CN114818159A - 一种油纸绝缘套管的取油口压力计算方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油纸绝缘套管的取油口压力计算方法和装置。其中，该方法包括：确定油纸绝缘套管的绝缘油参数和结构尺寸；基于绝缘油参数和结构尺寸，计算套管顶部油室空腔的气压和油纸绝缘套管取油口处的绝缘油油压；基于套管顶部油室空腔的气压和油纸绝缘套管取油口处的绝缘油油压，确定油纸绝缘套管取油口处的压力数学模型。本发明通对研究油纸绝缘套管各个部件尺寸和绝缘油参数，基于气体平衡理论和液体膨胀理论，建立了油纸绝缘套管取油口处的压力数学模型，该压力数学模型能够精准计算在正常运行情况下油纸绝缘套管取油口压力。并且，本发明不仅能适用于多种不同电压等级的油纸绝缘套管，还能适用于不同应用场景的油纸绝缘套管。

Description

一种油纸绝缘套管的取油口压力计算方法和装置

技术领域

本发明涉及油纸绝缘套管高电压绝缘技术领域，并且更具体地，涉及一种油纸绝缘套管的取油口压力计算方法和装置。

背景技术

油纸绝缘套管在电力系统应中被广泛应用，具有工艺成熟、技术难度小和成本低等优点。该类型套管的内绝缘为通过电缆纸和铝箔电极缠绕、油中浸渍和高温固化成型的油纸电容芯体，而外绝缘通常采用瓷绝缘子外套，在瓷绝缘套与电容芯体之间的空腔充绝缘油，起着辅助绝缘的作用。油纸绝缘套管户外侧的绝缘油只是在顶部油室、瓷绝缘子套和中间接地安装法兰组成的密闭腔体中，则套管内部油域空间较小，属于少油设备，再加上油纸绝缘套管复杂的内部结构，导致没有一个有效的油纸绝缘套管的取油口压力计算方法。

因此，目前缺少一个有效的油纸绝缘套管的取油口压力计算方法。

发明内容

本发明的目的旨在解决相关技术中的技术问题。

为此，本发明的一个方面，提出了一种油纸绝缘套管的取油口压力计算方法，包括：确定油纸绝缘套管的绝缘油参数和结构尺寸；基于绝缘油参数和结构尺寸，计算套管顶部油室空腔的气压和油纸绝缘套管取油口处的绝缘油油压；基于套管顶部油室空腔的气压和油纸绝缘套管取油口处的绝缘油油压，确定油纸绝缘套管取油口处的压力数学模型。

可选地，所述确定油纸绝缘套管的绝缘油参数，包括：确定油纸绝缘套管的绝缘油的类型；确定油纸绝缘套管的绝缘油的体积；确定油纸绝缘套管的绝缘油的垂直距离；确定油纸绝缘套管的绝缘油的重量。

可选地，所述确定油纸绝缘套管的结构尺寸，包括：确定油纸绝缘套管的顶部油室空腔的空气体积；确定油纸绝缘套管的套管中部油纸电容芯子的直径；确定油纸绝缘套管的套管中部外瓷套的直径。

可选地，所述基于绝缘油参数和结构尺寸，计算套管顶部油室空腔的气压，包括：基于绝缘油的类型、绝缘油的体积和绝缘油的垂直距离，计算绝缘油的膨胀量；基于标准大气压、预设的温度值和顶部油室空腔的空气体积，计算气体平衡常数；基于绝缘油的膨胀量、气体平衡常数和顶部油室空腔的空气体积，计算套管顶部油室空腔的气压。

可选地，所述基于绝缘油参数和结构尺寸，计算油纸绝缘套管取油口处的绝缘油油压，包括：基于套管中部油纸电容芯子的直径、套管中部外瓷套的直径，计算绝缘油所在底部区域的油底面积；基于绝缘油所在底部区域的油底面积和绝缘油的重量，计算油纸绝缘套管取油口处的绝缘油油压。

可选地，所述绝缘油的膨胀量的计算公式为：

式中，ΔV为绝缘油的膨胀量，K_膨为绝缘油的膨胀系数，T为油温，s_底为绝缘油所在底部区域的油底面积，

为绝缘油的体积，h的取值为0～H，H为绝缘油的垂直距离。

可选地，所述气体平衡常数的计算公式为：

p₁V₁/T₁＝气体平衡常数

式中，p₁为标准大气压，p₁＝0.101Mpa，T₁为预设的温度值，T₁＝293K，V₁为顶部油室空腔的空气体积。

可选地，所述套管顶部油室空腔的气压的计算公式为：

式中，p_air是油温为T的套管顶部油室空腔的气压，p₁为标准大气压，T₁为预设的温度值，V₁为顶部油室空腔的空气体积，ΔV为绝缘油的膨胀量，K_膨为绝缘油的膨胀系数。

可选地，所述绝缘油所在底部区域的油底面积的计算公式为：

式中，s_底为绝缘油所在底部区域的油底面积，R_外为套管中部外瓷套的直径，R_芯为套管中部油纸电容芯子的直径。

可选地，所述油纸绝缘套管取油口处的绝缘油油压的计算公式为：

式中，p_oil为油纸绝缘套管取油口处的绝缘油油压，mg为绝缘油的重量，R_外为套管中部外瓷套的直径，R_芯为套管中部油纸电容芯子的直径，

是绝缘油所在底部区域的油底面积。

可选地，所述油纸绝缘套管取油口处的压力数学模型的计算公式为：

式中，p为油纸绝缘套管取油口处的压力，p_oil为油纸绝缘套管取油口处的绝缘油油压，p_air是油温为T的套管顶部油室空腔的气压，mg为绝缘油的重量，s_底为绝缘油所在底部区域的油底面积，p₁为标准大气压，T₁为预设的温度值，V₁为顶部油室空腔的空气体积，K_膨为绝缘油的膨胀系数。

本发明的另一个方面，提出了一种油纸绝缘套管的取油口压力计算装置，包括：参数和尺寸确定单元，用于确定油纸绝缘套管的绝缘油参数和结构尺寸；气压和油压计算单元，用于基于绝缘油参数和结构尺寸，计算套管顶部油室空腔的气压和油纸绝缘套管取油口处的绝缘油油压；取油口处压力计算单元，用于基于套管顶部油室空腔的气压和油纸绝缘套管取油口处的绝缘油油压，确定油纸绝缘套管取油口处的压力数学模型。

从而，本发明通对研究油纸绝缘套管各个部件尺寸和安装方式，基于气体平衡理论和液体膨胀理论，建立了油纸绝缘套管取油口处的压力数学模型。该压力数学模型能够精准计算在正常运行情况下油纸绝缘套管取油口压力，从而与套管压力在线监测数据进行对比，对偏离理论计算值较远的数据，可进一步分析判断套管是否出现故障，从而实现套管故障预警功能。并且，本发明不仅能适用于多种不同电压等级的油纸绝缘套管，还能适用于不同应用场景的油纸绝缘套管，包括换流变网侧套管和交流变压器套管。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为本发明提出的油纸绝缘套管的取油口压力计算方法的流程示意图；

图2为本发明提出的油纸绝缘套管的结构示意图；

图3为本发明提出的油纸绝缘套管的取油口压力计算过程的整体流程示意图；

图4为本发明提出的油纸绝缘套管的取油口压力计算装置的结构示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1是本发明一示例性实施例提供的油纸绝缘套管的取油口压力计算方法的流程示意图。本实施例可应用在电子设备上，如图1所示，油纸绝缘套管的取油口压力计算方法100包括以下步骤：

步骤101：确定油纸绝缘套管的绝缘油参数和结构尺寸。

在一个实施例中，确定油纸绝缘套管的绝缘油参数，包括：确定油纸绝缘套管的绝缘油的类型；确定油纸绝缘套管的绝缘油的体积；确定油纸绝缘套管的绝缘油的垂直距离；确定油纸绝缘套管的绝缘油的重量。

具体地，参照图2所示，本发明涉及的油纸绝缘套管包括：套管顶部油室空腔1、套管内的绝缘油2、套管导电杆3、套管外瓷套4、油纸电容芯子5和套管中部取油口6。并且，参照图3所示，油纸绝缘套管的绝缘油参数包括：套管内的绝缘油2的类型和重量m、油纸绝缘套管的绝缘油的垂直距离(即，套管中部取油口距离顶部油室的垂直距离H)和绝缘油2的体积。其中，油纸绝缘套管的结构为套管取油口压力的计算提供尺寸数据。

在一个实施例中，确定油纸绝缘套管的结构尺寸，包括：确定油纸绝缘套管的顶部油室空腔的空气体积；确定油纸绝缘套管的套管中部油纸电容芯子的直径；确定油纸绝缘套管的套管中部外瓷套的直径。

具体地，参照图2和图3所示，油纸绝缘套管的结构尺寸包括：套管中部油纸电容芯子5的直径R_芯、外瓷套4的直径R_外和油纸绝缘顶部油室空腔1中的空气体积V₁。

步骤102：基于绝缘油参数和结构尺寸，计算套管顶部油室空腔的气压和油纸绝缘套管取油口处的绝缘油油压。

在一个实施例中，基于绝缘油参数和结构尺寸，计算套管顶部油室空腔的气压，包括：基于绝缘油的类型、绝缘油的体积和绝缘油的垂直距离，计算绝缘油的膨胀量；基于标准大气压、预设的温度值和顶部油室空腔的空气体积，计算气体平衡常数；基于绝缘油的膨胀量、气体平衡常数和顶部油室空腔的空气体积，计算套管顶部油室空腔的气压。

具体为，基于绝缘油的类型，参考GB/T1885规定，明确该类型的绝缘油的膨胀系数K_膨。由于油纸绝缘套管的绝缘油是不规则存放在油纸电容芯体和外护套之间，则采用积分的形式计算绝缘油的体积，因此，在油温为T时，绝缘油的膨胀量的计算公式为：

式中，ΔV为绝缘油的膨胀量，K_膨为绝缘油的膨胀系数，T为油温，s_底为绝缘油所在底部区域的油底面积，

为绝缘油2的体积，h的取值为0～H，H为绝缘油的垂直距离。

在一个实施例中，根据气体平衡理论，在标准大气压下，即气压p₁为＝0.101Mpa，温度T₁为常温20℃，即T₁＝293K时，油纸绝缘顶部油室中的空气体积为V₁，则气体平衡常数的计算公式为：

p₁V₁/T₁＝气体平衡常数

式中，p₁为标准大气压，p₁＝0.101Mpa，T₁为预设的温度值，T₁＝293K，V₁为顶部油室空腔的空气体积。

在一个实施例中，在油温为T时，套管顶部油室空气的气压计算公式为：

p_air＝(p₁V₁/T₁)T/V_air

式中，V_air是油纸绝缘套管顶部油室内变压器油膨胀挤压空气后的体积，p_air是油温为T的油纸绝缘套管顶部油室空气气压。

由于空气和绝缘油所在的密闭空间体积是一定的，则套管顶部油室空腔的气压的计算公式为：

式中，p_air是油温为T的套管顶部油室空腔的气压，p₁为标准大气压，T₁为预设的温度值，V₁为顶部油室空腔的空气体积，ΔV为绝缘油的膨胀量，K_膨为绝缘油的膨胀系数。

在一个实施例中，基于绝缘油参数和结构尺寸，计算油纸绝缘套管取油口处的绝缘油油压，包括：基于套管中部油纸电容芯子的直径、套管中部外瓷套的直径，计算绝缘油所在底部区域的油底面积；基于绝缘油所在底部区域的油底面积和绝缘油的重量，计算油纸绝缘套管取油口处的绝缘油油压。

在一个实施例中，绝缘油所在底部区域的油底面积的计算公式为：

式中，s_底为绝缘油所在底部区域的油底面积，R_外为套管中部外瓷套的直径，R_芯为套管中部油纸电容芯子的直径。

在一个实施例中，由于绝缘油受重力、且有流动性特性，则会对套管外护套侧壁和底座法兰产生一定的压力。根据液体压力流动理论可知，液体的压力随深度的增加而增大，而在同一深度，液体向各个方向的压力都相等。只要算出绝缘油竖直向下的压力，也就同时知道了在这一深度处液体向各个方向的压力。因此，在油纸绝缘套管取油口6处的绝缘油油压计算公式为：

式中，p_oil为油纸绝缘套管取油口处的绝缘油油压，mg为绝缘油的重量，R_外为套管中部外瓷套的直径，R_芯为套管中部油纸电容芯子的直径，

是绝缘油所在底部区域的油底面积。

步骤103：基于套管顶部油室空腔的气压和油纸绝缘套管取油口处的绝缘油油压，确定油纸绝缘套管取油口处的压力数学模型。

在一个实施例中，由于油纸绝缘套管取油口6的压力是空气的气压和绝缘油2的油压之和，因此油纸绝缘套管取油口处的压力数学模型的计算公式为：

式中，p为油纸绝缘套管取油口处的压力，p_oil为油纸绝缘套管取油口处的绝缘油油压，p_air是油温为T的套管顶部油室空腔的气压，mg为绝缘油的重量，s_底为绝缘油所在底部区域的油底面积，p₁为标准大气压，T₁为预设的温度值，V₁为顶部油室空腔的空气体积，K_膨为绝缘油的膨胀系数。

从而，通过该压力数学模型，可以有效计算油纸绝缘套管取油口6处的压力。并且，该压力数学模型能够精准计算在正常运行情况下油纸绝缘套管取油口压力，从而与套管压力在线监测数据进行对比，对偏离理论计算值较远的数据，可进一步分析判断套管是否出现故障，从而实现套管故障预警功能。由于不同电压等级的油纸绝缘套管的取油口位置是一样的，因此本发明能适用于多种不同电压等级的油纸绝缘套管。此外，本发明还能适用于不同应用场景的油纸绝缘套管，包括换流变网侧套管和交流变压器套管。

本发明的另一个方面，提出了一种油纸绝缘套管的取油口压力计算装置400，包括：参数和尺寸确定单元410，用于确定油纸绝缘套管的绝缘油参数和结构尺寸；气压和油压计算单元420，用于基于绝缘油参数和结构尺寸，计算套管顶部油室空腔的气压和油纸绝缘套管取油口处的绝缘油油压；取油口处压力计算单元430，用于基于套管顶部油室空腔的气压和油纸绝缘套管取油口处的绝缘油油压，确定油纸绝缘套管取油口处的压力数学模型。

本发明的实施例的油纸绝缘套管的取油口压力计算装置400与本发明的另一个实施例的油纸绝缘套管的取油口压力计算方法100相对应，在此不再赘述。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(装置)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种油纸绝缘套管的取油口压力计算方法，其特征在于，包括：

确定油纸绝缘套管的绝缘油参数和结构尺寸；

基于绝缘油参数和结构尺寸，计算套管顶部油室空腔的气压和油纸绝缘套管取油口处的绝缘油油压；

基于套管顶部油室空腔的气压和油纸绝缘套管取油口处的绝缘油油压，确定油纸绝缘套管取油口处的压力数学模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定油纸绝缘套管的绝缘油参数，包括：

确定油纸绝缘套管的绝缘油的类型；

确定油纸绝缘套管的绝缘油的体积；

确定油纸绝缘套管的绝缘油的垂直距离；

确定油纸绝缘套管的绝缘油的重量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定油纸绝缘套管的结构尺寸，包括：

确定油纸绝缘套管的顶部油室空腔的空气体积；

确定油纸绝缘套管的套管中部油纸电容芯子的直径；

确定油纸绝缘套管的套管中部外瓷套的直径。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于绝缘油参数和结构尺寸，计算套管顶部油室空腔的气压，包括：

基于绝缘油的类型、绝缘油的体积和绝缘油的垂直距离，计算绝缘油的膨胀量；

基于标准大气压、预设的温度值和顶部油室空腔的空气体积，计算气体平衡常数；

基于绝缘油的膨胀量、气体平衡常数和顶部油室空腔的空气体积，计算套管顶部油室空腔的气压。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于绝缘油参数和结构尺寸，计算油纸绝缘套管取油口处的绝缘油油压，包括：

基于套管中部油纸电容芯子的直径、套管中部外瓷套的直径，计算绝缘油所在底部区域的油底面积；

基于绝缘油所在底部区域的油底面积和绝缘油的重量，计算油纸绝缘套管取油口处的绝缘油油压。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述绝缘油的膨胀量的计算公式为：

式中，ΔV为绝缘油的膨胀量，K_膨为绝缘油的膨胀系数，T为油温，s_底为绝缘油所在底部区域的油底面积，

为绝缘油的体积，h的取值为0～H，H为绝缘油的垂直距离。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述气体平衡常数的计算公式为：

p₁V₁/T₁＝气体平衡常数

式中，p₁为标准大气压，p₁＝0.101Mpa，T₁为预设的温度值，T₁＝293K，V₁为顶部油室空腔的空气体积。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述套管顶部油室空腔的气压的计算公式为：

式中，p_air是油温为T的套管顶部油室空腔的气压，p₁为标准大气压，T₁为预设的温度值，V₁为顶部油室空腔的空气体积，ΔV为绝缘油的膨胀量，K_膨为绝缘油的膨胀系数。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述绝缘油所在底部区域的油底面积的计算公式为：

式中，s_底为绝缘油所在底部区域的油底面积，R_外为套管中部外瓷套的直径，R_芯为套管中部油纸电容芯子的直径。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述油纸绝缘套管取油口处的绝缘油油压的计算公式为：

式中，p_oil为油纸绝缘套管取油口处的绝缘油油压，mg为绝缘油的重量，R_外为套管中部外瓷套的直径，R_芯为套管中部油纸电容芯子的直径，

是绝缘油所在底部区域的油底面积。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述油纸绝缘套管取油口处的压力数学模型的计算公式为：

式中，p为油纸绝缘套管取油口处的压力，p_oil为油纸绝缘套管取油口处的绝缘油油压，p_air是油温为T的套管顶部油室空腔的气压，mg为绝缘油的重量，s_底为绝缘油所在底部区域的油底面积，p₁为标准大气压，T₁为预设的温度值，V₁为顶部油室空腔的空气体积，K_膨为绝缘油的膨胀系数。

12.一种油纸绝缘套管的取油口压力计算装置，其特征在于，包括：

参数和尺寸确定单元，用于确定油纸绝缘套管的绝缘油参数和结构尺寸；

气压和油压计算单元，用于基于绝缘油参数和结构尺寸，计算套管顶部油室空腔的气压和油纸绝缘套管取油口处的绝缘油油压；

取油口处压力计算单元，用于基于套管顶部油室空腔的气压和油纸绝缘套管取油口处的绝缘油油压，确定油纸绝缘套管取油口处的压力数学模型。

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