一种以局部变压器模型测量油流带电分布的装置的制作方法

1.本发明涉及油流带电测量设备技术领域，具体涉及一种以局部变压器模型测量油流带电分布的装置。


背景技术：

2.在现有强迫油循环变压器中，由于变压器油流速较大，在流经绕组间隙与绝缘纸板构成的油道时，正负电荷易发生在电荷分离，正电荷一般随着变压器油在油中循环，随后在变压器各个部位泄漏释放，而负电荷则易积累在绝缘纸板或绝缘纸等固体绝缘表面并逐渐向内部迁移，这种现象被称为油流带电。在高等级变压器如500kv变压器中，由于绝缘材料电阻率的提升，使得电荷扩散、泄漏具有难度，电荷被迫积累在固体绝缘表面上，当电荷积累量过大在变压器内就容易导致静电放电，进而造成变压器故障。目前用来研究变压器绝缘油油流带电的主要方法有微静电测量法、旋转圆盘法及管道式测量法等。
3.微静电测量法和旋转圆盘法两者属于静电特性分析装置，他们通过不同的方式制造变压器绝缘油与绝缘纸板的摩擦从而形成油流带电，进而记录油流带电形成的泄漏电流用以表征油流带电的程度，但两者其模拟的油流带电过程与变压器内实际油流带电过程有较大区别。微静电测量法强迫绝缘油透过绝缘纸从而产生油流带电，与变压器内绝缘油只流经绝缘纸和纸板表面完全不同，并且为了使绝缘油具有更好的透过性，将绝缘纸换成滤纸，虽然滤纸与绝缘纸主要成分相同，但根据两者结果对比，其在数值上仍有差距；旋转圆盘法虽然应用了变压器内绝缘油只流经绝缘纸板表面的原理，但其重复旋转摩擦的过程与实际不符，因此该两种方法只能用以初步判定绝缘油油流带电的程度。
4.管道式测量法最符合变压器内实际油流带电过程，其通过制作简单的单层矩形油道来进行模拟变压器绝缘油与固体绝缘的油流带电，测量记录试验中产生的泄漏电流来表征变压器绝缘油油流带电的程度。但上述管道式测量装置对于复杂的变压器实际结构来说过于简单，无法研究油流带电在空间上的分布特性。同时原有的测量方法中以电流大小表征绝缘油油流带电程度，忽略了电荷密度的测量，但油流带电实际对变压器的危害是绝缘纸板上电荷累计造成的局部放电甚至闪络。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种可以准确判断油流带电程度并研究油流带电在空间上的分布特性的以局部变压器模型测量油流带电分布的装置。
6.为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种以局部变压器模型测量油流带电分布的装置，包括温控储油箱、循环泵、调速装置、缓冲箱、试验箱和测量箱，温控储油箱、循环泵、缓冲箱、试验箱和测量箱依次通过绝缘管道连接，测量箱通过绝缘管道和温控储油箱连接；调速装置和连接循环泵的两个绝缘管道连接，连接缓冲箱和试验箱的绝缘管道设有流量计，试验箱连接有第一静电计和第二
静电计；测量箱连接有第三静电计；连接测量箱和温控储油箱的绝缘管道连接有真空泵。
8.作为一种优选，温控储油箱包括储油箱箱体和储油箱箱盖，储油箱箱体和储油箱箱盖密封连接；储油箱箱体的外侧安装有加热硅胶板；储油箱箱体设有第一连接口、第二连接口、第三连接口和第四连接口，第一连接口连接有第一三通管，第一三通管的另外两个端口分别设有第一循环阀门和出油口阀门，第一循环阀门通过绝缘管道和循环泵连接；第二连接口连接有k型温度计；第三连接口连接有第二三通管，第二三通管的另外两个端口分别设有氮气控制阀门和真空泵阀门，真空泵阀门通过绝缘管道和真空泵连接；第四连接口连接有第三三通管，第三三通管的另外两个端口分别设有第二循环阀门和入油口阀门，第二循环阀门通过绝缘管道和测量箱连接。
9.作为一种优选，缓冲箱包括缓冲箱箱体和第一金属网，第一金属网设置在缓冲箱箱体内，缓冲箱箱体设有缓冲箱进油口和缓冲箱出油口，缓冲箱进油口通过绝缘管道和循环泵连接，缓冲箱出油口通过绝缘管道和试验箱连接；缓冲箱箱体底部安装有第一金属底座作为测量点，第一金属底座引线接地，第一金属网和第一金属底座连接；缓冲箱箱体设有缓冲箱无油测量区，第一金属底座延伸到缓冲箱无油测量区。
10.作为一种优选，第一金属网和第一金属底座均采用紫铜，缓冲箱箱体采用钢板制备。
11.作为一种优选，测量箱包括测量箱箱体和第二金属网，第二金属网设置在测量箱箱体内，测量箱箱体设有测量箱进油口和测量箱出油口，测量箱进油口通过绝缘管道和试验箱连接，测量箱出油口通过绝缘管道和温控储油箱连接；测量箱箱体底部安装有第二金属底座作为测量点，第二金属底座引线连接第三静电计，测量箱箱体设有测量箱无油测量区，第二金属底座延伸到测量箱无油测量区。
12.作为一种优选，第二金属网和第二金属底座均采用紫铜，测量箱箱体采用钢板制备。
13.作为一种优选，试验箱包括试验箱箱体、第一内部绝缘层、第二内部绝缘层和铜极，第一内部绝缘层覆盖在试验箱箱体的内侧壁，第二内部绝缘层覆盖在第一内部绝缘层的内侧；铜极的数量为若干个，若干个铜极在试验箱箱体内呈线性阵列排布，每个铜极通过两个铜棒固定支撑，所有铜极的外侧均包裹有绝缘纸；试验箱箱体设有试验箱入油口和试验箱出油口，试验箱入油口通过绝缘管道和缓冲箱连接，试验箱出油口和测量箱连接；试验箱箱体内设有挡板。
14.作为一种优选，试验箱箱体设有试验箱无油测量区，试验箱无油测量区位于试验箱箱体的外侧，铜极依次穿过第一内部绝缘层和第二内部绝缘层并延伸到试验箱无油测量区。
15.作为一种优选，挡板采用有机玻璃制备，挡板位于试验箱入油口处，挡板和试验箱箱体内壁之间具有间隙。
16.作为一种优选，所有的绝缘管道均采用聚四氟乙烯制备。
17.本发明的原理：变压器中每一通道的油道由多层饼油道并联组成，而多个通道串联又组成变压器的一相，单相变压器只具有一相，而三相变压器则具有三相并联，因此变压器可以看做多个通道的集合，故本发明模拟制作变压器的基本单位：一个单通道油道。
18.制作局部变压器模型时，为了更方便的进行电荷密度的理论计算，将绕组均视为
长方体，这是因为实际变压器中油道宽度沿径向虽然不均匀，外径略高于内径，但其差别远远小于绕组厚度。将模型从梯形简化为长方体后，电荷密度的计算公式更为简便。
19.当变压器绝缘油从下至上流经该局部变压器模型，在每一饼绕组上便会产生油流带电，通过连接在饼绕组电极内部的铜引线便可收集油流带电在固体绝缘上产生的负电荷形成的电流，用以表征变压器绝缘油油流带电大小。同时本发明中引入表面电位计，可进行固体绝缘表面电位的测量，通过简化计算可将电位测量转化为电荷分布测量，研究油流带电产生的电荷分布。
20.总的说来，本发明具有如下优点：
21.采用本发明后，可以模拟实际变压器内油流带电的起电过程，真实反应绝缘油油流带电特性，并且可以研究变压器绝缘油油流带电产生的电荷在不同空间方位上的电荷密度分布，可以进一步应用于变压器内电场分布仿真，研究变压器油油流带电对电场分布的影响。
附图说明
22.图1为一种以局部变压器模型测量油流带电分布的装置的示意图。
23.图2为温控储油箱的剖视图。
24.图3为缓冲箱的主视图。
25.图4为缓冲箱的侧视图。
26.图5为测量箱的主视图。
27.图6为测量箱的侧视图。
28.图7为试验箱的主视图。
29.图8为试验箱的侧视图。
30.其中，1为温控储油箱，2为循环泵，3为调速装置，4为缓冲箱，5为试验箱，6为测量箱，7为绝缘管道，8为流量计，9为第一静电计，10为第二静电计，11为第三静电计，12为真空泵，13为真空泵阀门，14为储油箱箱体，15为储油箱箱盖，16为加热硅胶板，17为第一三通管，18为第二连接口，19为第二三通管，20为第三三通管，21为第一循环阀门，22为出油口阀门，23为k型温度计，24为氮气控制阀门，25为真空泵阀门，26为第二循环阀门，27为入油口阀门，28为缓冲箱箱体，29为第一金属网，30为缓冲箱进油口，31为缓冲箱出油口，32为第一金属底座，33为缓冲箱无油测量区，34为测量箱箱体，35为第二金属网，36为测量箱进油口，37为测量箱出油口，38为第二金属底座，39为试验箱箱体，40为第一内部绝缘层，41为第二内部绝缘层，42为铜极，43为铜棒，44为绝缘纸，45为试验箱入油口，46为试验箱出油口，47为挡板，48为试验箱无油测量区，49为测量箱无油测量区。
具体实施方式
31.下面将结合具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
32.一种以局部变压器模型测量油流带电分布的装置，包括温控储油箱、循环泵、调速装置、缓冲箱、试验箱和测量箱，温控储油箱、循环泵、缓冲箱、试验箱和测量箱依次通过绝缘管道连接，测量箱通过绝缘管道和温控储油箱连接；调速装置和连接循环泵的两个绝缘管道连接，连接缓冲箱和试验箱的绝缘管道设有流量计，试验箱连接有第一静电计和第二
静电计；测量箱连接有第三静电计；连接测量箱和温控储油箱的绝缘管道连接有真空泵。本实施例中，第一静电计、第二静电计和第三静电计均和电脑连接。工作时，在温控储油箱内加热到设定温度的变压器绝缘油在循环泵及调速装置的作用下，以固定的流速先后流经缓冲箱、试验箱和测量箱，试验结果由三个静电计(第一静电计、第二静电计和第三静电计)记录获取。所有的绝缘管道均采用聚四氟乙烯制备。绝缘管道在输送绝缘油时还能起到隔绝各部分电气联系的绝缘作用。第一静电计为电流静电计，第二静电计为电压静电计，第三静电计为电流静电计。调速装置采用调速阀门。调速阀门利用调速旋钮控制阀门开合度来控制流速。
33.温控储油箱包括储油箱箱体和储油箱箱盖，储油箱箱体和储油箱箱盖密封连接；储油箱箱体的外侧安装有加热硅胶板；储油箱箱体设有第一连接口、第二连接口、第三连接口和第四连接口，第一连接口连接有第一三通管，第一三通管的另外两个端口分别设有第一循环阀门和出油口阀门，第一循环阀门通过绝缘管道和循环泵连接；第二连接口连接有k型温度计；第三连接口连接有第二三通管，第二三通管的另外两个端口分别设有氮气控制阀门和真空泵阀门，真空泵阀门通过绝缘管道和真空泵连接；第四连接口连接有第三三通管，第三三通管的另外两个端口分别设有第二循环阀门和入油口阀门，第二循环阀门通过绝缘管道和测量箱连接。加热硅胶板覆盖箱体外表面加热，相比于利用加热电阻丝加热，该加热方式更具有均匀性。通过k型热电偶温度计的温度反馈，可以控制加热硅胶板的功率，及时调整温度控制。
34.缓冲箱包括缓冲箱箱体和第一金属网，第一金属网设置在缓冲箱箱体内，缓冲箱箱体设有缓冲箱进油口和缓冲箱出油口，缓冲箱进油口通过绝缘管道和循环泵连接，缓冲箱出油口通过绝缘管道和试验箱连接；缓冲箱箱体底部安装有第一金属底座作为测量点，第一金属底座引线接地，将绝缘油中初始电荷全部排除，使得进入试验箱的绝缘油为电中性。第一金属网和第一金属底座连接；缓冲箱箱体设有缓冲箱无油测量区，第一金属底座延伸到缓冲箱无油测量区。
35.第一金属网和第一金属底座均采用紫铜，具有良好的导电性，缓冲箱箱体采用钢板制备。相较于紫铜导电性较低，可以保证绝大部分电荷通过紫铜测量点接地或者流入静电计。
36.测量箱包括测量箱箱体和第二金属网，第二金属网设置在测量箱箱体内，测量箱箱体设有测量箱进油口和测量箱出油口，测量箱进油口通过绝缘管道和试验箱连接，测量箱出油口通过绝缘管道和温控储油箱连接；测量箱箱体底部安装有第二金属底座作为测量点，第二金属底座引线连接第三静电计，测量油流带电后绝缘油中正电荷形成的冲流电流。测量箱箱体设有测量箱无油测量区，第二金属底座延伸到测量箱无油测量区。测量箱出油口和第二循环阀门连接。
37.本实施例中，缓冲箱和测量箱内部含有多个金属网捕捉电荷，从金属底座引出测量点引线，连接接地或者静电计。
38.第二金属网和第二金属底座均采用紫铜，具有良好的导电性，测量箱箱体采用钢板制备。相较于紫铜导电性较低，可以保证绝大部分电荷通过紫铜测量点接地或者流入静电计。
39.试验箱包括试验箱箱体、第一内部绝缘层、第二内部绝缘层和铜极，第一内部绝缘
层覆盖在试验箱箱体的内侧壁，第二内部绝缘层覆盖在第一内部绝缘层的内侧；铜极的数量为若干个，若干个铜极在试验箱箱体内呈线性阵列排布，每个铜极通过两个铜棒固定支撑，所有铜极的外侧均包裹有绝缘纸；试验箱箱体设有试验箱入油口和试验箱出油口，试验箱入油口通过绝缘管道和缓冲箱连接，试验箱出油口和测量箱连接；试验箱箱体内设有挡板。
40.试验箱箱体设有试验箱无油测量区，试验箱无油测量区位于试验箱箱体的外侧，铜极依次穿过第一内部绝缘层和第二内部绝缘层并延伸到试验箱无油测量区。
41.挡板采用有机玻璃制备，挡板位于试验箱入油口处，挡板和试验箱箱体内壁之间具有间隙。
42.本实施例的试验箱参考变压器的一个相内的一个通道制作，该通道内有十个绕组，每一个绕组都为长方体结构，虽然实际变压器中油道宽度沿径向并不均匀，而是外径略高于内径，但该差别远小于绕组的厚度，故模拟装置忽略外径内径差别。每一个绕组为一个铜板(铜板即为上文中的铜极)，铜板表面覆盖绝缘纸。每一个铜板用两根焊死在箱体上的铜棒支撑并固定，同时铜棒向后延伸至试验箱无油测量区作为测量端引线，一根铜棒连接电压静电计，一根铜棒连接电流静电计。测量箱箱体为屏蔽箱，为钢板制作，在与绝缘油中间还有两层结构，内层为聚四氟乙烯(第二内部绝缘层)，是为了防止绝缘油与外屏蔽箱过多接触产生金属导体油流带电，对试验结果造成影响；外层是绝缘纸板(第一内部绝缘层)，是为了模拟实际变压器结构中，每一相均用绝缘纸板与其他相进行绝缘。该箱体底部还有一个有机玻璃挡板，是为了模拟实际变压器中绝缘油油窄进窄出的实际结构。
43.在电中性的绝缘油流入试验箱后，在绝缘纸上便会产生油流带电，而绝缘纸上累积的负电荷便会通过铜板进一步传递给铜棒测量端，电流静电计测量记录此时产生的泄漏电流，关掉电流表接地后，电压静电计测量记录稳态时绝缘纸的电势，并进一步通过公式ρ＝2εu/d2计算绝缘纸上累积的电荷密度，公式中ρ为绝缘纸上累积电荷密度，ε为绝缘油介电常数，d为两个绕组间距离，u为电压静电计测量得到的绝缘纸的电势。
44.而根据不同高度绕组的电流测量结果和电荷密度计算结果，便可得到不同空间维度上的油流带电产生的电荷密度分布。而实际变压器则为该局部变压器模型的叠加，可根据局部变压器模型外推得到整个变压器的电荷密度分布，进一步可以在变压器电场仿真中计算模拟油流带电产生的电荷分布对变压器电场的影响。
45.该装置操作流程如下：
46.(1)将事先干燥好的绝缘纸板和绝缘纸组装在试验箱，关闭温控储油箱的氮气控制阀门和真空泵阀门，打开真空泵阀门，对整个装置进行抽真空处理30分钟。
47.(2)关闭真空泵阀门和真空泵，打开温控储油箱的入油口阀门和真空泵阀门，在真空条件下从入油口阀门向温控储油箱注入预先处理好的绝缘油。
48.(3)在充入足量(不高于第二循环阀门)的绝缘油后，关闭入油口阀门，对绝缘油继续进行抽真空处理1小时，继续去除装置中的空气。
49.(4)打开三个静电计预热30分钟同时调节温控储油箱至试验温度保持30分钟，之后打开第一循环阀门、第二循环阀门，打开循环油泵并逐渐调节调速阀门使得流量计达到试验流速，观察静电计示数，达到稳定后关闭循环油泵，电脑接收静电计读数记录，并进行电荷密度计算。
50.(5)打开氮气控制阀门充入氮气，通过出油口阀门排出装置内绝缘油，排净后关闭氮气控制阀门。进行装置清洗烘干以备下一次试验。
51.是否还有什么为说明清楚的设备、结构、作用等，请补充。
52.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。