CN112002524A

CN112002524A - 一种油浸式变压器套管

Info

Publication number: CN112002524A
Application number: CN202010884854.6A
Authority: CN
Inventors: 刘云鹏; 李昕烨
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2020-08-28
Filing date: 2020-08-28
Publication date: 2020-11-27

Abstract

本说明书实施例公开了一种油浸式变压器套管，所述油浸式变压器套管包括：电容芯子和绝缘子外套，其中，所述电容芯子内包含分布式光纤层，且所述电容芯子与所述分布式光纤层采取同步绕制的方式一体成型。本发明通过在电容芯子绕制过程中均匀紧密地螺旋绕制分布式传感光纤实现温度感知，光纤首尾两端沿电容芯子外表面汇集到套管升高座法兰处，并通过光纤贯通盘引出到外部测量设备，可以实现实时连续化温度监测。

Description

一种油浸式变压器套管

技术领域

本申请涉及变压器套管监测技术领域，尤其涉及一种油浸式变压器套管。

背景技术

变压器套管是变压器配套的关键部件，主要功能是穿过变压器油箱实现高电位的导体连接。多数交流变压器套管及换流变压器网侧套管均采用油浸纸电容式套管，主绝缘电容芯子是多层极板构成同轴圆柱电容，起着控制和均匀套管内外电场的作用。电容芯子与绝缘子外套之间充变压器油，起到绝缘、灭弧、冷却和浸渍的作用。

变压器套管常规在线测量手段包括了介质损耗测量、泄漏电流测量、局部放电测量等等，均通过测试套管升高座外的接地引线上的信号进行，缺乏对套管内部真实有效的全空间温度分布的测量，并且常规测量手段在绝缘防护以及电磁兼容上存在较大的困难。套管因过热爆燃的诸多事故严重威胁到了电网的安全稳定运行，对于套管内部信息的感知与监测势在必行。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种油浸式变压器套管，用于对套管内部进行真实有效的全空间温度分布的测量。

为解决上述技术问题，本说明书实施例是这样实现的：

本说明书实施例提供的一种油浸式变压器套管，所述油浸式变压器套管包括：电容芯子和绝缘子外套，其中，所述电容芯子内包含分布式光纤层，且所述电容芯子与所述分布式光纤层采取同步绕制的方式一体成型。

可选的，所述分布式光纤层从里到外依次包括：分布式传感光纤、导电胶水层、锡箔纸层和绝缘纸层。

可选的，所述分布式传感光纤采取螺绕方式设置，螺距为5-10mm。

可选的，所述分布式传感光纤为以聚酰亚胺材料为涂覆层的多模裸纤。

可选的，所述分布式传感光纤由内到外依次包括包层、涂覆层和纤芯。

可选的，所述纤芯的直径为9um，所述涂覆层的外径为125um，所述包层的外径为250um。

可选的，所述油浸式变压器套管还包括光纤贯通法兰，所述光纤贯通法兰位于所述油浸式变压器套管的两端，所述分布式光纤层通过所述光纤贯通法兰与测温仪器相连。

可选的，所述光纤贯通法兰包括光纤贯通器，所述光纤贯通器一侧与所述分布式光纤层相连，另一侧通过光纤与测温仪器相连。

可选的，所述光纤贯通法兰还包括：固定螺钉、贯通盘、贯通法兰盘和密封圈；所述贯通盘为所述光纤贯通器的载体和所述密封全圈的载体；所述贯通法兰盘用于贯通盘的安装对接，所述密封圈用于所述贯通盘与所述贯通法兰盘对变压器油的密封，所述固定螺钉用于所述贯通盘与所述贯通法兰盘之间的固定。

可选的，所述光纤贯通法兰使用ST接头。

本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

通过在电容芯子绕制过程中均匀紧密地螺旋绕制分布式传感光纤实现温度感知，光纤首尾两端沿电容芯子外表面汇集到套管升高座法兰处，并通过光纤贯通盘引出到外部测量设备，可以实现实时连续化温度监测。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，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。在附图中：

图1为现有技术中一72.5kV油浸式套管的结构示意图；

图2为本说明书一实施例提供的内含分布式光纤层的电容芯子的结构示意图；

图3为本说明书一实施例提供的分布式光纤层的结构示意图；

图4为本说明书一实施例提供的分布式传感光纤的结构示意图；

图5为本说明书一实施例提供的光纤贯通法兰的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。

分布式光纤传感技术是利用光纤本身既作为传输介质又作为传感介质的特点，通过对外界物理量变化(温度、压强等)导致光信号变化的检测，还原出光纤上某位置处的物理量信息，具有沿光纤分布的连续化，实时性测量的特点。

针对上述情况，为及时且更全面的掌握套管内部电容芯子温度分布情况，本发明创造性的将分布式传感光纤与电容芯子绕制工艺进行结合，达到在电容芯子绕制时便将光纤集成在一起，能够对整个电容芯子内部温度进行全空间连续式感知。

图1为现有技术中一72.5kV油浸式套管的结构示意图，其他电压等级的油浸式套管与之类似。如图1所示，所述油浸式套管包括：将军帽01，油枕 02，紧固弹簧03，上瓷套与伞裙04，电容芯子06，套管法兰07，末屏出线端子08，下瓷套09以及均压环10。

其中，电容芯子06是由多层绝缘纸与铝箔按相应比例层层配合绕制而成，电容芯子06与上瓷套与伞裙04之间充斥着套管内部绝缘油05。08末屏出线端子08是从电容芯子06末屏引出的金属接地线。

基于图1的结构，为了实现实时对套管内部的温度进行测量，本申请增加了分布式光纤层。如图2所示，通过将光纤绕制在电容芯子06内部以得到整个电容芯子的温度分布，电容芯子与分布式光纤层采取同步绕制的方式，二者都在同一个芯子卷绕机上完成。绕制过程应保证光纤受力均匀且与绝缘纸接触紧密，不产生相对滑动。同时应实时监控光纤通断情况，避免因拉力过大或其他人为因素导致光纤在绕制时发生断纤现象。

图3为本说明书一实施例提供的分布式光纤层的结构示意图。如图3所示，所述分布式光纤层14从里到外依次包括：分布式传感光纤18、导电胶水层17、锡箔纸层16和绝缘纸层15。

其中，电容芯子06共由28层绝缘纸构成，中间间隔使用厚度为7um的锡箔纸。

考虑到套管内部空间狭窄，本发明所采用的分布式传感光纤18采用以聚酰亚胺材料为涂覆层的多模裸纤。图4为本说明书一实施例提供的分布式传感光纤的结构示意图，如图4所示，所述分布式传感光纤18由内到外依次包括包层11、涂覆层12和纤芯13。可选的，纤芯13的直径为9um，涂覆层12的外径为125um，包层11外径为250um。

在电容芯子正常绕制过程中，每绕制4层绝缘纸则停机开始敷设1层锡箔纸16，锡箔纸敷设应尽可能光滑。

锡箔纸敷设完毕后，在其表面均匀紧密螺绕1层分布式传感光纤18。

光纤敷设完毕后，在该层光纤处均匀且缓慢地涂抹导电胶水17，使得相邻光纤之间不留有空隙并且整个光纤层会被导电胶水覆盖，光纤层表面平滑，也使得胶水浸润过程不会引入气泡。

导电胶水17涂抹完毕后，应静置一段时间，使得导电胶水17中的气泡得以溢出。之后在其表面继续覆盖一层锡箔纸16，保证该层锡箔纸16与光纤下面的一层锡箔纸16之间不留有气泡。同样的，也要保证该层锡箔纸16表面光滑。

故光纤实际处于两层锡箔纸之间(如图2中18所示)，光纤区域充斥着导电胶水17，这样的结构实际形成了一个电屏蔽腔体，使得光纤的存在不会对电场分布产生影响。

在上述过程完成后，继续缠绕4层绝缘纸，以此循环往复，最后绕制成一个内含分布式传感光纤的电容芯子。

光纤采取螺绕方式，螺距可以取5-10mm，使得每层光纤长度在100m左右，按分布式光纤温度检测系统0.8m的空间分辨率，每层光纤可以采集125 个左右的数据点。

缠绕光纤区域距离芯子两端边缘保持30mm左右的距离，防止绝缘纸切割时误伤光纤。单根套管绕制完的传感光纤总长在1000米以内。

所述油浸式变压器套管还包括光纤贯通法兰，所述光纤贯通法兰位于所述油浸式变压器套管的两端，所述分布式光纤层通过所述光纤贯通法兰与测温仪器相连。其中，所述光纤贯通法兰包括光纤贯通器，所述光纤贯通器一侧与所述分布式光纤层相连，另一侧通过光纤与测温仪器相连。所述光纤贯通法兰还包括：固定螺钉、贯通盘、贯通法兰盘和密封圈；所述贯通盘为所述光纤贯通器的载体和所述密封全圈的载体；所述贯通法兰盘用于贯通盘的安装对接，所述密封圈用于所述贯通盘与所述贯通法兰盘对变压器油的密封，所述固定螺钉用于所述贯通盘与所述贯通法兰盘之间的固定。所述光纤贯通法兰使用ST接头。

具体的，绕制结束后的光纤首尾两端甩出至套管法兰07侧壁处，与该处的光纤贯通法兰(图5)上一侧的光纤贯通器20相连，光纤贯通器20另一侧通过光纤与测试仪器相连。

在套管法兰07附近，与末屏引出端子08类似，设置图5所示光纤贯通法兰，贯通法兰上焊有数个光纤贯通器20，作用是在保证套管内外部隔离的情况下，实现光信号的引出。光纤贯通法兰使用ST接头，这一接头的好处是插接方便且带有锁扣，能保证在运行中光纤接头不会脱落。

图5为本说明书一实施例提供的光纤贯通法兰的结构示意图。如图5所示，固定螺钉19用于贯通盘21与贯通法兰盘23之间的固定；光纤贯通器20用于内外光纤对接，光纤贯通器20贯本身自带密封；贯通盘21为光纤贯通器20 的载体和密封器件载体；密封圈22用于贯通盘21与贯通法兰盘23对变压器油的密封；贯通法兰盘23用于贯通盘21的安装对接。

当变压器及套管内外部的光纤通过图5所示的贯通法兰盘23相互连接后，分布式光纤传感器便可通过远处的测温仪器进行实时测量。

由于套管内部场强较高，需要保证无灰尘、杂质混入，所以在光纤绕制前需要对其进行清洁，清洁应使光纤通过浸润95％以上的乙醇或异丙醇的无尘布，只后常温晾干15s后即可进行缠绕，可以使用流水线操作。在擦拭100m 左右光纤后应更换无尘布。

油浸式套管使用套管芯子缠绕机进行绕制，绕制时一层一层分别绕制，加入光纤后，绕制工艺不变。绕制过程中控制车床的转速，以防拉力过大拉断光纤，同时需要控制光纤轴的移动速度，使光纤螺绕的螺距均匀，可以使用自动化设备进行移动。

由于套管的电容芯子呈阶梯状分布，外侧长度较短，所以在绕制完成后需要对绝缘纸进行切割，故敷设光纤时应注意敷设区域不应超过切割位置。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims

1.一种油浸式变压器套管，其特征在于，所述油浸式变压器套管包括：电容芯子和绝缘子外套，其中，所述电容芯子内包含分布式光纤层，且所述电容芯子与所述分布式光纤层采取同步绕制的方式一体成型。

2.如权利要求1所述的油浸式变压器套管，其特征在于，所述分布式光纤层从里到外依次包括：分布式传感光纤、导电胶水层、锡箔纸层和绝缘纸层。

3.如权利要求2所述的油浸式变压器套管，其特征在于，所述分布式传感光纤采取螺绕方式设置，螺距为5-10mm。

4.如权利要求2所述的油浸式变压器套管，其特征在于，所述分布式传感光纤为以聚酰亚胺材料为涂覆层的多模裸纤。

5.如权利要求2所述的油浸式变压器套管，其特征在于，所述分布式传感光纤由内到外依次包括包层、涂覆层和纤芯。

6.如权利要求5所述的油浸式变压器套管，其特征在于，所述纤芯的直径为9um，所述涂覆层的外径为125um，所述包层的外径为250um。

7.如权利要求1所述的油浸式变压器套管，其特征在于，所述油浸式变压器套管还包括光纤贯通法兰，所述光纤贯通法兰位于所述油浸式变压器套管的两端，所述分布式光纤层通过所述光纤贯通法兰与测温仪器相连。

8.如权利要求7所述的油浸式变压器套管，其特征在于，所述光纤贯通法兰包括光纤贯通器，所述光纤贯通器一侧与所述分布式光纤层相连，另一侧通过光纤与测温仪器相连。

9.如权利要求7所述的油浸式变压器套管，其特征在于，所述光纤贯通法兰还包括：固定螺钉、贯通盘、贯通法兰盘和密封圈；所述贯通盘为所述光纤贯通器的载体和所述密封全圈的载体；所述贯通法兰盘用于贯通盘的安装对接，所述密封圈用于所述贯通盘与所述贯通法兰盘对变压器油的密封，所述固定螺钉用于所述贯通盘与所述贯通法兰盘之间的固定。

10.如权利要求7所述的油浸式变压器套管，其特征在于，所述光纤贯通法兰使用ST接头。