专利名称：电力变压器匝间绝缘表面气泡局部放电模拟实验平台及实验方法
技术领域：
一种电力变压器匝间绝缘表面气泡局部放电模拟实验平台及实验方法，属于电力技术设备技术领域。
背景技术：
在我国电力系统规模发展如此迅速的今天，对整个电力系统的运行安全性和可靠性要求也越来越高。电力变压器是电力系统必不可少的电气设备之一，必须保证其安全稳定地正常运行。设备中发生局部放电是威胁设备安全运行的重要原因之，局部放电是指在一定的电场作用下，绝缘介质局部区域被击穿的电气放电现象。绝缘介质内部或表面某些区域内绝缘强度的不均匀导致该区域电场严重畸变，电场强度高于平均电场强度，因此在这样的区域中，就会首先发生放电，而其他区域仍然保持绝缘的特性，这就形成了局部放电。局部放电既是电力变压器绝缘劣化的重要原因，又是其发生的重要征兆。而气体又是影响局部放电的最重要因素之一。运行中的油浸式电力变压器在安装、注油和维修等过程中，不可避免地会有一定含量气体进入，使油纸绝缘性能下降。由于存在于变压器油中的气泡在变压器箱体内会始终保持悬浮、移动的状态，当油中悬移气泡经过强电场区时必定会引起局部放电，它会促使油纸绝缘进一步劣化，产生更多的有害气体，加快了设备绝缘性能的降低，严重时会导致设备绝缘击穿。目前，国内外对气隙缺陷放电特性有大量的研究，但对悬移气泡的局部放电特性研究较少，尤其是对气泡变形机理、影响气泡放电的因素等研究尚未见报到。因此，开展研究变压器油中匝间绝缘表面气泡局部放电特性和故障诊断具有一定的理论价值和实用意义。
发明内容
发明的目的:当变压器油中存在悬移气泡时，悬移气泡在一定条件下会引起局部放电，影响电力变压器正常运行。本发明在国内外变压器局部放电检测的基础上，根据现场变压器油中存在的悬移气泡的真实情况，本平台利用实验室中的实验装置模拟变压器油中悬移气泡局部放电，分析油中悬移气泡放电机理和通过实验获得油中悬移气泡局部放电信号进行分析。一种电力变压器匝间绝缘表面气泡局部放电模拟实验平台，该实验平台包括AC-高压电源；LDS-6数字式局部放电测试仪，TlHY-AC20-1型电动调压器，T2YDT-5/50工频试验变压器，C800PF耦合电容等，Cx试品；电动调压器(2 )与AC-高压电源(I)通过导线连接，工频试验变压器(3 )与电动调压器(2)通过导线连接，AC-高压电源(I)供电，工频试验变压器(3)调节电压；保护电阻
(4)通过导线与工频试验变压器(3)连接，保护电阻(4)再通过导线并联试品(7)与耦合电容(5);局部放电测量仪(6)通过导线与耦合电容(5)连接；
所述试品为:两根试验用绕组模型的一段与导线相连，并用电烙铁将其焊结，两根绕组分别作为高压端和低压端，置于五根绕组的两边，对角线出线，跟试验用变压器绕组并列排列并由连接带固定，安放在用于支撑试品的绝缘硬纸板上，放入装满绝缘油的玻璃缸容器中。(试品结构如图3)本发明还提供一种电力变压器匝间绝缘表面气泡局部放电模拟实验方法，该方法步骤为:(I)试验装置抽真空及注油为了使实验更接近真实情况，排除因为绕组或变压器油在实验进行前含有可能影响实验结果的气体，进行该步骤。将绕组模型置于玻璃容器中，向容器中注入变压器油使绕组模型完全处于油面以下。将整个装置置于真空干燥箱中抽真空12小时，然后温度设置为80度注油48小时后取出，用保鲜膜封住容器口以防止空气中水分溶于油中。等待实验。(2)在实验展开前对实验进行标定，标定源设置信号为20pc，待观察局放仪显示信号为20pc，可以展开实验。分别将将两根试验用绕组模型的一段与导线相连，并用电烙铁将其焊牢不知试验时脱落，两根绕组分别作为高压端和低压端，置于五根绕组的两边，对角线出线，跟试验用变压器绕组并列排列并由连接带固定，安放在用于支撑试品的绝缘硬纸板上,如图3所示。实验进行之前先进行了摸索性试验，主要是将气泡注入实验绕组的匝间，因为气泡是由注射器注入，在匝间容易固定，每一次实验前都要反复注射才能得到预期效果。(3)开始注入气泡，进行局放试验:注入气泡之前先测量一下没有气泡时发生局部放电的电压，记录几个电压测量值。(4)分三次注入两个气泡，气泡体积大小不同，测量工频电压逐渐升高时电压对应的的局部放电量，气泡体积分别为0.015ml,0.06ml和，0.15ml。(体积是估值，方法是将注射器伸入油中平稳注射，由刻度差值/输出气体个数得出，每一个气泡体积约为0.015ml,气泡之间相互融合得到体积更大的气泡)。(5)分别注入大约10、30、50个气泡，测量工频电压逐渐升高的电压对应的局部放电量。本实验平台根据现场运行的电力变压器油中存在的悬移气泡，依据变压器内部结构的特点，设计了油中悬移气泡局部放电模拟实验装置，主要研究气泡的大小及数量对匝间绝缘局部放电的影响。为变压器油中悬移气泡局部放电特性研究提供实验平台。本发明:( I)模拟变压器绕组的设计变压器绕组的结构类型很多，根据变压器本身所受绝缘强度和电场强度的要求不同，通常采用四种主要的结构类型:层式、纠结式、螺旋式及桶式。本平台将变压器绕组截成15cm的五段，将其中两根的各一端用电烙铁将其与导线焊在一起，使用透明胶布包好。将铜棒没有连接导线的部分用透明胶布缠绕延长出2cm，以延长可能发生的局部放电距离，起到隔离匝间放电的发生。将五根绕组用紧固带固定在一起，置于玻璃容器中由绝缘硬纸板制作的支撑平台上(模型如图3)。
( 2 )悬浮气泡人工模型为了真实模拟油中悬移气泡，首先将整个装置注满变压器油，为了分析油中匝间绝缘表面气泡局部放电特性，本文以油中静止气泡为参考进行研究，此种气泡状态是停留在绕组匝间的缝隙中，因此使用小容量的注射器将空气泡分别注入模拟装置中绕组的缝隙中。以使实验装置中由于气泡的存在产生促进局部放电发生的缺陷，方便实验的观测。(3)局部放电检测系统及仪器介绍变压器局部放电测量系统接线图(如图1)。LDS-6数字式局部放电测试仪:可直接采集储存待测量数据。HY-AC20工频高电压实验控制台，采用进口优质矽钢片环铁芯组成，配备电压表、电流表，实时监控用电设备的运行状况。YDT-5/50工频试验变压器:适用于电力部门，大型厂矿企业，科研单220kV及以下电压等级的电力设备(例如电力变压器，开关设备，电容器，互感器等)进行工频交流耐压试验、各电气设备(如电缆、大型变压器、互感器、GIS组合电器等)的局部放电试验。实验平台根据现场运行的电力变压器油中存在的悬移气泡，依据变压器内部结构的特点，设计了油中悬移气泡局部放电模拟实验装置，主要研究气泡的大小及数量对匝间绝缘局部放电的影响。为变压器油中悬移气泡局部放电特性研究提供实验平台。
图1试验电路连接图。其中，AC-高压电源；LDS-6数字式局部放电测试仪，Tl---HY-AC20-1型电动调压器，T2YDT-5/50工频试验变压器，C800PF耦合电容等，Cx 试品。图2是试验用DZ-3BC型号真空干燥箱示意图。 图3是试品不意图。图4是实验平台结构图
具体实施例方式下面结合附图进一步说明本发明。图1为试验电路连接图。图2是试验用真空干媒箱不意图。图3是试品不意图。如图所示，一种电力变压器匝间绝缘表面气泡局部放电模拟实验平台，其特征在于，该实验平台包括AC-高压电源(I)、电动调压器(2)、工频试验变压器(3)、保护电阻(4)、耦合电容
(5)、局部放电测试仪(6)，试品(7);电动调压器(2)与AC-高压电源(I)通过导线连接，工频试验变压器(3 )与电动调压器(2 )通过导线连接，AC-高压电源(I)供电，工频试验变压器(3)调节电压；保护电阻(4)通过导线与工频试验变压器(3)连接，保护电阻(4)再通过导线并联试品(7)与耦合电容(5);局部放电测量仪(6)通过导线与耦合电容(5)连接；所述试品为:两根试验用绕组模型的一段与导线相连，并用电烙铁将其焊结，两根绕组分别作为高压端和低压端，置于五根绕组的两边，对角线出线，跟试验用变压器绕组并列排列并由连接带固定，安放在用于支撑试品的绝缘硬纸板上，放入装满绝缘油的玻璃缸容器中。所述电动调压器为HY-AC20-1型电动调压器。
所述工频试验变压器为YDT-5/50工频试验变压器。
所述局部放电测试仪为LDS-6数字式局部放电测试仪。所述耦合电容为800PF。使用此电力变压器匝间绝缘表面气泡局部放电模拟实验方法为:( I)试验装置抽真空及注油为了使实验更接近真实情况，排除因为绕组或变压器油在实验进行前含有可能影响实验结果的气体，进行该步骤。将绕组模型置于玻璃容器中，向容器中注入变压器油使绕组模型完全处于油面以下。将整个装置置于真空干燥箱中抽真空12小时，然后温度设置为80度注油48小时后取出，用保鲜膜封住容器口以防止空气中水分溶于油中。等待实验。(2)在实验展开前对实验进行标定，标定源设置信号为20pc，待观察局放仪显示信号为20pc，可以展开实验。分别将将两根试验用绕组模型的一段与导线相连，并用电烙铁将其焊牢不知试验时脱落，两根绕组分别作为高压端和低压端，置于五根绕组的两边，对角线出线，跟试验用变压器绕组并列排列并由连接带固定，安放在用于支撑试品的绝缘硬纸板上,如图3所示。实验进行之前先进行了摸索性试验，主要是将气泡注入实验绕组的匝间，因为气泡是由注射器注入，在匝间容易固定，每一次实验前都要反复注射才能得到预期效果。(3)开始注入气泡，进行局放试验:注入气泡之前先测量一下没有气泡时发生局部放电的电压，记录几个电压测量值。(4)分三次注入两个气泡，气泡体积大小不同，测量工频电压逐渐升高时电压对应的的局部放电量，气泡体积分别为0.015ml,0.06ml和，0.15ml。(体积是估值，方法是将注射器伸入油中平稳注射，由刻度差值/输出气体个数得出，每一个气泡体积约为0.015ml，气泡之间相互融合得到体积更大的气泡)。(5)分别注入大约10、30、50个气泡，测量工频电压逐渐升高的电压对应的局部放电量。本发明实验平台根据现场运行的电力变压器油中存在的悬移气泡，依据变压器内部结构的特点，设计了油中悬移气泡局部放电模拟实验装置，主要研究气泡的大小及数量对匝间绝缘局部放电的影响。为变压器油中悬移气泡局部放电特性研究提供实验平台。
权利要求
1.电力变压器匝间绝缘表面气泡局部放电模拟实验平台，其特征在于，该实验平台包括AC-高压电源(I)、电动调压器(2)、工频试验变压器(3)、保护电阻(4)、耦合电容(5)、局部放电测试仪(6 )，试品(7 ); 电动调压器(2 )与AC-高压电源(I)通过导线连接，工频试验变压器(3 )与电动调压器(2)通过导线连接，AC-高压电源(I)供电，工频试验变压器(3)调节电压；保护电阻(4)通过导线与工频试验变压器(3)连接，保护电阻(4)再通过导线并联试品(7)与耦合电容(5);局部放电测量仪(6)通过导线与耦合电容(5)连接； 所述试品为:两根试验用绕组模型的一段与导线相连，并用电烙铁将其焊结，两根绕组分别作为高压端和低压端，置于五根绕组的两边，对角线出线，跟试验用变压器绕组并列排列并由连接带固定，安放在用于支撑试品的绝缘硬纸板上，放入装满绝缘油的玻璃缸容器中。
2.根据权利要求1所述的电力变压器匝间绝缘表面气泡局部放电模拟实验平台，其特征在于，所述电动调压器为HY-AC20-1型电动调压器。
3.根据权利要求1所述的电力变压器匝间绝缘表面气泡局部放电模拟实验平台，其特征在于，所述工频试验变压器为YDT-5/50工频试验变压器。
4.根据权利要求1所述的电力变压器匝间绝缘表面气泡局部放电模拟实验平台，其特征在于，所述局部放电测试仪为LDS-6数字式局部放电测试仪。
5.根据权利要求1所述的电力变压器匝间绝缘表面气泡局部放电模拟实验平台，其特征在于，所述耦合电容为800PF。
6.一种电力变压器匝间绝缘表面气泡局部放电模拟实验方法，其特征在于，该实验方法步骤为: (1)试验装置抽真空及注油 将绕组模型置于玻璃容器中，向容器中注入变压器油使绕组模型完全处于油面以下；将整个装置置于真空干燥箱中抽真空12小时，然后温度设置为80度注油48小时后取出，用保鲜膜封住容器口以防止空气中水分溶于油中；等待实验； (2)在实验展开前对实验进行标定，标定源设置信号为20pc，待观察局放仪显示信号为20pc展开实验；分别将将两根试验用绕组模型的一段与导线相连，两根绕组分别作为高压端和低压端，置于五根绕组的两边，对角线出线，跟试验用变压器绕组并列排列并由连接带固定，安放在用于支撑试品的绝缘硬纸板上； 实验进行之前先进行了摸索性试验，主要是将气泡注入实验绕组的匝间，因为气泡是由注射器注入，在匝间容易固定，每一次实验前都要反复注射才能得到预期效果； (3)开始注入气泡，进行局放试验:注入气泡之前先测量一下没有气泡时发生局部放电的电压，记录几个电压测量值； (4)分三次注入两个气泡，气泡体积大小不同，测量工频电压逐渐升高时电压对应的的局部放电量，气泡体积分别为0.015ml,0.06ml和，0.15ml ;体积是估值，方法是将注射器伸入油中平稳注射，由刻度差值/输出气体个数得出，每一个气泡体积约为0.015ml，气泡之间相互融合得到体积更大的气泡； (5)分别注入大约10、30、50个气泡，测量工频电压逐渐升高的电压对应的局部放电量。
全文摘要
电力变压器匝间绝缘表面气泡局部放电模拟实验平台及实验方法，属于电力技术设备技术领域。实验平台包括工频试验变压器、局部放电测试仪、试品等，所述试品两根试验用绕组模型一段与导线相连，两根绕组分别作为高压端和低压端，置于五根绕组的两边，对角线出线，跟试验用变压器绕组并列排列由连接带固定，安放在用于支撑试品的绝缘硬纸板上，放入装满绝缘油的玻璃缸容器中。试验装置抽真空及注油，标定源设置信号；分别注入10-50个气泡，测量工频电压逐渐升高的电压对应的局部放电量。本发明根据现场运行的电力变压器设计了本实验平台，主要研究气泡的大小及数量对匝间绝缘局部放电的影响。为变压器油中悬移气泡局部放电特性研究提供途径。
文档编号G01R31/12GK103149506SQ201310003778
公开日2013年6月12日 申请日期2013年1月6日 优先权日2013年1月6日
发明者郑重, 郭亮, 刘少宇, 卢毅, 谢丽芳 申请人:华北电力大学, 华北电力科学研究院有限责任公司, 国家电网公司