[发明专利]观测卧躺式变压器内部流动和温度分布的装置及方法

权利要求书

1.一种观测卧躺式变压器内部流动和温度分布的装置，其特征在于：包括绕组模型(1)、粒子动力学观测系统(2)、油循环外管道(3)、油箱(5)、散热片(6)、粒子发射器(9)、定目筛网(10)和直流电源模块(11)；

绕组模型(1)包括立式绕组饼(101)和绕组外壳(104)，多个立式绕组饼(101)在绕组外壳(104)内从左到右均匀布置，相邻的两个立式绕组饼(101)之间的间隙为垂直油道(103)，立式绕组饼(101)内设置有热电偶(102)；

直流电源模块(11)包括多个直流电源，直流电源分别与立式绕组饼(101)一一对应连接；

粒子动力学观测系统(2)包括同步机(201)、计算机(202)、双头激光源(203)、激光片(204)和CCD相机(205)，同步机(201)分别与计算机(202)、双头激光源(203)和CCD相机(205)连接；

双头激光源(203)与所要观察的垂直油道(103)在同一水平面上，激光片(204)位于双头激光源(203)与垂直油道(103)之间，激光片(204)设置在双头激光源(203)的激光发射路径上；

CCD相机(205)与双头激光源(203)位于同一水平面上，且两者相互垂直；

绕组模型(1)、油箱(5)和散热片(6)通过油循环外管道(3)连接；

粒子发射器(9)设置在油循环外管道(3)上，在粒子发射器(9)的出口处设置有定目筛网(10)；

利用上述装置来观测卧躺式变压器内部流动和温度分布的方法，包括如下步骤：

S1:计算立式绕组饼参数；立式绕组饼(101)的圆心角为其表达式为r_out为绕组饼的外径，r_in为绕组饼的内径，为比例系数；测量变压器的空载损耗P₀、短路损耗P_K、变压器在额定状态下的平均油流量Q₀、出口处油温升ΔT₀以及环境温度T_amb；

S2：打开油箱(5)和油循环外管道(3)上的各处阀门(4)，打开油泵(8)向油循环外管道(3)中缓慢低速注入绝缘油，观察超声波流量计(7)；

S3：根据研究的卧躺式变压器工作状况，取负载系数K；

S4：待超声波流量计(7)数值稳定，根据相应负载功率按照公式计算直流电源模块(11)发出的功率，打开直流电源模块(11)，分别对相应的立式绕组饼(101)同时加热相同时长，观测并记录所有热电偶(102)的温度值变化；

S5：直流电源模块(11)工作时，打开粒子发射器(9)，触发同步机(201)控制脉冲，双头激光源(203)和CCD相机(205)收到第一个控制脉冲，双头激光源(203)发出第一束激光脉冲，激光脉冲通过激光片(204)照亮垂直油道(103)中的粒子，CCD相机(205)捕捉第一帧图像，时间延迟Δt后双头激光源(203)发射第二束激光脉冲，CCD相机(205)捕捉第二帧图像，之后每间隔Δt时间就发射一次激光，捕获一次图像，最后借助计算机(202)分析捕获的运动图像，由粒子运动轨迹研究卧躺式变压器内部油流动状况；

S6：针对不同工况下，卧躺式变压器内部剧烈、频繁地温度变化情况，更改系数K，返回S2循环。

2.根据权利要求1所述的一种观测卧躺式变压器内部流动和温度分布的装置，其特征在于：油循环外管道(3)采用不锈钢材料制成，绕组外壳(104)采用树脂玻璃材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种观测卧躺式变压器内部流动和温度分布的装置，其特征在于：绕组外壳(104)的内壁设置有用于固定立式绕组饼(101)的卡槽。

4.根据权利要求1所述的一种观测卧躺式变压器内部流动和温度分布的装置，其特征在于：立式绕组饼(101)由多个呈弧形的镍铬合金条紧密排列构成，多个镍铬合金条具有相同的圆心角，多个镍铬合金条的弧长从内向外为由短渐长；镍铬合金条端子处出线进行串联。

5.根据权利要求1所述的一种观测卧躺式变压器内部流动和温度分布的装置，其特征在于：油循环外管道(3)上开有圆形手孔，粒子发射器(9)在圆形手孔处通过法兰与油循环外管道(3)密封连接。

6.根据权利要求1所述的一种观测卧躺式变压器内部流动和温度分布的装置，其特征在于：油循环外管道(3)上设置有阀门(4)、超声波流量计(7)和油泵(8)。