变压器绝缘材料多因素老化实验装置的制作方法

1.本发明涉及电气设备绝缘在线监测与测试领域，尤其涉及一种变压器绝缘材料多因素老化实验装置。


背景技术：

2.在变压器运行过程中，绝缘纸受到外界应力的长期作用，产生一系列物理变化和化学变化，致使其电气性能和机械性能逐步下降，这一现象称作绝缘纸的绝缘老化。绝缘纸老化的形式主要有热老化、电老化和机械老化等。绝缘材料存在的结构性缺陷在电场作用下产生局部放电和电树枝等现象。绝缘纸电老化的机理较为复杂，包括局部放电引起的带电质点的轰击和放电过程中的热辐射等导致绝缘材料的分子结构遭到破坏，从而造成绝缘性能降低。实践证明，局部放电的累积作用是造成绝缘材料电老化的主要原因。变压器在运行过程中受电磁力的激发产生机械振动，绝缘纸在此机械应力下产生微观缺陷并逐渐扩大，造成材料破坏，称为绝缘纸的机械老化。近年来，有学者对机-热协同作用下的绝缘纸机械性能退化进行了研究，研究发现，机-热的联合老化对绝缘纸机械性能退化的促进作用明显大于热老化，且机械振动越剧烈，绝缘纸的聚合度与抗拉强度的降低越显著。
3.目前，现有装置一般都是电热联合老化，例如，一种在中国专利文献上公开的“一种变压器油纸绝缘电热联合老化实验装置”，其公告号cn104076232a，该装置包括密封腔体和位于密封腔体内的测试装置，其测试装置包括高压电极、低压电极和绝缘纸试样，其绝缘纸试样位于高压电极和低压电极之间，通过控制施加给绝缘纸试样的电压，用以控制油纸绝缘实验的电老化条件；该装置还包括加热装置，通过控制加热装置的加热温度，用以控制油纸绝缘实验的热老化条件；该装置还包括局部放电检测装置，实现高频和超高频局部放电检测。虽然该装置能实现对变压器的多种状态检测和故障诊断，在不打开密封腔体的情况下，直接取出密封腔体内老化实验后的油样和气体，实验分析结果的可靠性高，操作简单方便，可解决现有实验装置实验分析结果的可靠性低和操作不便的问题，但并不能实现同时对高压、强场电磁环境、高温、动载疲劳老化等条件进行模拟实验，而且该装置采用高压电极、低压电极以及结合加热，高压电极在加热装置内部的形式对绝缘材料进行测试，非常的危险，安全性极低。


技术实现要素：

4.本发明是为了克服现有技术的不能实现同时对高压、强场电磁环境、高温、动载疲劳老化等条件进行模拟实验，而且采用高压电极、低压电极以及结合加热，高压电极在加热装置内部的形式对绝缘材料进行测试，非常的危险，安全性极低的问题，提供一种变压器绝缘材料多因素老化实验装置。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：变压器绝缘材料多因素老化实验装置，所述装置包括温度控制模块、机械振动模块和强场电磁模块，所述温度控制模块设有电热干燥箱，所述机械振动模块设有激振器，所
述强场电磁模块设有脉冲干扰仪。本发明装置包括温度控制模块、机械振动模块和强场电磁模块，各个模块既可以单独工作，也可以两两配合工作，还可以全部同时工作，对于研究变压器绝缘材料的复杂老化过程非常适用，且本发明装置的强场电磁模块使用脉冲干扰仪产生静电脉冲来模拟局部放电和强场电磁环境，相对于使用高压极板产生强电场且处于高温环境下，脉冲干扰仪产生静电脉冲来模拟局部放电和强场电磁环境的方式更加安全可靠。
6.作为本发明的优选方案，所述装置还包括上固定板、下固定板和固定柱，所述上固定板和下固定板通过固定柱连接，所述上固定板上设有固定孔，所述激振器通过固定孔固定在上固定板上。
7.作为本发明的优选方案，所述机械振动模块还包括传动轴和活动轴，活动轴嵌入电热干燥箱的上方并套在传动轴上，所述传动轴与激振器相连，所述传动轴上设有传感器，所述传感器连接有电荷放大器，所述电荷放大器连接有数据采集器，所述激振器还连接有功率放大器，所述功率放大器连接有信号发生器，所述信号发生器与数据采集器连接有中心控制器，所述传动轴连接有金属箱。将绝缘材料放到金属箱中，传动轴与金属箱和激振器相连，激振器产生相应的机械振动，带动传动轴震动，传动轴又带动金属箱震动，从而使绝缘材料产生震动，本发明激振器带动金属箱震动，活动轴保证了激振器不会带动电热干燥箱产生震动，一方面对于电热干燥箱起到一种保护作用，可以免除电热干燥箱因震动产生不必要的损伤，另一方面电热干燥箱属于电子产品，且在工作时温度很高，如果再发生震动会有很大几率产生危险事件如爆炸，本发明装置很好地避免了此种情形，安全系数得到提高。
8.作为本发明的优选方案，所述强场电磁模块还包括脉冲输出端，所述脉冲输出端包括干扰脉冲棒、脉冲转换装置和脉冲群输出端，所述干扰脉冲棒与脉冲干扰仪相连。本发明装置的强场电磁模块实用脉冲干扰仪产生干扰脉冲，经干扰脉冲棒传送给脉冲转换装置，脉冲转换装置将干扰脉冲转换成干扰脉冲群后经干扰脉冲群输出端发射，以此来模拟局部放电和强场电磁环境，相对于使用高压极板产生强电场且处于高温环境下，本装置的模拟局部放电和强场电磁环境的方式更加安全可靠。
9.作为本发明的优选方案，所述温度控制模块的电热干燥箱还连接有温度采集器和温度控制器，所述温度采集器和温度控制器还与中心控制器相连。温度采集器实时采集电热干燥箱内部的温度，并将采集到的温度数据传送给中心控制器并显示，实验人员可以根据具体实验方式和情况控制温度控制器调节电热干燥箱内的温度。
10.作为本发明的优选方案，所述传感器包括有加速度传感器和力传感器。加速度传感器和力传感器安装在传动轴上，可以检测激振器产生的机械振动的加速度和力的大小，用于重复试验的统一调节。
11.作为本发明的优选方案，所述传感器位于电热干燥箱的外面。传感器位于电热干燥箱的外面，防止电热干燥箱内部的高温环境对传感器的精度造成影响甚至是使传感器发生故障。
12.作为本发明的优选方案，所述脉冲输出端位于金属箱的内部，所述金属箱位于电热干燥箱的内部，所述电热干燥箱置于下固定板上。一方面激振器带动金属箱震动，从而实现对绝缘材料的动载疲劳老化实验，另一方面脉冲输出端位于金属箱的内部，金属箱可以
屏蔽脉冲输出端发出的干扰脉冲群，防止干扰脉冲群对外部工作的电热干燥箱或其他电子电器设备产生干扰，影响实验进度和实验结果，使得本发明装置更加可靠。
13.因此，本发明具有以下有益效果：1、本发明装置各个模块既可以单独工作，也可以两两配合工作，还可以全部同时工作，能实现同时对高压、强场电磁环境、高温、动载疲劳老化等条件进行模拟实验；2、本发明装置的强场电磁模块使用脉冲干扰仪产生静电脉冲来模拟局部放电和强场电磁环境，相对于使用高压极板产生强电场且处于高温环境下，脉冲干扰仪产生静电脉冲来模拟局部放电和强场电磁环境的方式更加安全可靠；3、本发明装置的激振器不会带动电热干燥箱产生震动，一方面对于电热干燥箱起到一种保护作用，另一方面使得本发明装置的安全系数得到提高；4、本发明装置的金属箱可以屏蔽脉冲输出端发出的干扰脉冲群，防止干扰脉冲群对外部工作的其他电子电器设备产生干扰，影响实验进度和实验结果，使得本发明装置更加可靠。
附图说明
14.图1是本发明装置的结构示意图；图2是本发明装置的部分主视图；图中：1、激振器；2、电热干燥箱；3、脉冲干扰仪；4、上固定板；5、下固定板；6、固定住；7、金属箱；8、固定孔；9、脉冲输出端；10、电荷放大器；11、数据采集器；12、功率放大器；13、信号发生器；14、温度采集器；15、温度控制器；16、中心控制器；17、传感器；18、传动轴；19、活动轴；901、干扰脉冲棒；902、脉冲转换装置；903、干扰脉冲群输出端。
具体实施方式
15.下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。
16.如图1所示，变压器绝缘材料多因素老化实验装置，装置包括温度控制模块、机械振动模块和强场电磁模块，温度控制模块设有电热干燥箱2，机械振动模块设有激振器1，强场电磁模块设有脉冲干扰仪3。本发明装置包括温度控制模块、机械振动模块和强场电磁模块，各个模块既可以单独工作，也可以两两配合工作，还可以全部同时工作，对于研究变压器绝缘材料的复杂老化过程非常适用，且本发明装置的强场电磁模块使用脉冲干扰仪3产生静电脉冲来模拟局部放电和强场电磁环境，相对于使用高压极板产生强电场且处于高温环境下，脉冲干扰仪3产生静电脉冲来模拟局部放电和强场电磁环境的方式更加安全可靠。
17.装置还包括上固定板4、下固定板5和固定柱6，上固定板4和下固定板5通过固定柱6连接，上固定板4上设有固定孔8，激振器1通过固定孔8固定在上固定板4上。
18.机械振动模块还包括传动轴18和活动轴19，活动轴19嵌入电热干燥箱2的上方并套在传动轴18上，传动轴18与激振器1相连，传动轴18上设有传感器17，传感器17连接有电荷放大器10，电荷放大器10连接有数据采集器11，激振器1还连接有功率放大器12，功率放大器12连接有信号发生器13，信号发生器13与数据采集器11连接有中心控制器16，传动轴18连接有金属箱7。将绝缘材料放到金属箱7中，传动轴18与金属箱7和激振器1相连，激振器1产生相应的机械振动，带动传动轴18震动，传动轴18又带动金属箱7震动，从而使绝缘材料产生震动，本发明激振器1带动金属箱7震动，活动轴19保证了激振器1不会带动电热干燥箱2产生震动，一方面对于电热干燥箱2起到一种保护作用，可以免除电热干燥箱2因震动产生
不必要的损伤，另一方面电热干燥箱2属于电子产品，且在工作时温度很高，如果再发生震动会有很大几率产生危险事件如爆炸，本发明装置很好地避免了此种情形，安全系数得到提高。
19.如图1和图2所示，强场电磁模块还包括脉冲输出端9，脉冲输出端9包括干扰脉冲棒901、脉冲转换装置902和脉冲群输出端903，干扰脉冲棒901与脉冲干扰仪9相连。本发明装置的强场电磁模块实用脉冲干扰仪3产生干扰脉冲，经干扰脉冲棒901传送给脉冲转换装置902，脉冲转换装置902将干扰脉冲转换成干扰脉冲群后经干扰脉冲群输出端903发射，以此来模拟局部放电和强场电磁环境，相对于使用高压极板产生强电场且处于高温环境下，本装置的模拟局部放电和强场电磁环境的方式更加安全可靠。
20.温度控制模块的电热干燥箱2还连接有温度采集器14和温度控制器15，温度采集器14和温度控制器15还与中心控制器16相连。温度采集器14实时采集电热干燥箱2内部的温度，并将采集到的温度数据传送给中心控制器16并显示，实验人员可以根据具体实验方式和情况控制温度控制器15调节电热干燥箱2内的温度。
21.传感器17包括有加速度传感器和力传感器。加速度传感器和力传感器安装在传动轴18上，可以检测激振器1产生的机械振动的加速度和力的大小，用于重复试验的统一调节。
22.传感器17位于电热干燥箱2的外面。传感器17位于电热干燥箱2的外面，防止电热干燥箱2内部的高温环境对传感器17的精度造成影响甚至是使传感器17发生故障。
23.脉冲输出端9位于金属箱7的内部，金属箱7位于电热干燥箱2的内部，电热干燥箱2置于下固定板5上。一方面激振器1带动金属箱7震动，从而实现对绝缘材料的动载疲劳老化实验，另一方面脉冲输出端9位于金属箱7的内部，金属箱7可以屏蔽脉冲输出端9发出的干扰脉冲群，防止干扰脉冲群对外部工作的电热干燥箱2或其他电子电器设备产生干扰，影响实验进度和实验结果，使得本发明装置更加可靠。
24.本发明装置可分为温度控制模块，机械震动模块和强场电磁模块，对应于绝缘纸的热老化、机械老化和电老化。其中，温度控制模块主要由温度可调的电热干燥箱2构成，以保证实验过程中试样所处环境温度稳定为实验预设温度。机械震动模块主要由激振器1及其驱动设备和监测设备组成，以保证试样所受振动负载可按需调控。强场电磁模块主要由电压及脉冲频率可控的脉冲干扰仪3构成。
25.在一个实施例中的温度控制：根据时温叠加理论，并考虑到老化实验的周期，选取130℃为热老化的实验温度，采用202系列电热干燥箱2完成绝缘纸试样的热老化实验。控温范围为室温 5℃～250℃，控温精度为
±
1℃。干燥箱内置温度传感器和xma-600系列智能式温度控制器15，用于设定热老化的温度。
26.在一个实施例中的振动控制：本实验采用sa-jz010电动式激振器1，激振力峰值为100n，加速度空载峰值为312m/s2，频率范围为10～4000hz。信号发生器13产生的原始信号经功率放大器12放大后，驱动激振器1产生相应的机械振动。振动载荷的控制可以通过调节功率放大器12的瞬时电流实现。激振器1的振子上安装有压电式加速度传感器（灵敏度6.56pc/ms-2）和力传感器（灵敏度3.53pc/n），用于重复实验条件的统一调节。
27.在一个实施例中的强场电磁控制：本实验采用dn801电快脉冲群静电干扰仪3，产生高压脉冲群。静电脉冲频率固定为5khz，电压可在0～15kv范围内调节。
28.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明保护范围为准。