一种温湿度可调的绝缘油介电特性测试装置及方法与流程

本发明涉及电气领域，尤其涉及一种温湿度可调的绝缘油介电特性测试装置及方法。

背景技术：

绝缘油绝缘性能不仅和超高电压下的电场分布有关，同时还与运行过程中机器内环境湿度和温度等条件密切相关。温度和水分是影响绝缘材料电导和极化的重要因素。当绝缘油里含有少量的水分，低温环境下，绝缘油中的微水会出现结晶，水凝结形成的冰晶颗粒大小影响极寒条件下绝缘油击穿程度，导致绝缘油绝缘效果大大降低。机器运行过程中产生热量，附近的绝缘油中的水分可能发生微水汽化现象，气泡会在温度骤变带滞留，这一部分的气泡对绝缘问题带来的影响较大，极有可能发生局部击穿放电。

我国东北、西北等寒冷地区配电变压器等电力装置中的绝缘油会面临低至-50℃情况下使用的问题，在这种情况下绝缘油可能结蜡、凝固。目前国内外绝大多数的对绝缘油介电参数的研究涉及的是不同温度下的特性分析，对于模拟绝缘油真实工况，如极寒条件下和高温条件下，不同环境湿度下，对绝缘油的介电特性测量方法在国内还很少报道。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种能够模拟极寒、高温等地区绝缘油的真实工况，达到对绝缘油的温度、湿度精确控制、升降温速率可调、骤热骤冷的目的，从而对容器内的绝缘油的介电参数进行测量，为评估绝缘油的绝缘性能提供理论依据的温湿度可调的绝缘油介电特性测试装置及方法，。

为了实现上述目的，不让你发明所采用的技术方案是：

一种温湿度可调的绝缘油介电特性测试装置，所述装置包括密闭箱体、液氮管道、半导体制冷片电堆、电加热片、超声波雾化板、半导体制冷片除湿机和控制电路，其中测试电极和探头通过高压套管、航空插头与介电特性测试仪器相连，实现箱内油杯中的绝缘油介电特性测试。

所述密闭箱体，箱体内层和外层的材料可为不锈钢、铝合金、冷轧钢板等材料，壁厚为1-5mm，形状可以是长方体或圆柱体；外层和内层中间加油隔热保温材料，可以是玻璃纤维、石棉、气凝胶毡、真空板等，厚度3-8mm；密闭箱体设有箱门，箱门上镶嵌有玻璃等透明材料制成的观察窗，观察窗可以为圆形或方形，以便于观察为主。

所述密闭箱体，在箱体上内外层开有孔洞，方便高压套管、气密性航空插头、液氮管道、信号线等的接入和接出。

所述密闭箱体，箱体内层加工有多层隔板条，油杯搁板平放在不同层的搁板条上，可以调节油杯在箱内的高度；油杯搁板可为不锈钢、铝合金、玻璃板等金属或非金属材料；油杯搁板密布孔洞，方便箱体内空气流通。

所述液氮管道，布置在箱体内层和外层之间，可以环绕箱体布置，或者布置在箱体的侧面，与箱体内层通过导热硅脂等导热材料良好接触，管道上设有开关阀，控制电路控制低温电动球阀，实现对液氮的控制。

所述半导体制冷片电堆，由16-36个半导体制冷片并联组成，单个半导体制冷片的功率为120w-400w，半导体制冷片均匀地分布在密闭容器的侧面或四周，半导体制冷片一面通过导热硅脂紧贴在密闭箱体的内层，另一面通过导热硅脂和铝散热片紧贴，且散热片上装有风扇，可以通过控制半导体制冷片电堆的电压、电流以及工作半导体制冷片的数量来控制整体功率，进而控制温度变化速率。

所述电加热片有加热元件和绝缘材质组成，加热元件可以为镍铬合金等发热材料，通过控制电压的大小，控制发热功率，加热温度可以达到150℃。

所述超声波雾化板和半导体制冷片除湿机为湿度调节装置，通过继电器的开断，可以实现湿度控制在10％～99％rh。

所述控制电路，由主控制器，电磁阀、继电器、管道风机、温湿度传感器、lcd电容显示屏、adc采样模块、驱动模块等组成，实现对密闭箱体内的温湿度监测和控制。

本发明利用上述的温湿度可调的绝缘油介电特性测试装置，还提供了一种温湿度可调的绝缘油介电特性测试方法，所述测试方法包括以下步骤：

(1)预设待模拟环境的温度、湿度随时间的变化范围和变化速率，通过管道风机进气管、出气管实现密闭容器内的空气循环；

(2)通过温度传感器实时获取密闭腔体中的温度，与预设的温度变化速率比较，实时调整半导体制冷片电堆和电加热片的功率，实现与预设的温度变化速率相符；

(3)为了达到降温的精确控制，以及快速降温的需要，本发明采用液氮和半导体制冷片电堆相结合的方式进行制冷。利用半导体制冷片电堆温度控制简单的优点，实现降温的精确控制。液氮具有降温速率快的优点，在骤冷实验时，透过液氮把温度骤降到预设温度以上，保证降温速率，通过半导体制冷片电堆降温达到预设温度，保证温度控制的精度。

(4)通过湿度传感器实时获取密闭腔体中的湿度，与预设的湿度变化速率比较，实时控制湿度控制系统中的超声波雾化板和半导体制冷片除湿机的启停，实现与预设的湿度变化速率相符；

(5)待密闭腔体内环境稳定后，通过介电参数测量仪器实时读取油杯中绝缘油的介电参数值。

所述介电参数测量包括绝缘油的相对介电常数、介质损耗因数、电阻率、工频击穿场强以及击穿电压的绝缘特性，相应仪器通过高压套管、航空插头可以方便的把测试探头或者电极接入和测试。

本发明的有益效果是：

(1)在现有绝缘油介电参数测试中，并没有模拟绝缘油实际工况的装置和方法，本发明创新提出一种温湿度可调的模拟绝缘油实际工况的介电参数的测试装置和方法；

(2)本发明采用液氮和半导体制冷片电堆相结合的制冷方式，在实现骤冷的前提下，还能保证温度控制精度。

(3)本发明对密闭腔体的设计，预留接口，对于市面上绝大部分介电参数测量仪器均能方便快捷地接入使用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图(正视图)；

图2为本发明液氮管道布置示意图(俯视图)；

图3为本发明的控制流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所述的实施例是本发一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种温湿度可调的绝缘油介电特性测试装置及，本发明通过对方形密闭容器进行改造，达到温湿度可控的目的，对容器内绝缘油进行介电特性测量，对实验测得的介电参数进行分析，从而为绝缘油在不同环境中的稳定运行提供理论依据。

一种温湿度可调的绝缘油介电特性测试装置，所述装置包括密闭箱体、液氮管道、半导体制冷片电堆、电加热片、超声波雾化板、半导体制冷片除湿机和控制电路，其中测试电极和探头通过高压套管、航空插头与介电特性测试仪器相连，实现箱内油杯中的绝缘油介电特性测试。

所述密闭箱体，箱体内层和外层的材料可为不锈钢、铝合金、冷轧钢板等材料，壁厚为1-5mm，形状可以是长方体或圆柱体；外层和内层中间加油隔热保温材料，可以是玻璃纤维、石棉、气凝胶毡、真空板等，厚度3-8mm；密闭箱体设有箱门，箱门上镶嵌有玻璃等透明材料制成的观察窗，观察窗可以为圆形或方形，以便于观察为主。

所述密闭箱体，在箱体上内外层开有孔洞，方便高压套管、气密性航空插头、液氮管道、信号线等的接入和接出。

所述密闭箱体，箱体内层加工有多层隔板条，油杯搁板平放在不同层的搁板条上，可以调节油杯在箱内的高度；油杯搁板可为不锈钢、铝合金、玻璃板等金属或非金属材料；油杯搁板密布孔洞，方便箱体内空气流通。

所述液氮管道，布置在箱体内层和外层之间，可以环绕箱体布置，或者布置在箱体的侧面，与箱体内层通过导热硅脂等导热材料良好接触，管道上设有开关阀，控制电路控制低温电动球阀，实现对液氮的控制。

所述半导体制冷片电堆，由16-36个半导体制冷片并联组成，单个半导体制冷片的功率为120w-400w，半导体制冷片均匀地分布在密闭容器的侧面或四周，半导体制冷片一面通过导热硅脂紧贴在密闭箱体的内层，另一面通过导热硅脂和铝散热片紧贴，且散热片上装有风扇，可以通过控制半导体制冷片电堆的电压、电流以及工作半导体制冷片的数量来控制整体功率，进而控制温度变化速率。

所述电加热片有加热元件和绝缘材质组成，加热元件可以为镍铬合金等发热材料，通过控制电压的大小，控制发热功率，加热温度可以达到150℃。

所述超声波雾化板和半导体制冷片除湿机为湿度调节装置，通过继电器的开断，可以实现湿度控制在10％～99％rh。

所述控制电路，由主控制器，电磁阀、继电器、管道风机、温湿度传感器、lcd电容显示屏、adc采样模块、驱动模块等组成，实现对密闭箱体内的温湿度监测和控制。

本发明利用上述温湿度可调的绝缘油介电特性测试装置，创新的提出了对绝缘油温湿度控制以及参数测量的新方法，具体来说，该方法分为以下步骤：

(1)针对图1中的系统示意图，采用方形可密闭容器，在箱体内层外部铺设液氮管道11，液氮管道采用环形布置，绕箱体一周；液氮管道下方各布有半导体制冷片电堆06，在箱体下方均匀布置电加热丝16；为使温度得以精确控制，容器内环境降温速率达到尽可能的统一，在箱体上方通过管道连有管道风机07，使得密闭容器内的空气得以循环，温度控制得以更加精准。

(2)箱体搁板15上布置有油杯和电极14，箱体内有温度传感器，通过外部温度控制仪可以实时得到容器内环境温度。

(3)箱体通过管道和导体制冷片除湿机01、超声波雾化板相连03，通过在箱体内部还装有湿度传感器06，可以对容器内的环境湿度进行实时测量。

(4)通过模拟绝缘油真实工作情况，如极寒条件下和高温条件下，不同环境湿度下，以及不同温度变化速率下，对绝缘油的介电参数进行测试。

图1是本发明实施例提供的一种温湿度可调的绝缘油介电特性测试装置示意图，主要由半导体制冷片除湿机01、半导体制冷片电堆02、超声波雾化板03、管道风机04/07、温度传感器05、湿度传感器06、隔热材料08、高压套管09、液氮管道阀10、液氮管道11、航空插头12、搁板条13、油杯和电极14、搁板15、电加热片16、密闭箱门17等组成。测试电极14通过高压套管09与绝缘油介电强度测试仪相连，实现箱内油杯中的绝缘油介电强度测试。

本发明中试验箱内部空间尺寸为300*300*350mm(深*宽*高)，温度传感器采用pt100温度传感器，与温度控制仪相配合，温度调节可从-50℃到120℃，温度控制范围宽，温度偏差在±2℃以内；降温速率0.1～5℃/分钟，升温速率0.1～3℃/分钟，升降温速率快，能够很好的满足骤冷和骤热的实验条件。

其中的密闭箱体内层和外层的材料可为不锈钢材料组成，内层壁厚为2mm，外层壁厚为1mm，形状可以是长方体；外层和内层中间加有石棉隔热保温材料，厚度5mm；密闭箱体设有箱门，箱门上镶嵌有方形的玻璃观察窗。

在箱体上内外层开有孔洞，方便高压套管、气密性航空插头、液氮管道、信号线等的接入和接出。

箱体内层加工有多层隔板条，油杯搁板平放在不同层的搁板条上，可以调节油杯在箱内的高度；油杯搁板为不锈钢制成，密布孔洞，方便箱体内空气流通。

图2是绝缘油介电特性测试装置液氮管道布置示意图，液氮管道布置在箱体内层和外层之间，环绕箱体布置，与箱体内层通过导热硅脂良好接触，管道上设有开关阀，控制电路控制低温电动球阀，实现对液氮的控制。

半导体制冷片电堆由10个半导体制冷片并联组成，单个半导体制冷片的功率为120w，半导体制冷片均匀地分布在密闭容器的侧面或四周，半导体制冷片一面通过导热硅脂紧贴在密闭箱体的内层，另一面通过导热硅脂和铝散热片紧贴，且散热片上装有风扇，可以通过控制半导体制冷片电堆的电压、电流以及工作半导体制冷片的数量来控制整体功率，进而控制温度变化速率。

电加热片有加热元件和绝缘材质组成，加热元件为镍铬合金发热材料，通过控制电压的大小，控制发热功率，加热温度可以达到150℃。

超声波雾化板和半导体制冷片除湿机为湿度调节装置，通过继电器的开断，可以实现湿度控制在10％～99％rh。

控制电路由主控制器，电磁阀、继电器、管道风机、温湿度传感器、lcd电容显示屏、adc采样模块、驱动模块等组成，实现对密闭箱体内的温湿度监测和控制。

图3是温湿度可调的绝缘油介电特性测试装置控制流程图，模拟绝缘油工作条件如下，初始温度为t1，环境湿度为h1，绝缘油的含水率为w1，遭遇寒潮来临，温度变为t0，环境湿度变为h0，控制流程具体包括以下步骤：

(1)将实验油杯内装入含水率为w1的绝缘油，设置初始温度为t1，环境湿度为h1，打开离心风机，使容器内温度湿度达到稳定；

(2)通过温湿传感器实时获取密闭容器中的温度t1与湿度h1，根据对应时间点的温度t0计算差值te＝t1-t0，若te>0，则开启降温装置，关闭升温装置，若te<0，则开启升温装置，关闭降温装置，根据|te|的大小调节降温升温装置的功率；

(3)根据对应时间点的湿度h0计算差值he＝h1-h0，若he>0，则开启除湿装置，关闭加湿装置，若he<0，则开启加湿装置，关闭除湿装置，根据|he|的大小调整加湿装置和除湿装置的功率。

(4)在降温过程中，可以实时对绝缘油内的温度、箱体内的温度和湿度进行记录，并且可以实时记录绝缘油在温度变化过程中的介电参数，模拟绝缘油的实际工作环境，评估绝缘油的绝缘性能。

本说明书中未做详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。