專利名稱：電力變壓器匝間絕緣表面氣泡局部放電模擬實驗平臺及實驗方法
技術領域：
一種電力變壓器匝間絕緣表面氣泡局部放電模擬實驗平臺及實驗方法，屬于電力技術設備技術領域。
背景技術：
在我國電力系統規(guī)模發(fā)展如此迅速的今天，對整個電力系統的運行安全性和可靠性要求也越來越高。電力變壓器是電力系統必不可少的電氣設備之一，必須保證其安全穩(wěn)定地正常運行。設備中發(fā)生局部放電是威脅設備安全運行的重要原因之，局部放電是指在一定的電場作用下，絕緣介質局部區(qū)域被擊穿的電氣放電現象。絕緣介質內部或表面某些區(qū)域內絕緣強度的不均勻導致該區(qū)域電場嚴重畸變，電場強度高于平均電場強度，因此在這樣的區(qū)域中，就會首先發(fā)生放電，而其他區(qū)域仍然保持絕緣的特性，這就形成了局部放電。局部放電既是電力變壓器絕緣劣化的重要原因，又是其發(fā)生的重要征兆。而氣體又是影響局部放電的最重要因素之一。運行中的油浸式電力變壓器在安裝、注油和維修等過程中，不可避免地會有一定含量氣體進入，使油紙絕緣性能下降。由于存在于變壓器油中的氣泡在變壓器箱體內會始終保持懸浮、移動的狀態(tài)，當油中懸移氣泡經過強電場區(qū)時必定會引起局部放電，它會促使油紙絕緣進一步劣化，產生更多的有害氣體，加快了設備絕緣性能的降低，嚴重時會導致設備絕緣擊穿。目前，國內外對氣隙缺陷放電特性有大量的研究，但對懸移氣泡的局部放電特性研究較少，尤其是對氣泡變形機理、影響氣泡放電的因素等研究尚未見報到。因此，開展研究變壓器油中匝間絕緣表面氣泡局部放電特性和故障診斷具有一定的理論價值和實用意義。
發(fā)明內容
發(fā)明的目的:當變壓器油中存在懸移氣泡時，懸移氣泡在一定條件下會引起局部放電，影響電力變壓器正常運行。本發(fā)明在國內外變壓器局部放電檢測的基礎上，根據現場變壓器油中存在的懸移氣泡的真實情況，本平臺利用實驗室中的實驗裝置模擬變壓器油中懸移氣泡局部放電，分析油中懸移氣泡放電機理和通過實驗獲得油中懸移氣泡局部放電信號進行分析。一種電力變壓器匝間絕緣表面氣泡局部放電模擬實驗平臺，該實驗平臺包括AC-高壓電源；LDS-6數字式局部放電測試儀，TlHY-AC20-1型電動調壓器，T2YDT-5/50工頻試驗變壓器，C800PF耦合電容等，Cx試品；電動調壓器(2 )與AC-高壓電源(I)通過導線連接，工頻試驗變壓器(3 )與電動調壓器(2)通過導線連接，AC-高壓電源(I)供電，工頻試驗變壓器(3)調節(jié)電壓；保護電阻
(4)通過導線與工頻試驗變壓器(3)連接，保護電阻(4)再通過導線并聯試品(7)與耦合電容(5);局部放電測量儀(6)通過導線與耦合電容(5)連接；
所述試品為:兩根試驗用繞組模型的一段與導線相連，并用電烙鐵將其焊結，兩根繞組分別作為高壓端和低壓端，置于五根繞組的兩邊，對角線出線，跟試驗用變壓器繞組并列排列并由連接帶固定，安放在用于支撐試品的絕緣硬紙板上，放入裝滿絕緣油的玻璃缸容器中。(試品結構如圖3)本發(fā)明還提供一種電力變壓器匝間絕緣表面氣泡局部放電模擬實驗方法，該方法步驟為:(I)試驗裝置抽真空及注油為了使實驗更接近真實情況，排除因為繞組或變壓器油在實驗進行前含有可能影響實驗結果的氣體，進行該步驟。將繞組模型置于玻璃容器中，向容器中注入變壓器油使繞組模型完全處于油面以下。將整個裝置置于真空干燥箱中抽真空12小時，然后溫度設置為80度注油48小時后取出，用保鮮膜封住容器口以防止空氣中水分溶于油中。等待實驗。(2)在實驗展開前對實驗進行標定，標定源設置信號為20pc，待觀察局放儀顯示信號為20pc，可以展開實驗。分別將將兩根試驗用繞組模型的一段與導線相連，并用電烙鐵將其焊牢不知試驗時脫落，兩根繞組分別作為高壓端和低壓端，置于五根繞組的兩邊，對角線出線，跟試驗用變壓器繞組并列排列并由連接帶固定，安放在用于支撐試品的絕緣硬紙板上,如圖3所示。實驗進行之前先進行了摸索性試驗，主要是將氣泡注入實驗繞組的匝間，因為氣泡是由注射器注入，在匝間容易固定，每一次實驗前都要反復注射才能得到預期效果。(3)開始注入氣泡，進行局放試驗:注入氣泡之前先測量一下沒有氣泡時發(fā)生局部放電的電壓，記錄幾個電壓測量值。(4)分三次注入兩個氣泡，氣泡體積大小不同，測量工頻電壓逐漸升高時電壓對應的的局部放電量，氣泡體積分別為0.015ml,0.06ml和，0.15ml。(體積是估值，方法是將注射器伸入油中平穩(wěn)注射，由刻度差值/輸出氣體個數得出，每一個氣泡體積約為0.015ml,氣泡之間相互融合得到體積更大的氣泡)。(5)分別注入大約10、30、50個氣泡，測量工頻電壓逐漸升高的電壓對應的局部放電量。本實驗平臺根據現場運行的電力變壓器油中存在的懸移氣泡，依據變壓器內部結構的特點，設計了油中懸移氣泡局部放電模擬實驗裝置，主要研究氣泡的大小及數量對匝間絕緣局部放電的影響。為變壓器油中懸移氣泡局部放電特性研究提供實驗平臺。本發(fā)明:( I)模擬變壓器繞組的設計變壓器繞組的結構類型很多，根據變壓器本身所受絕緣強度和電場強度的要求不同，通常采用四種主要的結構類型:層式、糾結式、螺旋式及桶式。本平臺將變壓器繞組截成15cm的五段，將其中兩根的各一端用電烙鐵將其與導線焊在一起，使用透明膠布包好。將銅棒沒有連接導線的部分用透明膠布纏繞延長出2cm，以延長可能發(fā)生的局部放電距離，起到隔離匝間放電的發(fā)生。將五根繞組用緊固帶固定在一起，置于玻璃容器中由絕緣硬紙板制作的支撐平臺上(模型如圖3)。
( 2 )懸浮氣泡人工模型為了真實模擬油中懸移氣泡，首先將整個裝置注滿變壓器油，為了分析油中匝間絕緣表面氣泡局部放電特性，本文以油中靜止氣泡為參考進行研究，此種氣泡狀態(tài)是停留在繞組匝間的縫隙中，因此使用小容量的注射器將空氣泡分別注入模擬裝置中繞組的縫隙中。以使實驗裝置中由于氣泡的存在產生促進局部放電發(fā)生的缺陷，方便實驗的觀測。(3)局部放電檢測系統及儀器介紹變壓器局部放電測量系統接線圖(如圖1)。LDS-6數字式局部放電測試儀:可直接采集儲存待測量數據。HY-AC20工頻高電壓實驗控制臺，采用進口優(yōu)質矽鋼片環(huán)鐵芯組成，配備電壓表、電流表，實時監(jiān)控用電設備的運行狀況。YDT-5/50工頻試驗變壓器:適用于電力部門，大型廠礦企業(yè)，科研單220kV及以下電壓等級的電力設備(例如電力變壓器，開關設備，電容器，互感器等)進行工頻交流耐壓試驗、各電氣設備(如電纜、大型變壓器、互感器、GIS組合電器等)的局部放電試驗。實驗平臺根據現場運行的電力變壓器油中存在的懸移氣泡，依據變壓器內部結構的特點，設計了油中懸移氣泡局部放電模擬實驗裝置，主要研究氣泡的大小及數量對匝間絕緣局部放電的影響。為變壓器油中懸移氣泡局部放電特性研究提供實驗平臺。
圖1試驗電路連接圖。其中，AC-高壓電源；LDS-6數字式局部放電測試儀，Tl---HY-AC20-1型電動調壓器，T2YDT-5/50工頻試驗變壓器，C800PF耦合電容等，Cx 試品。圖2是試驗用DZ-3BC型號真空干燥箱示意圖。 圖3是試品不意圖。圖4是實驗平臺結構圖
具體實施例方式下面結合附圖進一步說明本發(fā)明。圖1為試驗電路連接圖。圖2是試驗用真空干媒箱不意圖。圖3是試品不意圖。如圖所示，一種電力變壓器匝間絕緣表面氣泡局部放電模擬實驗平臺，其特征在于，該實驗平臺包括AC-高壓電源(I)、電動調壓器(2)、工頻試驗變壓器(3)、保護電阻(4)、耦合電容
(5)、局部放電測試儀(6)，試品(7);電動調壓器(2)與AC-高壓電源(I)通過導線連接，工頻試驗變壓器(3 )與電動調壓器(2 )通過導線連接，AC-高壓電源(I)供電，工頻試驗變壓器(3)調節(jié)電壓；保護電阻(4)通過導線與工頻試驗變壓器(3)連接，保護電阻(4)再通過導線并聯試品(7)與耦合電容(5);局部放電測量儀(6)通過導線與耦合電容(5)連接；所述試品為:兩根試驗用繞組模型的一段與導線相連，并用電烙鐵將其焊結，兩根繞組分別作為高壓端和低壓端，置于五根繞組的兩邊，對角線出線，跟試驗用變壓器繞組并列排列并由連接帶固定，安放在用于支撐試品的絕緣硬紙板上，放入裝滿絕緣油的玻璃缸容器中。所述電動調壓器為HY-AC20-1型電動調壓器。
所述工頻試驗變壓器為YDT-5/50工頻試驗變壓器。
所述局部放電測試儀為LDS-6數字式局部放電測試儀。所述耦合電容為800PF。使用此電力變壓器匝間絕緣表面氣泡局部放電模擬實驗方法為:( I)試驗裝置抽真空及注油為了使實驗更接近真實情況，排除因為繞組或變壓器油在實驗進行前含有可能影響實驗結果的氣體，進行該步驟。將繞組模型置于玻璃容器中，向容器中注入變壓器油使繞組模型完全處于油面以下。將整個裝置置于真空干燥箱中抽真空12小時，然后溫度設置為80度注油48小時后取出，用保鮮膜封住容器口以防止空氣中水分溶于油中。等待實驗。(2)在實驗展開前對實驗進行標定，標定源設置信號為20pc，待觀察局放儀顯示信號為20pc，可以展開實驗。分別將將兩根試驗用繞組模型的一段與導線相連，并用電烙鐵將其焊牢不知試驗時脫落，兩根繞組分別作為高壓端和低壓端，置于五根繞組的兩邊，對角線出線，跟試驗用變壓器繞組并列排列并由連接帶固定，安放在用于支撐試品的絕緣硬紙板上,如圖3所示。實驗進行之前先進行了摸索性試驗，主要是將氣泡注入實驗繞組的匝間，因為氣泡是由注射器注入，在匝間容易固定，每一次實驗前都要反復注射才能得到預期效果。(3)開始注入氣泡，進行局放試驗:注入氣泡之前先測量一下沒有氣泡時發(fā)生局部放電的電壓，記錄幾個電壓測量值。(4)分三次注入兩個氣泡，氣泡體積大小不同，測量工頻電壓逐漸升高時電壓對應的的局部放電量，氣泡體積分別為0.015ml,0.06ml和，0.15ml。(體積是估值，方法是將注射器伸入油中平穩(wěn)注射，由刻度差值/輸出氣體個數得出，每一個氣泡體積約為0.015ml，氣泡之間相互融合得到體積更大的氣泡)。(5)分別注入大約10、30、50個氣泡，測量工頻電壓逐漸升高的電壓對應的局部放電量。本發(fā)明實驗平臺根據現場運行的電力變壓器油中存在的懸移氣泡，依據變壓器內部結構的特點，設計了油中懸移氣泡局部放電模擬實驗裝置，主要研究氣泡的大小及數量對匝間絕緣局部放電的影響。為變壓器油中懸移氣泡局部放電特性研究提供實驗平臺。
權利要求
1.電力變壓器匝間絕緣表面氣泡局部放電模擬實驗平臺，其特征在于，該實驗平臺包括AC-高壓電源(I)、電動調壓器(2)、工頻試驗變壓器(3)、保護電阻(4)、耦合電容(5)、局部放電測試儀(6 )，試品(7 ); 電動調壓器(2 )與AC-高壓電源(I)通過導線連接，工頻試驗變壓器(3 )與電動調壓器(2)通過導線連接，AC-高壓電源(I)供電，工頻試驗變壓器(3)調節(jié)電壓；保護電阻(4)通過導線與工頻試驗變壓器(3)連接，保護電阻(4)再通過導線并聯試品(7)與耦合電容(5);局部放電測量儀(6)通過導線與耦合電容(5)連接； 所述試品為:兩根試驗用繞組模型的一段與導線相連，并用電烙鐵將其焊結，兩根繞組分別作為高壓端和低壓端，置于五根繞組的兩邊，對角線出線，跟試驗用變壓器繞組并列排列并由連接帶固定，安放在用于支撐試品的絕緣硬紙板上，放入裝滿絕緣油的玻璃缸容器中。
2.根據權利要求1所述的電力變壓器匝間絕緣表面氣泡局部放電模擬實驗平臺，其特征在于，所述電動調壓器為HY-AC20-1型電動調壓器。
3.根據權利要求1所述的電力變壓器匝間絕緣表面氣泡局部放電模擬實驗平臺，其特征在于，所述工頻試驗變壓器為YDT-5/50工頻試驗變壓器。
4.根據權利要求1所述的電力變壓器匝間絕緣表面氣泡局部放電模擬實驗平臺，其特征在于，所述局部放電測試儀為LDS-6數字式局部放電測試儀。
5.根據權利要求1所述的電力變壓器匝間絕緣表面氣泡局部放電模擬實驗平臺，其特征在于，所述耦合電容為800PF。
6.一種電力變壓器匝間絕緣表面氣泡局部放電模擬實驗方法，其特征在于，該實驗方法步驟為: (1)試驗裝置抽真空及注油 將繞組模型置于玻璃容器中，向容器中注入變壓器油使繞組模型完全處于油面以下；將整個裝置置于真空干燥箱中抽真空12小時，然后溫度設置為80度注油48小時后取出，用保鮮膜封住容器口以防止空氣中水分溶于油中；等待實驗； (2)在實驗展開前對實驗進行標定，標定源設置信號為20pc，待觀察局放儀顯示信號為20pc展開實驗；分別將將兩根試驗用繞組模型的一段與導線相連，兩根繞組分別作為高壓端和低壓端，置于五根繞組的兩邊，對角線出線，跟試驗用變壓器繞組并列排列并由連接帶固定，安放在用于支撐試品的絕緣硬紙板上； 實驗進行之前先進行了摸索性試驗，主要是將氣泡注入實驗繞組的匝間，因為氣泡是由注射器注入，在匝間容易固定，每一次實驗前都要反復注射才能得到預期效果； (3)開始注入氣泡，進行局放試驗:注入氣泡之前先測量一下沒有氣泡時發(fā)生局部放電的電壓，記錄幾個電壓測量值； (4)分三次注入兩個氣泡，氣泡體積大小不同，測量工頻電壓逐漸升高時電壓對應的的局部放電量，氣泡體積分別為0.015ml,0.06ml和，0.15ml ;體積是估值，方法是將注射器伸入油中平穩(wěn)注射，由刻度差值/輸出氣體個數得出，每一個氣泡體積約為0.015ml，氣泡之間相互融合得到體積更大的氣泡； (5)分別注入大約10、30、50個氣泡，測量工頻電壓逐漸升高的電壓對應的局部放電量。
全文摘要
電力變壓器匝間絕緣表面氣泡局部放電模擬實驗平臺及實驗方法，屬于電力技術設備技術領域。實驗平臺包括工頻試驗變壓器、局部放電測試儀、試品等，所述試品兩根試驗用繞組模型一段與導線相連，兩根繞組分別作為高壓端和低壓端，置于五根繞組的兩邊，對角線出線，跟試驗用變壓器繞組并列排列由連接帶固定，安放在用于支撐試品的絕緣硬紙板上，放入裝滿絕緣油的玻璃缸容器中。試驗裝置抽真空及注油，標定源設置信號；分別注入10-50個氣泡，測量工頻電壓逐漸升高的電壓對應的局部放電量。本發(fā)明根據現場運行的電力變壓器設計了本實驗平臺，主要研究氣泡的大小及數量對匝間絕緣局部放電的影響。為變壓器油中懸移氣泡局部放電特性研究提供途徑。
文檔編號G01R31/12GK103149506SQ201310003778
公開日2013年6月12日 申請日期2013年1月6日 優(yōu)先權日2013年1月6日
發(fā)明者鄭重, 郭亮, 劉少宇, 盧毅, 謝麗芳 申請人:華北電力大學, 華北電力科學研究院有限責任公司, 國家電網公司