一种多物理场下油纸绝缘气泡生成模拟实验的装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种多物理场下变压器/高压电抗器油纸绝缘中气泡生成模拟实验的装置与方法，本测量装置由实验油箱、高压源、电极及其固定装置、温控装置、测温装置、振动装置、高速相机、气泡生成模块等构成。电极在固定装置作用下可手动调节两电极之间的间距。在温度控制箱控制下，绝缘油温度范围可在0℃～150℃调节。箱体与振动装置通过一个夹持装置实现刚性连接，振动频率范围为5Hz～5kHz。实验油箱顶部装有顶盖，顶盖中间开孔，孔内旋入一根铜棒，铜棒外部包裹有绝缘纸，用于模拟变压器/高压电抗器的绕组。该装置综合考虑了电场、温度场、流场等多物理场作用，以模拟实际油浸式电力设备内部复杂应力环境，具有半自动化的特点。具有半自动化的特点。具有半自动化的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种多物理场下油纸绝缘气泡生成模拟实验的装置与方法


[0001]本专利技术属于油浸式电气设备故障模拟与预防领域，尤其涉及一种多物理场下变压器/高压电抗器油纸绝缘中气泡生成模拟实验的装置与方法。

技术介绍

[0002]目前电网中绝大部分高压电抗器/电力变压器均为油浸式，油纸绝缘结构在电场、振动场及热场的长期作用下，绝缘纸中的主要成分纤维素，分解析出较多的水分、气体等单个分子，在电场、振动场及热场等外界因素共同作用下发生聚集，并在一定条件下聚合形成微小气泡。绝缘油中主要成分除烷烃外，混有一定量的气体。常用的绝缘油气体溶解量为9％左右，当变压器等设备内部温度、压力发生较大波动时，油中溶解的气体会逐渐从油中析出，以微小气泡的形式悬浮于变压器油中或附着在绝缘纸纸表面。水分、气体小分子在变压器油纸绝缘中的含量是动态平衡的，温度是影响动态平衡的重要因素，水分、气体小分子的存在会破坏高压电抗器/电力变压器绝缘性能,加速纤维素老化，最终可能导致气泡出现。伴随着变压器负荷快速波动时，多物理场的作用会加速小气泡析出速率，促使水分和气体分子在油
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纸间迁移并再次分布,形成气泡附着在油纸绝缘表面或在油中，积聚成桥，从而导致变压器绝缘水平的降低,发生局部放电甚至绝缘击穿。目前气泡的生成规律及其对绝缘的影响程度并不十分清楚，因此针对不同温度变化、水分含量，不同电场强度、振动强度对油纸绝缘气泡形成的影响进行研究具有重要价值。

技术实现思路

[0003]本专利技术设计了一种多物理场下变压器/高压电抗器油纸绝缘中气泡生成模拟实验的装置与方法，该装置可以模拟油纸绝缘体系中电场、温度场、振动场等多物理场作用下气体析出、气泡生成现象，并获得相应的特性，装置能够比较综合性地模拟油纸绝缘体系内部多物理环境，具有半自动化的特点。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0005]一种多物理场下变压器/高压电抗器油纸绝缘中气泡生成模拟实验的装置与方法，本测量装置由实验箱体、高压源、电极及其固定装置、控温装置、振动装置、高速相机、气泡生成模块等构成。电极在固定装置的作用下可调整两电极之间的水平间距。在温度控制箱控制下，绝缘油温度范围可在0℃～150℃调节。箱体与振动装置通过一个刚性装置实现固定连接，振动频率范围为5Hz～5kHz。实验油箱顶部装有顶盖，顶盖中间开孔，孔内旋入一根铜棒，铜棒外部包裹有绝缘纸，用于模拟变压器/高压电抗器的绕组。该装置综合考虑了电场、温度场、振动场等多物理场作用，以模拟实际油浸式电力设备内部复杂应力环境，具有半自动化的特点。
[0006]进一步，所述电极被两个聚四氟套管所固定，通过套管内部的螺纹调节电极间距。
[0007]进一步，油箱底部焊有一根中空的玻璃管，管内插入一根Pt100型热电阻加热棒，加热棒连入温度控制箱，在智能温控仪的作用下，可将温度维持在0℃～150℃内的任一温
度值，模拟不同负荷状况下变压器内部温度。
[0008]进一步，将干燥后的绝缘纸缠绕在旋入顶盖的铜棒上，模拟变压器内部绕组，加热棒加热油箱使得绕组周围的油纸绝缘温度升高,随着模拟变压器绕组温度的升高,绝缘纸表面将会有气泡生成,通过油箱侧壁可实现对气泡生成过程的观测。
[0009]进一步，所述振动平台与实验油箱通过两个刚性夹持装置锁紧连接，可以均匀箱体所受压力，以保护箱体不发生损坏，同时避免油箱发生滑移。
[0010]进一步，一种多物理场下变压器/高压电抗器油纸绝缘中气泡生成模拟实验的装置进行实验，首先调节好高速相机位置与补光灯强度，以能从相机中获得清晰图像为标准；利用温度控制箱油箱内部的油温；调节绝缘纸与铜棒的高度；利用交/直流高压源给定所需电压，并调节信号发生器与功率放大器对箱体施加所需振动，从而实现电场、温度场及振动场的耦合；改变振动参数、绝缘油含水量、油温等参数，持续提高外施电压直至产生气泡，利用高速显微相机观察气泡的产生与迁移过程，利用计算机分析气泡生成过程的特征。
[0011]本专利技术的有益效果为：测量装置能够实现对多物理场下油纸绝缘体系中气泡生成过程的观测，所模拟的复杂多物理场环境与实际油浸式电力设备内部环境相符，实现对不同温度、不同水分含量、不同电场强度及不同振动频率情况下的油纸绝缘气泡生成过程观测的目的，同时模拟过程与变压器实际工况一致。满足多物理场下油纸绝缘中气泡生成特性观测实验基本需求。
附图说明
[0012]图1为测量多物理场下油纸绝缘中气泡生成特性的装置整体结构图。
[0013]图2为测量多物理场下油纸绝缘中气泡成桥特性的方法流程图。
[0014]图中标记说明：
[0015]Pt100电阻型加热棒
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1，铜棒
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2，聚四氟套管
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3，高压电极
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4，绝缘纸
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5，测温热电偶
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6，顶盖
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7，铜棒
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8，高压交直流电源
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9，温度控制箱
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10，振动台
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11，功率放大器
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12，信号发生器
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13，补光灯
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14，高速相机
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15，固定装置
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16。
具体实施方式
[0016]下面结合附图对本专利技术进一步详细说明。
[0017]一种多物理场下变压器/高压电抗器油纸绝缘中气泡生成模拟实验的装置与方法，用于研究油浸式电气设备内部复杂应力环境下气泡生成的形成与积聚特性。该装置主要由实验油箱、高压源9、电极4及其固定装置3、温控装置10、振动装置11、高速显微相机15、气泡生成模块等构成，如图1所示。实验箱体为石英玻璃制成的方形容器，内部装有25号变压器油。箱体底部为振动台11，其在信号发生器13与功率放大器12的控制作用下可以产生5Hz
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5kHz 的有效振动，箱体与振动装置之间通过一个金属台面相连接，台面上安装有固定装置16，可以通过旋转螺丝锁紧箱体，振动装置与箱体之间从而实现了刚性连接，使得振动能够有效传播。
[0018]箱体安装有固定装置与高压电极4，其材质分别为聚四氟乙烯与黄铜，聚四氟乙烯具有良好的绝缘性能与机械性能，固定套管内部车有螺纹，可根据实验需要手动调节电极间距。
[0019]油箱顶盖中央开孔，旋入一根铜棒，铜棒上均匀缠绕经干燥、脱气处理后的绝缘纸，将其放入实验油箱中，变压器油中水分含量根据实验需要自行确定。每隔2小时抽取10ml油箱中的变压器油，通过水分测试仪测量油中含水量,测量三次取平均值。若水分含量波动低于5μL/L, 则认为油纸间水分平衡，此时根据当前油中水分含量,通过油纸水分平衡曲线换算为变压器绕组绝缘纸中水分含量。此时可以研究水分对于油纸绝缘气泡生成的影响规律。
[0020]通过温度控制箱10控制加热棒来实现温度的控制，热电偶6可以实时测量油温。随着绕组周围的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.本发明涉及一种多物理场下变压器/高压电抗器油纸绝缘中气泡生成模拟实验的装置与方法，本测量装置由实验油箱、高压源、电极及其固定装置、温控装置、测温装置、振动装置、高速相机、气泡生成模块等构成。电极在固定装置作用下可手动调节两电极之间的间距。在温度控制箱控制下，绝缘油温度范围可在0℃～150℃调节。箱体与振动装置通过一个刚性装置实现固定连接，振动频率范围为5Hz～5kHz。实验油箱顶部装有顶盖，顶盖中间开孔，孔内旋入一根铜棒，铜棒外部包裹有绝缘纸，用于模拟变压器/高压电抗器的绕组。该装置综合考虑了电场、温度场、流场等多物理场作用，以模拟实际油浸式电力设备内部复杂应力环境，具有半自动化的特点。2.根据权利要求1所述的一种多物理场下变压器/高压电抗器油纸绝缘中气泡生成模拟实验的装置与方法，其特征在于，所述电极被聚四氟套管所固定，电极固定装置内部刻有螺纹，可根据需求手动调节两极板之间的间距。3.根据权利要求1所述的一种多物理场下变压器/高压电抗器油纸绝缘中气泡生成模拟实验的装置与方法，其特征在于，油箱内部装有电加热棒及热电偶，其在温度控制箱的控制下，可将绝缘油温度调节在0℃～150℃范围内，以模拟故障条件下油浸式电气设备工作阶段内部过负荷...

【专利技术属性】
技术研发人员：李庆民，李云鹏，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：