本發(fā)明屬于油浸式變壓器絕緣狀態(tài)診斷領(lǐng)域，具體涉及一種繞組主絕緣溫度梯度與泄漏電流關(guān)聯(lián)性高壓實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代電力工業(yè)的發(fā)展，大型油浸式電力變壓器在電網(wǎng)運(yùn)行中起著越來越重要的作用。特別是對(duì)于大容量電力變壓器，其電氣絕緣強(qiáng)度的好壞往往決定著一臺(tái)變壓器能否投入電網(wǎng)并且安全可靠地運(yùn)行。變壓器內(nèi)部任何結(jié)構(gòu)如繞組、引線的絕緣若有損傷，就可能引起整臺(tái)變壓器的損壞，甚至影響到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，研究變壓器內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)，尤其是繞組主絕緣的溫度梯度分布，對(duì)確定絕緣破壞程度，維護(hù)變壓器健康穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

變壓器實(shí)際運(yùn)行時(shí)，鐵芯及繞組等部件作為發(fā)熱源影響著內(nèi)部油流循環(huán)，但同時(shí)也造成了內(nèi)部絕緣不同程度的熱老化，測量變壓器繞組間主絕緣的泄漏電流，可以在一定程度上反映變壓器繞組主絕緣的熱老化程度。為了進(jìn)一步研究絕緣材料的熱老化效應(yīng)，尤其是繞組層間絕緣的泄漏電流隨變壓器實(shí)際負(fù)載運(yùn)行下繞組主絕緣溫度梯度的變化關(guān)系，有必要搭建一個(gè)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)來研究負(fù)載作用下的絕緣老化狀況。然而目前，國內(nèi)外鮮有研究論述變壓器繞組主絕緣在實(shí)際運(yùn)行負(fù)載下(特別是考慮繞組附加損耗的作用下)的溫度梯度分布及泄漏電流的關(guān)聯(lián)性，即在繞組不均勻損耗情況下的溫度分布與泄漏電流之間的變化關(guān)系。綜上所述，為了更明確繞組層間絕緣的熱老化，急需搭建一種在實(shí)際負(fù)載損耗作用下變壓器繞組主絕緣溫度梯度與泄漏電流關(guān)聯(lián)性的高壓實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上不足，本發(fā)明的目的是提供一種能夠更為準(zhǔn)確地模擬實(shí)際負(fù)載損耗下變壓器繞組主絕緣溫度梯度與泄漏電流關(guān)聯(lián)性高壓實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其具體手段為：

一種繞組主絕緣溫度梯度與泄漏電流關(guān)聯(lián)性高壓實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，用于研究變壓器繞組主絕緣在實(shí)際運(yùn)行負(fù)載下的溫度梯度分布及其泄漏電流之間的關(guān)聯(lián)性，其特征在于，主要由高壓繞組(1)、低壓繞組(2)、繞組主絕緣(3)、高壓側(cè)直流電源模塊(4)、低壓側(cè)直流電源模塊(5)、流速控制采集模塊(6)、實(shí)驗(yàn)箱(7)、電極板(801、802)、泄漏電流測試儀(9)、溫度傳感器(10)、溫度采集模塊(11)以及計(jì)算機(jī)(12)組成，其中：

所述的高壓繞組(1)、所述的低壓繞組(2)、繞組主絕緣(3)、溫度傳感器(10)以及所述的電極板(801、802)在實(shí)驗(yàn)箱(7)內(nèi)部；

高壓繞組(1)、繞組主絕緣(3)和低壓繞組(2)由外向內(nèi)呈同心圓柱面分布；所述的高壓繞組(1)外側(cè)與所述的高壓側(cè)直流電源模塊(4)相連，所述的低壓繞組(2)外側(cè)與所述的低壓側(cè)直流電源模塊(5)相連；

所述的一號(hào)電極板(801)位于高壓繞組(1)與繞組主絕緣(3)之間，所述的二號(hào)電極板(802)位于低壓繞組(2)與繞組主絕緣(3)之間；所述的一號(hào)電極板(801)以及所述的二號(hào)電極板(802)與所述的泄漏電流測試儀(9)相連；

所述的溫度傳感器(10)采用高溫絕緣膠依次固定在繞組主絕緣外表面自底部至頂部10％、50％和90％處；所述的溫度采集模塊(11)與所述的溫度傳感器(10)相連，用于記錄繞組層間絕緣的實(shí)時(shí)溫度；

所述的流速控制采集模塊(6)控制實(shí)驗(yàn)箱(7)內(nèi)的油流速度；所述的流速控制采集模塊置于實(shí)驗(yàn)箱側(cè)壁的油路連通管路(13)上；

所述的計(jì)算機(jī)(12)分別與所述的泄漏電流測試儀(9)、所述的溫度采集模塊(11)以及所述的流速控制采集模塊(6)相連，用于后期數(shù)據(jù)處理。

進(jìn)一步，所述的高壓繞組(1)分為n段，對(duì)應(yīng)所述的高壓側(cè)直流電源模塊(4)由n個(gè)直流電源構(gòu)成，n由表達(dá)式決定，若n為小數(shù)，則向上取整。

進(jìn)一步，所述的高壓繞組(1)自頂向下，每段由6層線餅(13)構(gòu)成，若高壓繞組(1)最后一段不足6層，便以實(shí)際層數(shù)構(gòu)建；每段繞組中的線餅(13)使用導(dǎo)線串聯(lián)；每段繞組之間沒有電氣連接。每個(gè)高壓側(cè)直流電源只與一段高壓繞組相連，自頂向下編號(hào)為i＝1，2，…n-1，n；每個(gè)高壓側(cè)直流電源的輸出功率pi由下式確定，ph0為高壓繞組基本總損耗。

進(jìn)一步，所述的低壓繞組(2)分為m段，對(duì)應(yīng)所述的低壓側(cè)直流電源模塊(5)由m個(gè)直流電源構(gòu)成，m由表達(dá)式定，若m為小數(shù)，則向上取整。

進(jìn)一步，所述的低壓繞組(2)自頂向下，每段由6層線餅(13)構(gòu)成，若低壓繞組(2)最后一段不足6層，便以實(shí)際層數(shù)構(gòu)建；每段繞組中的線餅(13)使用導(dǎo)線串聯(lián)；每段繞組之間沒有電氣連接。每個(gè)低壓側(cè)直流電源只與一段低壓繞組相連，自頂向下編號(hào)為j＝1，2，…m-1，m；每個(gè)低壓側(cè)直流電源的輸出功率pj由下式確定，pl0為低壓繞組基本總損耗。

進(jìn)一步，所述的繞組主絕緣(3)自高壓繞組(1)內(nèi)側(cè)至低壓繞組(2)外側(cè)共k層，在主絕緣外表面自底部至頂部10％、50％和90％處安裝溫度傳感器(10)，安裝位置編號(hào)依次為1、2、3，故傳感器所測溫度tab(其中a為安裝位置編號(hào)，b為主絕緣層數(shù)，共k層)可表示為：

由以上技術(shù)方案可知，本申請?zhí)峁┝艘环N繞組主絕緣溫度梯度與泄漏電流關(guān)聯(lián)性高壓實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，高壓側(cè)直流電源模塊(4)控制每段高壓繞組(1)的損耗，低壓側(cè)直流電源模塊(5)控制每段高壓繞組(2)的損耗，溫度傳感器(10)測量繞組主絕緣(3)指定處的實(shí)時(shí)溫度，泄漏電流測試儀測量高低壓繞組間主絕緣的泄漏電流，并與溫度信息實(shí)時(shí)匯總到計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以探究兩者之間的關(guān)聯(lián)性。因此，該實(shí)驗(yàn)裝置可以控制各直流電源的輸出功率來模擬變壓器繞組的非均勻損耗，同時(shí)確定繞組層間絕緣的溫度梯度分布以及泄漏電流，通過探究兩者之間的關(guān)聯(lián)性，進(jìn)一步提高絕緣老化監(jiān)測的準(zhǔn)確性。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹：

圖1為本申請?zhí)峁┑囊环N繞組主絕緣溫度梯度與泄漏電流關(guān)聯(lián)性高壓實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的簡化剖面圖；

圖2為10kv電力變壓器繞組主絕緣在實(shí)際負(fù)載損耗下溫度梯度與泄漏電流關(guān)聯(lián)性高壓實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖；

圖3為10kv電力變壓器繞組主絕緣及溫度傳感器布置示意圖。

其中，1-高壓繞組，2-低壓繞組，3-繞組主絕緣，4-高壓側(cè)直流電源模塊，5-低壓側(cè)直流電源模塊，6-流速控制采集模塊，7-實(shí)驗(yàn)箱，801/802-電極板，9-泄漏電流測試儀，10-溫度傳感器，11-溫度采集模塊，12-計(jì)算機(jī)；401-h1直流電源、402-h2直流電源、403-h3直流電源、404-h4直流電源、405-h5直流電源、406-h6直流電源、501-l1直流電源、502-l2直流電源、503-l3直流電源、504-l4直流電源、505-l5直流電源；301-第一層絕緣筒、302-第二層絕緣筒、303-第三層絕緣筒；1001-t11溫度傳感器、1002-t12溫度傳感器、1003-t13溫度傳感器、1004-t21溫度傳感器、1005-t22溫度傳感器、1006-t23溫度傳感器、1007-t31溫度傳感器、1008-t32溫度傳感器、1009-t33溫度傳感器。

具體實(shí)施方式

本申請?zhí)峁┝艘环N繞組主絕緣溫度梯度與泄漏電流關(guān)聯(lián)性高壓實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與方法，用于研究變壓器繞組主絕緣在實(shí)際運(yùn)行負(fù)載下的溫度梯度分布及其泄漏電流之間的關(guān)聯(lián)性，實(shí)驗(yàn)裝置主要由由高壓繞組(1)、低壓繞組(2)、繞組主絕緣(3)、高壓側(cè)直流電源模塊(4)、低壓側(cè)直流電源模塊(5)、流速控制采集模塊(6)、實(shí)驗(yàn)箱(7)、電極板(801、802)、泄漏電流測試儀(9)、溫度傳感器(10)、溫度采集模塊(11)以及計(jì)算機(jī)(12)組成；

所述的高壓繞組(1)、所述的低壓繞組(2)、繞組主絕緣(3)、溫度傳感器(10)以及所述的電極板(801、802)在實(shí)驗(yàn)箱(7)內(nèi)部；

高壓繞組(1)、繞組主絕緣(3)和低壓繞組(2)由外向內(nèi)呈同心圓柱面分布；

所述的高壓繞組(1)外側(cè)與所述的高壓側(cè)直流電源模塊(4)相連，所述的低壓繞組(2)外側(cè)與所述的低壓側(cè)直流電源模塊(5)相連；

所述的一號(hào)電極板(801)位于高壓繞組(1)與繞組主絕緣(3)之間，所述的二號(hào)電極板(802)位于低壓繞組(2)與繞組主絕緣(3)之間；所述的一號(hào)電極板(801)以及所述的二號(hào)電極板(802)與所述的泄漏電流測試儀(9)相連；

所述的溫度傳感器(10)采用高溫絕緣膠依次固定在繞組主絕緣外表面自底部至頂部10％、50％和90％處；所述的溫度采集模塊(11)與所述的溫度傳感器(10)相連，用于記錄繞組層間絕緣的實(shí)時(shí)溫度；

所述的流速控制采集模塊(6)控制實(shí)驗(yàn)箱(7)內(nèi)的油流速度；所述的流速控制采集模塊置于實(shí)驗(yàn)箱側(cè)壁的油路連通管路(13)上；

所述的計(jì)算機(jī)(12)分別與所述的泄漏電流測試儀(9)、所述的溫度采集模塊(11)以及所述的流速控制采集模塊(6)相連，用于后期數(shù)據(jù)處理。

本發(fā)明的工作原理：所述的高壓繞組(1)分為n段，對(duì)應(yīng)所述的高壓側(cè)直流電源模塊(4)由n個(gè)直流電源構(gòu)成，n由表達(dá)式決定，若n為小數(shù)，則向上取整。所述的高壓繞組(1)自頂向下，每段由6層線餅(13)構(gòu)成，若高壓繞組(1)最后一段不足6層，便以實(shí)際層數(shù)構(gòu)建；每段繞組中的線餅(13)使用導(dǎo)線串聯(lián)；每段繞組之間沒有電氣連接。每個(gè)高壓側(cè)直流電源只與一段高壓繞組相連，自頂向下編號(hào)為i＝1，2，…n-1，n；每個(gè)高壓側(cè)直流電源的輸出功率pi由下式確定，ph0為高壓繞組基本總損耗。

所述的低壓繞組(2)分為m段，對(duì)應(yīng)所述的低壓側(cè)直流電源模塊(5)由m個(gè)直流電源構(gòu)成，m由表達(dá)式決定，若m為小數(shù)，則向上取整。所述的低壓繞組(2)自頂向下，每段由6層線餅(13)構(gòu)成，若低壓繞組(2)最后一段不足6層，便以實(shí)際層數(shù)構(gòu)建；每段繞組中的線餅(13)使用導(dǎo)線串聯(lián)；每段繞組之間沒有電氣連接。每個(gè)低壓側(cè)直流電源只與一段低壓繞組相連，自頂向下編號(hào)為j＝1，2，…m-1，m；每個(gè)低壓側(cè)直流電源的輸出功率pj由下式確定，pl0為低壓繞組基本總損耗。

所述的繞組主絕緣(3)自高壓繞組(1)內(nèi)側(cè)至低壓繞組(2)外側(cè)共k層，在主絕緣外表面自底部至頂部10％、50％和90％處安裝溫度傳感器(10)，安裝位置編號(hào)依次為1、2、3，故傳感器所測溫度tab(其中a為安裝位置編號(hào)，b為主絕緣層數(shù)，共k層)可表示為：

因此，該實(shí)驗(yàn)裝置可以控制各直流電源的輸出功率來模擬變壓器繞組的非均勻損耗，確定繞組層間絕緣的溫度梯度分布。

以上系統(tǒng)可通過一種變壓器絕緣在繞組非均勻損耗下的熱老化實(shí)驗(yàn)和主絕緣泄漏電流測試方法實(shí)現(xiàn)，以10kv電力變壓器為例，其容量為630kva，其額定狀態(tài)下直流電阻損耗為9450w，取其中一相，低壓繞組直流電阻損耗為1950w，高壓繞組直流電阻損耗為1200w，高壓繞組線餅(13)層數(shù)為36，低壓繞組線餅(13)層數(shù)為30，繞組絕緣層數(shù)為3，實(shí)驗(yàn)操作方法包括以下步驟：

1)計(jì)算出

2)將高壓繞組(1)的每6層線餅(13)使用導(dǎo)線串聯(lián)作為一段，共6段；將低壓繞組(2)的每6層線餅(13)使用導(dǎo)線串聯(lián)作為一段，共5段；

3)將6個(gè)高壓側(cè)直流電源與6段高壓繞組相連，從頂自下編號(hào)為h1(401)、h2(402)、h3(403)、h4(404)、h5(405)、h6(406)；將5個(gè)低壓側(cè)直流電源與5段低壓繞組相連，從頂自下編號(hào)為l1(501)、l2(502)、l3(503)、l4(504)、l5(505)；

4)依照公式

設(shè)置高壓側(cè)各直流電源的輸出功率分別為ph1＝240w、ph2＝200w、ph3＝200w、ph4＝200w、ph5＝200w、ph6＝240w；依照公式

設(shè)置低壓側(cè)各直流電源的輸出功率分別為pl1＝468w、pl2＝390w、pl3＝390w、pl4＝390w、pl5＝468w；

5)依照表達(dá)式(其中k＝3)獲取不同絕緣筒各處的溫度，其編號(hào)分別為t11(1001)、t12(1002)、t13(1003)、t21(1004)、t22(1005)、t23(1006)、t31(1007)、t32(1008)、t33(1009)。

6)接通各直流電源，對(duì)變壓器繞組加熱；

7)啟動(dòng)運(yùn)行流速控制采集模塊(6)，使得實(shí)驗(yàn)箱(7)中的絕緣油保持一定的流速；

8)啟動(dòng)溫度采集模塊(11)，記錄繞組層間絕緣的實(shí)時(shí)溫度；

9)打開泄漏電流測試儀(9)測試?yán)@組主絕緣的泄漏電流；

10)借助計(jì)算機(jī)(12)接受泄漏電流測試儀(9)和溫度采集模塊(11)上傳的數(shù)據(jù)，用于后期數(shù)據(jù)處理。

由以上技術(shù)方案可知，本申請?zhí)峁┝艘环N繞組主絕緣溫度梯度與泄漏電流關(guān)聯(lián)性高壓實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與方法，高壓側(cè)直流電源模塊(4)控制每段高壓繞組(1)的損耗，低壓側(cè)直流電源模塊(5)控制每段高壓繞組(2)的損耗，溫度傳感器(10)測量繞組主絕緣(3)指定處的實(shí)時(shí)溫度，泄漏電流測試儀測量高低壓繞組間主絕緣的泄漏電流，并與溫度信息實(shí)時(shí)匯總到計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以探究兩者之間的關(guān)聯(lián)性。因此，該實(shí)驗(yàn)裝置可以控制各直流電源的輸出功率來模擬變壓器繞組的非均勻損耗，同時(shí)確定繞組層間絕緣的溫度梯度分布以及泄漏電流，通過探究兩者之間的關(guān)聯(lián)性，進(jìn)一步提高絕緣老化監(jiān)測的準(zhǔn)確性。