测试变压器油道高度与绕组温度关联性的实验装置及方法制造方法及图纸

一种测试变压器油道高度与绕组温度关联性的实验装置及方法，包括连接在油循环外管道上的绕组模型、直流电源、阀门、油箱、散热片、流量计和油泵，绕组模型包括绕组线饼、油道和绕组外壳，绕组线饼与直流电源连接，其内部放置两个热电偶，其两侧由绕组外壳支撑固定；相邻的两个绕组线饼的间隙构成油道。根据绕组模型内外径关系式和油道高度，进行m次不同油道高度的实验，分别对m次不同油道高度下各绕组线饼中的2n个热电偶温度进行记录，通过计算得出油道高度与各绕组线饼温度的关联性，得到两者的关联系结论。本本发明专利技术能够模拟变压器绝缘在绕组不同油道高度下的温度分布，有助于研究变压器在实际运行情况下不同高度的油道对绝缘内温度的影响。

【技术实现步骤摘要】
测试变压器油道高度与绕组温度关联性的实验装置及方法
本专利技术属于变压器绝缘状态诊断领域，具体是一种测试变压器油道高度与绕组温度关联性的实验装置及方法。
技术介绍
变压器作为电网电力系统最为核心和关键的设备之一，发挥着电压电流转换和输出的重要作用。伴随电力在能源的中心地位不断提升，促使保障电力安全成为能源安全的核心要素。伴随我国大力建设电力化网络，庞大规模的油浸式变压器被投入使用。变压器运行时绕组会产生损耗而产生热量，使得该区域温度升高，而以纤维素为主要成分的绝缘纸在较高温度下会发生热降解，并导致自身机械性能降低。经过热和氧的长期累积作用，变压器整体油纸绝缘性能将逐渐劣化并形成热老化，最终导致变压器寿命殆尽而“退役”，因此为提高输配电领域资源配置效率，变压器绝缘内部的温度预测与定位尤为关键。由于变压器内部的结构不对称及油流不均匀等情形，其内部散热也伴随不均匀情况，绕组内积聚热量较多而形成的局部最高温度称为热点温度，热点温度是影响绝缘老化最为严重的因素。负载大小是影响热点温度的最主要原因，同时研究发现，不同的绕组模型内部尺寸参数改变了绝缘油与绕组线饼接触的面积，改变油道内的油流速度便直接影响着绕组内部的散热性能，改变了绕组内部的温度分布。因此，为了探究不同水平油道高度对绕组内不同位置温度分布的影响，需要一种测试装置与方法，便于更好的设计变压器参数，延长其使用寿命。
技术实现思路
本专利技术提供一种测试变压器油道高度与绕组温度关联性的实验装置及方法，能够模拟实际变压器绕组模型尺寸，测试不同油道高度下绕组的温度分布情况，有助于研究变压器在实际运行情况下不同高度的水平油道对绝缘内温度的影响，便于进一步完善变压器的绕组设计从而优化绝缘冷却性能，延长变压器的使用寿命。为实现本专利技术的目的，本专利技术一种测试变压器油道高度与绕组温度关联性的实验装置，该装置由绕组模型、直流电源、油循环外管道、阀门、油箱、散热片、流量计、油泵组成，其中，绕组模型主要由绕组线饼、油道和绕组外壳组成，各个绕组线饼内部放置两个热电偶，每个绕组线饼端子处出线连接一个直流电源；绕组线饼为扇形结构，其中，绕组线饼由多条经退火软化后包裹B级绝缘纸的高强度镍铬合金组成，镍铬合金条为圆弧形状；一个扇形绕组线饼由具有相同圆心角、不同半径的镍铬合金条，按弧长由小到大依次从内而外紧密排列而成；镍铬合金条间用导线首尾串联，绕组线饼扇形两侧由绕组外壳支撑固定；相邻的两个绕组线饼的间隙构成水平油道；所述的绕组模型、阀门、油箱、散热片、流量计和油泵通过油循环外管道连接，其中，油箱出油口依次通过油泵、流量计连接绕组模型进油口，绕组模型出油口接散热片进油口，散热片出油口连接在油箱与油泵之间的油循环外管道上，阀门分别连接在油箱出油口处、散热片进油口处、散热片出油口处、油泵进油口处。优选地，所述的绕组外壳材质为透明有机玻璃，其垂直高度上根据绕组线饼的高度等距离设置卡槽，将绕组线饼扇形两侧嵌入绕组外壳的卡槽中，起固定支撑作用，可观察内部油流情况，同时将绕组模型于轴向方向分隔为多个通道，导向油流之字形流动；共设有n块绕组线饼用以模拟变压器绕组模型，通过改变各绕组线饼与绕组外壳固定位置来改变水平油道高度。优选地，油循环外管道的材质为不锈钢，所有固定零件都采用绝缘材料。优选地，流量计为超声波流量计。优选地，所述的水平油道高度为第m次不同水平油道高度的实验记为Hduct(m)，Hduct(m)取Hduct±0.5mm、±1mm、±1.5mm，m＝1，2，…，n′-1，n′；Wdisc为绕组线饼的径向宽度，Hdisc为单盘绕组线饼的高度，rout为绕组线饼的外径，rin为绕组线饼的内径；绕组模型内外径由关系式为rout＝1.3×rin0.98。优选地，所述的扇形绕组线饼对应的圆心角为为比例系数，取1.6；根据绕组模型内外径及圆心角将圆心角为的弧长由小到大的镍铬合金条，依次从内而外紧密排列成绕组线饼，镍铬合金条端子处出线进行串联；由n盘绕组线饼等距离的固定在绕组外壳上，绕组线饼自下而上依次编号为1～n，每盘绕组线饼与直流电源连接。优选地，每个直流电源的输出功率为其中，i为绕组线饼编号，绕组线饼自下而上依次为i＝1，2，…，n-1，n，P0为变压器额定空载损耗，PK为变压器额定短路损耗，K为负载系数。一种测试变压器油道高度与绕组温度分布关联性的方法，包括以下步骤：1)打开油箱和油循环外管道上的各处阀门，打开油泵向绕组模型和散热片中缓慢低速注入绝缘油，观察超声波流量计；待超声波流量计数值稳定后，调整油泵使得油道中的绝缘油保持设定的流速；2)根据下述公式得出各直流电源的输出功率Pi，打开直流电源，接通各直流电源对绕组线饼同时加热相同时间，调整流量计流量为相应负载功率的平均油流量，观察并收集热电偶温度数据；其中，i为绕组线饼编号，绕组线饼自下而上依次为i＝1，2，…，n-1，n，P0为变压器额定空载损耗，PK为变压器额定短路损耗，K为负载系数。3)记录2n个热电偶的温度数据，记为4)改变绕组线饼的间距即改变水平油道的高度分别为Hduct(1)，Hduct(2)，…，Hduct(m)，并重新将绕组线饼固定在绕组外壳上，重复步骤1)-步骤4)；5)计算每次实验中各盘绕组线饼的平均温度i为绕组线饼编号，绕组线饼自下而上依次为i＝1，2，…，n-1，n；将平均温度和水平油道高度代入下述公式：其中，SH2为水平油道高度的方差，ST2为绕组线饼温度的方差，SHT为水平油道高度和绕组线饼的协方差；Hduct(m)为第m次实验的水平油道高度，Hduct(m)取Hduct±0.5mm、±1mm、±1.5mm，Wdisc为绕组线饼的径向宽度，Hdisc为单盘绕组线饼的高度，rout为绕组线饼的外径，rin为绕组线饼的内径；绕组模型内外径关系式为rout＝1.3×rin0.98；由上可得，油道高度与各绕组线饼温度的关联性系数当|r|≥0.8时，视为两者高度相关，当0.5≤|r|＜0.8时，视为两者中度相关，当0.3≤|r|＜0.5时，视为两者轻度相关，当|r|≤0.3时，视为两者相关度极弱。与现有技术相比，本专利技术更准确地模拟了变压器绕组油道高度和绕组模型内外径的参数，通过设置不同绕组油道高度，通过绕组外壳观测绕组油道对绕组内温度分布的关联性；同时本专利技术直流电源输出功率可调，可符合不同负载的工况。本专利技术对变压器绝缘中绕组的设计和对变压器绝缘老化的定位与预测提供重要参考意义，有助于研究变压器在实际运行情况下不同高度的水平油道对绝缘内温度的影响，便于进一步完善变压器的绕组设计从而优化绝缘冷却性能，延长变压器的使用寿命。附图说明图1为本专利技术整体结构示意图；图2为本专利技术绕组模型示意图；图3为本专利技术绕组模型正视图；图4为图3俯视图。其中，1-绕组模型，2-直流电源，3-油循环外管道，4-阀门，5-油箱，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测试变压器油道高度与绕组温度关联性的实验装置，其特征在于，该装置由绕组模型(1)、直流电源(2)、油循环外管道(3)、阀门(4)、油箱(5)、散热片(6)、流量计(7)、油泵(8)组成，其中，绕组模型(1)主要由绕组线饼(101)、油道(103)和绕组外壳(104)组成，各个绕组线饼(101)内部放置两个热电偶(102)，每个绕组线饼(101)端子处出线连接一个直流电源(2)；/n所述的绕组线饼(101)为扇形结构，绕组线饼(101)由多条经退火软化后包裹B级绝缘纸的高强度镍铬合金组成，镍铬合金条为圆弧形状；一个扇形绕组线饼(101)由具有相同圆心角、不同半径的镍铬合金条，按弧长由小到大依次从内而外紧密排列而成；镍铬合金条间用导线首尾串联，绕组线饼(101)扇形两侧由绕组外壳(104)支撑固定；相邻的两个绕组线饼(101)的间隙构成水平油道(103)；/n所述的绕组模型(1)、阀门(4)、油箱(5)、散热片(6)、流量计(7)和油泵(8)通过油循环外管道(3)连接，其中，油箱(5)出油口依次通过油泵(8)、流量计(7)连接绕组模型(1)进油口，绕组模型(1)出油口连接散热片(6)进油口，散热片(6)出油口接在油箱(5)与油泵(8)之间的油循环外管道(3)上，阀门(4)分别连接在油箱(5)出油口处、散热片(6)进油口处、散热片(6)出油口处、油泵(8)进油口处。/n...

【技术特征摘要】
1.一种测试变压器油道高度与绕组温度关联性的实验装置，其特征在于，该装置由绕组模型(1)、直流电源(2)、油循环外管道(3)、阀门(4)、油箱(5)、散热片(6)、流量计(7)、油泵(8)组成，其中，绕组模型(1)主要由绕组线饼(101)、油道(103)和绕组外壳(104)组成，各个绕组线饼(101)内部放置两个热电偶(102)，每个绕组线饼(101)端子处出线连接一个直流电源(2)；
所述的绕组线饼(101)为扇形结构，绕组线饼(101)由多条经退火软化后包裹B级绝缘纸的高强度镍铬合金组成，镍铬合金条为圆弧形状；一个扇形绕组线饼(101)由具有相同圆心角、不同半径的镍铬合金条，按弧长由小到大依次从内而外紧密排列而成；镍铬合金条间用导线首尾串联，绕组线饼(101)扇形两侧由绕组外壳(104)支撑固定；相邻的两个绕组线饼(101)的间隙构成水平油道(103)；
所述的绕组模型(1)、阀门(4)、油箱(5)、散热片(6)、流量计(7)和油泵(8)通过油循环外管道(3)连接，其中，油箱(5)出油口依次通过油泵(8)、流量计(7)连接绕组模型(1)进油口，绕组模型(1)出油口连接散热片(6)进油口，散热片(6)出油口接在油箱(5)与油泵(8)之间的油循环外管道(3)上，阀门(4)分别连接在油箱(5)出油口处、散热片(6)进油口处、散热片(6)出油口处、油泵(8)进油口处。


2.如权利要求1所述的一种测试变压器油道高度与绕组温度关联性的实验装置，其特征在于，所述的绕组外壳(104)材质为透明有机玻璃，其垂直高度上根据绕组线饼(101)的高度等距离设置卡槽；将绕组线饼(101)扇形两侧嵌入绕组外壳(104)的卡槽中，共设有n块用以模拟变压器绕组模型(1)的绕组线饼(101)；通过改变各绕组线饼(101)与绕组外壳(104)固定位置来改变水平油道(103)高度。


3.如权利要求1或2所述的一种测试变压器油道高度与绕组温度关联性的实验装置，其特征在于，油循环外管道(3)的材质为不锈钢，所有固定零件都采用绝缘材料。


4.如权利要求1或2所述的一种测试变压器油道高度与绕组温度关联性的实验装置，其特征在于，流量计(7)为超声波流量计。


5.如权利要求2所述的一种测试变压器油道高度与绕组温度关联性的实验装置，其特征在于，水平油道(103)高度为第m次不同水平油道(103)高度的实验记为Hduct(m)，Hduct(m)取Hduct±0.5mm、±1mm、±1.5mm，m＝1，2，…，n′-1，n′；Wd覀sc为绕组线饼(101)的径向宽度，Hd覀sc为单盘绕组线饼(101)的高度，rout为绕组线饼(101)的外径，rin为绕组线饼(101)的内径；绕组模型(1)内外径关系式为rout＝1.3×rin0.98。


6.如权利要求1所述的一种测试变压器油道高度与绕组温度关联性的实验装置，其特征在于，扇形绕组线饼(101)对应的圆心角为为比例系数；
根据绕组模型(1)内外径及圆心角将圆心角为的弧长由小到大的镍铬合金条，依次从内而外紧密排列成绕组线饼(101)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建文，沈逸超，王路伽，刘康凯，左弯弯，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32