CN113267713A - 绕组绝缘电-热-机械联合加速老化装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种绕组绝缘电‑热‑机械联合加速老化装置，包括：烘箱以及设置于烘箱内的振动发生装置和电极老化单元、以及输出端正对电极老化单元设置的盐雾发生装置，烘箱、振动发生装置、盐雾发生装置的控制端分别与控制模块相连，电极老化单元的输入端与高频方波电源相连，烘箱内以及振动发生装置上分别设有与控制模块相连的盐雾传感器和振动传感器，待处理电极设置于电极老化单元内。本发明通过盐雾发生装置完整模拟海洋大气环境，将复杂的环境因素考虑到试样老化过程中；设计出特有烘箱，选择带有PTFE涂层的钛合金作为烘箱内部金属，增加了烘箱的耐腐蚀能力、耐高温能力及耐金属疲劳性能；独有的老化电极单元可同时进行同组试样的老化，降低了老化成本，提高了老化效率。

Description

绕组绝缘电-热-机械联合加速老化装置及方法
技术领域
本发明涉及的是一种风力发电领域的技术，具体是一种模拟海况环境且适用于海上风力发电机的绕组绝缘电-热-机械联合加速老化装置。
背景技术
大型海上风力发电机在实际运行过程中，长期承受电场、热场、机械力和恶劣环境的联合作用，定子绕组绝缘材料容易发生老化、甚至被击穿，严重威胁发电机的安全可靠运行，故研究其老化过程十分重要。但现有的老化装置一方面，仅仅是结合了电、热两种因素进行老化，未能完全模拟出来其正常工作时绝缘所承受的电场、热场、机械力和恶劣环境等；另一方面，老化装置基本是以线棒本体为对象进行设计的，其制造成本高昂、老化效率低。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种绕组绝缘电-热-机械联合加速老化装置及方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种绕组绝缘电-热-机械联合加速老化装置，包括：烘箱以及设置于烘箱内的振动发生装置和电极老化单元、以及输出端正对电极老化单元设置的盐雾发生装置，其中：烘箱、振动发生装置、盐雾发生装置的控制端分别与控制模块相连，电极老化单元的输入端与高频方波电源相连，烘箱内以及振动发生装置上分别设有与控制模块相连的盐雾传感器和振动传感器，待处理电极设置于电极老化单元内。
所述的控制模块包括：信号传输单元、信号处理单元及可编程控制阵列，其中：信号传输单元接收来自烘箱、振动发生装置及盐雾发生装置的实时状态信息，信号处理单元将接收到的实时状态信息解析并输出可识别的统一类型信号，可编程控制阵列根据统一类型信号和预设逻辑，实时调控烘箱、振动发生装置及盐雾发生装置的状态。
所述的烘箱提供20～200℃的温度，温度波动值不超过1℃，温度精度为0.1℃，升温速率为10℃/min；烘箱内置钛合金内胆，其表面喷涂有PTFE涂层，一方面钛合金内壁可有效增加其耐机械疲劳性能，另一方面PTFE涂层可有效降低老化过程中盐雾对烘箱内壁的腐蚀，两者均可增加烘箱的实际使用寿命。
所述的振动发生装置产生工频50Hz的正弦振动，用于模拟工况下绝缘所承受的机械应力。
所述的盐雾发生装置向烘箱内喷洒雾状的盐水，其提供湿度范围为30％-98％RH，湿度波动范围不超过2.5％RH，盐水浓度范围为3～5％，雾粒大小为5～10um，用于模拟工况下绝缘所承受的高湿度、高盐分环境。
所述的高频方波电源输出高频方波电压信号，用于模拟绝缘承受的电压波形。
所述的电极老化单元为三层板柱结构，其中第一层铜板和第三层铜板通过金属螺杆和螺丝连接并固定，第二层铜板悬空放置，第二层铜板与第三层铜板之间通过聚四氟乙烯螺杆和螺丝固定，第二层铜板和第一、三层铜板之间通过金属螺丝固定放置多组电极同时进行多个试样的老化，要求每一组的电极尺寸有差异，且电极边缘处经过倒角处理，减少老化过程试样的沿面闪络或放电，提高了试样老化的效率。
技术效果
本发明整体解决了现有绕组绝缘加速老化装置未能完全模拟出来其正常工作时绝缘所承受的电场、热场、机械力等恶劣环境、老化成本高及老化效率低等技术不足。
与现有技术相比，本发明通过盐雾发生装置完整模拟海洋大气环境，将复杂的环境因素考虑到试样老化过程中；设计出特有烘箱，选择带有PTFE涂层的钛合金作为烘箱内部金属，增加了烘箱的耐腐蚀能力、耐高温能力及耐金属疲劳性能；独有的老化电极单元可同时进行同组试样的老化，降低了老化成本，提高了老化效率。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图中：烘箱1、振动发生装置2、盐雾发生装置3、电极老化单元4、高频方波电源5、盐雾传感器6、振动传感器7和控制模块8；
图2为烘箱结构示意图；
图中：101烘箱的透明观察窗口、102烘箱的显示屏、10可以显示烘箱运行的实时温度及运行时间、103烘箱的烘箱温度及升温速率设置按钮、104电源开关按钮；
图3为振动发生装置结构示意图；
图中：201振动平台、202高弹性弹簧、203驱动电机、204显示屏、205控制屏、206电源开关、207基座；
图4为盐雾发生装置的结构示意图；
图中：301水槽、302控制单元引出线、303盐雾发生室、304盐雾导流机构；
图5为电极老化单元的结构示意图；
图中：401铜板、402铜柱、403聚四氟乙烯螺柱、404第1-3层铜板电压引线、405第二层铜板电压引线、406待处理电极、407带有螺丝的电极紧固结构；
图6为高频方波电源的结构示意图；
图中：1调整频率的旋钮、2调整输出电压的旋钮、3、4分别调整方波上升沿和下降沿宽度的旋钮、5监测试样上所承受电压的显示屏、6监测电压信号输入接口、7电源开关、8高频方波电源输出引线。
具体实施方式
如图1所示，为本实施例涉及一种绕组绝缘电-热-机械联合加速老化装置，包括：烘箱1以及设置于烘箱1内的振动发生装置2和电极老化单元4、以及输出端正对电极老化单元4设置的盐雾发生装置3，其中：烘箱1、振动发生装置2、盐雾发生装置3的控制端分别与控制模块8相连，电极老化单元4的输入端与高频方波电源5相连，烘箱1内以及振动发生装置2上分别设有与控制模块8相连的盐雾传感器6和振动传感器7，待处理电极设置于电极老化单元4内。
所述的电极老化单元4为三层板柱结构，其中第一层铜板和第三层铜板通过金属螺杆和螺丝连接并固定，第二层铜板悬空放置，第二层铜板与第三层铜板之间通过聚四氟乙烯螺杆和螺丝固定，第二层铜板和第一、三层铜板之间通过金属螺丝固定放置多组电极同时进行多个试样的老化，要求每一组的电极尺寸有差异，且电极边缘处经过倒角处理，减少老化过程试样的沿面闪络或放电，提高了试样老化的效率。
所述的控制模块8包括：信号传输单元、信号处理单元及可编程控制阵列，其中信号传输单元通过RS232传输线接收来自烘箱、振动发生装置及盐雾发生装置的实时状态信息，信号处理单元将接收到的实时状态信息解析处理，并输出可识别的统一类型信号，可编程控制阵列接收根据预设逻辑实时调控烘箱、振动发生装置及盐雾发生装置的状态。
本实施例涉及上述装置的绕组绝缘电-热-机械联合加速老化方法，具体包括：
1)将预制的海上风力发电机绝缘材料样品放置在电极老化单元中的老化电极之间，通过螺丝紧固，保证在移动的过程中试样不会从老化电极之间脱落下来，然后将电极老化单元置于振动发生装置的电磁振动台体之上，需要注意的是台体表面是绝缘体，且电极老化单元与电磁振动台体之间的摩擦力足够大，以保证电极老化单元在承受机械振动的过程中不会从电磁振动台体上滑落。
2)关闭烘箱箱门，打开烘箱电源，设置好烘箱运行的温度及运行时间；打开振动发生装置的电源，设定振动的幅值及频率；打开高频方波电源，设置高频方波电源输出方波的电压、频率及上升沿/下降沿宽度；打开盐雾发生装置电源，设置盐雾喷射的速率、雾粒的大小及盐分的含量。
3)经过一段时间后，烘箱以正常温度开始运行，振动平台以所设定的振动频率及幅值开始振动，高频方波电源输出预设好的双极性高频方波电压，盐雾发生装置向烘箱内部喷射盐雾达到所需的湿度和盐分浓度，此时能模拟海况且适用于海上风力发电机绕组绝缘材料的电-热-机械联合加速老化正式开始。
与现有技术相比，本装置能够模拟海上大气环境下同时进行多个试样的电、热、机械联合老化，降低了老化成本，提高了老化效率。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (5)

1.一种绕组绝缘电-热-机械联合加速老化装置，其特征在于，包括：烘箱以及设置于烘箱内的振动发生装置和电极老化单元、以及输出端正对电极老化单元设置的盐雾发生装置，其中：烘箱、振动发生装置、盐雾发生装置的控制端分别与控制模块相连，电极老化单元的输入端与高频方波电源相连，烘箱内以及振动发生装置上分别设有与控制模块相连的盐雾传感器和振动传感器，待处理电极设置于电极老化单元内；
所述的烘箱内置钛合金内胆，其表面喷涂有PTFE涂层并模拟20～200℃的温度，温度波动值不超过1℃，温度精度为0.1℃，升温速率为10℃/min的模拟环境；所述的振动发生装置产生工频50Hz的正弦振动，用于模拟工况下绝缘所承受的机械应力；所述的高频方波电源输出高频方波电压信号，用于模拟绝缘承受的电压波形；
所述的电极老化单元为三层板柱结构，其中第一层铜板和第三层铜板通过金属螺杆和螺丝连接并固定，第二层铜板悬空放置。
2.根据权利要求1所述的绕组绝缘电-热-机械联合加速老化装置，其特征是，所述的控制模块包括：信号传输单元、信号处理单元及可编程控制阵列，其中：信号传输单元接收来自烘箱、振动发生装置及盐雾发生装置的实时状态信息，信号处理单元将接收到的实时状态信息解析并输出可识别的统一类型信号，可编程控制阵列根据统一类型信号和预设逻辑，实时调控烘箱、振动发生装置及盐雾发生装置的状态。
3.根据权利要求1所述的绕组绝缘电-热-机械联合加速老化装置，其特征是，所述的电极老化单元中第二层铜板与第三层铜板之间通过聚四氟乙烯螺杆和螺丝固定，第二层铜板和第一、三层铜板之间通过金属螺丝固定放置多组电极同时进行多个试样的老化，要求每一组的电极尺寸有差异，且电极边缘处经过倒角处理，减少老化过程试样的沿面闪络或放电，提高了试样老化的效率。
4.根据权利要求1所述的绕组绝缘电-热-机械联合加速老化装置，其特征是，所述的盐雾发生装置向烘箱内喷洒雾状的盐水，其提供湿度范围为30％-98％RH，湿度波动范围不超过2.5％RH，盐水浓度范围为3～5％，雾粒大小为5～10um，用于模拟工况下绝缘所承受的高湿度、高盐分环境。
5.根据权利要求1～4中任一所述装置的绕组绝缘电-热-机械联合加速老化方法，包括以下步骤：
1)将预制的海上风力发电机绝缘材料样品放置在电极老化单元中的老化电极之间，通过螺丝紧固；然后将电极老化单元置于振动发生装置的电磁振动台体之上；
2)设置烘箱运行的温度及运行时间；打开振动发生装置的电源，设定振动的幅值及频率；打开高频方波电源，设置高频方波电源输出方波的电压、频率及上升沿/下降沿宽度；打开盐雾发生装置电源，设置盐雾喷射的速率、雾粒的大小及盐分的含量；
3)烘箱以正常温度开始运行，振动平台以所设定的振动频率及幅值开始振动，高频方波电源输出预设好的双极性高频方波电压，盐雾发生装置向烘箱内部喷射盐雾达到所需的湿度和盐分浓度，实现对海况且适用于海上风力发电机绕组绝缘材料的电-热-机械联合加速老化模拟。
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