝缘油变压器电热联合故障模拟实验平台，其特征在于，所述加压温度控制系统包括交流控制台、耦合电感、保护电阻、局部放电测试仪、数字示波器、温度流速控制柜和接触调压器；

所述交流控制台通过升压变压器连接电极，对电极加高压；

所述耦合电感、保护电阻均与所述电极连接，所述耦合电容用于耦合实验过程中产生的放电脉冲电流，所述保护电阻用于对设备进行电流保护；

所述局部放电测试仪与所述电极连接，用于采集局部放电检测时脉冲电流型转化的电压信号；

所述数字示波器与所述局部放电测试仪连接，用于显示经放大和滤波后的所述局部放电测试仪采集的信号；

所述温度流速控制柜与所述温度传感器和所述接触调压器连接；

所述接触调压器与所述加热装置连接，控制所述加热装置温度。

7.如权利要求1所述的一种天然酯绝缘油变压器电热联合故障模拟实验平台，其特征在于，所述数字示波器连接存储装置，所述存储装置存储所述局部放电测试仪采集的信号。

8.如权利要求1所述的一种天然酯绝缘油变压器电热联合故障模拟实验平台，其特征在于，所述循环泄压系统包括高温循环泵、循环管、取油口、排油口和泄压注油箱；

所述循环管与所述主油箱连接，通过设置于循环管上的高温循环泵带动主油箱中油的循环；

所述高温循环泵与所述温度流速控制柜连接，所述温度流速控制柜控制并显示所述高温循环泵的流速；

所述取油口设置于所述循环管上且位于其下端；

所述排油口设置于所述循环管上且位于其最下端；

所述泄压注油箱设置在实验平台最高处，用于向所述主油箱注入新油和释放压力。

9.如权利要求1所述的一种天然酯绝缘油变压器电热联合故障模拟实验平台，其特征在于，所述取油口采用由铜片压制双层耐高温聚四氟乙烯垫片。

10.一种天然酯绝缘油变压器电热联合故障模拟实验方法，该方法基于如权利要求1-9任一项所述的一种天然酯绝缘油变压器电热联合故障模拟实验平台实现，模拟天然酯绝缘油变压器电热联合故障，并采集故障数据。