通用绝缘油绝缘强度试验装置及试验方法与流程

1.本发明涉及电力绝缘油的绝缘强度试验装置技术领域，尤其涉及一种通用绝缘油绝缘强度试验装置及试验方法。既可以对低粘度绝缘油进行绝缘强度试验，也可以对高粘度绝缘油进行绝缘强度试验。


背景技术：

2.绝缘油需要在高电压、高磁场环境中长期使用，要求其自身具备一定的绝缘强度，按其所使用电压等级和设备类型的不同，分别有着不同绝缘强度的严格要求，绝缘油的绝缘强度试验是其诸多试验项目中最重要的试验项目，是事关电力高压充油设备安全运行的决定性指标。目前绝缘油传统绝缘强度试验装置对40℃粘度不大于350mm2/s的低粘度绝缘油有着较好适应性，但对高粘度绝缘油，比如高粘度的硅绝缘油、聚异丁烯等，就需预先进行特殊处理后，才能使用特殊的特定试验仪器进行绝缘强度试验，往往不同处理方法和不同特定试验仪器所做试验，偏差较大，可比性不强，影响到真实试验结果的准确性，目前还没有一种能较好集成低粘度和高粘度绝缘油绝缘强度试验的通用试验装置。
3.绝缘油用于高电压充油设备内部，主要起到绝缘、冷却、灭弧和充盈浸润充油设备内部组件的作用，以保护高电压设备的安全运行，常用的低粘度绝缘油主要有：10号、25号、45号变压器油，主要运用在充油主变、互感器、断路器等高压设备上；高粘度绝缘油主要有硅绝缘油、聚异丁烯等，主要用在高电压充油电缆终端、电容器等设备上。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术存在的缺陷和不足，提出一种通用绝缘油绝缘强度试验装置及试验方法，根据各种粘度绝缘油理化性质和电气性能的特点，进行有针对性的研究探索，研究出一种能够适合各种粘度，具有相对简捷、可比性好且准确度高的试验装置及制订相应试验方法，与传统绝缘油绝缘强度试验仪器相比有着显著优势。
5.其能根据不同粘度绝缘油理化性质和电气性能，进行调整以适应不同粘度绝缘油绝缘强度试验的需要。
6.本发明具体采用以下技术方案：一种通用绝缘油绝缘强度试验装置，其特征在于，包括：电热绝缘试验杯、真空器、可调式高压电发生器、磁力搅拌器和磁性搅拌子；所述电热绝缘试验杯用于盛装绝缘油，杯内设置有两个电极；其中，电热绝缘试验杯通过设置电热丝的组件在通电后可加热，两个电极用于通电后施加电压；所述真空器包括试验舱和抽真空组件；所述电热绝缘试验杯设置于试验舱内；所述可调式高压电发生器与电极构成电气连接；所述磁力搅拌器位于试验舱下方，用于控制电热绝缘试验杯内的带绝缘外套的磁性搅拌子的搅拌动作。
7.进一步地，所述电热绝缘试验杯的材质为陶瓷或玻璃，侧壁镶嵌或内嵌有电热丝；
两个所述电极对向设置且间距可调，分别与一根（细）导电杆连接。
8.进一步地，两根导电杆分别设置在导电卡座上，且带有刻度，所述导电卡座的卡座部分穿过并伸入试验舱中，另一端与可调式高压电发生器构成电气连接；所述试验舱上安装有电热丝接线端子。
9.进一步地，所述抽真空组件采用活塞真空泵结构，以及包括设置在试验舱内的真空传感器；其中，活塞通过变频电机驱动；所述试验舱上部设置有带密封圈的舱盖。
10.进一步地，所述可调式高压电发生器包括阵列式压电陶瓷高压发生器、阵列式微电子开关和压感驱动器；所述阵列式压电陶瓷高压发生器包括多个带有不同标定值的压电陶瓷高压发生器，每一压电陶瓷高压发生器分别与阵列式微电子开关中的一个开关连接后与电极构成电气连接；所述压感驱动器用于驱动压电陶瓷高压发生器。
11.进一步地，还包括设置在所述电热绝缘试验杯内的温度传感器，以及控制器；所述温度传感器、真空传感器、加热丝、变频电机、磁力搅拌器和可调式高压电发生器分别连接控制器。
12.进一步地，所述控制器采用plc或单片机，并连接有时间继电器。
13.以及根据以上通用绝缘油绝缘强度试验装置的试验方法，其特征在于：进行低粘度绝缘油试验时，不使用加热和抽真空功能，进行高粘度绝缘油试验时，采用加热功能用于降低高粘度绝缘油粘度，采用抽真空组件调节试验舱内的真空度，用于使高粘度绝缘油内游离气泡析出。全密闭的试验舱和动态的压力调整避免了绝缘油试验过程中吸潮。
14.进一步地，具体包括以下步骤：步骤a1：检查和调整两电极间距；步骤a2：将磁性搅拌子放入电热绝缘试验杯的底部；步骤a3：将待测低粘度绝缘油倒入电热绝缘试验杯，并浸没电极；步骤a4：将电热绝缘试验杯放入试验舱，并使可调式高压电发生器与电极建立电气连接；步骤a5：静置指定时长后，开启可调式高压电发生器，从最低绝缘强度电压值进行升压输出，直至击穿，并记录击穿电压；步骤a6：开启磁力搅拌器给定的时长；步骤a7：重复步骤a5
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步骤a6获取若干试验值。
15.还可以包括以下步骤：步骤b1：检查和调整两电极间距；步骤b2：将磁性搅拌子放入电热绝缘试验杯的底部；步骤b3：将待测高粘度绝缘油倒入电热绝缘试验杯，并浸没电极；步骤b4：将电热绝缘试验杯放入试验舱，并使可调式高压电发生器与电极建立电气连接；将电热丝与电源建立电气连接；步骤b5：对加热丝通电，使绝缘试验杯加热至设定温度并保持恒温；步骤b6：启动采用抽真空组件调节试验舱内的真空度至设定值；步骤b7：根据测试需要选择性冷却至常温和常压，并静置指定时长后，开启可调式高压电发生器，从最低绝缘强度电压值进行升压输出，直至击穿，并记录击穿电压；步骤b8：开启磁力搅拌器给定的时长；
步骤b9：重复步骤b5
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步骤b8获取若干试验值。
16.相比于现有技术，本发明及其优选方案具有能够适合各种粘度，具有相对简捷、可比性好且准确度高的特点，与传统绝缘油绝缘强度试验仪器相比有着显著优势。
17.具体在于：1）使用的微型压电陶瓷阵列高压电发生器方案，在对各种高、低粘度绝缘油做绝缘强度试验时，击穿电流极小，只有微安级，高压电极之间被高电压击穿的绝缘油基本不产生游离碳，不会破坏绝缘油的原有电气性能，保证了每次绝缘强度试验的准确性和可比性。传统绝缘油绝缘强度试验装置是使用调压器升压，击穿电流大（10ma以上），属破坏性试验，电极间产生较多游离碳，特别对高粘度绝缘油，严重影响了耐压试验的准确性和可比性；2）设计的动态平衡真空器，能动态保持试验舱的真空度，既能使高粘度绝缘油中游离气泡释放出，又不使绝缘油由于真空太大而隆起，特别适合高粘度绝缘油的绝缘强度试验；3）设计的恒温控制高粘度绝缘油通用的电热绝缘试验杯；能够进一步提升高粘度绝缘油试验的效果。
附图说明
18.下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：图1为本发明实施例通用绝缘油绝缘强度试验装置整体结构及工作原理示意图1；图2为本发明实施例通用绝缘油绝缘强度试验装置整体结构及工作原理示意图2；图3为本发明实施例动态平衡真空器结构示意图；图4为本发明实施例电热绝缘试验杯示意图（包括剖视图（上）和俯视图（下））；图5为本发明实施例电热绝缘试验杯壁层间镶嵌云母电热丝示意图；图6为本发明实施例阵列高压发生器结构和电路原理示意图；图7为本发明实施例阵列高压发生器升压至70kv电极击穿示意图；图8为本发明实施例阵列压电陶瓷压感产生高压电原理示意图；图9为本发明实施例通用绝缘油绝缘强度试验装置控制模块工作原理方框示意图。
19.图中，1
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试验舱；2
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密封舱盖；3
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真空传感器；4
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负极夹紧卡座；5
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绝缘套；6
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磁力搅拌器；7
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阵列高压发生器；8
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活塞筒；9
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活塞；10
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连杆；11
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变频驱动电机；12
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电热绝缘试验杯；13
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负极细导电杆；14
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外裹绝缘套磁力搅拌棒；15
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负电极；16
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正电极；17
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绝缘油；18
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云母电热丝；19
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正极细导电杆；20
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微电子开关（晶闸管）；21
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压电陶瓷；22
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压电陶瓷正极麟铜片；23
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正极夹紧卡座。
具体实施方式
20.为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下：如图1
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图9所示，在本实施例提供的整体方案中，主要包括电热绝缘试验杯12，动态平衡真空器，阵列高压电发生器，磁力搅拌器6，微型压感驱动器，控制模块等结构。
21.其中，如图4所示，电热绝缘试验杯12根据需要，可以为半球形、长方形等容器形
式，电热绝缘试验杯12用于盛装绝缘油，进行绝缘强度试验，电热绝缘试验杯体采用可加热绝缘陶瓷或可加热强化绝缘玻璃，或其它适合的可加热绝缘材料制造，如图5所示，电热绝缘试验杯侧壁内层镶嵌有云母电热丝18（或其它适合的电热丝、加热板），电热丝或加热板接头通过电热绝缘试验杯12侧壁引出，通电后可加热杯体，由控制模块控制加热程序。电热绝缘试验杯12内安装有两个电极，包括正电极16和负电极15，可以调换电热绝缘试验杯12为相反方向，两个电极都分别可以作为正高压电极和负极，两个电极根据需要制造为球形或半圆形、圆平板形等，两电极之间间距根据需要调整为2.5mm，或可调整为其它适合间距，两个电极分别由各自高强度细导电杆连接（包括负极细导电杆13和正极细导电杆19）（因为本实施例高压发生器产生电流很小，因此使用细导电杆），两根细导电杆分别穿过电热绝缘试验杯12的两端，可安放于动态平衡真空器内部的导电卡座，并通过负极夹紧卡座4和正极夹紧卡座23夹紧，导电杆带有刻度调节，可以精确调整两电极之间间距，动态平衡真空器内部的正高压导电卡座电性连接安装于动态平衡真空器下部阵列高压发生器7的正极，负极接地卡座电性连接于阵列高压发生器7的接地极（负极），正、负极高压导电卡座与阵列高压发生器7的连接部分，除连接头裸露外的其它部分均包裹绝缘套5。
22.试验杯用于盛装各种粘度绝缘油，与磁力搅拌器6配合的外裹绝缘套磁力搅拌棒在进行绝缘强度试验时安放在试验杯内，以便对绝缘油进行搅拌，装置的电极、导电杆、夹紧卡座以及及接头等材料均为优质黄铜、不锈钢或其它合适材料制作。
23.如图3所示，本实施例采用的动态平衡真空器包括：试验舱1，负极夹紧卡座4和正极夹紧卡座23，真空传感器3，活塞筒8和变频驱动电机11等，试验舱1与活塞筒8连接，活塞筒8内活塞9的抽拉作用，为试验舱1提供试验所需的真空负压环境；试验舱1上部中央安装有带闭锁密封的舱盖，因此，也可简单开启密封舱盖2泄压，以便电热绝缘试验杯12安装进去后盖紧密封；试验舱1上部还安装有真空传感器3，试验舱1内部安装有正、负极夹紧卡座，正、负极夹紧卡座用于分别承接夹紧电热绝缘试验杯的电极细导电杆，动态平衡真空器的正高压导电卡座电性连接安装于动态平衡真空器下部阵列高压发生器7的正极，负极夹紧卡座电性连接于阵列高压发生器7的负极，负极接地。试验舱1侧面安装有两个电热绝缘试验杯12的加热电源线接线端子，以便于提供电源连接给安放在试验舱1内部的电热绝缘试验杯12加热所用；试验舱1底部外侧安装有磁力搅拌器6，用以隔空驱动电热绝缘试验杯12内的带绝缘外套磁力搅拌棒14；活塞9经连杆10由变频电机驱动，变频电机由控制模块按预先设置编程的程序控制，真空传感器3用于监测试验舱1内真空度。
24.如图6所示，本实施例采用的阵列高压电发生器7包括：系列点阵微型压电陶瓷21（或其它能够实现的高电压、低电流的高压电发生器）、用于控制回路的阵列微电子开关20封装集成电路和微型压感驱动器（可采用压电陶瓷驱动器）等组成，以准确压感压电陶瓷21输出准确的1kv级差递增电压值，阵列高压电发生器7的控制回路，为阵列微电子开关20封装集成电路的集成块，微电子开关可以是晶闸管，也可以是其它电路微开关，阵列高压电发生器7的正、负电极分别与试验舱的正、负夹紧卡座电性连接，负极接地，阵列高压电发生器7的控制回路电性连接于控制模块，按不同要求，阵列点阵数目和电压递增幅度不同，阵列高压电发生器可以从0电压起升压，每个点阵电压递增1kv，直至70kv（或其它要求的最高电压值）,也可以直接从比要求的最低绝缘强度电压值低1kv开始升压，每个点阵电压递增1kv，直至70kv，本实施例的一个优选方案为：从39kv电压开始，每个点阵电压递增1kv，最高
至70kv,阵列高压电发生器7由控制模块按间隔时间控制逐个增加点阵电压（本实施例为每秒2个点阵递增，即每秒2kv递增），直至绝缘油被击穿，所到达的点阵电压即为绝缘强度值。由于微型压电陶瓷21输出电流很小，仅为微安级（其结构和原理如图8所示，包括压电陶瓷正极麟铜片22等结构），与传统绝缘油绝缘强度试验装置的高电压发生器输出电流相比（10毫安以上），对绝缘油在高电压击穿时能量很低，基本没有游离碳产生，不会破坏绝缘油的电气性能，能有效保证耐压试验的准确性和可比性，特别适合于高粘度绝缘油的耐压试验。
25.如图9所示，在本实施例中，为了实现自动化控制，所采用的控制模块可以采用单片机或plc，自带或连接有时间继电器，控制模块按预先设置编程的程序对通用绝缘油绝缘强度试验装置试验进行自动控制，真空传感器3和用于监测电热绝缘试验杯12内温度的温度传感器的各自输出端，分别电性连接于控制模块的输入端，控制模块的输出端分别电性连接于阵列高压电发生器7的压电陶瓷21、微型压感驱动器和阵列高压电发生器微电子开关，以及动态平衡真空器活塞装置变频驱动电机11、电热绝缘试验杯云母加热丝、磁力搅拌器6等，控制模块的通用控制程序包括以下内容：1、根据待测绝缘油粘度，选择绝缘强度试验方式，待测绝缘油为低粘度时，不适用加热和抽真空功能，待测绝缘油为高粘度时，开启自动加热和抽真空功能；2、控制第一次耐压试验前静置时间程序；3、按间隔时间控制阵列高压电发生器的逐个增加点阵电压（由控制模块根据预先按各电压等级压感压力编程设置，自动控制微型压感驱动器对压电陶瓷施压，压感压电陶瓷输出准确的1kv级差递增电压值），在绝缘油被击穿时瞬间停止程序；4、按要求重复5次（或n次）步骤3的试验程序；5、每次耐压击穿试验后间隔静置时间程序；6、高粘度油试验时，根据真空传感器监控数据，自动通过控制抽拉动态平衡真空器的活塞装置，保持试验舱真空度程序；7、自动控制电热绝缘试验杯加热温度程序。
26.基于以上通用绝缘油绝缘强度试验装置的设计，本实施例提供的试验方法具体如下：一、低粘度绝缘油绝缘强度试验1.1检查和调整电热绝缘试验杯12两电极15、16间距2.5mm（或其它要求间距）；1.2将干净外裹绝缘套磁力棒14小心放进电热绝缘试验杯12底部；1.3将低粘度绝缘油17按要求倒入电热绝缘试验杯12，并浸没电极15、16；1.4打开动态平衡真空器试验舱1舱盖2，将盛有低粘度绝缘油的电热绝缘试验杯12小心放入试验舱1内的电极夹紧卡座4、23上夹紧；1.5盖上动态平衡真空器试验舱舱盖2并扣紧严密密封；1.6开启控制模块，进行自动程序控制试验；1.7静置5分钟或特定时间后，自动开启阵列高压电发生器7，从39kv（或从0kv开始）起，按每秒2kv点阵开始升压；1.8继续升压，当达到绝缘油17被击穿瞬间，控制模块自动控制关闭阵列高压电发生器7，同时记入击穿电压值，此值即为绝缘油17的第一次绝缘强度值；1.9自动开启磁力搅拌器6，电热绝缘试验杯12内外裹绝缘套磁力棒14开始搅拌，
将15、16两电极之间可能存在的微量游离碳搅散后停止，以避免影响下一次绝缘强度试验；1.10静置至少2分钟后，按1.7
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1.9步骤继续耐压试验，重复5次（或n次）绝缘强度试验，按要求计算出的试验值，即为此低粘度绝缘油绝缘强度值。
27.二、高粘度绝缘油绝缘强度试验2.1检查和调整电热绝缘试验杯12高压电极15、16间距2.5mm（或其它要求间距）；2.2将干净外裹绝缘套磁力棒14小心放进电热绝缘试验杯12底部；2.3将高粘度绝缘油17按要求倒入电热绝缘试验杯12，并浸没电极15、16；2.4打开动态平衡真空器试验舱1舱盖2，将盛有高粘度绝缘油17的电热绝缘试验杯12小心放入试验舱1内的4、23电极夹紧卡座上夹紧；2.5盖上动态平衡真空器试验舱舱盖2并扣紧严密密封；2.6开启镶嵌在加热绝缘试验杯12壁内的云母加热丝18，对绝缘试验杯12加热至设定温度，以降低杯内高粘度绝缘油17粘度；2.7加热绝缘试验杯12到达设定温度后，保持恒温；2.8启动活塞真空装置，变频驱动电机11通过连杆10拉动活塞筒8内活塞9，开始对试验舱1抽真空，直至真空设置值，以保证高粘度绝缘油17内游离气泡析出；2.9当试验舱1真空传感器3检测到真空值超过设置时，控制模块自动控制变频驱动电机11，通过连杆10推进活塞9，在活塞筒8内压缩，以降低试验舱真空度，防止高粘度绝缘油17由于真空度太高，而被负压鼓起；2.10静置5分钟后，自动开启阵列高压电发生器7，从39kv起（或从0kv开始），按每秒2kv点阵开始升压；2.11继续升压，当达到高粘度绝缘油17被击穿瞬间，控制模块自动控制关闭阵列高压电发生器7，同时记入击穿电压值，此值即为高粘度绝缘油17第一次绝缘强度值；2.12自动开启磁力搅拌器6，电热绝缘试验杯12内外裹绝缘套磁力棒14开始搅拌，将15、16两电极之间可能存在的微量游离碳搅散后停止，以避免影响下一次绝缘强度试验；2.13静置至少2分钟后，按2.10
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2.12步骤继续绝缘强度试验，重复5次（或n次）绝缘强度试验，按要求计算出试验值，即为此高粘度绝缘油17绝缘强度值，也可以根据需要加热后冷却至室温下再进行测试。
28.本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的通用绝缘油绝缘强度试验装置及试验方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。