油浸变压器短路试验装置及油箱内部短路燃弧试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种油浸变压器短路试验装置及油箱内部短路燃弧试验方法，本发明专利技术通过变压器燃弧压力的计算，推导出泄放能力的设计计算，有限元仿真得到的粒子图和流线图，保证了设计的可靠性，鉴于理论模型、计算和有限元分析存在必然的误差，进一步进行实际试验论证，试验成功验证了变压器燃弧故障油箱内压强与压力释放的关系，为研究基于变压器安全保护提供了思路，此外，所建立的模型及计算，可推广到油浸式换流站升高座、OLTC的内部故障燃弧情况。况。况。

【技术实现步骤摘要】
油浸变压器短路试验装置及油箱内部短路燃弧试验方法

：
[0001]本专利技术涉及变压器检测
，尤其涉及一种油浸变压器短路试验装置及采用该试验装置的全封闭油箱内部短路燃弧试验方法。

技术介绍
：
[0002]油浸式压器是变电站装备中最昂贵的项目，其内部充满绝缘油，当发生短路或过电压等情况时，会在变压器油箱内部产生电弧，导致油温超过燃点，并分解出多种可燃气体，内部压力急速增大。这会使变压器在50ms时间内爆炸，或是顶板炸开，或是箱体发生其他形式的变形破裂。大量油蒸汽混合物泼在周围大片面积上，与空气(氧气)接触后，瞬间产生一个高强度的火焰冲击波，迅速喷射到整个车间(变电所)；同时，喷射出来的绝缘油很快到达燃点，火灾将会迅速蔓延并引发二次爆炸，造成重大危害。
[0003]因此需要设计一种试验装置及试验方法，通过计算分析造成油箱内压力升高的物理过程和保护装置的泄放能力。

技术实现思路
：
[0004]本专利技术的目的是提供一种油浸变压器短路试验装置及油箱内部短路燃弧试验方法，通过计算分析造成油箱内压力升高的物理过程和保护装置的泄放能力；设计系统结构，通过有限元仿真分析；构建试验装置，试验验证。
[0005]本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0006]一种油浸变压器短路试验装置，包括下油箱、承压油箱、减压室、套管、排气管及出管，所述承压油箱固定于下油箱顶端，所述套管固定于承压油箱顶端，套管底端设置于承压油箱内并设置有可短路元件，所述下油箱内腔通过连接弯管与减压室内腔相连通，所述减压室与承压油箱之间通过泄压膜片及刀闸阀相连，减压室上设置有排气管，所述下油箱另一侧通过出管与承压油箱另一侧相连通，所述出管上设置有释压阀，所述承压油箱上设置有若干压力传感器。
[0007]为了便于排出承压油箱内的气体，所述承压油箱顶端设置有排气螺母和螺栓。
[0008]为了便于安装及固定减压室，所述承压油箱一侧固定有支架，所述减压室固定于支架上并设置防震垫。
[0009]本专利技术还提供一种全封闭的油箱内部短路燃弧试验方法，采用上述油浸变压器短路试验装置，包括如下步骤：
[0010](1)计算电弧能量和体积：首先求得电弧分解绝缘油产生气体的体积；
[0011](2)内压力计算：求得电弧分解绝缘油蒸汽内部压强；
[0012](3)模型容器强度计算：依据实际选定压力，设计计算模型封闭容器承压油箱的强度，理论计算校核通过后，建立承压油箱三维几何模型，利用CREO的有限元模块仿真分析计算承压油箱的强度；
[0013](4)压力泄放计算：依据伯努利方程，计算从泄放压力累积的承压油箱内最高压力
值，依据最高压力值进而推导泄放能力的口径，设计爆破压力，推算安全泄放量，从而推算出流量；
[0014](5)试验：测试前，承压油箱将气体排出，并注满变压器油，承压油箱的套管的电极间内部电弧故障导致内部压力上升，测试记录高频压力传感器信号，并根据记录波形图评估泄压膜片的响应时间，使用压力传感器的有效信号对系统进行各个性能评估，并记录；
[0015](6)根据压力传感器收集到的数据，得出试验结果。
[0016]进一步地，步骤(1)具体包括：
[0017]电弧分解绝缘油产生的气体体积V与电弧的能量A成正比，即
[0018]V＝KA
ꢀꢀꢀ
(公式1)
[0019]式中，V
gas
—气体体积，K—常数，变压器油为60，A—电弧析出的能量；
[0020]计算交流电弧能量A的基本公式为
[0021][0022]式中，i—流过电弧的电流，u—电弧两端的电压，t—燃弧时间；
[0023]假设，电流i是不变的正弦波，不计电弧近阴极和阳极的电压降，不计弧尖析出，燃弧在每一半波为一周期，则电弧柱的电场强度E为常数，
[0024]u＝El
[0025]式中，E—弧柱的电场强度，l—电弧长度，
[0026]公式2进行积分相加，得到燃弧时间为n个斑驳时电弧析出能量公式
[0027][0028]式中，A—电弧能量，n—半波数，E—电弧电场强度，l—电弧长度，ω—角频率，Im—电弧电流幅值，
[0029]建立试验模型，依据公式3计算出电弧能量A，然后依据计算的电弧能量A，利用公式1计算出产生气体的体积。
[0030]更进一步地，步骤(2)具体包括：
[0031]试验环境温度设定在20℃，当变压器的油达到400℃时气化，油蒸汽继续升温达到1830℃饱和，依据以下变压器油从20℃温度骤升到过热蒸汽的焓增方程
[0032][0033]式中，C
oil
—油比热，C
gas
—油气比热，θ1—正常温度，θ2—油气化温度，θ3—过热绝缘油蒸汽温度，
[0034]由于内部的压强随着燃弧剧增，使得气泡内外具有ΔP，并以压力波形式向周围的油传播，因此依据公式
[0035][0036]式中，P
gas
—油蒸汽内部压强，γ
gas
—油蒸汽比热比，u
gas
—比内能，
[0037][0038]式中，P0—大气压强，σ
oil
—变压器油表面张力系数，
[0039]P
oil
＝ρ
oil
gh
[0040]式中，ρ
oil
—油的密度，g—重力加速，h—距离油面的距离，
[0041]r
gas
＝(3V
gas
/4π)
1/3
[0042]V
gas
取公式(1)的计算值，计算出油蒸汽内部压强P
gas
。
[0043]更进一步地，步骤(4)具体包括：
[0044]依据伯努利方程计算从泄放压力累积的油箱内最高压力值P2；
[0045]依据P2值进而推导泄放能力的口径D，并计算释放的流量值此值作为爆破片的泄压能力的对比值；
[0046]依据容器设计压力≥设计爆破压力，选用爆破片不应小于计算所得面积
[0047][0048]式中，W—安全泄放量，λ—额定泄放系数，ξ—液体动力粘度校正系数，ρ—液体密度，ΔP—压差，
[0049]首先，计算雷诺数以确定流型：Re＝ρvd/η，v、ρ、η分别为流体的流速、密度与粘度，d为管道直径，依据雷诺系数，查表得动力粘度校正系数，依据爆破片最小泄放面积A反向推算安全泄放量W，然后推算出流量。
[0050]本专利技术的有益效果是：本专利技术的油浸变压器短路试验装置及油箱内部短路燃弧试验方法通过变压器燃弧压力的计算，推导出泄放能力的设计计算，有限元仿真得到的粒子图和流线图，保证了设计的可靠性，鉴于理论模型、计算和有限元分析存在必然的误差，进一步进行实际试验论证，试验成功验证了变压器燃弧故障油箱内压强与压力释放的关系，为研究基于变压器安全保护提供了思路，此本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种油浸变压器短路试验装置，其特征在于：包括下油箱、承压油箱、减压室、套管、排气管及出管，所述承压油箱固定于下油箱顶端，所述套管固定于承压油箱顶端，套管底端设置于承压油箱内并设置有短路元件，所述下油箱内腔通过连接弯管与减压室内腔相连通，所述减压室与承压油箱之间通过泄压膜片及刀闸阀相连，减压室上设置有排气管，所述下油箱另一侧通过出管与承压油箱另一侧相连通，所述出管上设置有释压阀，所述承压油箱上设置有若干压力传感器。2.根据权利要求1所述的油浸变压器短路试验装置，其特征在于：所述承压油箱顶端设置有排气螺母和螺栓。3.根据权利要求2所述的油浸变压器短路试验装置，其特征在于：所述承压油箱一侧固定有支架，所述减压室固定于支架上并设置防震垫。4.一种油箱内部短路燃弧试验方法，采用如权利要求1
‑
3任一项所述的油浸变压器短路试验装置，其特征在于，包括如下步骤：(1)计算电弧能量和体积：首先求得电弧分解绝缘油产生气体的体积；(2)内压力计算：求得电弧分解绝缘油蒸汽内部压强；(3)模型容器强度计算：依据实际选定压力，设计计算模型封闭容器承压油箱的强度，理论计算校核通过后，建立承压油箱三维几何模型，利用CREO的有限元模块仿真分析计算承压油箱的强度；(4)压力泄放计算：依据伯努利方程，计算从泄放压力累积的承压油箱内最高压力值，依据最高压力值进而推导泄放能力的口径，设计爆破压力，推算安全泄放量，从而推算出流量；(5)试验：测试前，承压油箱将气体排出，并注满变压器油，承压油箱的套管的电极间内部电弧故障导致内部压力上升，测试记录高频压力传感器信号，并根据记录波形图评估泄压膜片的响应时间，使用压力传感器的有效信号对系统进行各个性能评估，并记录；(6)根据压力传感器收集到的数据，得出试验结果。5.根据权利要求4所述的油箱内部短路燃弧试验方法，其特征在于，步骤(1)具体包括：电弧分解绝缘油产生的气体体积V与电弧的能量A成正比，即V＝KA
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(公式1)式中，V
gas
—气体体积，K—常数，A—电弧析出的能量；计算交流电弧能量A的基本公式为式中，i—流过电弧的电流，u—电弧两端的电压，t—燃弧时间；假设，电流i是不变的正弦波，不计电弧近阴极和阳极的电压降，不计弧尖析出，燃弧在每一半波为一周期，则电弧柱的电场强度E为常数，u＝El式...

【专利技术属性】
技术研发人员：金晶，李春铭，
申请(专利权)人：常州市达克富尔环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：