CN112666211A - 低温条件下变压器绝缘油导热系数测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低温条件下变压器绝缘油导热系数测量装置及测量方法，本发明的测量装置能够模拟极寒地区绝缘油的真实工况，所述装置包括密闭容器、导热系数测量仪、温湿度传感器和温湿度调控装置；密闭容器设有实验门、载物台和烧杯，烧杯中盛有变压器绝缘油，导热系数测量仪探头浸没在绝缘油中；温湿度传感器设在密闭容器内，温湿度调控装置包括降温和升温装置、加湿和除湿装置和管道风机，且温湿度调控装置通过管道与密闭容器连通。本发明的测量方法是通过对制冷、加热、除湿、加湿装置的合理布置和调控，精确控制绝缘油的湿度环境，迅速升降温或精确控制温度及温度范围，监测不同真实工况下的绝缘油导热系数的变化情况，为低温条件下变压器油导热系数的测量提供参考。

Description

低温条件下变压器绝缘油导热系数测量装置及测量方法

技术领域

本发明属于高压油纸张绝缘类电气设备绝缘油的电气性能评估与故障诊断领域，涉及一种低温条件下变压器绝缘油的导热系数测量装置及测量方法。

背景技术

我国东北、西北等寒冷地区配电变压器等电力装置中的绝缘油会面临低至-50℃情况下使用的问题，在这种情况下绝缘油可能结蜡、凝固。目前国内外绝大多数的对绝缘油介电常数的研究涉及的是不同温度下的特性分析，对于模拟绝缘油真实工况，如极寒条件下和高温条件下，不同环境湿度下，对绝缘油导热系数的测量方法的研究极少。目前大型变压器仍采用油纸复合绝缘结构，其绝缘性能不仅和超高电压下的电场分布有关，同时还与含水率和温度等运行条件密切相关。温度和水分是影响绝缘材料电导和极化的重要因素，而针对绝缘油导热系数研究大多集中在常温与高温，低温下相关研究较少。

绝缘油绝缘性能不仅和超高电压下的电场分布有关，同时还与运行过程中机器内湿度和温度等条件密切相关。温度和水分是影响绝缘材料电导和极化的重要因素。当绝缘油里含有少量的水分，低温环境下，绝缘油中的微水会出现结晶，从而导致绝缘油绝缘效果大大降低。为了正确评估在极寒地区实际工况下绝缘油的绝缘性能，我们有必要对绝缘油的真实工况进行模拟，通过控制温度和湿度条件，来对绝缘油的导热系数进行准确测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够模拟极寒地区绝缘油的真实工况，通过对制冷、加热、除湿、加湿装置的合理布置和调控，可以达到对绝缘油的温度、湿度精确控制、快速降温和升温的目的，从而对容器内的绝缘油的导热系数进行测量。通过模拟极寒地区绝缘油的真实工况，测量绝缘油的导热系数，为评估极寒条件下绝缘油的绝缘性能提供依据的低温条件下绝缘油导热系数测量装置及测量方法，。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种低温条件下变压器绝缘油导热系数测量装置，所述装置包括密闭容器、导热系数测量仪探头、温湿度传感器和温湿度调控装置；所述密闭容器包括实验门、载物台和烧杯，烧杯中盛有绝缘油，导热系数测量仪探头浸没在绝缘油中；温湿度传感器设在密闭容器内，温湿度调控装置包括降温和升温装置、加湿和除湿装置、抽气和送气风扇，且温湿度调控装置通过管道与密闭容器连通。

所述密闭容器的材料可为不锈钢、铝合金或冷轧钢板，壁厚为1-3mm，形状可以是长方体、立方体或圆柱体；所述密闭容器设有实验门和孔，所述实验门上装有橡胶密封条，所述孔用于温湿度仪探头和导热系数测试仪探头的通过。

所述载物台的材料是导热绝缘的氧化铝陶瓷或导热绝缘橡胶，形状是长方体、立方体或圆柱体，所述载物台固定在所述密闭容器的底部，所述载物台上放置有烧杯，烧杯中装有变压器油，所述导热系数测量仪的探头浸没在所述变压器绝缘油中。

所述降温装置是半导体制冷片电堆，所述半导体制冷片电堆由20-40个半导体制冷片并联组成，单个半导体制冷片的功率为120W-400W，半导体制冷片均匀地安装在所述密闭容器的四周，半导体制冷片一面通过导热硅脂紧贴在密闭容器的外壁上，另一面通过导热硅脂和铝散热片紧贴，且铝散热片上装有散热风扇，可以通过控制半导体制冷片电堆的电压、电流以及工作半导体制冷片的数量来控制降温速率。

所述升温装置是电热丝，电热丝的功率为300W-3000W，电热丝安装在装置底部，实现加热空气，可以通过控制通过电热丝的电流来控制加热速率

所述加湿和除湿装置通过除湿机、管道风机实现空气湿度调控和气体循环；加湿装置是超声波雾化板，除湿装置是动态固体吸附式除湿器。

所述湿度传感器型号是485型温湿度传感器。

所述温度传感器型号是TC3000E型导热系数测量仪。

本发明利用上述一种低温条件下变压器绝缘油导热系数测量装置，还提供了一种

低温条件下变压器绝缘油导热系数测量方法，所述测量方法包括下列步骤：

(1)根据模拟预设的环境，开启温度和湿度装置，等待温度和湿度达到预设值；

(2)开启除湿机和管道风机等装置实现密闭容器内空气湿度调节和循环；

(3)待(1)和(2)中设置的环境参数均趋于稳定时，通过导热系数测量仪的传感器实时读取烧杯中变压器绝缘油的导热系数值。

附图说明

图1为本发明的装置示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细描述。

一种低温条件下变压器绝缘油导热系数测量装置，所述装置包括密闭容器、导热系数测量仪探头、温湿度传感器和温湿度调控装置；所述密闭容器包括实验门、载物台和烧杯，烧杯中盛有绝缘油，导热系数测量仪探头浸没在绝缘油中；温湿度传感器设在密闭容器内，温湿度调控装置包括降温和升温装置、加湿和除湿装置、抽气和送气风扇，且温湿度调控装置通过管道与密闭容器连通。

所述密闭容器的材料可为不锈钢、铝合金或冷轧钢板，壁厚为1-3mm，形状可以是长方体、立方体或圆柱体；所述密闭容器设有实验门和孔，所述实验门上装有橡胶密封条，所述孔用于温湿度仪探头和导热系数测试仪探头的通过。

所述载物台的材料是导热绝缘的氧化铝陶瓷或导热绝缘橡胶，形状是长方体、立方体或圆柱体，所述载物台固定在所述密闭容器的底部，所述载物台上放置有烧杯，烧杯中装有变压器油，所述导热系数测量仪的探头浸没在所述变压器绝缘油中。

所述降温装置是半导体制冷片电堆，所述半导体制冷片电堆由20-40个半导体制冷片并联组成，单个半导体制冷片的功率为120W-400W，半导体制冷片均匀地安装在所述密闭容器的四周，半导体制冷片一面通过导热硅脂紧贴在密闭容器的外壁上，另一面通过导热硅脂和铝散热片紧贴，且铝散热片上装有散热风扇，可以通过控制半导体制冷片电堆的电压、电流以及工作半导体制冷片的数量来控制降温速率。

所述升温装置是电热丝，电热丝的功率为300W-3000W，电热丝安装在装置底部，实现加热空气，可以通过控制通过电热丝的电流来控制加热速率

所述加湿和除湿装置通过除湿机、管道风机实现空气湿度调控和气体循环；加湿装置是超声波雾化板，除湿装置是动态固体吸附式除湿器。

所述湿度传感器型号是485型温湿度传感器。

所述温度传感器型号是TC3000E型导热系数测量仪。

利用所述低温条件下变压器绝缘油导热系数测量装置，一种低温条件下变压器绝缘油导热系数测量方法是，通过对方形容器进行改造，达到温度湿度控制的目的，对容器内绝缘油进行导热系数测量，对实验测得的导热系数进行分析，从而为绝缘油在低温环境中的稳定运行提供理论依据。

本发明主要研究了一种低温条件下温湿度可控的绝缘油导热系数测量方法，创新的提出了对绝缘油温度湿度控制以及参数测量的新方法，具体来说，该方法分为以下步骤：

(1)针对图1中的装置示意图，采用方形可密闭容器，在其内部铺设液氮管道06，液氮管道采用环形布置，绕箱体内部一周；箱体内部还设有隔温层04，以及在隔温层设有半导体制冷片电堆13，环绕箱体内部一周，用于箱体内温度的下降；为使温度得以精确控制，容器内环境降温速率达到尽可能的统一，在箱体上侧通过管道连有风机05；箱体外边设有半导体制冷片除湿机01和超声波雾化板03，来有效控制箱体内环境的湿度；箱体底部设有电加热片11，用于箱体的升温。

(2)箱体内隔板10上布置盛有绝缘油12的烧杯02，通过装置管道连接进来的3个探头，分别为导热系数测试仪探头09、温度测试仪探头08和湿度测试仪探头07。

(3)通过温度测试仪探头08和湿度测试仪探头07在箱体内的布置，可以对箱体内的温度和湿度进行实时测量。

(4)导热系数测量仪的探头09浸没在变压器绝缘油中，实时感知并测量绝缘油的导热系数。

本发明的有益效果是：

(1)在现有绝缘油导热系数测量方法中，并没有集成温湿度调控，模拟实际工况的装置和方法，本发明创新提出一种温湿度可调的模拟绝缘油实际工况的测试方法。

(2)本发明温度调节可从-50℃到120℃，温度控制范围宽，温度偏差在±2℃以内；降温速率1～5℃/分钟，升温速率1～3℃/分钟，升温降温速率快，能够很好的满足骤冷和骤热的实验条件。

(3)本发明可对绝缘油所处测试环境的湿度进行控制，通过除湿机01、超声波雾化板03和管道风机05等装置，可以很好的控制箱体内的湿度环境；湿度调节可从20％～98％R.H，湿度调节范围宽，湿度偏差在±2％以内。

(4)本发明的测试腔体，对绝缘油导热系数测试仪预留测试接口，方便导热系数测试仪的接入和使用。

实施例1：

一种低温条件下变压器绝缘油导热系数测量装置，模拟绝缘油实际工作环境，通过装置箱体内部隔温层04的半导体电制冷片堆13进行稳定降温处理，最终将温度来控制在-40℃左右，湿度调节为30％R.H，下面是利用装置的测量具体步骤：

(1)将实验油杯02内装入含水率为1％的绝缘油12，设置初始温度为10℃，环境湿度为50％R.H，打开管道风机05，使容器内温度湿度达到稳定后，关闭风机05；

(2)试验箱试验用水为去离子水，实验前应确保加湿器中满足正常工作的水位；

(4)调节环境湿度为30％R.H，打开风机05和除湿机01，使容器内湿度达到稳定后，关闭风机05；

(5)利用半导体制冷片电堆13与液氮管道06通液氮的协同制冷的降温方式，使装置内温度控制在-40℃左右；

(6)待到温湿度测量仪示数稳定，在装置预留测试接口接入导热系数测量仪TC3000E的探头09，没入含水率1％的绝缘油12中；

(7)观察导热系数测量仪TC3000E的示数变化，待到稳定时，记录此时的导热系数的数据，分别降低和升高1℃后，再次测量两次实验数据，最后取三次测量的平均值为最终导热系数结果。

实施例2：

一种低温条件下变压器绝缘油导热系数测量装置，模拟绝缘油实际工作条件如下，初始温度为10℃，遭遇寒潮来临，温度在1个小时内骤降60℃，电力设备内环境湿度为50％R.H，绝缘油的含水率为1％，具体利用装置的测量方法包括以下步骤：

(1)将实验油杯02内装入含水率为1％的绝缘油12，设置初始温度为10℃，环境湿度为50％R.H，打开风机05，使容器内温度湿度达到稳定后，关闭风机05；

(2)设置降温速率为1℃/分钟，打开液氮管道06，设置液氮关闭预定温度为-45℃，当温度降到-45℃时，关闭液氮通道06，打开半导体制冷片电堆13，精确降温到-50℃，可打开风机05，使得箱体内温湿度均匀分布；

(3)待到温湿度测量仪示数稳定，在装置预留测试接口接入导热系数测量仪TC3000E的探头09，没入含水率1％的绝缘油12中；

(4)在降温过程中，可以实时对绝缘油内的温度、箱体内的温度和湿度进行记录，并且可以实时记录绝缘油在温度在1小时骤降过程中的导热系数变化情况，模拟绝缘油的实际工作环境，评估绝缘油的绝缘性能。

本说明书中未做详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种低温条件下变压器绝缘油导热系数测量装置，其特征在于，所述装置包括密闭容器、导热系数测量仪探头、温湿度传感器和温湿度调控装置；所述密闭容器包括实验门、载物台和烧杯，所述烧杯中盛有绝缘油，所述导热系数测量仪探头浸没在所述绝缘油中；所述温湿度测试仪的探头通过所述装置管道设置在所述装置中。所述温湿度调控装置包括降温和升温装置、加湿和除湿装置以及管道风机，所述温湿度调控装置通过管道与密闭容器连通。

2.根据权利要求1所述的低温条件下变压器绝缘油导热系数测量装置，其特征在于：所述密闭容器的材料为不锈钢、铝合金或冷轧钢板，所述密闭容器的材料壁厚为1-3mm，形状为长方体、立方体或圆柱体；所述密闭容器设有实验门和孔，所述实验门上装有橡胶密封条，所述孔用于温湿度仪探头和导热系数测试仪探头的通过。

3.根据权利要求1所述的低温条件下变压器绝缘油导热系数测量装置，其特征在于：所述载物台的材料为导热绝缘的氧化铝陶瓷或导热绝缘橡胶，形状是长方体、立方体或圆柱体，所述密闭装置底部设有隔板，所述密闭装置上放置有烧杯，所述烧杯中装有绝缘油，所述导热系数仪的探头浸没在绝缘油中。

4.根据权利要求1所述的低温条件下变压器绝缘油导热系数测量装置，其特征在于：所述降温装置为半导体制冷片电堆，所述半导体制冷片电堆由20-40个半导体制冷片并联组成，单个半导体制冷片的功率为120W-400W，所述半导体制冷片均匀地安装在密闭容器的四周，所述半导体制冷片一面通过导热硅脂紧贴在密闭容器的外壁上，另一面通过导热硅脂和铝散热片紧贴，且铝散热片上装有散热风扇，通过控制半导体制冷片电堆的电压、电流以及工作半导体制冷片的数量来控制降温速率。

5.根据权利要求1所述的低温条件下变压器绝缘油导热系数测量装置，其特征在于：所述升温装置为电热丝，所述电热丝的功率为300W-3000W，所述电热丝安装在所述装置底部，所述电热丝实现加热空气，通过控制通过电热丝的电流来控制加热速率。

6.根据权利要求1所述的低温条件下变压器绝缘油导热系数测量装置，其特征在于：所述加湿和除湿装置是通过除湿机、管道风机实现空气湿度调控和气体循环；所述加湿装置为超声波雾化板，所述除湿装置为动态固体吸附式除湿器。

7.根据权利要求1所述的低温条件下变压器绝缘油导热系数测量装置，其特征在于：所述湿度传感器型号为485型的温湿度传感器。

8.根据权利要求1所述的一种低温条件下变压器绝缘油导热系数测量装置，其特征在于：所述温度传感器是型号为TC3000E型的导热系数测量仪。

9.利用权利要求1-8任一项所述的低温条件下变压器绝缘油导热系数测量装置，其特征在于，所述装置的测量方法包括下列步骤：

(1)根据模拟预设的环境，开启温度和湿度装置，等待温度和湿度达到预设值；

(2)开启除湿机和管道风机等装置实现密闭容器内空气湿度调节和循环；

(3)待(1)和(2)中设置的环境参数均趋于稳定时，通过导热系数测量仪的传感器实时读取烧杯中变压器绝缘油的导热系数值。

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