一种干式空心电抗器匝间绝缘试验模型及其制备方法

1.本发明属于干式空心电抗器领域，更具体地涉及一种干式空心电抗器匝间绝缘试验模型及其制备方法。


背景技术：

2.干式空心电抗器可用于限制短路电流、进行无功补偿和移相，并且具有结构简单、线性度好、安装简便、参数稳定、无油、重量轻、不易磁饱和、噪音小等诸多优点，所以在电力行业中得到广泛应用。但是随着其在电网中使用量的增加，干式空心电抗器的异常和故障甚至烧毁常有发生。从故障统计结果上可以看出，线圈匝间绝缘击穿引起的故障数占总故障数的65％以上。干式空心电抗器常常需要在严酷的户外环境中运行，而在户外环境中包封绝缘是常用的一种绝缘结构。通过对故障电抗器的故障现象分析，研究人员发现雨水侵袭造成干式空心电抗器包封绝缘的外表面受潮及表面放电导致绝缘内部电场分布不均，产生局部放电，不断腐蚀绝缘最终导致匝间绝缘故障，并采取了一系列的措施。运行结果表明，虽然相关部门对户外干式空心电抗器采取了“穿衣带帽”、涂憎水性防护漆等防范措施，但在雪、小雨及大雾等天气条件下，干式空性电抗器的故障率依然相对较高。相关学者通过解剖研究发现，故障电抗器包封表面大多存在微裂纹。分析认为包封开裂后，前述天气条件下，潮湿空气更容易通过裂纹侵入包封内部的匝间绝缘。本来匝间绝缘试样相对来讲比较容易制作，但是裸露的匝间绝缘受潮过程与实际运行的包封内部的匝间绝缘的受潮过程存在一定区别，难以模拟实际运行状况的包封内的匝间绝缘情况。


技术实现要素：

3.为解决现有技术难以模拟实际运行状况的包封内的匝间绝缘情况的问题，本发明提供一种干式空心电抗器匝间绝缘试验模型及其制备方法。
4.本发明采用的具体方案为：一种干式空心电抗器匝间绝缘试验模型，所述试验模型包括包封完好匝间绝缘试验模型，所述包封完好匝间绝缘试验模型包括环氧树脂筒，所述环氧树脂筒外设置包膜铝线，所述包膜铝线外缠绕环氧玻璃丝带。
5.所述环氧树脂筒外包绕2根包膜铝线，所述包膜铝线的一端包绕聚酰亚胺薄膜，另一端为去除包膜后的裸露的铝线，所述裸露的铝线旁包绕聚酰亚胺薄膜，在包绕后的包膜铝线的表面设置环氧树脂层。
6.所述聚酰亚胺薄膜的长度为160-170mm；所述裸露的铝线的长度为25-35mm。
7.所述包膜铝线平行包绕于所述环氧树脂筒上，所述包膜铝线之间的间距为40-60mm。
8.所述环氧树脂筒的外径为150mm，高度为90mm，包膜铝线的直径为4.7mm，包膜铝线内部的铝线的直径为4.25mm，外部缠绕3层聚脂薄膜和一层非织布。
9.其中一根所述包膜铝线的裸露的铝线部分距环氧树脂筒的边缘的距离为40-60mm，且平行于环氧树脂筒的中心轴线。
10.同侧的另外一根所述包膜铝线端部不超过环氧树脂筒的边缘，并与环氧树脂筒的中心轴线成45
°
夹角。
11.所述试验模型还包括包封开裂匝间绝缘试验模型，在所述包膜铝线外缠绕环氧玻璃丝带前，在所述包膜铝线外放置多个铁片，包封固化后，将铁片取出，得到包封开裂匝间绝缘试验模型。
12.所述试验模型还包括开裂修复后匝间绝缘试验模型，将所述包封开裂匝间绝缘试样模型中的模拟裂纹使用绝缘修复材料修复后，得到开裂修复后匝间绝缘试验模型。
13.另一方面，本发明提供一种干式空心电抗器匝间绝缘试验模型的制备方法，所述方法包括以下步骤：
14.(1)制备环氧树脂筒；
15.(2)处理包膜铝线，在每根包膜铝线的一端去除绝缘层得到裸露的铝线，另一端以及裸露的铝线旁的包膜铝线外包绕聚酰亚胺薄膜；
16.(3)将步骤(2)中的2根包膜铝线并行缠绕于环氧树脂筒后，缠绕环氧玻璃丝带；
17.(4)烘干后进行测试。
18.本发明相对于现有技术具有如下有益效果：
19.1、本发明中干式空心电抗器匝间绝缘试验模型包括三种类型，分别为包封完好匝间绝缘试验模型、包封开裂匝间绝缘试验模型、开裂修复后匝间绝缘模型三种，以上三种模型通过在环氧树脂筒外设置包膜铝线，所述包膜铝线外缠绕环氧玻璃丝带得到用于试验的模型，试验模型通过人工创造受潮条件，模拟受潮后包封内匝间绝缘的受潮过程，并用击穿电压、电老化耐受特性、热老化耐受特性表征受潮对包封内匝间绝缘性能的影响规律。
20.2、本发明中的包膜铝线的上下两端均采用聚酰亚胺薄膜平滑连续包绕，在包绕后的包膜铝线的表面设置环氧树脂层，每根包膜铝线的端部去除包膜后为裸露的铝线，便于接线，使用方便。
21.3、本发明中的试验模型的制备方法简单、便于操作、制备的成功率高，制备出的模型模拟效果好。
附图说明
22.图1为本发明包封完好匝间绝缘导线缠绕方式示意图；
23.图2为本发明包封完好匝间绝缘试验模型示意图；
24.图3为本发明包封开裂匝间绝缘试样模型示意图；
25.图4为本发明开裂修复后匝间绝缘试验模型示意图。
26.其中，附图标记分别为：
27.1.环氧树脂筒；2.裸露的导线；3.包绕第一根包膜导线的聚酰亚胺薄膜；4.有效模拟匝间绝缘的部分；5.包绕第二根包膜导线的聚酰亚胺薄膜；6.第一根包膜导线；7.第二根包膜导线；8.包封完好匝间绝缘试验模型；9.包封开裂匝间绝缘试验模型；10.开裂修复后匝间绝缘试验；11.模拟裂纹；12.修复痕迹。
具体实施方式
28.在下文将结合附图对本发明做进一步详细地说明，显然此处应该理解的是，所描
述的实施方案不是全部的实施方案，仅用于解释说明本发明，而不限制本发明。
29.本发明提供一种干式空心电抗器匝间绝缘试验模型，所述试验模型包括包封完好匝间绝缘试验模型8，所述包封完好匝间绝缘试验模型8包括环氧树脂筒1，所述环氧树脂筒1外设置包膜铝线，所述包膜铝线外缠绕环氧玻璃丝带。所述环氧树脂筒外包绕2根包膜铝线，所述包膜铝线的一端包绕聚酰亚胺薄膜，另一端为去除包膜后的裸露的铝线，所述裸露的铝线旁包绕聚酰亚胺薄膜，在包绕后的包膜铝线的表面设置环氧树脂层。所述聚酰亚胺薄膜的长度为160-170mm。其中包绕第一根包膜导线的聚酰亚胺薄膜3的长度优选为165mm；包绕第二根包膜导线的聚酰亚胺薄膜5的长度优选为165mm。采用聚酰亚胺包绕包膜导线，该部位的匝间绝缘电场分布与实际的干式空心电抗器匝间绝缘的电场分布相同，避免了在靠近包膜铝线端部处包膜导线电场分布会发生畸变且需要进行一定的弯曲，损伤弯曲处的绝缘薄膜的问题，聚酰亚胺包绕包膜导线可以加强绝缘，以保证在进行电击穿、电老化及热老化表征试样时，匝间绝缘的击穿点位于两根导线连续平行绕制的部位。
30.所述裸露的铝线2的长度为25-35mm。
31.所述包膜铝线平行包绕于所述环氧树脂筒上，所述包膜铝线之间的间距为40-60mm。即第一根包膜导线6与第二根包膜导线7之间的间距为有效模拟匝间绝缘的部分4。
32.所述环氧树脂的筒外径为150mm，高度为90mm，包膜铝线的直径为4.7mm，其内部的铝线的直径为4.25mm，外部缠绕3层聚脂薄膜和一层非织布。
33.其中一根所述包膜铝线的裸露的铝线部分距环氧树脂筒的边缘的距离为40-60mm，且平行于环氧树脂筒的中心轴线。以便于接线，且不影响有效模拟匝间绝缘部分的电场分布。
34.同侧的另外一根所述包膜铝线端部不超过环氧树脂筒的边缘，并与环氧树脂筒的中心轴线成45
°
夹角。这根不用接线，并且这种包绕方法，不会损伤绝缘。
35.所述试验模型还包括包封开裂匝间绝缘试验模型9，在所述包膜铝线外缠绕环氧玻璃丝带前，在所述包膜铝线外放置多个铁片，包封固化后，将铁片取出，得到包封开裂匝间绝缘试验模型。
36.所述试验模型还包括开裂修复后匝间绝缘试验模型10，将所述包封开裂匝间绝缘试验模型中的模拟裂纹11使用绝缘修复材料修复后得到开裂修复后匝间绝缘试验模型。
37.本发明提供一种干式空心电抗器匝间绝缘试验模型的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)制备环氧树脂筒；(2)处理包膜铝线，在每根包膜铝线的一端去除绝缘层得到裸露的铝线，另一端以及裸露的铝线旁的包膜铝线外包绕聚酰亚胺薄膜；(3)将步骤(2)中的2根包膜铝线并行缠绕于环氧树脂筒后，缠绕环氧玻璃丝带；(4)烘干后进行测试。
38.实施例1
39.一种干式空心电抗器匝间绝缘试验模型，所述试验模型包括包封完好匝间绝缘，所述包封完好匝间绝缘包括环氧树脂筒1，所述环氧树脂筒1外设置包膜铝线，所述包膜铝线外缠绕环氧玻璃丝带。所述环氧树脂筒外包绕2根包膜铝线，所述包膜铝线的上下两端均采用聚酰亚胺薄膜平滑连续包绕，在包绕后的包膜铝线的表面设置环氧树脂层，每根包膜铝线的一端部去除包膜后为裸露的铝线2。
40.第一根包膜铝线的一端去除包膜后为裸露的铝线2。第一根包膜铝线的裸露的铝线的长度为30mm，裸露的铝线旁的包膜铝线外聚酰亚胺薄膜，包绕第一根包膜导线的聚酰
亚胺薄膜3的长度为165mm。该导线裸露的铝线部分距环氧树脂筒的边缘的距离为50mm，且平行于环氧树脂筒的中心轴线引出。第一根包膜铝线的另一端部与环氧树脂筒的中心轴线成45
°
夹角。
41.第二根包膜铝线的一端去除包膜后为裸露的铝线2。第二根包膜铝线的裸露的铝线的长度为30mm，裸露的铝线旁的包膜铝线外聚酰亚胺薄膜，包绕第二根包膜导线的聚酰亚胺薄膜5的长度为165mm。该导线裸露的铝线部分距环氧树脂筒的边缘的距离为50mm，且平行于环氧树脂筒的中心轴线引出。第二根包膜铝线的另一端部与环氧树脂筒的中心轴线成45
°
夹角。
42.所述包膜铝线平行包绕于所述环氧树脂筒上，第一根包膜导线距离第二根包膜导线的之间的间距为50mm。其中一根裸露的铝线作为高压接线端，另外一根裸露的铝线作为地线接线端。
43.所述环氧树脂的筒外径为150mm，高度为90mm，包膜铝线的直径为4.7mm，包膜铝线内部的铝线的直径为4.25mm，外部缠绕3层聚脂薄膜和一层非织布。所述试验模型还包括包封开裂匝间绝缘试验模型，在所述包膜铝线外缠绕环氧玻璃丝带前，在所述包膜铝线外放置多个铁片，包封固化后，将铁片取出，得到包封开裂匝间绝缘试验模型。所述试验模型还包括开裂修复后匝间绝缘试验模型，将所述包封开裂匝间绝缘试验模型中的模拟裂纹使用绝缘修复材料修复后得到开裂修复后匝间绝缘试验模型。完成后将上述试验模型放入恒温干燥箱，在80℃下固化5小时后，取出封存并注意防尘防潮。
44.将上述三种试验模型放置在盐雾试验箱中，因为实际的电抗器在运行中可能会在大雾、小雨等天气情况下。为模拟实际的情况，使试样在95％的湿度下，持续6个小时，模拟大雾和下雨等天气情况下实际干式空心电抗器的受潮过程。
45.实施例2
46.一种干式空心电抗器匝间绝缘试验模型，所述试验模型包括包封完好匝间绝缘，所述包封完好匝间绝缘包括环氧树脂筒1，所述环氧树脂筒1外设置包膜铝线，所述包膜铝线外缠绕环氧玻璃丝带。所述环氧树脂筒外包绕2根包膜铝线，所述包膜铝线的上下两端均采用聚酰亚胺薄膜平滑连续包绕，在包绕后的包膜铝线的表面设置环氧树脂层，每根包膜铝线的一端部去除包膜后为裸露的铝线2。
47.第一根包膜铝线的一端去除包膜后为裸露的铝线2。第一根包膜铝线的裸露的铝线的长度为40mm，裸露的铝线旁的包膜铝线外聚酰亚胺薄膜，包绕第一根包膜导线的聚酰亚胺薄膜3的长度为160mm。该导线裸露的铝线部分距环氧树脂筒的边缘的距离为40mm，且平行于环氧树脂筒的中心轴线引出。第一根包膜铝线的另一端部与环氧树脂筒的中心轴线成45
°
夹角。
48.第二根包膜铝线的一端去除包膜后为裸露的铝线2。第二根包膜铝线的裸露的铝线的长度为40mm，裸露的铝线旁的包膜铝线外聚酰亚胺薄膜，包绕第二根包膜导线的聚酰亚胺薄膜5的长度为160mm。该导线裸露的铝线部分距环氧树脂筒的边缘的距离为40mm，且平行于环氧树脂筒的中心轴线引出。第二根包膜铝线的另一端部与环氧树脂筒的中心轴线成45
°
夹角。
49.所述包膜铝线平行包绕于所述环氧树脂筒上，第一根包膜导线距离第二根包膜导线的之间的间距为50mm。其中一根裸露的铝线作为高压接线端，另外一根裸露的铝线作为
地线接线端。
50.所述环氧树脂的筒外径为150mm，高度为90mm，包膜铝线的直径为4.7mm，包膜铝线内部的铝线的直径为4.25mm，外部缠绕3层聚脂薄膜和一层非织布。所述试验模型还包括包封开裂匝间绝缘试验模型，在所述包膜铝线外缠绕环氧玻璃丝带前，在所述包膜铝线外放置多个铁片，包封固化后，将铁片取出，得到包封开裂匝间绝缘试验模型。所述试验模型还包括开裂修复后匝间绝缘试验模型，将所述包封开裂匝间绝缘试验模型中的模拟裂纹使用绝缘修复材料修复后得到开裂修复后匝间绝缘试验模型。完成后将上述试验模型放入恒温干燥箱，在80℃下固化5小时后，取出封存并注意防尘防潮。
51.将上述三种试验模型放置在恒温干燥箱中进行加速热老化试验，假设电抗器的实际运行年限为15年，时间太长，因此必须制定加速热老化试验方案。干式空心电抗器的运行环境温度范围为-40℃～ 40℃。为简化分析，设电抗器的运行环境温度为20℃。相关行业标准规定，干式空心电抗器绕组的运行温升限值为60k则电抗器长期运行温度为80℃。聚酯薄膜-环氧树脂-聚酯薄膜复合绝缘为b级绝缘，参照电机热老化寿命方程。电抗器在80℃下实际运行15年时，等效于其在180℃下的运行129h。按照比例，进行一定时间的加速热老化后，即可等效运行一定的年限，以此来模拟实际电抗器运行老化情况。
52.实施例3
53.一种干式空心电抗器匝间绝缘试验模型，所述试验模型包括包封完好匝间绝缘，所述包封完好匝间绝缘包括环氧树脂筒1，所述环氧树脂筒1外设置包膜铝线，所述包膜铝线外缠绕环氧玻璃丝带。所述环氧树脂筒外包绕2根包膜铝线，所述包膜铝线的上下两端均采用聚酰亚胺薄膜平滑连续包绕，在包绕后的包膜铝线的表面设置环氧树脂层，每根包膜铝线的一端部去除包膜后为裸露的铝线2。
54.第一根包膜铝线的一端去除包膜后为裸露的铝线2。第一根包膜铝线的裸露的铝线的长度为35mm，裸露的铝线旁的包膜铝线外聚酰亚胺薄膜，包绕第一根包膜导线的聚酰亚胺薄膜3的长度为170mm。该导线裸露的铝线部分距环氧树脂筒的边缘的距离为60mm，且平行于环氧树脂筒的中心轴线引出。第一根包膜铝线的另一端部与环氧树脂筒的中心轴线成45
°
夹角。
55.第二根包膜铝线的一端去除包膜后为裸露的铝线2。第二根包膜铝线的裸露的铝线的长度为35mm，裸露的铝线旁的包膜铝线外聚酰亚胺薄膜，包绕第一根包膜导线的聚酰亚胺薄膜5的长度为170mm。该导线裸露的铝线部分距环氧树脂筒的边缘的距离为60mm，且平行于环氧树脂筒的中心轴线引出。第二根包膜铝线的另一端部与环氧树脂筒的中心轴线成45
°
夹角。
56.所述包膜铝线平行包绕于所述环氧树脂筒上，第一根包膜导线距离第二根包膜导线的之间的间距为50mm。其中一根裸露的铝线作为高压接线端，另外一根裸露的铝线作为地线接线端。
57.所述环氧树脂的筒外径为150mm，高度为90mm，包膜铝线的直径为4.7mm，包膜铝线内部的铝线的直径为4.25mm，外部缠绕3层聚脂薄膜和一层非织布。所述试验模型还包括包封开裂匝间绝缘试验模型，在所述包膜铝线外缠绕环氧玻璃丝带前，在所述包膜铝线外放置多个铁片，包封固化后，将铁片取出，得到包封开裂匝间绝缘试验模型。所述试验模型还包括开裂修复后匝间绝缘试验模型，将所述包封开裂匝间绝缘试验模型中的模拟裂纹使用
绝缘修复材料修复后得到开裂修复后匝间绝缘试验模型。完成后将上述试验模型放入恒温干燥箱，在80℃下固化5小时后，取出封存并注意防尘防潮。
58.将上述三种试验模型放置在盐雾试验箱中，使试样受潮，进行测试，并记录数据。将上述三种试验模型放置在恒温干燥箱中进行加速热老化试验，并记录数据。
59.以上附图及解释说明仅为本发明的一种具体实施方式，但本发明的具体保护范围不仅限以上解释说明，任何在本发明揭露的技术思路范围内，及根据本发明的技术方案加以简单地替换或改变，都应在本发明的保护范围之内。