CN117929940A - 一种模拟电弧放电中绝缘油相变过程的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模拟电弧放电中绝缘油相变过程的装置及方法,包括封闭的矩形金属试验箱,在试验箱中灌入至少二分之一箱体高度的绝缘油,在绝缘油中放入一条金属丝电极,金属丝电极一端从试验箱引出连接可调电压源输出一端,金属丝电极另一端伸入绝缘油与试验箱体底板连接,可调电压源输出另一端连接试验箱体,在试验箱体底板上设置有电加热器,在绝缘油中设置有温度传感器,在绝缘油之上设置有气压传感器,在试验箱体侧板上设置有电弧放电拍摄窗口,拍摄窗口设置有高速相机,在绝缘油之上的试验箱体上设置有气体采样接口,气体采样接口连接气体分析仪,一个电弧放电控制器分别连接可调电压源、电加热器、温度传感器、气压传感器、高速相机和气体分析仪。

Description

一种模拟电弧放电中绝缘油相变过程的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种模拟电弧放电中绝缘油相变过程的装置及方法。
背景技术
在高压电气设备运行过程中,有大量的充油设备(如变压器、互感器、油断路器等),这些设备中的绝缘油主要作用如下:使充油设备有良好的热循环回路,以达到冷却散热的目的;增加相间、层间以及设备的主绝缘能力,提高设备的绝缘强度;隔绝设备与空气接触,防止发生氧化和浸潮,保证绝缘不致降低;还作为灭弧介质,防止电弧的扩展,并促使电弧迅速熄灭。
近几年来,国际和国内相继发生了多起电弧导致的电器火灾事故,所以在大力发展、推广电流互感器等设备的使用过程中对于电弧监测技术研发和应用非常重要,但是目前,还没有从***性的角度来形成电弧的监测技术体系和标准,相关的技术研发和工程应用也非常少,甚至处于空白状态。因此,***研发和应用推广相关的安全监控防范技术,不仅对于电流互感器等设备安全使用有重大意义,而且更加有利于电网***的安全运行。
发明内容
本发明的目的是提出一种模拟电弧放电中绝缘油相变过程的装置及方法,通过设置温度调节控制模块、气压监控模块、电弧模拟放电模块、相变过程测试模块,从而判断电流互感器绝缘油是否处于安全状态。
为了实现上述目的,本发明的技术方案是:
一种模拟电弧放电中绝缘油相变过程的装置,包括封闭的矩形金属试验箱,在试验箱中灌入至少二分之一箱体高度的绝缘油,其中:在绝缘油中放入一条金属丝电极,金属丝电极一端从试验箱引出连接可调电压源输出一端,金属丝电极另一端伸入绝缘油与试验箱体底板连接,可调电压源输出另一端连接试验箱体,在试验箱体底板上设置有电加热器,在绝缘油中设置有温度传感器,在绝缘油之上设置有气压传感器,在试验箱体侧板上设置有电弧放电拍摄窗口,拍摄窗口设置有高速相机,在绝缘油之上的试验箱体上设置有气体采样接口,气体采样接口连接气体分析仪,一个电弧放电控制器分别连接可调电压源、电加热器、温度传感器、气压传感器、高速相机和气体分析仪。
方案进一步是:所述电弧放电控制器包含有温度调节控制模块、气压监控模块、电弧模拟放电模块、相变反演测试模块;
所述温度调节控制模块通过获取温度传感器信号控制电加热器调节绝缘油温度以适应不同模拟电弧放电的油温条件;
所述气压监控模块通过气压传感器监控试验箱中的气压;
所述电弧模拟放电模块通过控制可调电压源产生电弧放电电压,在产生电弧放电电压的同时启动高速相机获取放电电弧图像;
所述相变反演测试模块控制气体分析仪在产生电弧放电压之前和之后分别获取试验箱体中的气体进行分析测量。
方案进一步是:所述气体分析仪是气相色谱-质谱联用仪和光谱仪。
方案进一步是:在所述试验箱的顶板上设置有气压安全阀,气压安全阀的出口连接可伸缩膨胀器,当由于油温升高造成试验箱中的气体压力超出安全阈值时,打开气压安全阀将气体释放至可伸缩膨胀器中,使试验箱中的气体压力值在安全范围内。
方案进一步是:所述金属丝电极为H68黄铜丝。
一种模拟电弧放电中绝缘油相变过程的方法,是基于上述模拟电弧放电的绝缘油相变反演装置的方法,所述方法包括对绝缘油相变过程的电弧放电电压进行确定,所述电弧放电电压是在瞬态施加电压的基础上进行调节确定。
方案进一步是:所述瞬态施加电压通过下述公式计算确定;
其中:
U(t)为瞬态施加电压,单位为V;
f(t)为描述瞬态电压的分段函数,无量纲;
t为施加电压的时间,单位为s;
H为箱体高度,单位为m;
L为铜丝总长度,单位为m;
h为箱体中绝缘油高度,单位为m;
ρ为铜丝的电阻率,单位为Ω·m;
S为铜丝的截面积,面积为m2
λ为绝缘油导热系数,单位w/(m·k);
T为绝缘油热力学温度,单位为K。
本发明的有益效果是:为电流互感器绝缘油的工作状态进行模拟实验提供了一个完整的装置,通过本装置及方法对电弧放电使绝缘油由液相转变为气相的数据分析,可以判断电流互感器是否处于正常工作状态,该***能够快速调整确定产生电弧的电压,提高实验效率,能够准确识别电弧的产生情况,从而判断电流互感器绝缘油是否处于安全状态。
下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图。
具体实施方式
实施例1:
一种模拟电弧放电中绝缘油相变过程的装置,所述相变是由液相到气相的变化,如图1所示,所述绝缘油相变反演装置包括封闭的矩形金属试验箱1,在试验箱中灌入至少二分之一箱体高度的绝缘油2,其中:在绝缘油2中放入一条金属丝电极3,所述金属丝电极为H68黄铜丝,金属丝电极一端从试验箱引出连接可调电压源4输出一端,金属丝电极另一端伸入绝缘油与试验箱体底板连接,可调电压源输出另一端连接试验箱体,在试验箱体底板上设置有电加热器5,在绝缘油中通过在侧壁上设置的测温管101***设置有温度传感器6,试验箱中在绝缘油之上设置有气压传感器7(例如气压表),在试验箱体侧板上设置有透明的电弧放电拍摄窗口102,拍摄窗口设置有高速相机8,在绝缘油之上的试验箱体上设置有气体采样接口103,气体采样接口103连接气体分析仪9,所述气体分析仪9是气相色谱-质谱联用仪和光谱仪。一个电弧放电控制器10分别连接可调电压源4、电加热器5、温度传感器6、气压传感器7、高速相机8和气体分析仪9。其中:所述电弧放电控制器包含有温度调节控制模块1001、气压监控模块1002、电弧模拟放电模块1003、相变反演测试模块1004;
所述温度调节控制模块1001通过获取温度传感器6的信号控制电加热器5调节绝缘油温度以适应不同模拟电弧放电的油温条件;
所述气压监控模块1002通过获取气压传感器7信号监控试验箱1中的气压;
所述电弧模拟放电模块1003通过控制可调电压源4产生电弧放电电压,在产生电弧放电电压的同时启动高速相机8(高速CCD相机)获取放电电弧图像;
所述相变反演测试模块1004控制气体分析仪9在产生电弧放电压之前和之后分别获取试验箱体1中的气体进行分析测量,对由于电弧高温产生的故障气体(包括氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳和二氧化碳)进行油中溶解气体测量分析,并将高速相机观测后的图像传输至光谱仪进行光谱分析处理,最后将数据信息传输至远程终端,通过计算机程序进行分析处理,对相变过程进行实时报告。
为了对试验箱1中的气压进行控制保证是在安全的状态下进行模拟实验:在所述试验箱的顶板上设置有气压安全阀11,气压安全阀的出口连接可伸缩膨胀器,当由于油温升高造成试验箱中的气体压力超出安全阈值时,打开气压安全阀11将气体释放至可伸缩膨胀器12中(例如:304波纹补偿器),使试验箱中的气体压力值在安全范围内。
实施例2:
一种模拟电弧放电中绝缘油相变过程的方法,是基于实施例1模拟电弧放电的绝缘油相变过程装置的方法,绝缘油相变过程需要确定模拟电弧放电的电弧放电电压,因此,所述方法包括对绝缘油相变过程的电弧放电电压进行确,其中:所述电弧放电电压可以按照常规从小逐渐增大直至产生电弧来确定,但为了提高工作效率,电压也可以是一步到位再进行小范围的调整,如:所述电弧放电电压是在预先瞬态施加电压的基础上进行调节确定,形成瞬变高压,使得金属丝瞬间汽化,形成不规则高温电弧放电通道,以还原最真实的电流互感器的电弧形态其中:所述瞬态施加电压通过下述公式计算得到;
公式
其中:
U(t)为瞬态施加电压,单位为V;
f(t)为描述瞬态电压的分段函数,无量纲;
t为施加电压的时间,单位为s;
H为箱体高度,单位为m;
L为铜丝总长度,单位为m;
h为箱体中绝缘油高度,单位为m;
ρ为铜丝的电阻率,单位为Ω·m;
S为铜丝的截面积,面积为m2
λ为绝缘油导热系数,单位w/(m·k);
T为绝缘油热力学温度,单位为K。
上述模拟电弧放电中绝缘油相变过程的装置及方法实施例,为电流互感器绝缘油的工作状态进行模拟实验提供了一个完整的装置,通过本装置及方法对电弧放电使绝缘油由液相转变为气相的数据分析,可以判断电流互感器是否处于正常工作状态,该装置及方法能够快速调整确定产生电弧的电压,提高实验效率,能够准确识别电弧的产生情况,从而判断电流互感器绝缘油是否处于安全状态。

Claims (7)

1.一种模拟电弧放电中绝缘油相变过程的装置,包括封闭的矩形金属试验箱,在试验箱中灌入至少二分之一箱体高度的绝缘油,其特征在于,在绝缘油中放入一条金属丝电极,金属丝电极一端从试验箱引出连接可调电压源输出一端,金属丝电极另一端伸入绝缘油与试验箱体底板连接,可调电压源输出另一端连接试验箱体,在试验箱体底板上设置有电加热器,在绝缘油中设置有温度传感器,在绝缘油之上设置有气压传感器,在试验箱体侧板上设置有电弧放电拍摄窗口,拍摄窗口设置有高速相机,在绝缘油之上的试验箱体上设置有气体采样接口,气体采样接口连接气体分析仪,一个电弧放电控制器分别连接可调电压源、电加热器、温度传感器、气压传感器、高速相机和气体分析仪。
2.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述电弧放电控制器包含有温度调节控制模块、气压监控模块、电弧模拟放电模块、相变反演测试模块;
所述温度调节控制模块通过获取温度传感器信号控制电加热器调节绝缘油温度以适应不同模拟电弧放电的油温条件;
所述气压监控模块通过气压传感器监控试验箱中的气压;
所述电弧模拟放电模块通过控制可调电压源产生电弧放电电压,在产生电弧放电电压的同时启动高速相机获取放电电弧图像;
所述相变反演测试模块控制气体分析仪在产生电弧放电压之前和之后分别获取试验箱体中的气体进行分析测量。
3.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述气体分析仪是气相色谱-质谱联用仪和光谱仪。
4.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,在所述试验箱的顶板上设置有气压安全阀,气压安全阀的出口连接可伸缩膨胀器,当由于油温升高造成试验箱中的气体压力超出安全阈值时,打开气压安全阀将气体释放至可伸缩膨胀器中,使试验箱中的气体压力值在安全范围内。
5.根据权利要求1所述的装置,其特征在于,所述金属丝电极为H68黄铜丝。
6.一种模拟电弧放电中绝缘油相变过程的方法,是基于权利要求1所述模拟电弧放电的绝缘油相变过程装置的方法,所述方法包括对绝缘油相变过程的电弧放电电压进行确定,其特征在于,所述电弧放电电压是在瞬态施加电压的基础上进行调节确定。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述瞬态施加电压通过下述公式计算确定;
其中:
U(t)为瞬态施加电压,单位为V;
f(t)为描述瞬态电压的分段函数,无量纲;
t为施加电压的时间,单位为s;
H为箱体高度,单位为m;
L为铜丝总长度,单位为m;
h为箱体中绝缘油高度,单位为m;
ρ为铜丝的电阻率,单位为Ω·m;
S为铜丝的截面积,面积为m2
λ为绝缘油导热系数,单位w/(m·k);
T为绝缘油热力学温度,单位为K。
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