CN103105568B - 变压器油纸绝缘电热联合老化与局部放电一体化实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种变压器油纸绝缘电热联合老化与局部放电一体化实验装置，并提供了相应的试验方法。实验装置包括高压部分、低压部分和密封罐部分。该装置能为变压器油纸绝缘缺陷模型提供电热联合老化以及局部放电试验平台。装置能够提供油中电晕放电、沿面放电以及气隙放电模型的试验。实验装置具有良好的气密性，能隔绝外界空气等的影响。整个***自身不产生局部放电，装置不会产生影响局放的锈蚀等杂质，能保证局放试验的可靠性。装置结构简单，操作方便，能取得良好的试验效果。

Description

变压器油纸绝缘电热联合老化与局部放电一体化实验装置

技术领域

本发明涉及电气设备绝缘在线监测与故障诊断领域，特别涉及一种变压器油纸绝缘电热联合老化与局部放电一体化实验装置与试验方法。

背景技术

变压器的严重事故会中断电力供应，造成巨大的经济损失，由内绝缘问题引发的变压器故障占据重要部分。变压器油和油浸纸绝缘是变压器内绝缘的主要组成部分，两者在长期运行过程中受到电、热、机械和化学等因素影响而发生老化，引起变压器绝缘性能下降，甚至引发变压器主绝缘或纵绝缘故障。

为了研究变压器油纸绝缘***的老化规律，目前常采用加速老化试验的方法进行研究。但常见的主要是极高温度下的加速热老化和较高电场下的加速电老化，但在实际条件下，油纸绝缘同时承受电应力和热应力，因此对变压器油纸绝缘***进行电热联合老化能更好地模拟实际变压器的运行条件，比单一应力下的老化试验更加科学与合理。

化学诊断法是目前国内外评估油纸绝缘老化状态的主要方法，包括油中溶解气体分析(DGA)、油中呋喃(Furan)衍生物含量检测、聚合度DP与抗拉强度TS测量、油中酸值和微水测量等。但这些方法均存在一定的不足：DGA的油中溶解气体不仅可以来源于纸老化，油在老化过程中也会产生各种气体；呋喃衍生物是纤维素老化过程中的特殊产物，但其浓度会受到热虹吸器以及滤油的影响；DP和TS需要离线吊罩测量，且取纸部位不同得到的结果相差较大；油中酸值和微水含量对老化过程有着重要的影响，但与老化状态之间没有明显的相关性。因此，传统诊断方法的固有缺陷使得其不再实用，而电力***的快速发展则迫切需要研究能够克服传统化学方法不足的电力变压器油纸绝缘老化状态的在线评估方法。而局部放电是一种无损的在线监测手段，国内外的多项研究结果表明局部放电的某些特征量能够在一定程度上反映不同老化阶段的绝缘特性。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种变压器油纸绝缘电热联合老化与局部放电一体化实验装置与试验方法。

本发明的目的之一是提出一种变压器油纸绝缘电热联合老化与局部放电一体化实验装置；本发明的目的之二是提出一种变压器油纸绝缘缺陷模型电热联合老化与局部放电一体化试验方法。

本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的一种变压器油纸绝缘电热联合老化与局部放电一体化实验装置，包括高压部分，低压部分和密封罐部分；

所述高压部分，用于提供高压电源与高压电极；

所述密封罐部分，用于提供老化与局部放电的容器，并保证气密性；

所述低压部分，用于提供低压电极与油纸缺陷模型的放置平台。

进一步，所述密封罐部分包括密封罐体、密封盖、密封垫与紧固螺丝；

所述密封罐体和密封盖之间设置有密封垫，所述密封罐体和密封盖之间设置有用于紧固的螺丝；所述低压部分设置于密封罐体内部；

所述高压部分贯穿设置于密封盖中央，所述高压部分一端置于密封罐体内部与低压部分靠近，另一端露出于密封罐体外部。

进一步，所述高压部分包括高压导管、高压电极杆、高压电极、高压防晕罩；

所述高压导管贯穿设置于高压盖上，所述高压电极杆贯穿设置于高压导管内部，所述高压电极杆露于高压罐体外部的一端设置有高压防晕罩，所述高压电极杆伸入高压罐体内部的一端设置有高压电极。

进一步，所述低压部分包括低压板电极、纸板固定支架、板电极固定螺丝、纸板和纸板压紧板；所述纸板固定支架设置于高压罐体内壁上，所述纸板固定支架上设置有低压板电极；所述纸板固定支架通过板电极固定螺丝与高压罐体连接，所述纸板设置于低压板电极上方，所述纸板上还设置有纸板压紧板；所述高压部分的高压电极端靠近低压部分的低压板电极。

进一步，所述高压电极为由铜制作的高压针电极、柱电极或球电极中的一种；所述高压电极与高压导管接触之间采用环氧树脂胶密封。

进一步，所述高压导管与密封盖接触处呈锥形，并用导管紧固螺丝旋紧；所述密封盖与密封罐体之间密封的位置刻有水线槽。

进一步，所述高压电极与高压电极杆之间可以通过螺纹安装与拆卸。

进一步，所述高压罐体上还设置有通气阀门。

本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的一种变压器油纸绝缘缺陷模型电热联合老化与局部放电一体化试验方法，包括以下步骤:

S1：干燥变压器油与绝缘纸；

S2：将预处理好的油与油纸放入电热联合老化装置中，将该装置放入恒温的油槽中进行油浴；

S3：连接电路，对老化装置施加高压，进行电热联合老化测试。

进一步，所述步骤S1中干燥过程具体如下：首先将纸在90℃/50Pa环境中干燥48小时，然后将纸放入油中在90℃/50Pa环境中干燥48小时；

所述步骤S2中油浴过程具体如下：首先将预处理好的油倒入电热联合老化装置中，将纸板放在低压板电极上面，盖上密封盖，旋紧紧固螺丝，利用通气阀门对装置抽真空并且通入氮气，然后将整个装置放入恒温的油槽中进行油浴，控制油槽中的油的高度到通气阀门的位置，将装置放入油槽中的作用是保证热老化温度的恒定；

所述步骤S3中电热联合老化测试过程具体如下：首先连接电路，然后对老化装置施加高压，采集局部放电的电压，待放电稳定并进行工频相位校正后，最后利用数字示波器对每个试品采集局部放电原始数据。

本发明的优点在于：本发明提供了一种变压器油纸绝缘电热联合老化与局部放电一体化实验装置和相应的试验方法。该装置能为变压器油纸绝缘缺陷模型提供电热联合老化以及局部放电试验平台。装置能够提供油中电晕放电、沿面放电以及气隙放电模型的试验。实验装置具有良好的气密性，能隔绝外界空气等的影响。整个***自身不产生局部放电，装置不会产生影响局放的锈蚀等杂质，能保证局放试验的可靠性。装置结构简单，操作方便，能取得良好的试验效果。该装置的优点具体如下：

1.能够对油纸绝缘缺陷模型进行电热联合老化，并同时对老化过程中缺陷模型的局部放电信号进行测试；

2.气密性好，能隔绝外界空气中水分等的影响，并且能防止油浴时油的渗入；

3.高压导管能承受较高电压，整个***可以承受30kV电压；整个***是无局放***，在没有绝缘缺陷的时候，***承受高压时没有电晕等局部放电产生，因此测得的局部放电信号全部来源于油纸绝缘的缺陷，采集的到的局部放电信号具有可靠性；

4.整个罐体采用的材料是不锈钢，不易产生锈蚀，因而不会给油纸***带来锈蚀等杂质；

5.装置能够实现多种类型放电缺陷模型的试验，包括油中电晕放电、沿面放电以及气隙放电模型。

本发明的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过下面的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为变压器油纸绝缘电热联合老化试验装置；

图2为高压针电极/柱电极/球电极；

图3为密封盖及其水线槽；

图4为局放试验平台接线；

图5为电晕放电缺陷模型电热联合老化装置；

图6为电热联合老化下24kV电晕放电的PRPD图谱；

图7为沿面放电缺陷模型电热联合老化装置；

图8为电热联合老化下23kV沿面放电的PRPD图谱；

图9为气隙放电缺陷模型电热联合老化装置；

图10为电热联合老化下7kV气隙放电的PRPD图谱。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

实施例1

图1为变压器油纸绝缘电热联合老化试验装置；图2为高压针电极/柱电极/球电极；图3为密封盖及其水线槽；图4为局放试验平台接线；图5为电晕放电缺陷模型电热联合老化装置；图6为电热联合老化下24kV电晕放电的PRPD图谱；图7为沿面放电缺陷模型电热联合老化装置；图8为电热联合老化下23kV沿面放电的PRPD图谱；图9为气隙放电缺陷模型电热联合老化装置；图10为电热联合老化下7kV气隙放电的PRPD图谱，如图所示：本发明提供的一种变压器油纸绝缘电热联合老化与局部放电一体化实验装置，包括高压部分，低压部分和密封罐部分；

所述高压部分，用于提供高压电源与高压电极；

所述密封罐部分，用于提供老化与局部放电的容器，并保证气密性；

所述低压部分，用于提供低压电极与油纸缺陷模型的放置平台，所述高压部分设置于密封罐部分的上部并固定在密封罐部分的盖体上，所述低压部分设置于密封罐部分内部空间的下部，所述高压部分靠近低压部分。

所述密封罐部分包括密封罐体、密封盖、密封垫与紧固螺丝；

所述密封罐体和密封盖之间设置有密封垫，所述密封罐体和密封盖之间设置有用于紧固的螺丝；所述低压部分设置于密封罐体内部；

所述高压部分贯穿设置于密封盖中央，所述高压部分一端置于密封罐体内部与低压部分靠近，另一端露出于密封罐体外部。

所述高压部分包括高压导管、高压电极杆、高压电极、高压防晕罩；

所述高压导管贯穿设置于高压盖上，所述高压电极杆贯穿设置于高压导管内部，所述高压电极杆露于高压罐体外部的一端设置有高压防晕罩，所述高压电极杆伸入高压罐体内部的一端设置有高压电极。

所述低压部分包括低压板电极、纸板固定支架、板电极固定螺丝、纸板和纸板压紧板；所述纸板固定支架设置于高压罐体内壁上，所述纸板固定支架上设置有低压板电极；所述纸板固定支架通过板电极固定螺丝与高压罐体连接，所述纸板设置于低压板电极上方，所述纸板上还设置有纸板压紧板；所述高压部分的高压电极端靠近低压部分的低压板电极。

所述高压电极为由铜制作的高压针电极、柱电极或球电极中的一种；所述高压电极与高压导管接触之间采用环氧树脂胶密封。

所述高压导管与密封盖接触处呈锥形，并用导管紧固螺丝旋紧；所述密封盖与密封罐体之间密封的位置刻有水线槽。

所述高压电极与高压电极杆之间可以通过螺纹安装与拆卸。

所述高压罐体上还设置有通气阀门。

本发明实施例还提供了一种变压器油纸绝缘缺陷模型电热联合老化与局部放电一体化试验方法，包括以下步骤:

S1：干燥变压器油纸；

S2：将预处理好的油与油纸放入电热联合老化装置中，将该装置放入恒温的油槽中进行油浴；

S3：连接电路，对老化装置施加高压，进行电热联合老化测试。

所述步骤S1中干燥过程具体如下：首先将纸在90℃/50Pa环境中干燥48小时，然后将纸放入油中在90℃/50Pa环境中干燥48小时；

所述步骤S2中油浴过程具体如下：首先将预处理好的油倒入电热联合老化装置中，将纸板放在低压板电极上面，盖上密封盖，旋紧紧固螺丝，利用通气阀门对装置抽真空并且通入氮气，然后将整个装置放入恒温的油槽中进行油浴，控制油槽中的油的高度到通气阀门的位置，将装置放入油槽中的作用是保证热老化温度的恒定；

所述步骤S3中电热联合老化测试过程具体如下：首先连接电路，然后对老化装置施加高压，采集局部放电的电压，待放电稳定并进行工频相位校正后，最后利用数字示波器对每个试品采集局部放电原始数据。

实施例2

本实施例与实施例1的区别仅在于：

参见图1，本优选实施例的变压器油纸绝缘缺陷模型电热联合老化试验与局部放电一体化试验装置，简称为老化罐，它包括高压部分，低压部分和密封罐部分。

所述高压部分包括材料为铜的高压电晕罩1、高压铜电极杆2、材料为聚四氟乙烯的高压导管3、材料为聚四氟乙烯的密封垫8、材料为铜的高压针电极/柱电极/球电极10；

所述密封罐部分包括材料为不锈钢的密封罐体8、材料为不锈钢的密封盖6、材料为聚四氟乙烯的密封垫7、材料为不锈钢的通气阀门9、材料为不锈钢的紧固螺丝4与材料为不锈钢的导管紧固螺丝5；

所述低压部分包括材料为铜的低压板电极13、材料为不锈钢的板电极固定螺丝15、纸板12、材料为稠木的纸板压紧板11和材料为稠木的纸板固定支架14。

老化罐装置说明如下：

图1为老化罐的剖面图，整个老化罐呈圆柱状，高压电极杆2、高压针电极/柱电极/球电极10与低压板电极13位于老化罐的几何中心，以保证电场的均匀。

高压铜电极2与高压导管3接触的缝隙用环氧树脂胶密封，以隔绝外界空气影响，保证老化罐的气密性。

高压导管3与密封盖6接触的地方呈锥形，并用导管紧固螺丝5用力旋紧，以保证老化罐的气密性。

高压导管3设置足够的爬电距离，保证30kV及以下都不发生沿面放电以及沿面闪络，保证老化罐***不引入局部放电。

高压针电极/板电极/球电极10与高压电极杆2之间可以通过螺纹安装与拆卸，可以分别组成不同的局部放电人工模型：针电极101、纸板12与低压板电极13可以构成油中电晕放电的针板模型；板电极102、纸板12与低压板电极13可以构成沿面放电模型；而球电极103、人工粘合的纸板气隙12与低压板电极13可以用于模拟气隙放电模型。

密封盖6与密封罐体8之间密封的位置刻有水线槽，以保证老化罐的密封性能。

通气阀门9的作用是提供老化罐与外界的唯一接口，可以使用真空泵将罐中空气抽出，形成真空环境；也可以通过该阀门通入干燥氮气，以隔绝外界空气的影响。另外，因为整个罐体是同一电位，该阀门可以作为地线的连接处。

低压部分的零件如上所述。安装时，首先放置纸板固定架，将低压板电极固定在板电极固定螺丝上，放上局放试验用纸板，然后放置纸板压紧板11，并用绝缘螺丝紧固。纸板固定架14的作用是，固定纸板12的位置，使纸板恰好能放进去但是不能左右移动。纸板固定架和纸板压紧板能够保证各个样品放置位置的一致性，保证实验的重复性，同时可以保证放电过程中纸板不会移动导致油中屏障作用突然消失导致闪络，烧坏实验平台与检测示波器。

参照图2，高压针电极101、高压柱电极102和高压球电极103参照国际标准，保证几何对称；

参照图3，密封盖6设置有四个紧固螺丝孔，密封盖6与密封罐体8接触地方刻有两圈水线槽，水线槽和密封垫配合能保证老化罐的气密性。

一种变压器油纸绝缘电热联合加速老化与局部放电的实验方法，它的步骤为：

1）模拟实际变压器油纸与处理过程，将纸在90℃/50Pa环境中干燥48小时，然后将纸放入新变压器油中在90℃/50Pa环境中干燥48小时；

2）将预处理好的油倒入电热联合老化装置中，将纸板放在低压板电极13上面，盖上密封盖6，旋紧紧固螺丝4，利用通气阀门9对装置抽真空并且通入氮气，然后将整个装置放入恒温的油槽中进行油浴，控制油槽中的油的高度到通气阀门9的位置，将装置放入油槽中的作用是保证热老化温度的恒定；

3）按照图4连接电路图，对老化装置施加高压，进行电热联合老化，试验采集局部放电的电压选择为起始放电电压的1.2倍，并在此电压下保持10min，待放电稳定并进行工频相位校正后，利用Wavepro7100数字示波器对每个试品采集2000个工频周期的局部放电原始数据，然后每隔12小时采集一次。

参照图4，如图所示是以电热联合老化装置作为试品的局部放电测量***。老化装置放置于温度可调的恒温油槽16中，***由380V低压电源17提供电源，由50kVA/50kV的无晕高压试验变压器18升至高压，使用5kΩ的保护水阻19对试验装置进行保护，将电容分压器21测得的高压电源电压传输至示波器23通道2，局部放电产生的电流信号被脉冲电流传感器24检测，经由放大器22放大后用同轴电缆传输至示波器通道1。试验变压器至试品与至分压器的高压引线设置屏蔽线20，消除高压引线产生的电晕信号，避免影响试品局放的测量。

实施例3

本实施例与实施例2的区别仅在于：

使用本发明开展了电晕放电缺陷模型电热联合老化与局部放电试验。选用25#普通变压器油与1mm厚普通绝缘纸板作为试验材料，将纸板按照直径80mm进行裁剪。按照前述方法对油和纸进行预处理，将纸板放在低压板电极13上面，调整针电极与纸板之间的距离为1mm，如图5所示。盖上密封盖6，旋紧紧固螺丝4，利用通气阀门9对装置抽真空到50Pa，通入氮气，然后将整个装置放入恒温的油槽中进行油浴，设置油浴温度为90度。电晕放电起始放电电压为12kV，则在18kV下保持10min，待放电稳定后采集2000个工频周期，然后每隔12小时采集一次。如图6所示为电热联合老化下24kV电晕放电的脉冲相位分布图谱（PRPD）。

实施例4

本实施例与实施例2的区别仅在于：

使用本发明开展了沿面放电缺陷模型电热联合老化与局部放电试验。按图7所示，高压电极采用直径为25mm，高度为25mm的柱电极，低压电极上放置直径为80mm的油浸纸板，将柱电极压在纸板上。设置油浴温度为90摄氏度，沿面放电起始电压为19kV，则在23kV下保持10min，待放电稳定后采集2000个公平周期，然后每隔12小时采集一次。如图6所示为电热联合老化下23kV沿面放电的脉冲相位分布图谱（PRPD）。

实施例5

本实施例与实施例2的区别仅在于：

使用本发明开展了气隙放电缺陷模型电热联合老化与局部放电试验。按图9所示，高压电极采用直径为5.6mm的球电极，低压电极上放置人工粘合的气隙模型，气隙尺寸为直径2mm高度0.5mm，将柱电极压在纸板上。设置油浴温度为90度，气隙放电起始电压为5kV，则在7kV下保持10min，待放电稳定后采集2000个公平周期，然后每隔12小时采集一次。如图10所示为电热联合老化下7kV气隙放电的PRPD图谱。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.变压器油纸绝缘电热联合老化与局部放电一体化实验装置，其特征在于：包括高压部分，低压部分和密封罐部分；

所述高压部分，用于提供高压电源与高压电极；

所述密封罐部分，用于提供老化与局部放电的容器，并保证气密性；

所述低压部分，用于提供低压电极与油纸缺陷模型的放置平台；

所述高压电极为由铜制作的高压针电极、柱电极或球电极中的一种；所述高压电极与高压导管接触之间采用环氧树脂胶密封；所述高压导管与密封盖接触处呈锥形，并用导管紧固螺丝旋紧；所述密封盖与密封罐体之间密封的位置刻有水线槽；所述高压电极与高压电极杆之间通过螺纹安装与拆卸；

所述密封罐部分包括密封罐体、密封盖、密封垫与紧固螺丝；

所述密封罐体和密封盖之间设置有密封垫，所述密封罐体和密封盖之间设置有用于紧固的螺丝；所述低压部分设置于密封罐体内部；

所述高压部分贯穿设置于密封盖中央，所述高压部分一端置于密封罐体内部与低压部分靠近，另一端露出于密封罐体外部；

所述低压部分包括低压板电极、纸板固定支架、板电极固定螺丝、纸板和纸板压紧板；所述纸板固定支架设置于高压罐体内壁上，所述纸板固定支架上设置有低压板电极；所述纸板固定支架通过板电极固定螺丝与高压罐体连接，所述纸板设置于低压板电极上方，所述纸板上还设置有纸板压紧板；所述高压部分的高压电极端靠近低压部分的低压板电极。

2.根据权利要求1所述的变压器油纸绝缘电热联合老化与局部放电一体化实验装置，其特征在于：所述高压部分包括高压导管、高压电极杆、高压电极、高压防晕罩；

所述高压导管贯穿设置于高压盖上，所述高压电极杆贯穿设置于高压导管内部，所述高压电极杆露于高压罐体外部的一端设置有高压防晕罩，所述高压电极杆伸入高压罐体内部的一端设置有高压电极。

3.根据权利要求1所述的变压器油纸绝缘电热联合老化与局部放电一体化实验装置，其特征在于：所述高压罐体上还设置有通气阀门。