[发明专利]一种多物理场下油纸绝缘气泡生成模拟实验的装置与方法

说明书

本发明涉及一种多物理场下变压器/高压电抗器油纸绝缘中气泡生成模拟实验的装置与方法，本测量装置由实验油箱、高压源、电极及其固定装置、温控装置、测温装置、振动装置、高速相机、气泡生成模块等构成。电极在固定装置作用下可手动调节两电极之间的间距。在温度控制箱控制下，绝缘油温度范围可在0℃～150℃调节。箱体与振动装置通过一个夹持装置实现刚性连接，振动频率范围为5Hz～5kHz。实验油箱顶部装有顶盖，顶盖中间开孔，孔内旋入一根铜棒，铜棒外部包裹有绝缘纸，用于模拟变压器/高压电抗器的绕组。该装置综合考虑了电场、温度场、流场等多物理场作用，以模拟实际油浸式电力设备内部复杂应力环境，具有半自动化的特点。

技术领域

本发明属于油浸式电气设备故障模拟与预防领域，尤其涉及一种多物理场下变压器/高压电抗器油纸绝缘中气泡生成模拟实验的装置与方法。

背景技术

目前电网中绝大部分高压电抗器/电力变压器均为油浸式，油纸绝缘结构在电场、振动场及热场的长期作用下，绝缘纸中的主要成分纤维素，分解析出较多的水分、气体等单个分子，在电场、振动场及热场等外界因素共同作用下发生聚集，并在一定条件下聚合形成微小气泡。绝缘油中主要成分除烷烃外，混有一定量的气体。常用的绝缘油气体溶解量为9％左右，当变压器等设备内部温度、压力发生较大波动时，油中溶解的气体会逐渐从油中析出，以微小气泡的形式悬浮于变压器油中或附着在绝缘纸纸表面。水分、气体小分子在变压器油纸绝缘中的含量是动态平衡的，温度是影响动态平衡的重要因素，水分、气体小分子的存在会破坏高压电抗器/电力变压器绝缘性能,加速纤维素老化，最终可能导致气泡出现。伴随着变压器负荷快速波动时，多物理场的作用会加速小气泡析出速率，促使水分和气体分子在油-纸间迁移并再次分布,形成气泡附着在油纸绝缘表面或在油中，积聚成桥，从而导致变压器绝缘水平的降低,发生局部放电甚至绝缘击穿。目前气泡的生成规律及其对绝缘的影响程度并不十分清楚，因此针对不同温度变化、水分含量，不同电场强度、振动强度对油纸绝缘气泡形成的影响进行研究具有重要价值。

发明内容

本发明设计了一种多物理场下变压器/高压电抗器油纸绝缘中气泡生成模拟实验的装置与方法，该装置可以模拟油纸绝缘体系中电场、温度场、振动场等多物理场作用下气体析出、气泡生成现象，并获得相应的特性，装置能够比较综合性地模拟油纸绝缘体系内部多物理环境，具有半自动化的特点。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种多物理场下变压器/高压电抗器油纸绝缘中气泡生成模拟实验的装置与方法，本测量装置由实验箱体、高压源、电极及其固定装置、控温装置、振动装置、高速相机、气泡生成模块等构成。电极在固定装置的作用下可调整两电极之间的水平间距。在温度控制箱控制下，绝缘油温度范围可在0℃～150℃调节。箱体与振动装置通过一个刚性装置实现固定连接，振动频率范围为5Hz～5kHz。实验油箱顶部装有顶盖，顶盖中间开孔，孔内旋入一根铜棒，铜棒外部包裹有绝缘纸，用于模拟变压器/高压电抗器的绕组。该装置综合考虑了电场、温度场、振动场等多物理场作用，以模拟实际油浸式电力设备内部复杂应力环境，具有半自动化的特点。

进一步，所述电极被两个聚四氟套管所固定，通过套管内部的螺纹调节电极间距。

进一步，油箱底部焊有一根中空的玻璃管，管内插入一根Pt100型热电阻加热棒，加热棒连入温度控制箱，在智能温控仪的作用下，可将温度维持在0℃～150℃内的任一温度值，模拟不同负荷状况下变压器内部温度。

进一步，将干燥后的绝缘纸缠绕在旋入顶盖的铜棒上，模拟变压器内部绕组，加热棒加热油箱使得绕组周围的油纸绝缘温度升高,随着模拟变压器绕组温度的升高,绝缘纸表面将会有气泡生成,通过油箱侧壁可实现对气泡生成过程的观测。

进一步，所述振动平台与实验油箱通过两个刚性夹持装置锁紧连接，可以均匀箱体所受压力，以保护箱体不发生损坏，同时避免油箱发生滑移。