一种用于变压器油绝缘热老化试验的温度流速控制装置及其试验方法
【专利摘要】一种用于变压器油绝缘热老化试验的温度流速控制装置，用于配合实现变压器油绝缘热老化的定量研究，包括腔体系统和管道系统；所述的腔体系统包括有腔体、密封腔体用封盖及至于腔体内的电化学监测仪，在所述的腔体上开设有一个进油口和至少两个出油口，在所述的封盖上开设有至少三个开孔，在所述的开孔内置入深度可控的温度检测器及模拟热源器；所述的管道系统包括管路、油泵、油加热器及合流器，所述的管路为通向进油口的进油管路及连接于出油口的出油通路；在所述的进油管路上设置油加热器及油泵，所述的出油通路通过合流器汇总后重新汇入进油管路。本发明能够配合实现变压器油绝缘热老化的定量研究，为定性研究提供反馈，充实定性研究的准确性。
【专利说明】一种用于变压器油绝缘热老化试验的温度流速控制装置及其试验方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电气设备绝缘在线监测领域，特别地为变压器油老化过程中绝缘性能检测与试验，具体涉及一种用于变压器油绝缘热老化试验的温度流速控制装置及其试验方法。
【背景技术】
[0002]变压器油在老化过程中的绝缘性能，包括电阻率、介电常数、击穿场强等，长期受到学术界和工程界关注，尤其是对变压器油老化过程中绝缘性能变化的实时检测、定量分析缺乏有效技术有段和试验装置。同时，这类试验装置的缺乏，也妨碍学术界对变压器油绝缘热老化机理的深入分析和研究。
[0003]申请号为201210542097.X，名称为“变压器油取样模拟装置”的装置含有柜体，在柜体的外表面上设有N个变压器油取样阀，在柜体内设有气泵、储气罐、三通、压力表、压力调节阀、油箱和分流阀，气泵的出气口与储气罐的入口连通，储气罐的出口通过三通分别与压力表的进气口和压力调节阀的进气口连通，压力调节阀的出气口与油箱的进气口连通，油箱的出油口与分流阀的进油口连通，分流阀的N个出油口分别与N个变压器油取样阀的进油口连通；柜体的外表面上还设有显示器和按键，柜体内还设有智能控制器，智能控制器可对油温和油压进行控制。但是该发明涉及的是一种变压器内取油装置，该装置用于辅助变压器油的定性研究，与本发明中的目的不同。
[0004]申请号为201310016098.5，名称为“变压器油纸绝缘电热联合老化与局部放电一体化实验装置”公开了一种实验装置，并提供了相应的实验方法。实验装置包括高压部分、低压部分和密封罐部分。该装置能为变压器油纸绝缘缺陷模型提供电热联合老化以及局部放电试验平台。装置能够提供油中电晕放电、沿面放电以及气隙放电模型的实验。实验装置具有良好的气密性，能隔绝外界空气等的影响。整个系统自身不产生局部放电，装置不会产生影响局放的锈蚀等杂质，能保证局放实验的可靠性。但是该装置及方法针对的首先是绝缘油纸，其次该装置内油温为处处相当或相等，不能实现油温梯度变化等场合的实验需要。
[0005]可见，现有技术中缺乏能够对变压器油老化过程中绝缘性能变化的实时检测、定量分析的有效技术手段和试验装置。
【发明内容】
[0006]为解决以上问题，实现可产生不同温度场和流速的变压器油检测环境，用于配合实现变压器油绝缘热老化的实时检测、定量研究，为变压器油的定性分析研究提供反馈，以便于在不同的温度场和流速环境下，对不同老化条件和老化过程下的变压器油实时进行绝缘性能检测，充实定性研究的准确性，本发明提供了一种用于变压器油绝缘热老化试验的温度流速控制装置。其技术方案具体如下:
[0007]—种用于变压器油绝缘热老化试验的温度流速控制装置，用于配合实现变压器油绝缘热老化的定量研究，其特征在于:
[0008]所述的温度流速控制装置包括腔体系统和管道系统；
[0009]所述的腔体系统包括用于盛放变压器油的腔体(I)、密封腔体用封盖(2)及电化学监测仪⑶；
[0010]在所述的腔体上开设有一个进油口(4)和至少两个出油口(5)，
[0011]在所述的密封腔体用封盖上设有至少三个开孔，
[0012]在所述的开孔内置有温度检测器(6)及模拟热源器(7)；
[0013]所述的电化学监测仪用于实现变压器油电化学性质的实时监测；
[0014]所述的管道系统包括管路、油泵、油加热器、合流器及流量调节器，
[0015]所述的管路包括连接于出油口的出油管路(8-1、8_2)及通向进油口的进油管路
(9)，
[0016]所述的出油管路与进油管路通过合流器(11)实现交换连接，将不同深度处的变压器油合流回注；
[0017]所述的流量调节器(13)设置于各个出油管路上，
[0018]所述的油加热器(10)设置于进油管路上，
[0019]所述的油泵(12)设置于各个出油管路上的出油口与合流器之间；
[0020]所述温度检测器的插入深度可调，从而实现不同深度处变压器油的试验温度监测；
[0021]所述的流量调节器与所述的油加热器配合，实现对合流后的变压器油进行流速调节和加热；
[0022]所述模拟热源器的发热功率可调，通过调节发热功率配合调节模拟热源器的插入深度，用以模拟变压器绕组不同部位的局部发热；
[0023]所述的温度流速控制装置通过控制模拟热源器功率、油加热器功率，改变腔体内温度梯度的大小和分布，产生不同的变压器油老化条件实现温度流速控制装置在不同的温度场和流速环境下，对不同老化条件和老化过程下的变压器油进行绝缘性能的实时检测。
[0024]根据本发明的一种用于变压器油绝缘热老化试验的温度流速控制装置，其特征在于所述的进油口开设于腔体壁侧上端，所述的出油口开设于腔体壁上出油口的对角线位置。
[0025]根据本发明的一种用于变压器油绝缘热老化试验的温度流速控制装置，其特征在于所述的流量调节器为手动或电控阀门。
[0026]根据本发明的一种用于变压器油绝缘热老化试验的温度流速控制装置，其特征在于所述的电化学监测仪为电化学传感器或三电极监测系统。
[0027]根据本发明的一种用于变压器油绝缘热老化试验的温度流速控制装置，其特征在于所述的油泵为压力可控泵，通过对所述油泵的控制，对不同深度处的变压器油施加设定的压强，通过控制该压强以实现不同深度处变压器油的不同流速，以模拟复杂的变压器油流场环境。
[0028]根据本发明的一种用于变压器油绝缘热老化试验的温度流速控制装置，其特征在于所述的模拟热源器和油加热器为可控硅加热器或其他加热功率可控的加热器。
[0029]本发明还提供了一种用于变压器油绝缘热老化的试验方法，其特征在于所述方法通过腔体系统中的作业单元协同管道系统中的作业单元实现，所述的腔体系统中的作业单元包括有温度检测器、电化学监测仪、模拟热源器，所述的管道系统中的作业单元包括有油泵、流量调节器、合流器及油加热器，所述的试验方法包括如下步骤:
[0030]S1:安装好腔体系统和管道系统中的各元件，
[0031]调节置入腔体内的温度检测器，使各个温度检测器处于等同深度处，
[0032]调节模拟热源器在正常的发热开度，
[0033]调节油泵在正常的工作压力，
[0034]调节油加热器在正常的加热工作状态，
[0035]测试恒温恒流恒压下的变压器油的性质；
[0036]S2:调节置入腔体内的温度检测器；
[0037]调节模拟热源器的发热功率；
[0038]调节油泵的压力；
[0039]调节油加热器的加热功率；
[0040]并将以上各个变量调节排列组合成矩阵式架构采样，
[0041]测试不同作业情况下的变压器油的性质；
[0042]S3:在步骤S2中，加入流量调节器，在复杂的作业情况下加入流速变动因素，测试变压器油的性质。
[0043]根据本发明的一种用于变压器油绝缘热老化的试验方法，其特征在于所述的方法采用腔体系统中的模拟热源器模拟变压器工作绕组局部发热导致的变压器油局部过热，采用油加热器对流经管道的变压器油进行均匀加热，通过油泵和流量调节器将腔内的变压器油强制流动，从而使腔体内的变压器油达到整体过热；
[0044]所述的方法通过对热源功率、加热器功率的控制，可改变腔体温度梯度的大小和分布，产生不同的变压器油老化条件；
[0045]所述的方法可产生不同温度场和流速的变压器油检测环境，用于配合实现变压器油绝缘热老化的实时检测、定量研究，为变压器油的定性分析研究提供反馈，以便于在不同的温度场和流速环境下，对不同老化条件和老化过程下的变压器油实时进行绝缘性能检测。
[0046]本发明有以下优点:
[0047]1、本发明的温度流速控制装置，能够配合实现变压器油绝缘热老化的定量研究，为定性研究提供反馈，充实定性研究的准确性；
[0048]2、该装置是实际电力变压器的简化结构，可模拟变压器的实际工状，成本低，适合于变压器油老化理论研究；
[0049]3、该装置内可产生不同的温度场和流速环境，以便对不同老化条件和老化过程下的变压器油进行绝缘性能检测；同时，在变压器油老化的过程中，检测系统可直接放入装置内，从而进行实时检测而无需取油；
[0050]4、该装置可同时模拟变压器油局部过热和整体过热两种工状，在加过程中可对变压器油的温度场进行测量，且可结合变压器油流动速度，研究油绝缘老化机理。
【专利附图】
【附图说明】
[0051]图1为本发明的结构示意图；
[0052]图2为本发明中的管道控制示意图；
[0053]图3为本发明中腔体的温度场分布示意图；
[0054]图3-1为热源功率改变前腔体的温度场分布效果图；
[0055]图3-2为热源功率改变后腔体的温度场分布效果图。
[0056]图中，I为腔体；2为封盖；3为电化学监测仪；4为进油口 ；5为出油口 ；6为温度检测器；7为模拟热源器；8-1为出油管路I ;8-2为出油管路2 ;9为进油管路；10为油加热器；11为合流器；12为油泵；13为流量调节器。
【具体实施方式】
[0057]下面，根据说明书附图和【具体实施方式】对本发明的一种用于变压器油绝缘热老化试验的温度流速控制装置及其试验方法作进一步具体说明。
[0058]如图1所示的一种用于变压器油绝缘热老化试验的温度流速控制装置，用于配合实现变压器油绝缘热老化的定量研究，包括腔体系统和管道系统；
[0059]所述的腔体系统包括用于盛放变压器油的腔体(I)、密封腔体用封盖(2)及电化学监测仪⑶；
[0060]在所述的腔体上开设有一个进油口(4)和至少两个出油口(5)，在所述的密封腔体用封盖上设有至少三个开孔，在所述的开孔内置有温度检测器(6)及模拟热源器(7)；
[0061]所述的电化学监测仪用于实现变压器油电化学性质的实时监测；
[0062]所述的管道系统包括管路、油泵、油加热器、合流器及流量调节器，所述的管路包括连接于出油口的出油管路(8-1、8-2)及通向进油口的进油管路(9)，所述的出油管路与进油管路通过合流器(11)实现交换连接，将不同深度处的变压器油合流回注；
[0063]所述的流量调节器(13)设置于各个出油管路上，所述的油加热器(10)设置于进油管路上，所述的油泵(12)设置于各个出油管路上的出油口与合流器之间；
[0064]所述温度检测器的插入深度可调，从而实现不同深度处变压器油的试验温度监测；所述的流量调节器与所述的油加热器配合，实现对合流后的变压器油进行流速调节和加热；所述模拟热源器的发热功率可调，通过调节发热功率配合调节模拟热源器的插入深度，用以模拟变压器绕组不同部位的局部发热；所述的温度流速控制装置通过控制模拟热源器功率、油加热器功率，改变腔体内温度梯度的大小和分布，产生不同的变压器油老化条件实现温度流速控制装置在不同的温度场和流速环境下，对不同老化条件和老化过程下的变压器油进行绝缘性能的实时检测。
[0065]进一步地，所述的进油口开设于腔体壁侧上端，所述的出油口开设于腔体壁上出油口的对角线位置。
[0066]进一步地，所述的流量调节器为手动或电控阀门。
[0067]进一步地，所述的电化学监测仪为电化学传感器或三电极监测系统。
[0068]进一步地，所述的油泵为压力可控泵，通过对所述油泵的控制，对不同深度处的变压器油施加设定的压强，通过控制该压强以实现不同深度处变压器油的不同流速，以模拟复杂的变压器油流场环境。
[0069]进一步地，所述的模拟热源器和油加热器为可控硅加热器或其他加热功率可控的加热器。
[0070]基于上述装置，本发明还提供了一种用于变压器油绝缘热老化的试验方法，其特征在于所述方法通过所述腔体系统中的各个单元协同所述管道系统中的各个单元实现，所述的腔体系统中的作业单元包括有温度检测器、电化学监测仪、模拟热源器，所述的管道系统中的作业单元包括有油泵、流量调节器、合流器及油加热器，所述的试验方法包括如下步骤:
[0071]S1:安装好腔体系统和管道系统中的各元件，
[0072]调节置入腔体内的温度检测器，使各个温度检测器处于等同深度处，
[0073]调节模拟热源器在正常的发热开度，
[0074]调节油泵在正常的工作压力，
[0075]调节油加热器在正常的加热工作状态，
[0076]测试恒温恒流恒压下的变压器油的性质；
[0077]S2:调节置入腔体内的温度检测器，例如在两个温度检测器的情况下，将一个温度检测器置于更深的位置；
[0078]调节模拟热源器的发热功率，例如增大更深入位置处热源器的发热功率；
[0079]调节油泵的压力，例如增大较深处出油管的泵压力；
[0080]调节油加热器的加热功率，例如增大该功率；
[0081]此时，对电化学监测仪所在处的变压器油，其温度场条件发生变化；
[0082]并将以上各个变量调节排列组合成矩阵式架构采样，便于研究不同温度场老化条件下的变压器油性质；
[0083]S3:在步骤S2中，加入流量调节器，在复杂的作业情况下加入流速变动因素，测试变压器油的性质。
[0084]进一步地，所述的方法采用腔体系统中的模拟热源器模拟变压器工作绕组局部发热导致的变压器油局部过热，采用油加热器对流经管道的变压器油进行均匀加热，通过油泵和流量调节器将腔内的变压器油强制流动，从而使腔体内的变压器油达到整体过热；
[0085]所述的方法通过对热源功率、加热器功率的控制，可改变腔体温度梯度的大小和分布，产生不同的变压器油老化条件；
[0086]所述的方法可产生不同温度场和流速的变压器油检测环境，用于配合实现变压器油绝缘热老化的实时检测、定量研究，为变压器油的定性分析研究提供反馈，以便于在不同的温度场和流速环境下，对不同老化条件和老化过程下的变压器油实时进行绝缘性能检测。
[0087]工作过程如图1、2所示:
[0088]完成各个零部件的装配后，首先设置各个温度检测器在等高的水平度，让模拟热源器处于正常工作状态，调节油加热器，在腔体内产生一定的温度场，并实验不同恒温值下的变压器油性质；其次，通过调节温度监测器的深度实现不同温度场分布的模拟，通过调节油泵改变变压器油的压强，从而模拟实现不同深度处变压器油的流速，通过调节流量调节器实现变压器油的不同流速模拟，通过不同的变化配合，改变腔体内温度梯度的大小和分布，产生不同的变压器油老化条件，所述的合流器将不同深度处的变压器油合流回注。
[0089]如图3所示为腔体内温度场分布示意图，通过改变模拟热源器的发热功率，即可实现腔体内不同的温度场分布，模拟变压器绕组不同不问的局部发热，实现油温梯度变化等场合的实验需要。图3-1为未改变前腔体内的温度场分布效果图，图3-2为改变后腔体内新的温度场分布效果图。
[0090]通过采用本发明的装置和方法，可以实现下列模拟实验:
[0091]1、变压器油局部过热模拟:
[0092]采用端盖上的模拟热源对变压器油进行快速加热，并通过分布于腔体内的温度传感器测量腔体内的温度场分布，在此过程中管道系统的流量调节器调节变压器油流动，从而系统研究变压器油局部过热过程中的油绝缘老化机理。
[0093]2、变压器油整体过热模拟:
[0094]采用管道加热器对流经管道的变压器油进行均匀加热，通过油泵和流量调节器将腔内的变压器油强制流动，从而使腔体内的变压器油达到整体过热，在此过程中测量腔内的温度场分布，结合变压器油流动速度，系统研究变压器油整体热时的油绝缘老化机理。
[0095]本发明的一种用于变压器油绝缘热老化试验的温度流速控制装置，其在温度流速控制装置内可产生不同的温度场和流速环境，以便对不同老化条件和老化过程下的变压器油进行绝缘性能检测；同时，在变压器油老化的过程中，电化学监测仪或相应的检测系统可直接放入温度流速控制装置内，从而进行实时检测而无需取油；其能够配合实现变压器油绝缘热老化的定量研究，为定性研究提供反馈，充实定性研究的准确性。
【权利要求】
1.一种用于变压器油绝缘热老化试验的温度流速控制装置，用于配合实现变压器油绝缘热老化的定量研究，其特征在于: 所述的温度流速控制装置包括腔体系统和管道系统； 所述的腔体系统包括用于盛放变压器油的腔体(I)、密封腔体用封盖(2)及电化学监测仪⑶； 在所述的腔体上开设有一个进油口(4)和至少两个出油口(5)， 在所述的密封腔体用封盖上设有至少三个开孔， 在所述的开孔内置有温度检测器(6)及模拟热源器(7)； 所述的电化学监测仪用于实现变压器油电化学性质的实时监测； 所述的管道系统包括管路、油泵、油加热器、合流器及流量调节器， 所述的管路包括连接于出油口的出油管路(8-1、8-2)及通向进油口的进油管路(9),所述的出油管路与进油管路通过合流器(11)实现交换连接，将不同深度处的变压器油合流回注； 所述的流量调节器(13)设置于各个出油管路上， 所述的油加热器(10)设置于进油管路上， 所述的油泵(12)设置于各个出油管路上的出油口与合流器之间； 所述温度检测器的插入深度可调，从而实现不同深度处变压器油的试验温度监测；所述的流量调节器与所述的油加热器配合，实现对合流后的变压器油进行流速调节和加热； 所述模拟热源器的发热功率可调，通过调节其发热功率，配合调节模拟热源器的插入深度，用以模拟变压器绕组不同部位的局部发热； 所述的温度流速控制装置通过控制模拟热源器功率、油加热器功率，改变腔体内温度梯度的大小和分布，产生不同的变压器油老化条件；实现温度流速控制装置在不同的温度场和流速环境下，对不同老化条件和老化过程下的变压器油进行绝缘性能的实时检测。
2.根据权利要求1所述的一种用于变压器油绝缘热老化试验的温度流速控制装置，其特征在于所述的进油口开设于腔体壁侧上端，所述的至少两个出油口分别开设于腔体壁上的对角线位置。
3.根据权利要求1所述的一种用于变压器油绝缘热老化试验的温度流速控制装置，其特征在于所述的流量调节器为手动或电控阀门。
4.根据权利要求1所述的一种用于变压器油绝缘热老化试验的温度流速控制装置，其特征在于所述的电化学监测仪为电化学传感器或三电极监测系统。
5.根据权利要求1所述的一种用于变压器油绝缘热老化试验的温度流速控制装置，其特征在于所述的油泵为压力可控泵，通过对所述油泵的控制，对不同深度处的变压器油施加设定的压强，通过控制该压强以实现不同深度处变压器油的不同流速，以模拟复杂的变压器油流场环境。
6.根据权利要求1所述的一种用于变压器油绝缘热老化试验的温度流速控制装置，其特征在于所述的模拟热源器和油加热器为可控硅加热器或其他加热功率可控的加热器。
7.一种用于变压器油绝缘热老化的试验方法，其特征在于所述方法通过腔体系统中的作业单元协同管道系统中的作业单元实现，所述的腔体系统中的作业单元包括有温度检测器、电化学监测仪、模拟热源器，所述的管道系统中的作业单元包括有油泵、流量调节器、合流器及油加热器，所述的试验方法包括如下步骤: S1:安装好腔体系统和管道系统中的各元件， 调节置入腔体内的温度检测器，使各个温度检测器处于等同深度处， 调节模拟热源器在正常的发热开度， 调节油泵在正常的工作压力， 调节油加热器在正常的加热工作状态， 测试恒温恒流恒压下的变压器油的性质； 52:调节置入腔体内的温度检测器； 调节模拟热源器的发热功率； 调节油泵的压力； 调节油加热器的加热功率； 并将以上各个变量调节排列组合成矩阵式架构采样， 测试不同作业情况下的变压器油的性质； 53:在步骤S2中，加入流量调节器，在复杂的作业情况下加入流速变动因素，测试变压器油的性质。
8.一种用于变压器油绝缘热老化的试验方法，其特征在于所述的方法采用腔体系统中的模拟热源器模拟变压器工作绕组局部发热导致的变压器油局部过热，采用油加热器对流经管道的变压器油进行均匀加热，通过油泵和流量调节器将腔内的变压器油强制流动，从而使腔体内的变压器油达到整体过热； 所述的方法通过对热源功率、加热器功率的控制，可改变腔体温度梯度的大小和分布，产生不同的变压器油老化条件； 所述的方法可产生不同温度场和流速的变压器油检测环境，用于配合实现变压器油绝缘热老化的实时检测、定量研究，为变压器油的定性分析研究提供反馈，以便于在不同的温度场和流速环境下，对不同老化条件和老化过程下的变压器油实时进行绝缘性能检测。
【文档编号】G01R31/12GK104297648SQ201410550829
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月17日 优先权日:2014年10月17日
【发明者】吴剑敏, 黄华, 陈超杰, 胡嘉磊, 吴建东, 尹毅 申请人:国网上海市电力公司