專(zhuān)利名稱(chēng)：變壓器油中懸移金屬微粒局部放電模擬實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于油浸式電力變壓器局部放電(PD)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一 種強(qiáng)迫油循環(huán)式變壓器油中懸移金屬微粒局部放電人工模擬實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
大型電力變壓器是電力輸電網(wǎng)絡(luò)中最昂貴和最有戰(zhàn)略重要性的設(shè)備之一，其可靠
性對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行起至關(guān)重要的作用。目前運(yùn)行的220kV及以上電壓等級(jí)
的電力變壓器均采用油浸式變壓器，大型油浸式電力變壓器由于油紙絕緣擊穿引起的故障
有嚴(yán)重后果，導(dǎo)致巨額的維修費(fèi)用和大面積停電的經(jīng)濟(jì)損失，其運(yùn)行安全的威脅主要來(lái)自
于油絕緣系統(tǒng)。純凈的變壓器油絕緣性能良好，當(dāng)油中存在雜質(zhì)金屬微粒時(shí)其絕緣性能會(huì)
大大下降。在油浸式電力變壓器運(yùn)行過(guò)程中，油中雜質(zhì)金屬微粒一般分布于高低壓繞組附
近，可被吸附在匝間、線(xiàn)餅及屏障間形成導(dǎo)電橋，進(jìn)而引起局部擊穿，威脅變壓器安全運(yùn)行。
因此，對(duì)油浸式電力變壓器進(jìn)行局部放電檢測(cè)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)存在的絕緣缺陷并采
取相應(yīng)的措施，能避免變壓器故障的發(fā)生，保證電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。 現(xiàn)有油浸式電力變壓器油中金屬微粒產(chǎn)生局部放電的實(shí)驗(yàn)裝置，如2004年4月第
30巻第4期《高電壓技術(shù)》"特高頻段內(nèi)油中與空氣中放電頻譜特性研究"一文，公開(kāi)的"局
部放電檢測(cè)回路"，主要由自耦調(diào)壓器、隔離變壓器、高壓試驗(yàn)變壓器、保護(hù)水阻、高頻傳感
器、標(biāo)準(zhǔn)電容、超高頻傳感器、電極模型、屏蔽電纜組成，電極模型采用柱-板電極上放置金
屬微粒模擬金屬微粒引起的懸浮電位放電，產(chǎn)生的放電脈沖可持續(xù)幾十納秒，信號(hào)能量主
要分布在400-1000MHz范圍內(nèi)，頻率寬度較寬。但放電模型只能模擬單個(gè)金屬微粒在柱-板
電極作用下產(chǎn)生局部放電，不能改變場(chǎng)強(qiáng)、溫度等影響因素，并且無(wú)法產(chǎn)生油流，不能真實(shí)
的模擬實(shí)際運(yùn)行變壓器油中金屬微粒導(dǎo)致局部放電的情況。懸移金屬微粒在變壓器油中產(chǎn)
生局部放電，受場(chǎng)強(qiáng)、油流速度、溫度、金屬微粒材質(zhì)及其大小等因素的影響，因此用靜止油
中金屬微粒缺陷模型不能模擬運(yùn)行中強(qiáng)迫油循環(huán)式變壓器油中金屬微粒導(dǎo)致的局部放電。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有油浸式電力變壓器油中金屬微粒產(chǎn)生局部放電實(shí)驗(yàn)裝 置的不足，提供的一種變壓器油中懸移金屬微粒缺陷局部放電模擬實(shí)驗(yàn)裝置，能夠在實(shí)驗(yàn) 室內(nèi)模擬變壓器油中懸浮、移動(dòng)金屬微粒缺陷，并且能夠測(cè)量不同場(chǎng)強(qiáng)、油流速度、溫度、金 屬微粒材質(zhì)等因素作用下產(chǎn)生的局部放電信號(hào)，獲得反映此絕緣缺陷的局部放電實(shí)驗(yàn)數(shù) 據(jù)，為研究該缺陷下局部放電的特征和影響因素，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器內(nèi)金屬微粒缺陷的局 部放電模式識(shí)別和故障診斷提供可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 本發(fā)明裝置原理油浸式電力變壓器的油可視為不可壓縮粘性流體，它在絕緣油 道中的流動(dòng)可稱(chēng)之為不可壓縮粘性流動(dòng)。粘性流體較之于理想流體在力學(xué)模型和數(shù)學(xué)描述 上的最主要差別表現(xiàn)為粘性流體中存在粘性應(yīng)力以及固體壁邊界上滿(mǎn)足無(wú)滑移條件，即粘 性流體會(huì)附著于固體壁，和固體壁具有相同的速度。由于粘性的存在，流體的運(yùn)動(dòng)一般是有
32 旋的。不可壓粘性流動(dòng)在數(shù)學(xué)上可以通過(guò)連續(xù)性方程以及Navier-Stokes方程描述。由
于實(shí)際流體都是具有粘性，當(dāng)實(shí)際流體在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，一般有兩種流動(dòng)狀態(tài)，一為層流流
動(dòng)，一為紊流流動(dòng)，這是兩種性質(zhì)不同的流動(dòng)狀態(tài)。層流流動(dòng)時(shí)，管內(nèi)流體分層流動(dòng)，各層流
之間互不混雜而平行于管道軸線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，流層間沒(méi)有流體質(zhì)點(diǎn)的相互交換，流體通過(guò)一段管
道的壓力降與流量成正比。紊流流動(dòng)時(shí)，管內(nèi)流體不再分層流動(dòng)，流體質(zhì)點(diǎn)除沿管道軸線(xiàn)方
向運(yùn)動(dòng)外還有劇烈的徑向運(yùn)動(dòng)，流體通過(guò)一段管道的壓力降與流量的平方成正比。 大型強(qiáng)迫油循環(huán)電力變壓器中典型的平均油流速度為0.2m/s，線(xiàn)餅間可達(dá)到
0. 45 0. 60m/s，變壓器油口處流速可達(dá)1 2m/s。為了研究流速對(duì)懸移微粒局部放電的
影響，油道模型中的流速應(yīng)有足夠?qū)挼淖兓秶５硪环矫?，目前超高壓變壓器油流速?br>
通?？刂圃趌m/s以下。為此，選用2m/s作為最大平均實(shí)驗(yàn)流速應(yīng)能滿(mǎn)足工程要求。設(shè)計(jì)
油道中油隙截面為扁矩形，且油道足夠長(zhǎng)，流態(tài)可以得到充分發(fā)展，其油流流動(dòng)條件和放電
條件與變壓器結(jié)構(gòu)相似。通過(guò)在極板間施加交流電場(chǎng)，可以模擬交流均勻場(chǎng)下油中懸移金
屬微粒缺陷放電。
油道中流量a^ = ^ch,:F 式中QV為油道中流量，W工為油道寬度，&為油道高度，P為油道中油流速度。
我國(guó)油浸式電力變壓器，大部分采用油紙絕緣(即A級(jí)絕緣)。對(duì)于A級(jí)絕緣的 變壓器，在正常運(yùn)行中，變壓器絕緣的極限工作溫度為105t:，溫升小于60K，其額定工作溫 度為0 55。C。油的密度約為0.85kg/m3。按用油8L計(jì)，則油的質(zhì)量為m = 6. 8kg。油的
比熱為c = 2.okj/(kg. °c )，若不考慮散熱的影B向，則油溫每升高At = rc，所需時(shí)間為
A t，，由cm A t = p A t，得 At' = cmAt/p，其中P為加熱管總功率。 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是一種變壓器油中懸移金屬微粒局部放電模擬實(shí) 驗(yàn)裝置，主要包括感應(yīng)調(diào)壓器(Tl)、無(wú)暈試驗(yàn)變壓器(T2)、無(wú)局放保護(hù)電阻(R)、標(biāo)準(zhǔn)電容 分壓器(Cl、 C2)、局部放電發(fā)生裝置、超高頻天線(xiàn)、無(wú)感檢測(cè)電阻、同軸電纜、寬頻高速超大 容量數(shù)字存儲(chǔ)示波器。特征是局部放電發(fā)生裝置由油道模型、兩圓板電極、油泵、流量控 制閥門(mén)、溫控儀、流量計(jì)組成，油道模型和圓板電極裝設(shè)在油道支撐箱體內(nèi)，流量計(jì)和溫控 儀裝設(shè)在不銹鋼管內(nèi)，油道模型中的模擬油道方管兩端的圓形接頭、流量控制閥門(mén)、油泵、 裝設(shè)流量計(jì)和溫控儀的不銹鋼管兩端之間通過(guò)皮管連接。油道模型中的模擬油道方管為 長(zhǎng)600 650mm的有機(jī)玻璃管，截面為長(zhǎng)方形，其長(zhǎng)為85 95mm、寬為15 20mm，兩圓板 電極分別裝設(shè)在模擬油道方管的上下表面處，以便對(duì)油道模型施加交流高壓。模擬油道方 管的兩端分別裝設(shè)有帶中心通孔的有機(jī)玻璃密封板和圓管接頭，以便分別通過(guò)皮管與油泵 及流量計(jì)連接，在模擬油道方管內(nèi)充滿(mǎn)變壓器用的絕緣油。油泵用以促使油道模型內(nèi)的油 循環(huán)流動(dòng)并產(chǎn)生油壓，流量計(jì)用以計(jì)量油道模型內(nèi)油流的瞬時(shí)流量和累積流量并顯示。在 油泵的出口處裝設(shè)有流量控制閥門(mén)，以便控制油道模型內(nèi)油的流速。在流量控制閥門(mén)與流 量計(jì)之間裝有溫控儀，溫控儀包括裝設(shè)在不銹鋼油管內(nèi)的熱電偶、加熱電阻、數(shù)字顯示溫度 儀，加熱電阻通過(guò)熱電偶和導(dǎo)線(xiàn)與220V市電連接，熱電偶通過(guò)信號(hào)線(xiàn)與數(shù)字顯示溫度儀連 接。調(diào)節(jié)數(shù)字顯示溫度儀設(shè)置實(shí)驗(yàn)溫度，熱電偶就控制加熱電阻對(duì)不銹鋼管內(nèi)的油進(jìn)行加 熱，并通過(guò)油泵循環(huán)使油道模型內(nèi)的油達(dá)到設(shè)定的實(shí)驗(yàn)溫度，以便進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。金屬微粒為直 徑1 2mm的不銹鋼小球，將其放置于油泵內(nèi)的葉輪處，啟動(dòng)油泵，金屬微粒隨油流進(jìn)入油
4道模型并呈懸浮、移動(dòng)狀態(tài)，從而模擬變壓器油中懸移金屬微粒缺陷。超高頻天線(xiàn)裝設(shè)局部
放電發(fā)生裝置的外下壁上，并通過(guò)同軸電纜與寬頻高速超大容量數(shù)字存儲(chǔ)示波器連接，用
以采集局部放電超高頻信號(hào)，并傳輸給寬頻高速超大容量數(shù)字存儲(chǔ)示波器。局部放電發(fā)生
裝置和超高頻天線(xiàn)均裝設(shè)在金屬屏蔽室內(nèi)，金屬屏蔽室用以模擬變壓器箱體，并屏蔽外界
電磁波干擾，保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。圓板電極通過(guò)高壓接線(xiàn)柱和球形屏蔽罩及絕緣套管，
與高壓引線(xiàn)連接，另一圓板電極通過(guò)同軸電纜與無(wú)感檢測(cè)電阻一端連接，并通過(guò)同軸電纜
與寬頻高速大容量數(shù)字存儲(chǔ)示波器連接，無(wú)感檢測(cè)電阻另一端接地。本發(fā)明裝置能模擬變
壓器油中懸浮移動(dòng)金屬微粒在不同場(chǎng)強(qiáng)、油流速度、溫度下交流電場(chǎng)作用產(chǎn)生局部放電，裝
置的超高頻天線(xiàn)采集局部放電超高頻電磁波信號(hào)，無(wú)感檢測(cè)電阻測(cè)量局部放電脈沖電流信
號(hào)，并分別通過(guò)同軸電纜傳輸至寬頻高速超大容量數(shù)字存儲(chǔ)示波器進(jìn)行分析處理。 —種變壓器油中懸移金屬微粒局部放電模擬實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)驗(yàn)方法的具體步驟如
下 (1)測(cè)量本發(fā)明裝置的最大外施實(shí)驗(yàn)電壓Umax ; 先調(diào)節(jié)本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置的感應(yīng)調(diào)壓器(Tl)，從OkV開(kāi)始逐漸升高，升壓的過(guò)程中 仔細(xì)觀察寬頻高速數(shù)字存儲(chǔ)示波器上有無(wú)信號(hào)，當(dāng)出現(xiàn)微小放電脈沖信號(hào)時(shí)，記錄下此時(shí) 加在模擬實(shí)驗(yàn)裝置上的外施電壓即為本裝置的最大外施實(shí)驗(yàn)電壓(Umax)。
(2)測(cè)量起始放電電壓Ust ; 在本發(fā)明裝置的油道模型內(nèi)放入直徑1 2mm的不銹鋼小球，使其在油中的密度 達(dá)到1個(gè)/100mL以上，調(diào)節(jié)本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置的感應(yīng)調(diào)壓器(Tl)，從OkV開(kāi)始逐漸升高，升壓 的過(guò)程中仔細(xì)觀察寬頻高速數(shù)字存儲(chǔ)示波器上有無(wú)信號(hào)，當(dāng)出現(xiàn)微小放電脈沖信號(hào)時(shí)，記 錄下此時(shí)加在模擬實(shí)驗(yàn)裝置上的外施電壓即為局部放電起始放電電壓(Vst)。
(3)進(jìn)行局部放電模擬實(shí)驗(yàn) 第(1)、 (2)步完成后，先分別調(diào)節(jié)流量控制閥門(mén)控制流量，調(diào)節(jié)溫控儀控制實(shí)驗(yàn)
需要的溫度，再對(duì)本發(fā)明裝置施加起始放電電壓(Ust)1.2 1.5倍電壓進(jìn)行油道模型內(nèi)懸
移金屬微粒局部放電實(shí)驗(yàn)。 (4)測(cè)量并記錄局部放電信號(hào) 油道模型中產(chǎn)生的懸移金屬微粒缺陷下的局部放電信號(hào)，局部放電信號(hào)脈沖能激 發(fā)出超高頻電磁波信號(hào)后，在雙層屏蔽室內(nèi)中傳播，利用50歐姆無(wú)感檢測(cè)電阻和安裝在箱 體壁上的超高頻傳感器可以接收裝置產(chǎn)生的脈沖電流信號(hào)和超高頻電磁波信號(hào)，經(jīng)同軸電 纜傳輸至寬頻高速數(shù)字存儲(chǔ)示波器采集并記錄信號(hào)波形。根據(jù)放電信號(hào)的重復(fù)性和穩(wěn)定 性，考慮到放電具有一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，可將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按組編號(hào)記錄。本裝置對(duì)不同實(shí)驗(yàn)條件 的人工缺陷實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以80 150個(gè)脈沖序列為1組進(jìn)行記錄比較恰當(dāng)。
本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后，主要有以下效果 1)本發(fā)明裝置在不加缺陷情況下，最高施加電壓為25kV，在此電壓以下進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 不會(huì)產(chǎn)生電暈放電等干擾。加入金屬微粒缺陷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，起始放電電壓明顯降低，最低起始 放電電壓為5kV，放電信號(hào)穩(wěn)定； 2)本發(fā)明裝置能夠方便的調(diào)節(jié)油流速度及溫度變化，實(shí)際可調(diào)流量變化范圍為 0. 5 10. 9mVh，可調(diào)溫度變化范圍為20 75°C，因此能夠模擬運(yùn)行中變壓器不同油流速 度及溫度下產(chǎn)生的局部放電信號(hào)；
3)圖5和圖6分別為靜止油中金屬微粒產(chǎn)生局部放電信號(hào)的時(shí)域及頻域波形， 試驗(yàn)電壓為10kV，微粒為1.5mm鋼球，其信號(hào)幅值大約為12mV，其頻譜范圍在100MHz 200MHz之間。圖7和圖8分別為流動(dòng)油中懸移金屬微粒產(chǎn)生局部放電信號(hào)的時(shí)域及頻域波 形，試驗(yàn)電壓為10kV，微粒為1. 5mm鋼球，其信號(hào)幅值大約為8mV，其頻譜范圍在100MHz 500MHz之間。從測(cè)得的信號(hào)看，兩種試驗(yàn)條件下金屬微粒缺陷產(chǎn)生的局部放電在波形及 頻譜上有明顯區(qū)別，本發(fā)明裝置能用于模擬流動(dòng)油中懸移金屬微粒缺陷產(chǎn)生的局部放電信 號(hào)。 本發(fā)明可廣泛應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬油浸式變壓器內(nèi)部懸移金屬微粒缺陷產(chǎn)生的 局部放電，并由高速數(shù)字存儲(chǔ)示波器采集原始局部放電信號(hào)波形，為教學(xué)、科研院所和變壓 器制造廠(chǎng)家，對(duì)油浸式變壓器在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和檢測(cè)局部放電信號(hào)的分析及應(yīng)用提供可靠的 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
圖1為本發(fā)明裝置接線(xiàn)圖；
圖2為本發(fā)明裝置原理圖； 圖3為圖2中局部放電模擬裝置的油流循環(huán)示意圖；
圖4為圖3中油道模型結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為靜止變壓器油中金屬微粒局部放電時(shí)域波形圖；
圖6為靜止變壓器油中金屬微粒局部放電頻域波形圖；
圖7為變壓器油中懸移金屬微粒局部放電時(shí)域波形圖；
圖8為變壓器油中懸移金屬微粒局部放電頻域波形圖。 圖中1感應(yīng)調(diào)壓器(Tl) ， 2無(wú)暈試驗(yàn)變壓器(T2) ， 3無(wú)局放保護(hù)電阻(R) ， 4標(biāo)準(zhǔn) 電容分壓器(C1、C2)，5支撐絕緣子，6高壓引線(xiàn)，7金屬屏蔽室，8絕緣套管，9局部放電發(fā)生 裝置，10模擬油道，11超高頻天線(xiàn)，1250歐姆無(wú)感檢測(cè)電阻，13同軸電纜，14寬頻高速超大 容量數(shù)字存儲(chǔ)示波器，15流量計(jì)，16溫控儀，17流量控制閥門(mén)，18油泵，19球形屏蔽罩，20 高壓接線(xiàn)柱，21高壓電極固定套管，22油道支撐箱體，23、26圓形電極，24模擬油道方管，25 圓管接頭，27低壓電極固定套管，28接地接線(xiàn)柱。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
實(shí)施例 如圖l-6所示，一種變壓器油中懸移金屬微粒局部放電模擬實(shí)驗(yàn)裝置，主要包括 感應(yīng)調(diào)壓器1、無(wú)暈試驗(yàn)變壓器2、無(wú)局放保護(hù)電阻3、標(biāo)準(zhǔn)電容分壓器4、局部放電發(fā)生裝置 9、超高頻天線(xiàn)11、無(wú)感檢測(cè)電阻12、同軸電纜13、寬頻高速超大容量數(shù)字存儲(chǔ)示波器14。 特征是局部放電發(fā)生裝置9由油道模型10、流量計(jì)15、溫控儀16、流量控制閥門(mén)17、油泵 18、兩圓板電極23、26組成，油道模型10和圓板電極23、26裝設(shè)在油道支撐箱體22內(nèi)，流 量計(jì)15和溫控儀16裝設(shè)在不銹鋼管內(nèi)，油道模型10中的模擬油道方管24兩端的圓形接 頭25、流量控制閥門(mén)17和油泵18、裝設(shè)流量計(jì)15和溫控儀16的不銹鋼管兩端之間通過(guò)皮 管連接。油道模型10中的模擬油道方管24為長(zhǎng)600mm的有機(jī)玻璃管，截面為長(zhǎng)方形，其長(zhǎng)為85mm、寬為15mm，兩圓板電極23、26分別裝設(shè)在模擬油道方管24的上下表面處，以便對(duì) 油道模型10施加交流高壓。模擬油道方管24的兩端分別裝設(shè)有帶中心通孔的有機(jī)玻璃密 封板和圓管接頭25，以便分別通過(guò)皮管與油泵18及流量計(jì)15連接，在模擬油道方管24內(nèi) 充滿(mǎn)變壓器用的絕緣油。油泵18用以促使油道模型10內(nèi)的油循環(huán)流動(dòng)并產(chǎn)生油壓，流量 計(jì)15用以計(jì)量油道模型內(nèi)油流的瞬時(shí)流量和累積流量并顯示。在油泵的出口處裝設(shè)有流 量控制閥門(mén)17，以便控制油道模型內(nèi)油的流速。在流量控制閥門(mén)17與流量計(jì)15之間裝有 溫控儀16，溫控儀16包括裝設(shè)在不銹鋼油管內(nèi)的熱電偶、加熱電阻、數(shù)字顯示溫度儀，加熱 電阻通過(guò)熱電偶和導(dǎo)線(xiàn)與220V市電連接，熱電偶通過(guò)信號(hào)線(xiàn)與數(shù)字顯示溫度儀連接。調(diào) 節(jié)數(shù)字顯示溫度儀設(shè)置實(shí)驗(yàn)溫度，熱電偶就控制加熱電阻對(duì)不銹鋼管內(nèi)的油進(jìn)行加熱，并 通過(guò)油泵18循環(huán)使油道模型內(nèi)的油達(dá)到設(shè)定的實(shí)驗(yàn)溫度，以便進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。金屬微粒為直徑 lmm、1. 5mm的不銹鋼小球，將其放置于油泵18內(nèi)的葉輪處，啟動(dòng)油泵18，金屬微粒隨油流進(jìn) 入油道模型10并呈懸浮、移動(dòng)狀態(tài)，從而模擬變壓器油中懸移金屬微粒缺陷。超高頻天線(xiàn) ll裝設(shè)局部放電發(fā)生裝置的外下壁上，并通過(guò)同軸電纜13與寬頻高速超大容量數(shù)字存儲(chǔ) 示波器14連接，用以采集局部放電超高頻信號(hào)，并傳輸給寬頻高速超大容量數(shù)字存儲(chǔ)示波 器14。局部放電發(fā)生裝置9和超高頻天線(xiàn)11均裝設(shè)在金屬屏蔽室7內(nèi)，金屬屏蔽室7用以 模擬變壓器箱體，并屏蔽外界電磁波干擾，保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。圓板電極23通過(guò)高壓 接線(xiàn)柱20和球形屏蔽罩19及絕緣套管8，與高壓引線(xiàn)6連接，另一圓板電極26通過(guò)同軸 電纜13與無(wú)感檢測(cè)電阻12 —端連接，并通過(guò)同軸電纜13與寬頻高速大容量數(shù)字存儲(chǔ)示波 器14連接，無(wú)感檢測(cè)電阻12另一端接地。本發(fā)明裝置能模擬變壓器油中懸浮移動(dòng)金屬微 粒在不同場(chǎng)強(qiáng)、油流速度、溫度下交流電場(chǎng)作用產(chǎn)生局部放電，裝置的超高頻天線(xiàn)采集局部 放電超高頻電磁波信號(hào)，無(wú)感檢測(cè)電阻測(cè)量局部放電脈沖電流信號(hào)，并分別通過(guò)同軸電纜 傳輸至寬頻高速超大容量數(shù)字存儲(chǔ)示波器進(jìn)行分析處理。 —種變壓器油中懸移金屬微粒局部放電模擬裝置的實(shí)驗(yàn)方法的具體步驟如下
1、準(zhǔn)備工作連接循環(huán)管路，對(duì)管道接口部分作密封處理，需要密封的部位包括循 環(huán)油泵18的進(jìn)出油口、油道模型IO兩端接口及流量計(jì)15兩端接口，采用皮管連接，確保無(wú) 漏油漏氣點(diǎn)。從注油口處注入干凈的25#變壓器油，通過(guò)油壓使管道中氣泡排出。對(duì)于殘 留的微量氣泡，采用施加外力及短時(shí)開(kāi)動(dòng)油泵施加擾動(dòng)并對(duì)變壓器油進(jìn)行加熱，促進(jìn)氣泡 的排出，待裝置放置一定時(shí)間穩(wěn)定后可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 變壓器模擬裝置存在著密封問(wèn)題，在該模擬裝置中流量計(jì)15的安裝采用法蘭連 接，中間采用膠墊密封。其余油泵與模擬油道10及流量計(jì)15和溫控儀16采用皮管連接方 式，接縫處的連接采用錐形鋼管與鋼絲皮管連接，密封采用聚四氟乙烯生料帶纏緊，在皮管 外部套上鋼箍圈，可以使得試驗(yàn)中不發(fā)生漏油漏氣情況。 2、測(cè)量最大外施實(shí)驗(yàn)電壓。在不放置人工缺陷模型情況下，接好實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路，調(diào)節(jié)感 應(yīng)調(diào)壓器l，緩慢升高實(shí)驗(yàn)電壓，仔細(xì)觀察數(shù)字存儲(chǔ)示波器14上有無(wú)信號(hào)，當(dāng)出現(xiàn)微小放電 脈沖信號(hào)時(shí)，記錄下此時(shí)加在模擬實(shí)驗(yàn)裝置上的外施電壓(即為UmJ，該電壓值為以后實(shí) 驗(yàn)過(guò)程中最高的外施電壓，即模擬實(shí)驗(yàn)電壓不能超過(guò)該電壓值，否則由實(shí)驗(yàn)裝置本身產(chǎn)生 的局部放電信號(hào)會(huì)與人工缺陷引起的PD信號(hào)所混淆，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確，甚至無(wú)法識(shí)別 是否是人工缺陷產(chǎn)生的PD信號(hào)。 進(jìn)行變壓器的PD檢測(cè)試驗(yàn)中，高壓引線(xiàn)6及高壓電極23屏蔽都應(yīng)該是無(wú)暈的，高壓實(shí)驗(yàn)中對(duì)高電位及地電位上的尖端部位都要采用適當(dāng)?shù)钠帘魏途鶋捍胧?，避免在這些部 位上產(chǎn)生放電。為了減小表面場(chǎng)強(qiáng)，就必須增大表面曲率半徑，增大極間或?qū)Φ氐木嚯x，注 意電極的表面平整和光滑。高壓接線(xiàn)柱20可采用球形或雙環(huán)形的屏蔽罩19，引線(xiàn)須采用大 直徑的金屬管。高壓引線(xiàn)6用光滑的鋁管效果最好，經(jīng)支撐絕緣子5引入屏蔽室7內(nèi)高壓 套管8接入高壓電極23。由于本模擬實(shí)驗(yàn)所加電壓不超過(guò)50kV，因此采用直徑10mm的鋁 管做高壓引線(xiàn)即可滿(mǎn)足要求。引線(xiàn)與裝置的連接處用直徑為60mm的金屬球均壓。
3、測(cè)量起始PD電壓。在本發(fā)明裝置的油道模型內(nèi)放入直徑lmm、1. 5mm的不銹鋼小 球，使其在油中的密度達(dá)到1個(gè)/100mL以上，調(diào)節(jié)本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置的感應(yīng)調(diào)壓器l，從OkV 開(kāi)始逐漸升高，升壓的過(guò)程中仔細(xì)觀察寬頻高速數(shù)字存儲(chǔ)示波器14上有無(wú)信號(hào)，當(dāng)出現(xiàn)微 小放電脈沖信號(hào)時(shí)，記錄此時(shí)加在模擬實(shí)驗(yàn)裝置上的外施電壓即為局部放電起始放電電壓 (I)。 4、進(jìn)行局部放電實(shí)驗(yàn)。調(diào)節(jié)流量控制閥門(mén)17選擇需要的油流速度，讀數(shù)顯示在流 量計(jì)表頭上。調(diào)節(jié)溫控儀16設(shè)定需要的實(shí)驗(yàn)溫度，待電阻加熱一段時(shí)間溫度穩(wěn)定后調(diào)節(jié)感 應(yīng)調(diào)壓器1分別對(duì)本發(fā)明裝置施加起始放電電壓(Ust)的1. 2、1. 3、1. 4、1. 5倍電壓，仔細(xì)觀 察數(shù)字存儲(chǔ)示波器14上的波形，當(dāng)出現(xiàn)穩(wěn)定放電脈沖時(shí)，記錄下此時(shí)電壓，記為U^，該電壓 為局部放電的實(shí)驗(yàn)電壓。 5、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集。變壓器油中懸移金屬微粒缺陷產(chǎn)生局部放電信號(hào)，在數(shù)字存儲(chǔ) 示波器14上觀測(cè)到信號(hào)穩(wěn)定、重復(fù)率高時(shí)記錄此波形。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的重復(fù)性和穩(wěn)定性， 考慮到放電具有一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，可將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按組編號(hào)記錄。本裝置對(duì)不同實(shí)驗(yàn)條件的 人工缺陷實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以100個(gè)脈沖序列為1組進(jìn)行記錄比較恰當(dāng)，共記錄15組。
權(quán)利要求
一種變壓器油中懸移金屬微粒局部放電模擬實(shí)驗(yàn)裝置，主要包括感應(yīng)調(diào)壓器(1)、無(wú)暈試驗(yàn)變壓器(2)、無(wú)局放保護(hù)電阻(3)、標(biāo)準(zhǔn)電容分壓器(4)、局部放電發(fā)生裝置(9)、超高頻天線(xiàn)(11)、無(wú)感檢測(cè)電阻(12)、同軸電纜(13)、寬頻高速超大容量數(shù)字存儲(chǔ)示波器(14)，其特征在于局部放電發(fā)生裝置(9)由油道模型(10)、流量計(jì)(15)、溫控儀(16)、流量控制閥門(mén)(17)、油泵(18)、兩圓板電極(23、26)組成，油道模型(10)和兩銅板電極(23、26)裝設(shè)在油道支撐箱體(22)內(nèi)，流量計(jì)(15)和溫控儀(16)裝設(shè)在不銹鋼管內(nèi)，油道模型(10)中的模擬油道方管(24)兩端的圓管接頭(25)、流量控制閥門(mén)(17)、油泵(18)、裝設(shè)流量計(jì)(15)和溫控儀(16)的不銹鋼管兩端之間通過(guò)皮管連接，油道模型(10)中的模擬油道方管(24)為長(zhǎng)600～650mm的有機(jī)玻璃管，截面為長(zhǎng)方形，其長(zhǎng)為85～95mm，寬為15～20mm，兩圓板電極(23、26)分別設(shè)置在模擬油道方管(24)的上下表面處，在模擬油道方管(24)的兩端分別裝設(shè)有帶中心通孔的有機(jī)玻璃密封板和圓管接頭(25)，在模擬油道方管(24)內(nèi)充滿(mǎn)變壓器用的絕緣油，在油泵(18)的出口處裝設(shè)有流量控制閥門(mén)(17)，在流量控制閥門(mén)(17)與流量計(jì)(15)之間裝有溫控儀(16)，溫控儀(16)包括裝設(shè)在不銹鋼油管內(nèi)的熱電偶和加熱電阻及數(shù)字顯示溫度儀，加熱電阻通過(guò)熱電偶和導(dǎo)線(xiàn)與220V市電連接，熱電偶通過(guò)信號(hào)線(xiàn)與數(shù)字顯示溫度儀連接，金屬微粒為直徑1～2mm的不銹鋼小球，將其放置于油泵(18)內(nèi)的葉輪處，啟動(dòng)油泵(18)，金屬微粒隨油流進(jìn)入油道模型(10)并呈懸浮、移動(dòng)狀態(tài)，超高頻天線(xiàn)(11)裝設(shè)在局部放電發(fā)生裝置(8)的外下壁上，并通過(guò)同軸電纜(13)與寬頻高速超大容量數(shù)字存儲(chǔ)示波器(14)連接，局部放電發(fā)生裝置(8)和超高頻天線(xiàn)(11)裝設(shè)在金屬屏蔽室(7)內(nèi)，圓板電極(23)通過(guò)高壓接線(xiàn)柱(20)和球形屏蔽罩(9)及絕緣套管(8)與高壓引線(xiàn)(6)連接，另一圓板電極(26)與無(wú)感檢測(cè)電阻(12)一端連接，并通過(guò)同軸電纜(13)與寬頻高速超大容量數(shù)字存儲(chǔ)示波器(14)連接，無(wú)感檢測(cè)電阻(12)另一端接地。
全文摘要
一種變壓器油中懸移金屬微粒局部放電模擬實(shí)驗(yàn)裝置，屬于油浸式電力變壓器局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明主要包括感應(yīng)調(diào)壓器、無(wú)暈試驗(yàn)變壓器、無(wú)局放保護(hù)電阻、標(biāo)準(zhǔn)電容分壓器、局部放電發(fā)生裝置、無(wú)感檢測(cè)電阻、超高頻天線(xiàn)、同軸電纜、寬頻高速超大容量數(shù)字存儲(chǔ)示波器等。本發(fā)明能模擬油浸式電力變壓器在運(yùn)行中、在不同油流速度和不同溫度下，流動(dòng)油中懸移金屬微粒產(chǎn)生的局部放電信號(hào)，且放電信號(hào)穩(wěn)定。因此本發(fā)明可廣泛應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬油浸式變壓器內(nèi)部懸移金屬微粒缺陷產(chǎn)生的局部放電，為教學(xué)、科研院校及變壓器制造廠(chǎng)家對(duì)油浸式變壓器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)和局部放電信號(hào)的分析及應(yīng)用提供可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01R31/12GK101793939SQ20091019088
公開(kāi)日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者周加斌, 唐炬, 姚陳果, 孫才新, 張曉星, 杜林 , 謝顏斌 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)