CN114325261A - 一种干式车载变压器绝缘改性材料性能评估系数计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种干式车载变压器绝缘改性材料性能评估系数计算方法，该方法通过搭建平台获取规则尺寸的绝缘改性材料的振动形变因子，获取材料的热膨胀和泄露电流综合因子，获取材料的散热因子，确定材料的性能评估系数，最后评估绝缘改性材料的性能。本发明利用该绝缘改性材料性能评估系数计算方法，可快速判断干式车载变压器绝缘改性材料的性能，为绝缘改性材料的评估和选用提供了依据，提高了变压器运行的安全性和经济性。

Description

一种干式车载变压器绝缘改性材料性能评估系数计算方法

技术领域

本发明属于电气绝缘在线监测与故障诊断领域，更具体地，涉及一种干式车载变压器绝缘改性材料性能评估系数计算方法。

技术背景

车载牵引变压器是动车组列车最重要的设备之一，保障着列车组的正常安全运行，其重量也直接影响着动车组列车的效能和磨损，随着我国高速列车组的不断发展，对车载牵引变压器的轻量化就显得尤为重要。用干式车载牵引变压器替代油式车载牵引变压器可以大大减轻重量，但是这也对绝缘材料提出了更高的要求。之前的研究主要关于油式车载牵引变压器，然而相比于一般干式变压器，干式车载牵引变压器运行条件较为严苛，还受到高温，振动，冲击电压等的影响。列车运行过程中发生的振动，将使材料产生一定的形变，温升的影响使得材料产生一定的热膨胀，多次的冲击电压也会影响车载牵引变压器的安全运行。现有的材料难以满足要求，所以需要对材料进行一定改性。因此，急需一种干式车载牵引变压器绝缘改性材料的性能评估方法，对改性材料的优劣进行判断，从而对干式车载牵引变压器绝缘改性材料的使用提出指导意见。

发明内容

针对以上技术问题，本发明的目的是提出一种干式车载变压器绝缘改性材料性能评估系数计算方法，能够很好的评估干式车载牵引变压器绝缘改性材料的性能；

实现本发明的技术方案如下：

第一步：搭建测试平台并制作样本测试材料

搭建测试平台，其特征在于，包括试验箱体(1)、加热装置(2)、第一形变传感器(3)、第二形变传感器(4)、第三形变传感器(5)、第四形变传感器(6)、第五形变传感器(7)、第六形变传感器(8)、温度传感器(9)、第一振动器(10)、第二振动器(11)、冲击电压施加装置(12)、电流测量装置(13)、控制端(14)、电脑终端(15)、试验材料(16)；通过控制端(14)控制第一振动器(10)和第二振动器(11)，第一形变传感器(3)、第二形变传感器(4)、第三形变传感器(5)、第四形变传感器(6)、第五形变传感器(7)、第六形变传感器(8)分别安装在试验箱体(1)的下、前、左、右、后、上表面，均与电脑终端(15)相连，实现对试验材料(16)的形状监控；通过控制端(14)控制加热装置(2)和电压施加装置(12)，同时温度传感器(9)监测温度，电流测量装置(13)监测电流，并且把测得的温度值和电流值送入电脑终端(15)；制作若干个相同规则尺寸绝缘改性材料的测试样本，初始尺寸体积为V，单位为m³，x方向上长度为L，y方向上长度为W，z方向上长度为H，单位都为m；

第二步：获取材料的振动形变因子

根据列车运行记录获取运行过程中产生的最小振动频率和最大振动频率，分别记为f_min和f_max，单位为Hz；设置m个均匀递增的振动频率大小，m取偶数次，分别记为f₁、f₂、f₃……f_m，其中f₁＝f_min，f_m＝f_max；各频率设置一个同规则尺寸的试验材料样本，振动频率持续时间为30s，记录每个振动频率下材料每个面产生的最大形变位移，每两个对立面为一组，x方向上最大形变量记为L₁、L₂、L₃……L_m，和L’₁、L’₂、L’₃……L’_m，y方向上最大形变量记为W₁、W₂、W₃……W_m，和W’₁、W’₂、W’₃……W’_m，z方向上最大形变量记为H₁、H₂、H₃……H_m和H’₁、H’₂、H’₃……H’_m，单位都为m，通过公式(1)得到振动形变因子F_z；

第三步：获取材料的热膨胀和泄露电流综合因子

根据列车运行记录获取运行过程中变压器的最低温度和最高温度，分别记为T_min和T_max，单位为K，同时记录车载牵引变压器在运行时所经受的最大冲击电压和最小冲击电压，分别记为V_cmax和V_cmin，单位为kV，设置n个均匀递增的温度节点，温度分别记为T₁、T₂、T₃……T_n，其中T₁＝T_min，T_n＝T_max，各温度节点设置一个同规则尺寸的试验材料样本，到达目标温度后使材料稳定在该温度，波动误差不超过0.5度；设置y个均匀递增的冲击电压节点，冲击电压大小分别记为V_c1、V_c2、V_c3……V_cy，其中V_c1＝V_cmin，V_cy＝V_cmax；对到达目标温度节点的材料顺次逐个施加这组冲击电压，冲击电压冲击时间为1s，各个冲击电压间隔1min，记录不同温度节点下各冲击电压施加完成后试验材料的体积和泄露电流，体积记为V_i,j，单位为m³，泄露电流记为I_i,j,单位为A，其中i代表此时温度节点T_i，i＝1，2，3……n，其中j代表冲击电压V_cj，j＝1，2，3……y，通过公式(2)得到热膨胀和泄露电流综合因子T_vz；

第四步：获取材料的散热因子

不同温度节点的试验材料样本经受整组冲击电压后，停止加热，后每间隔一分钟测一次温度，直到测得的温度值与前一次相等停止，即T_i,s＝T_i，(s+1)，测得的s次不等的温度值记为T_i,1、T_i,2、T_i,3……T_i,s，其中s＞1，其中i代表材料之前所处的温度节点T_i，i＝1，2，3……n，通过公式(3)得到材料散热因子S_z；

第五步：确定材料的性能评估系数

通过公式(4)确定材料的性能评估系数Z_s；

第六步：评估绝缘改性材料的性能

评估干式车载牵引变压器绝缘改性材料的性能，若0≤Z_s＜0.8，则说明该材料的性能良好；若0.8≤Z_s＜1.5，则说明该材料的性能一般；若1.5≤Z_s，则说明该材料的性能差，不能达到使用要求。

本发明的有益效果在于，通过搭建测试平台，综合考虑了振动、温度、冲击电压、散热等因素对干式车载牵引变压器绝缘改性材料的影响，提供了一种计算方法，可准确计算出材料的性能评估系数，为评估车载牵引变压器绝缘改性材料的性能提供了一条途径，提高了干式车载变压器运行的安全性和经济性。

附图说明

图1表示的是搭建的测试平台。

图2表示的是一种干式车载变压器绝缘改性材料性能评估系数计算方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施过程对本发明进行进一步说明。需要强调的是，此处所描述的具体实施案例仅仅用于解释本发明，并不限定本发明构思及其权利要求之范围；为方便说明，附图某些部件会有省略、尺寸大小变化，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，可以理解附图中某些公知结构及其说明的省略。

第一步：搭建测试平台并放置样本测试材料

搭建测试平台，其特征在于，包括试验箱体(1)、加热装置(2)、第一形变传感器(3)、第二形变传感器(4)、第三形变传感器(5)、第四形变传感器(6)、第五形变传感器(7)、第六形变传感器(8)、温度传感器(9)、第一振动器(10)、第二振动器(11)、冲击电压施加装置(12)、电流测量装置(13)、控制端(14)、电脑终端(15)、试验材料(16)；通过控制端(14)控制第一振动器(10)和第二振动器(11)，第一形变传感器(3)、第二形变传感器(4)、第三形变传感器(5)、第四形变传感器(6)、第五形变传感器(7)、第六形变传感器(8)分别安装在试验箱体(1)的下、前、左、右、后、上表面，均与电脑终端(15)相连，实现对试验材料(16)的形状监控；通过控制端(14)控制加热装置(2)和电压施加装置(12)，同时温度传感器(9)监测温度，电流测量装置(13)监测电流，并且把测得的温度值和电流值送入电脑终端(15)；制作若干个相同规则尺寸绝缘改性材料的测试样本，初始尺寸体积为V，其值为0.002m³，x方向上长度为L，y方向上长度为W，z方向上长度为H，其值分别为0.5m，0.4m，0.01m；

第二步：获取材料的振动形变因子

根据列车运行记录获取运行过程中产生的最小振动频率和最大振动频率，分别记为f_min和f_max，其值分别为5Hz和25Hz；设置m个均匀递增的振动频率大小，m取偶数次，分别记为f₁、f₂、f₃……f_m，其中f₁＝f_min，f_m＝f_max；各频率设置一个同规则尺寸的试验材料样本，振动频率持续时间为30s，记录每个振动频率下材料每个面产生的最大形变位移，每两个对立面为一组，x方向上最大形变量记为L₁、L₂、L₃……L_m，和L’₁、L’₂、L’₃……L’_m，y方向上最大形变量记为W₁、W₂、W₃……W_m，和W’₁、W’₂、W’₃……W’_m，z方向上最大形变量记为H₁、H₂、H₃……H_m和H’₁、H’₂、H’₃……H’_m，单位都为m，通过公式(1)得到振动形变因子F_z；

第三步：获取材料的热膨胀和泄露电流综合因子

根据列车运行记录获取运行过程中变压器的最低温度和最高温度，分别记为T_min和T_max，其值分别为320K和440K，同时记录车载牵引变压器在运行时所经受的最大冲击电压和最小冲击电压，分别记为V_cmax和V_cmin，其值分别为25kV和50kV，设置n个均匀递增的温度节点，温度分别记为T₁、T₂、T₃……T_n，其中T₁＝T_min，T_n＝T_max，各温度节点设置一个同规则尺寸的试验材料样本，到达目标温度后使材料稳定在该温度，波动误差不超过0.5度；设置y个均匀递增的冲击电压节点，冲击电压大小分别记为V_c1、V_c2、V_c3……V_cy，其中V_c1＝V_cmin，V_cy＝V_cmax；对到达目标温度节点的材料顺次逐个施加这组冲击电压，冲击电压冲击时间为1s，各个冲击电压间隔1min，记录不同温度节点下各冲击电压施加完成后试验材料的体积和泄露电流，体积记为V_i,j，单位为m³，泄露电流记为I_i,j,单位为A，其中i代表此时温度节点T_i，i＝1，2，3……n，其中j代表冲击电压V_cj，j＝1，2，3……y，通过公式(2)得到热膨胀和泄露电流综合因子T_vz；

第四步：获取材料的散热因子

不同温度节点的试验材料样本经受整组冲击电压后，停止加热，后每间隔一分钟测一次温度，直到测得的温度值与前一次相等停止，即T_i,s＝T_i，(s+1)，测得的s次不等的温度值记为T_i,1、T_i,2、T_i,3……T_i,s，其中s＞1，其中i代表材料之前所处的温度节点T_i，i＝1，2，3……n，通过公式(3)得到材料散热因子S_z；

第五步：确定材料的性能评估系数

通过公式(4)确定材料的性能评估系数Z_s；

第六步：评估绝缘改性材料的性能

计算得到材料性能评估因子Z_s为0.67，该材料的性能良好。

Claims (1)

1.一种干式车载变压器绝缘改性材料性能评估系数计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：搭建测试平台并制作样本测试材料；

第二步：获取材料的振动形变因子；

第三步：获取材料的热膨胀和泄露电流综合因子；

第四步：获取材料的散热因子；

第五步：确定材料的性能评估系数；

第六步：评估绝缘改性材料的性能；

所述第一步的具体过程为：

搭建测试平台，其特征在于，包括试验箱体(1)、加热装置(2)、第一形变传感器(3)、第二形变传感器(4)、第三形变传感器(5)、第四形变传感器(6)、第五形变传感器(7)、第六形变传感器(8)、温度传感器(9)、第一振动器(10)、第二振动器(11)、冲击电压施加装置(12)、电流测量装置(13)、控制端(14)、电脑终端(15)、试验材料(16)；通过控制端(14)控制第一振动器(10)和第二振动器(11)，第一形变传感器(3)、第二形变传感器(4)、第三形变传感器(5)、第四形变传感器(6)、第五形变传感器(7)、第六形变传感器(8)分别安装在试验箱体(1)的下、前、左、右、后、上表面，均与电脑终端(15)相连，实现对试验材料(16)的形状监控；通过控制端(14)控制加热装置(2)和电压施加装置(12)，同时温度传感器(9)监测温度，电流测量装置(13)监测电流，并且把测得的温度值和电流值送入电脑终端(15)；制作若干个相同规则尺寸绝缘改性材料的测试样本，初始尺寸体积为V，单位为m³，x方向上长度为L，y方向上长度为W，z方向上长度为H，单位都为m；

所述第二步的具体过程为：

根据列车运行记录获取运行过程中产生的最小振动频率和最大振动频率，分别记为f_min和f_max，单位为Hz；设置m个均匀递增的振动频率大小，m取偶数次，分别记为f₁、f₂、f₃……f_m，其中f₁＝f_min，f_m＝f_max；各频率设置一个同规则尺寸的试验材料样本，振动频率持续时间为30s，记录每个振动频率下材料每个面产生的最大形变位移，每两个对立面为一组，x方向上最大形变量记为L₁、L₂、L₃……L_m，和L’₁、L’₂、L’₃……L’_m，y方向上最大形变量记为W₁、W₂、W₃……W_m，和W’₁、W’₂、W’₃……W’_m，z方向上最大形变量记为H₁、H₂、H₃……H_m和H’₁、H’₂、H’₃……H’_m，单位都为m，通过公式(1)得到振动形变因子F_z；

所述第三步的具体步骤为：

根据列车运行记录获取运行过程中变压器的最低温度和最高温度，分别记为T_min和T_max，单位为K，同时记录车载牵引变压器在运行时所经受的最大冲击电压和最小冲击电压，分别记为V_cmax和V_cmin，单位为kV，设置n个均匀递增的温度节点，温度分别记为T₁、T₂、T₃……T_n，其中T₁＝T_min，T_n＝T_max，各温度节点设置一个同规则尺寸的试验材料样本，到达目标温度后使材料稳定在该温度，波动误差不超过0.5度；设置y个均匀递增的冲击电压节点，冲击电压大小分别记为V_c1、V_c2、V_c3……V_cy，其中V_c1＝V_cmin，V_cy＝V_cmax；对到达目标温度节点的材料顺次逐个施加这组冲击电压，冲击电压冲击时间为1s，各个冲击电压间隔1min，记录不同温度节点下各冲击电压施加完成后试验材料的体积和泄露电流，体积记为V_i,j，单位为m³，泄露电流记为I_i,j,单位为A，其中i代表此时温度节点T_i，i＝1，2，3……n，其中j代表冲击电压V_cj，j＝1，2，3……y，通过公式(2)得到热膨胀和泄露电流综合因子T_vz；

所述第四步的具体步骤为：

不同温度节点的试验材料样本经受整组冲击电压后，停止加热，后每间隔一分钟测一次温度，直到测得的温度值与前一次相等停止，即T_i,s＝T_i，(s+1)，测得的s次不等的温度值记为T_i,1、T_i,2、T_i,3……T_i,s，其中s＞1，其中i代表材料之前所处的温度节点T_i，i＝1，2，3……n，通过公式(3)得到材料散热因子S_z；

所述第五步的具体步骤为：

通过公式(4)确定材料的性能评估系数Z_s；

所述第六步的具体步骤为；

评估干式车载牵引变压器绝缘改性材料的性能，若0≤Z_s＜0.8，则说明该材料的性能良好；若0.8≤Z_s＜1.5，则说明该材料的性能一般；若1.5≤Z_s，则说明该材料的性能差，不能达到使用要求。

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