CN111579899A - 一种变压器故障模拟测试***及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请属于变压器技术领域，涉及一种变压器故障模拟测试***及方法。电力行业中，对变压器的故障模拟由于通常采用模块化设计，试验时需要反复拆卸柜体，更换放电模块，效率低，而且容易破坏柜体气密性，导致误差较大。本申请提供一种变压器故障模拟测试***，包括故障模拟子***和上位机子***，所述故障模拟子***和所述上位机子***相连接；通过上位机子***控制模拟变压器故障，记录变压器油中溶解气体的特性。本申请可真实模拟变压器运行中产生故障的情形，通过油色谱检测手段对其故障特性进行试验，代替了需要直接到现场进行试验的方案，降低了试验成本，提高了效率，围绕本申请的***所开展的模拟试验将为现场出现的问题提供参考依据。
Description
技术领域
本申请涉及变压器技术领域，尤其涉及一种变压器故障模拟测试***及方法。
背景技术
在电力行业中，变压器是电力***输变电的枢纽性设备，其安全运行直接关系着电力***的可靠性水平，一旦发生失效必将引起局部以至全区的停电，造成巨大的经济损失。
因此，需要对变压器所产生的故障进行深入研究，从而采取相应的对策，尽可能地降低故障发生的概率。当前已知的各种变压器内部故障，按性质可分为机械、热和电三种类型，其中在发生概率上以后两种为主，并且机械故障常以热或电故障形式表现出来。由变压器油的产气机理可知，正常情况下，在热和电的作用下，绝缘材料会逐渐老化和分解产生少量的低分子烃类(CH4、C2H2、C2H4、C2H6等)及H2、CO、CO2等气体，这些气体大部分溶解在变压器油中。
对变压器油中溶解气体的特性参数进行分析，有利于揭示变压器的故障类型及程度。目前，变压器内部绝缘缺陷特性规律的获取依赖于实验室模拟试验，现有开展的变压器故障模拟检测试验中，模拟故障的因素过于单一，不能满足于分析实际变压器由于多重因素综合作用下发生故障的需求。大部分试验模拟装置要么只涉及变压器内部放电的模拟，要么单独只是过热状态的模拟。而在变压器的实际运行中，变压器油中溶解气体的变化规律与不同故障类型相对应，并且直接或间接的反映了温度的变化与不同放电状态共同作用的结果。此外，大部分设计对于放电故障均采用模块化设计，在改变试验内容时需要反复拆卸柜体，更换放电模块，不仅降低了效率，而且容易破坏柜体气密性，导致试验中引入不可逆转的误差。
发明内容
本申请提供了一种变压器故障模拟测试***及方法，以解决当前变压器故障模拟状态条件单一、效率低下以及容易产生误差的问题。
本申请采用的技术方案如下：
本申请的第一方面，提供一种变压器故障模拟测试***，包括故障模拟子***和上位机子***，所述故障模拟子***和所述上位机子***相连接；
所述故障模拟子***包括封闭式油箱、过热模拟模块、放电模拟模块以及油气分离模块，所述放电模拟模块设置在所述封闭式油箱内部，所述油气分离模块内部设置有气体传感器；
所述过热模拟模块包括过热控制芯片单元、和与所述过热控制芯片单元相连的电子油泵、加热器以及温度传感器；
所述电子油泵用于使所述封闭式油箱中的变压器油循环流动，所述加热器用于加热所述封闭式油箱中的变压器油，所述温度传感器用于测量所述封闭式油箱中的变压器油的温度。
可选的，所述放电模拟模块包括针-针、针-板、球-球以及板-板四种类型的电极。
可选的，还包括电子油泵冷却模块，所述电子油泵冷却模块包括电子水泵以及在所述电子油泵的连接管道上设置的螺旋状冷却器散热导管，所述螺旋状冷却器散热导管与所述电子水泵相连。
可选的，所述油气分离模块中的气体传感器的信息通过光纤传输至所述上位机子***。
可选的，所述过热控制芯片单元位于所述封闭式油箱的外部，通过闭环PID调节控制变压器油的循环流动速度以及油温，使变压器油在所述封闭式油箱中均匀分布。
可选的，还包括升压电源，所述升压电源设置在所述封闭式油箱的外部，通过套管与所述封闭式油箱内部的所述放电模拟模块相连，所述上位机子***用于控制切换四种类型电极，所述四种类型电极与电子传动机构相连，所述电子传动机构与所述上位机子***相连，所述上位机子***通过所述电子传动机构控制调节电极的间距。
可选的，所述封闭式油箱中设置有传感器模块，所述传感器模块包括红外传感器、超声传感器以及特高频传感器；所述传感器模块通过光纤经保护导管将信号传输至所述上位机子***。
可选的，所述封闭式油箱上设置有观察窗，包括红外观察窗和超声观察窗，所述红外观察窗和所述超声观察窗用于观察所述封闭式油箱内部的放电情况。
可选的，所述上位机子***设置保护程序，所述封闭式油箱上设置气压平衡模块，所述气压平衡模块用于在不同大气压环境条件下调节所述封闭式油箱的内外压强平衡；所述保护程序设置温度最高值以及电压最高值，所述保护程序用于如果所述封闭式油箱中的温度或/和压力超过最高值，所述上位机子***相应地就终止所述加热器的加热或/和切断所述放电模拟模块的电源；所述上位机子***通过接地线接地。
本申请的另一方面，提供一种变压器故障模拟测试方法，基于上述任一所述的变压器故障模拟测试***，包括过热模拟方法和放电模拟方法：
其中，所述过热模拟方法包括如下步骤：
S1001,通过上位机子***启动过热控制芯片单元，使变压器油在封闭式油箱中循环流动；
S1002,通过上位机子***设置试验温度值，开始均匀升温，每隔10℃为一个测量点，每个测量点保持预设时间t，将150℃、300℃、700℃设置为典型值点；
S1003,气体传感器测量每个典型值点的油气分离模块中的溶解气的参数，并将参数信息传输至上位机子***；
S1004,完成所有典型值点的测试后，上位机子***通过过热控制芯片单元关闭加热器，并通过控制电子水泵来调节冷却液的流动速度和流动量，将封闭式油箱内的温度降低至预设温度。
所述放电模拟方法包括如下步骤：
S2001,将示波器与放电模拟模块的信号源相连，信号源释放电脉冲，调节至示波器出现稳定放电脉冲信号；
S2002,选择放电电极类型，将相应的电极接入放电模拟模块的信号源，在预设时间ts内均匀升压，升高电压至第一预设电压时，保持放电时间t1后再继续均匀升高电压至第二预设电压，以此类推，在所有预设电压的保持时间内观察示波器并记录数据；
S2003,随着放电的持续进行，在不断电的情况下，每隔一段预设时间取油样，然后做油中溶解气体成分分析，跟踪油中溶解气体的参数变化特性。
采用本申请的技术方案的有益效果如下：
本申请第一方面提供的提供一种变压器故障模拟测试***，包括故障模拟子***和上位机子***，所述故障模拟子***和所述上位机子***相连接；本公开可用于开展故障试验包括过热模拟试验和放电故障模拟试验。该***可方便地对模拟变压器开展故障试验，通过与上位机连接从而便于探究变压器故障与变压器油中气体特性之间的关系，为现场变压器设备故障诊断提供先验参考。本申请具有可真实模拟变压器运行中产生故障的情况，通过油色谱监测的手段对其故障特性进行试验的优点。代替了需要直接到现场进行试验的方案，降低了试验成本，提高了效率，围绕该***所开展的模拟试验将为现场出现的问题提供参考依据。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请第一方面提供的一个实施例的结构示意图；
图2为本申请第一方面提供的另一实施例的结构示意图；
图示说明：
其中，1-上位机子***、2-封闭式油箱、21-观察窗、22-气压平衡模块、23-套管、24-保护导管、3-过热模拟模块、31-过热控制芯片单元、32-电子油泵、33-加热器、34-温度传感器、35-电子水泵、36-螺旋状冷却器散热导管、4-放电模拟模块、5-油气分离模块、51-气体传感器。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的***和方法的示例。
参见图1，为本申请第一方面提供的一个实施例的结构示意图。
本申请的第一方面，提供一种变压器故障模拟测试***，包括故障模拟子***和上位机子***1，所述故障模拟子***和所述上位机子***1相连接；
所述故障模拟子***包括封闭式油箱2、过热模拟模块3、放电模拟模块4以及油气分离模块5，所述放电模拟模块4设置在所述封闭式油箱2内部，所述油气分离模块5内部设置有气体传感器51；
所述过热模拟模块3包括过热控制芯片单元31、和与所述过热控制芯片单元31相连的电子油泵32、加热器33以及温度传感器34；
所述电子油泵32用于使所述封闭式油箱2中的变压器油循环流动，所述加热器33用于加热所述封闭式油箱2中的变压器油，所述温度传感器34用于测量所述封闭式油箱2中的变压器油的温度。
本实施例中，封闭式油箱2用于模拟变压器壳体的环境，变压器油充装并封闭在变压器壳体内，本申请中的封闭式油箱2充装并封闭变压器油，起到模拟变压器的真实环境的作用，有利于模拟参数接近真实值，数据更准确。通过给放电模拟模块4通电，模拟真实的电压脉冲放电情形，分析放电过程中变压器油中溶解气的种类、浓度等参数特性，得出放电特性与溶解气特性的对应关系，有利于实际生产中通过分析溶解气的参数特性反向评估放电故障类型和严重程度。同理，在过热故障模拟中，通过给变压器油升温，在不同温度条件下，分析溶解气的参数特性，有利于在工业生产运行中，利用溶解气的参数特性分析判断过热故障类型和严重程度。本申请中的过热控制芯片单元31，通过控制加热器33和电子油泵32，实现变压器油的升温加热以及循环流动。过热控制芯片单元31与上位机子***1相连，因而通过操作上位机子***1，既可实现对过热故障模拟。
可选的，所述放电模拟模块4包括针-针、针-板、球-球以及板-板四种类型的电极。
参见图2，在本实施例中，外部升压电源通过套管23与电极相连，上位机子***1控制在四种电极之间选择切换。
可选的，还包括电子油泵32冷却模块，所述电子油泵32冷却模块包括电子水泵35以及在所述电子油泵32的连接管道上设置的螺旋状冷却器散热导管36，所述螺旋状冷却器散热导管36与所述电子水泵35相连。
参见图2，在本实施例中，通过设置电子油泵32冷却模块对变压器油进行快速降温。当上位机子***1发出指令，向过热控制芯片单元31输入控制信号，进而控制分布在油箱不同部位的加热器33进行升温。升温试验结束后，需要快速降温时，电子水泵35开启，带动螺旋状冷却器散热导管36中的冷却液流动，能快速降低变压器油的温度。安装于封闭式油箱2内的温度传感器34能实时监测油温值，并将温度信号反馈给过热控制芯片单元31，使温度达到试验要求值。
可选的，所述油气分离模块5中的气体传感器51的信息通过光纤传输至所述上位机子***1。
可选的，所述过热控制芯片单元31位于所述封闭式油箱2的外部，通过闭环PID调节控制变压器油的循环流动速度以及油温，使变压器油在所述封闭式油箱2中均匀分布。
可选的，还包括升压电源，所述升压电源设置在所述封闭式油箱2的外部，通过套管23与所述封闭式油箱2内部的所述放电模拟模块4相连，所述上位机子***1用于控制切换四种类型电极，所述四种类型电极与电子传动机构相连，所述电子传动机构与所述上位机子***1相连，所述上位机子***1通过所述电子传动机构控制调节电极的间距。
本实施例中，四种类型的电极与电子传动机构相连，由上位机子***1控制调节电极间距，从而模拟包括尖端模拟放电、沿面缺陷放电、气隙缺陷模拟放电以及球形模拟放电的各种放电故障类型。
在尖端模拟放电故障类型中，本实施例还能模拟高能放电和低能放电。随着电压的升高，尖端放电会发展成为低能火花，如果继续升压，会产生高能电弧放电。
可选的，所述封闭式油箱2中设置有传感器模块，所述传感器模块包括红外传感器、超声传感器以及特高频传感器；所述传感器模块通过光纤经保护导管24将信号传输至所述上位机子***1。
参见图2，在本实施例中，传感器模块的探头延伸到电极下方，利用光纤进行信号传输，避免电磁干扰，经保护导管24引出后与上位机子***1相连。
可选的，所述封闭式油箱2上设置气压平衡模块22，所述气压平衡模块22用于在不同大气压环境条件下调节所述封闭式油箱2的内外压强平衡；所述封闭式油箱2上设置有观察窗21，观察窗21包括红外观察窗21和超声观察窗21，所述红外观察窗21和所述超声观察窗21用于观察所述封闭式油箱2内部的放电情况；所述上位机子***1设置保护程序，设置温度最高值以及电压最高值，所述保护程序用于如果所述封闭式油箱2中的温度和压力超过最高值，所述上位机子***1就终止所述加热器33的加热，切断所述放电模拟模块4的电源；所述上位机子***1通过接地线接地。
本实施例中，设置保护程序，防止试验过程中出现安全事故，保护人员生命和财产安全。
本申请的另一方面，提供一种变压器故障模拟测试方法，基于上述任一变压器故障模拟测试***，包括过热模拟方法和放电模拟方法：
其中，所述过热模拟方法包括如下步骤：
S1001,通过上位机子***1启动过热控制芯片单元31，使变压器油在封闭式油箱2中循环流动；
S1002,通过上位机子***1设置试验温度值，开始均匀升温，每隔10℃为一个测量点，每个测量点保持预设时间t，将150℃、300℃、700℃设置为典型值点；
S1003,气体传感器51测量每个典型值点的油气分离模块5中的溶解气的参数，并将参数信息传输至上位机子***1；
S1004,完成所有典型值点的测试后，上位机子***1关闭加热器33，并通过控制电子水泵35来调节冷却液的流动速度和流动量，将封闭式油箱2内的温度降低至预设温度。
所述放电模拟方法包括如下步骤：
S2001,将示波器与放电模拟模块4的信号源相连，信号源释放电脉冲，调节至示波器出现稳定放电脉冲信号；
S2002,选择放电电极类型，将相应的电极接入放电模拟模块4的信号源，在预设时间ts内均匀升压，升高电压至第一预设电压时，保持放电时间t1后再继续均匀升高电压至第二预设电压，以此类推，在所有预设电压的保持时间内观察示波器并记录数据；
S2003,随着放电的持续进行，在不断电的情况下，每隔一段预设时间取油样，然后做油中溶解气体成分分析，跟踪油中溶解气体的参数变化特性。
本申请第一方面提供的提供一种变压器故障模拟测试***，包括故障模拟子***和上位机子***1，所述故障模拟子***和所述上位机子***1相连接；本公开可用于开展故障试验包括过热模拟试验和放电故障模拟试验。该***可方便地对模拟变压器开展故障试验，通过与上位机连接从而便于探究变压器故障与变压器油中气体特性之间的关系，为现场变压器设备故障诊断提供先验参考。本申请具有可真实模拟变压器运行中产生故障的情况，通过油色谱监测的手段对其故障特性进行试验的优点。代替了需要直接到现场进行试验的方案，降低了试验成本，提高了效率，围绕该***所开展的模拟试验将为现场出现的问题提供参考依据。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种变压器故障模拟测试***，其特征在于，包括故障模拟子***和上位机子***，所述故障模拟子***和所述上位机子***相连接；
所述故障模拟子***包括封闭式油箱、过热模拟模块、放电模拟模块以及油气分离模块，所述放电模拟模块设置在所述封闭式油箱内部，所述油气分离模块内部设置有气体传感器；
所述过热模拟模块包括过热控制芯片单元、和与所述过热控制芯片单元相连的电子油泵、加热器以及温度传感器；
所述电子油泵用于使所述封闭式油箱中的变压器油循环流动，所述加热器用于加热所述封闭式油箱中的变压器油，所述温度传感器用于测量所述封闭式油箱中的变压器油的温度。
2.根据权利要求1所述的一种变压器故障模拟测试***，其特征在于，所述放电模拟模块包括针-针、针-板、球-球以及板-板四种类型的电极。
3.根据权利要求1所述的一种变压器故障模拟测试***，其特征在于，还包括电子油泵冷却模块，所述电子油泵冷却模块包括电子水泵以及在所述电子油泵的连接管道上设置的螺旋状冷却器散热导管，所述螺旋状冷却器散热导管与所述电子水泵相连。
4.根据权利要求1所述的一种变压器故障模拟测试***，其特征在于，所述油气分离模块中的气体传感器的信息通过光纤传输至所述上位机子***。
5.根据权利要求1所述的一种变压器故障模拟测试***，其特征在于，所述过热控制芯片单元位于所述封闭式油箱的外部，通过闭环PID调节控制变压器油的循环流动速度以及油温，使变压器油在所述封闭式油箱中均匀分布。
6.根据权利要求2所述的一种变压器故障模拟测试***，其特征在于，还包括升压电源，所述升压电源设置在所述封闭式油箱的外部，通过套管与所述封闭式油箱内部的所述放电模拟模块相连，所述上位机子***用于控制切换四种类型电极，所述四种类型电极与电子传动机构相连，所述电子传动机构与所述上位机子***相连，所述上位机子***通过所述电子传动机构控制调节电极的间距。
7.根据权利要求1所述的一种变压器故障模拟测试***，其特征在于，所述封闭式油箱中设置有传感器模块，所述传感器模块包括红外传感器、超声传感器以及特高频传感器；所述传感器模块通过光纤经保护导管将信号传输至所述上位机子***。
8.根据权利要求1所述的一种变压器故障模拟测试***，其特征在于，所述封闭式油箱上设置有观察窗，包括红外观察窗和超声观察窗，所述红外观察窗和所述超声观察窗用于观察所述封闭式油箱内部的放电情况。
9.根据权利要求1所述的一种变压器故障模拟测试***，其特征在于，所述上位机子***设置保护程序，所述封闭式油箱上设置气压平衡模块，所述气压平衡模块用于在不同大气压环境条件下调节所述封闭式油箱的内外压强平衡；所述保护程序设置温度最高值以及电压最高值，所述保护程序用于如果所述封闭式油箱中的温度或/和压力超过最高值，所述上位机子***相应地就终止所述加热器的加热或/和切断所述放电模拟模块的电源；所述上位机子***通过接地线接地。
10.一种变压器故障模拟测试方法，基于权利要求1-9任意一项所述变压器故障模拟测试***，其特征在于，包括过热模拟方法和放电模拟方法：
其中，所述过热模拟方法包括如下步骤：
S1001,通过上位机子***启动过热控制芯片单元，使变压器油在封闭式油箱中循环流动；
S1002,通过上位机子***设置试验温度值，开始均匀升温，每隔10℃为一个测量点，每个测量点保持预设时间t，将150℃、300℃、700℃设置为典型值点；
S1003,气体传感器测量每个典型值点的油气分离模块中的溶解气的参数，并将参数信息传输至上位机子***；
S1004,完成所有典型值点的测试后，上位机子***关闭加热器，并通过控制电子水泵来调节冷却液的流动速度和流动量，将封闭式油箱内的温度降低至预设温度；
所述放电模拟方法包括如下步骤：
S2001,将示波器与放电模拟模块的信号源相连，信号源释放电脉冲，调节至示波器出现稳定放电脉冲信号；
S2002,选择放电电极类型，将相应的电极接入放电模拟模块的信号源，在预设时间ts内均匀升压，升高电压至第一预设电压时，保持放电时间t1后再继续均匀升高电压至第二预设电压，以此类推，在所有预设电压的保持时间内观察示波器并记录数据；
S2003,随着放电的持续进行，在不断电的情况下，每隔一段预设时间取油样，然后做油中溶解气体成分分析，跟踪油中溶解气体的参数变化特性。
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