CN114089059A - 一种变压器内部热故障模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变压器内部热故障模拟实验装置，包括具有内腔的壳体、设置在壳体底部的第一进油管以及设置在壳体顶部的抽气管，还包括：加热机构，所述加热机构包括置于壳体内腔的加热片以及用于固定加热片的固定片；取气机构，所述取气机构包括与壳体内腔上部连通的取气管以及与取气管相连的取气设备。本发明通过设置加热机构，既能模拟热故障，也可以通过设置的取气机构在故障模拟完成后，将内腔中从绝缘油逃逸出的气体采集出来，通过取油机构将壳体内油样取出，以对气样和油样均进行分析，与现有技术只能采集油样进行分析相比，本发明能更全面和准确地反映故障引起的绝缘油产气规律，为变压器故障类型诊断和评判提供更可靠的参考依据。

Description

一种变压器内部热故障模拟实验装置

技术领域

本发明涉及变压器技术领域，具体涉及一种变压器内部热故障模拟实验装置。

背景技术

变压器是电力系统核心设备之一，一旦发生故障将导致一个区域大面积、长时间的停电，对经济造成巨大损失，对生活造成极大不便。大型电力变压器多为油浸式结构，其主要绝缘介质为绝缘油和绝缘纸，前者主要起到变压器内部绝缘与散热作用，后者发挥绝缘与支撑作用，而油纸绝缘系统是保证变压器安全运行的重要因素。

当运行中的油浸变压器承受异常的热作用时，会造成绝缘油发生分解，产生多种气体，这些气体中的大部分又会溶于绝缘油中。工程中通过对油中溶解气体进行分析(DGA)，能够有效发现变压器内部的早期故障，根据所发现气体种类与含量上的差异，可以对故障类型进行诊断。

现有的变压器故障模拟系统通过模拟故障，然后取出变压器内的绝缘油进行检测，来分析故障下油中溶解气体的情况，由于没有考虑到气体逃逸情况，其检测结果不能准确反映故障引起的绝缘油产气规律。

发明内容

本发明提供一种变压器内部热故障模拟实验装置，既能模拟变压器内的局部过热故障，同时还能在故障模拟完成后，对油样和气样均进行分析，与现有技术只能采集油样进行分析相比，本发明能更全面、准确、及时地反应热故障引起的绝缘油产气规律，为变压器故障类型诊断和评断提供更可靠的参考依据。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种变压器内部热故障模拟实验装置，包括具有内腔的壳体、设置在壳体底部的第一进油管以及设置在壳体顶部的抽气管，还包括：

加热机构，所述加热机构包括置于壳体内腔的加热片以及用于固定加热片的固定片；

取气机构，所述取气机构包括与壳体内腔上部连通的取气管以及与取气管相连的取气设备；以及

取油机构，所述取油机构包括设置在壳体底端的第一出油管。

优选的，所述加热片和固定片的数量均为两个，两个所述加热片叠加在一起，且两个所述固定片通过连接件夹设在两加热片外围。

优选的，所述加热片还与外部控制电路相连接。

优选的，两个所述加热片之间还夹持有绝缘纸。

优选的，还包括测温机构，所述测温机构包括夹设于两加热片之间的第一热电偶。

优选的，所述测温机构还包括置于壳体内腔并与第一热电偶间隔设置的第二热电偶。

优选的，所述取气设备与取气管之间通过三通阀相连，所述三通阀还连接有保护气袋。

优选的，包括水冷却机构，所述水冷却机构包括设置在壳体内壁的螺旋状水冷却管。

优选的，包括设置在壳体底壁的电磁搅拌机构。

优选的，还包括绝缘油色谱监测机构，所述绝缘油色谱监测机构包括在线监测装置、设置在在线监测装置进口与壳体之间的第二出油管以及设置在在线监测装置出口与壳体之间的第二进油管。

由以上技术方案可知，本发明具有如下有益效果：

1.本发明的变压器内部热故障模拟实验装置，通过设置加热机构，既能模拟热故障，也可以通过设置的取气机构在故障模拟完成后，将内腔中从绝缘油逃逸出的气体采集出来，通过取油机构将壳体内油样取出，以对气样和油样均进行分析，与现有技术只能采集油样进行分析相比，本发明能更全面和准确地反映故障引起的绝缘油产气规律，为变压器故障类型诊断和评判提供更可靠的参考依据。

2.本发明的变压器内部热故障模拟实验装置，通过设置水冷却机构，保障试验中绝缘油整体温度不至于过高而发生危险现象。

3.本发明的变压器内部热故障模拟实验装置，通过设置绝缘油色谱监测机构，能实现绝缘油中溶解气体的在线监测，能实时监测变压器内部热故障下绝缘油中溶解气体的变化趋势，以利于更好的掌握变压器热故障后绝缘油中溶解气体的发展规律。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中A部分的结构示意图。

图中：10、壳体；11、盖板；20、第一进油管；30、抽气管；40、加热机构；410、加热片；420、固定片；430、连接件；440、绝缘纸；50、取气机构；510、取气管；520、三通阀；60、取油机构；610、第一出油管；70、测温机构；710、第一热电偶；720、第二热电偶；80、水冷却机构；90、电磁搅拌机构；100、绝缘油色谱监测机构；1010、在线监测装置；1020、第二出油管；1030、第二进油管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。

实施例：

参照图1，一种变压器内部热故障模拟实验装置，包括具有内腔的壳体10、设置在壳体底部的第一进油管20以及设置在壳体顶部的抽气管30，其中，第一进油管上设有第一阀门，还包括：

加热机构40，加热机构包括置于壳体内腔的加热片410以及用于固定加热片的固定片420；

取气机构50，取气机构包括与壳体内腔上部连通的取气管510以及与取气管相连的取气设备；以及

取油机构60，取油机构包括设置在壳体底端的第一出油管610，第一出油管上设有第二阀门，使用时，加热机构用于对绝缘油加热，以模拟变压器内的局部过热故障，取气机构设置在壳体外部且与壳体连接，并能与壳体内腔连通，取气机构能对故障发生后逃逸到绝缘油外的气体进行采样。因此在故障模拟完成后，通过取气机构将壳体内腔上部的聚集气体采集出来，并通过第一出油管将壳体内的绝缘油取出，以对油样和气体分别进行分析，与现有技术只能采集油样进行分析相比，本发明能更全面、准确、及时地反应热故障引起的绝缘油产气规律，为变压器故障类型诊断和评判提供更可靠的参考依据。

另外，通过分析天然酯绝缘油中的气体溶解量与气体逸出量的比例关系，可判断该类绝缘油对故障气体的溶解程度。

参照图2，作为本发明优选的技术方案，加热片410和固定片的数量均为两个，进一步的，固定片为铜片，两个加热片叠加在一起，且两个固定片通过连接件430夹设在两加热片外围，本实施例的连接件为环氧螺丝，在固定时，每个固定片的四端均开设有固定孔，环氧螺丝依次穿过两个固定片的对应固定孔并通过螺帽上紧。

进一步的，加热片410还与外部控制电路相连接，以通过外部控制电路来调节加热温度，当加热片与加热电源连接后，即可对绝缘油加热，从而模拟变压器绝缘油中的局部过热故障；通过改变加热片的加热温度，即可模拟绝缘油内不同温度的局部过热故障，例如模拟轻度过热低于150℃、低温过热150℃-300℃、中温过热300℃-500℃。

进一步的，两个加热片410之间还夹持有绝缘纸440，从而能模拟油纸复合绝缘系统的局部过热故障和变压器绕组热点过热故障，而当两个加热片之间不夹持绝缘纸时，可以单纯模拟变压器绝缘油中局部热点。

参照图2，作为本发明优选的技术方案，还包括测温机构70，测温机构包括夹设于两加热片之间的第一热电偶710，用于对局部热点温度进行实时监测，有助于精确模拟变压器内部局部热点，当两个加热片之间设有绝缘纸时，第一热电偶与绝缘纸和加热片紧密贴合，采用两个固定片将加热片、绝缘纸和第一热电偶夹紧紧固在一起，使加热片与第一热电偶紧密贴合，能使得局部热点模拟更准确。

进一步的，测温机构还包括置于壳体10内腔并与第一热电偶间隔设置的第二热电偶720，第二热电偶位于壳体内腔中，且与第一热电偶、壳体内壁之间均有一定间距，例如第二热电偶装设在加热机构下方，用于监测内腔中的油温。

本实施例通过在局部热点和绝缘油中均放置热电偶，既能够准确测量热点温度，也能够随时监控油温，保障安全。

抽气管上设有抽气控制阀门，在实验时，打开抽气抽气控制阀门并开启真空泵，真空泵将壳体内腔中的残余空气抽出，向内腔中注入绝缘油，然后使用加热片加热，同时监测第一热电偶、第二热电偶的读数，就能实现变压器局部过热故障的模拟。

作为本发明优选的技术方案，取气设备与取气管510之间通过三通阀520相连，三通阀还连接有保护气袋，具体的，三通阀的第一个端口通过取气管与壳体相连，该取气管上还连接有取气控制阀门，用于打开或关闭该取气管内的气体通道；三通阀的第二个端口与取气设备连接；三通阀的第三个端口连接一个保护气袋，当壳体内腔中因温度升高或产气过多而造成气压增大时，可通过保护气袋平衡气压，保障安全。

具体的，打开与抽气管相连的真空泵，真空泵将壳体内腔中的残余空气抽出，向壳体内腔中注入适量绝缘油，然后进行热故障模拟，热故障模拟完成后，打开取气管上的阀门，调节三通阀使取气设备与壳体内腔连通，取气设备将内腔中的气体取出，油样的取出可通过壳体底部的第一出油管取出。

作为本发明优选的技术方案，变压器内部热故障模拟实验装置包括水冷却机构80，水冷却机构包括设置在壳体内壁的螺旋状水冷却管，具体的，该冷却管横穿壳体内腔，通过水的循环降低内腔内绝缘油的整体温度，保障试验安全。

作为本发明优选的技术方案，变压器内部热故障模拟实验装置包括设置在壳体底壁的电磁搅拌机构90，该电磁搅拌机构启动后会加速油在内腔中的循环，从而能更真实模拟变压器实际运行状态下的工况，实验结果更准确、可靠；另外，通过加速绝缘油的循环流动，可以使热故障产生的气体更均匀地溶解在绝缘油中，也能使绝缘油中的热量分布更均匀，有助于降低内腔中的油温，保障试验安全；此外，通过将取油机构设置在绝缘油循环系统内，方便取样，并能实现油样的全封闭采集。

作为本发明优选的技术方案，变压器内部热故障模拟实验装置还包括绝缘油色谱监测机构100，绝缘油色谱监测机构包括在线监测装置1010、设置在在线监测装置进口与壳体之间的第二出油管1020以及设置在在线监测装置出口与壳体之间的第二进油管1030，具体的，壳体侧壁开设有第二出油口和第二进油口，第二出油管连接在第二出油口与在线监测装置之间，且第二出油管上设有第三阀门，第二进油管连接在第二进油口与在线监测装置之间，且第二进油管上连接有第四阀门。

实验时，打开第三阀门和第四阀门，绝缘油从第二出油口流出，经由第二出油管流入在线监测装置，然后经由第二进油管、第二进油口流回壳体内腔中，在线监测装置可以对流过的绝缘油中的气体进行监测，通过关闭第三阀门和第四阀门即可关闭该绝缘油色谱监测机构。

本实施例通过设置绝缘油色谱监测系统，能实现绝缘油中溶解气体的在线监测，能实时监测变压器内部热故障下绝缘油中溶解气体的变化趋势，以利于更好的掌握变压器故障后绝缘油中溶解气体的发展规律。

在本实施例中，壳体还包括盖板11，本体呈筒状，且具有环形侧壁和底壁，本体的顶端敞口，盖板11盖在本体的顶端，并与本体密封连接，具体是，盖板的边缘开设有连接孔，本体的顶部外侧连接有金属法兰，金属螺丝穿过盖板上的连接孔和金属法兰后通过螺帽紧固，从而将盖板与本体连接在一起；为保证良好的密封性，在盖板的边缘与本体外侧的法兰之间放置耐高温橡胶垫圈，实现密封连接。

进一步，盖板为聚四氟乙烯材质，本体为金属材质。

本发明的变压器内部热故障模拟实验装置，能够模拟变压器绝缘油流动的情况下，模拟变压器绝缘油及油纸混合绝缘系统发生轻度过热低于150℃、低温过热150～300℃和中温过热300～700℃的局部过热故障，并可在故障模拟完成后在不与空气接触的密闭环境下取得故障油样和故障气样以进行所含气体成分定性及定量分析，为掌握变压器绝缘油故障产气规律、判断变压器运行状况、诊断故障类型提供参考；同时可以模拟多种运行中变压器的内部故障类型，实现油色谱的在线监测诊断。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种变压器内部热故障模拟实验装置，包括具有内腔的壳体(10)、设置在壳体底部的第一进油管(20)以及设置在壳体顶部的抽气管(30)，其特征在于，还包括：

加热机构(40)，所述加热机构包括置于壳体内腔的加热片(410)以及用于固定加热片的固定片(420)；

取气机构(50)，所述取气机构包括与壳体内腔上部连通的取气管(510)以及与取气管相连的取气设备；以及

取油机构(60)，所述取油机构包括设置在壳体底端的第一出油管(610)。

2.根据权利要求1所述的变压器内部热故障模拟实验装置，其特征在于，所述加热片(410)和固定片的数量均为两个，两个所述加热片叠加在一起，且两个所述固定片通过连接件(430)夹设在两加热片外围。

3.根据权利要求2所述的变压器内部热故障模拟实验装置，其特征在于，所述加热片(410)还与外部控制电路相连接。

4.根据权利要求2或3所述的变压器内部热故障模拟实验装置，其特征在于，两个所述加热片(410)之间还夹持有绝缘纸(440)。

5.根据权利要求4所述的变压器内部热故障模拟实验装置，其特征在于，还包括测温机构(70)，所述测温机构包括夹设于两加热片之间的第一热电偶(710)。

6.根据权利要求5所述的变压器内部热故障模拟实验装置，其特征在于，所述测温机构还包括置于壳体(10)内腔并与第一热电偶间隔设置的第二热电偶(720)。

7.根据权利要求1所述的变压器内部热故障模拟实验装置，其特征在于，所述取气设备与取气管(510)之间通过三通阀(520)相连，所述三通阀还连接有保护气袋。

8.根据权利要求1所述的变压器内部热故障模拟实验装置，其特征在于，包括水冷却机构(80)，所述水冷却机构包括设置在壳体内壁的螺旋状水冷却管。

9.根据权利要求8所述的变压器内部热故障模拟实验装置，其特征在于，包括设置在壳体底壁的电磁搅拌机构(90)。

10.根据权利要求9所述的变压器内部热故障模拟实验装置，其特征在于，还包括绝缘油色谱监测机构(100)，所述绝缘油色谱监测机构包括在线监测装置(1010)、设置在在线监测装置进口与壳体之间的第二出油管(1020)以及设置在在线监测装置出口与壳体之间的第二进油管(1030)。

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