專利名稱：一種油紙絕緣微水分布與電介質(zhì)響應(yīng)關(guān)聯(lián)性測(cè)試的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種油紙絕緣微水分布與電介質(zhì)響應(yīng)關(guān)聯(lián)性測(cè)試的裝置，該技術(shù)用于研究大型油浸式變壓器等電力設(shè)備的油紙絕緣中微水分布特征與電介質(zhì)響應(yīng)之間的關(guān)系，屬于油紙絕緣電介質(zhì)響應(yīng)測(cè)試領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
油浸式變壓器一直是大型變壓器的主要選擇，絕緣紙中微水將嚴(yán)重影響其電氣壽命和機(jī)械壽命，如何對(duì)投運(yùn)變壓器絕緣紙的微水狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估一直是業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注的難題。變壓器絕緣紙微水狀態(tài)的評(píng)估分為非電氣測(cè)量法和電氣試驗(yàn)法。非電氣測(cè)量法主要采用測(cè)試油中溶解的微水濃度，通過(guò)油紙絕緣中微水的平衡方程推算絕緣紙中的微水濃 度，但由于絕緣油溫度的時(shí)變性，以及器內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和個(gè)體之間很大的差異性，該方法測(cè)試油浸式絕緣紙中的微水濃度往往具有很大誤差。電氣試驗(yàn)法包括傳統(tǒng)方法(如絕緣電阻測(cè)試、介質(zhì)損耗正切測(cè)試等)和電介質(zhì)響應(yīng)法。傳統(tǒng)方法存在兩大缺點(diǎn)①試驗(yàn)需要施加高電壓，可能導(dǎo)致絕緣破壞；②這些測(cè)試局限于單個(gè)信息，提供的絕緣信息十分少，而且所受的干擾因素多，無(wú)法建立變壓器油紙絕緣的微水狀態(tài)與測(cè)試結(jié)果的對(duì)應(yīng)關(guān)系。電介質(zhì)響應(yīng)法由于只需要很低電壓的電源且能獲得的信息更多，得到了廣大研究者的青睞。但實(shí)際應(yīng)用中，電介質(zhì)響應(yīng)法評(píng)估變壓器油紙絕緣微水時(shí)常出現(xiàn)較大誤差，除了存在套管泄露電流、電磁干擾等因素，更重要的是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的變壓器而言，由于負(fù)荷的動(dòng)態(tài)變化以及環(huán)境溫度等影響，油紙絕緣中的微水長(zhǎng)期處于非平衡狀態(tài)，對(duì)某些特殊工況下的變壓器，這種現(xiàn)象更加突出，如電氣化鐵路中的牽引變壓器，由于負(fù)荷密度隨時(shí)間的變化很大、短時(shí)負(fù)荷電流超過(guò)額定負(fù)荷2倍甚至3倍以上屬正常工況，其油紙絕緣中的微水一般處于極不平衡狀態(tài)，這種不平衡狀態(tài)使得絕緣紙中微水隨厚度的分布非常不均勻，微水的分布不均勻會(huì)嚴(yán)重影響評(píng)估結(jié)果；為了研究這種影響，目前主要采用在測(cè)試電介質(zhì)響應(yīng)的同時(shí)采用微水?dāng)U散模型計(jì)算油紙絕緣中微水的動(dòng)態(tài)分布，其缺點(diǎn)是1)整個(gè)過(guò)程中絕緣紙各處微水濃度處于變化中，對(duì)測(cè)試及分析有很大影響；2)由于各處微水濃度一直在變化，實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性較差。因此急需開發(fā)一種油紙絕緣微水分布與電介質(zhì)響應(yīng)關(guān)聯(lián)性測(cè)試的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種油紙絕緣微水分布與電介質(zhì)響應(yīng)關(guān)聯(lián)性測(cè)試的裝置，該技術(shù)用于研究大型油浸式變壓器等電力設(shè)備的油紙絕緣中微水分布特征與電介質(zhì)響應(yīng)之間的關(guān)系。本發(fā)明解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案是一種油紙絕緣微水分布與電介質(zhì)響應(yīng)關(guān)聯(lián)性測(cè)試的裝置，如圖I所示，包括有恒溫箱(I)、儲(chǔ)油箱(2)、1號(hào)油中微水測(cè)試傳感器(3)、2號(hào)油中微水測(cè)試傳感器(4)、1號(hào)電磁攪拌電機(jī)(5)、2號(hào)電磁攪拌電機(jī)(6)、I號(hào)電磁攪拌子(7)、2號(hào)電磁攪拌子(8)、電介質(zhì)響應(yīng)測(cè)試儀(9)、微機(jī)系統(tǒng)(10)、1號(hào)繼電器控制模塊(11)、2號(hào)繼電器控制模塊(12)、1號(hào)加濕器(13)、2號(hào)加濕器(14)、絕緣紙(15)、電壓電極(16)、測(cè)試電極(17)、保護(hù)電極(18)、軟管
(19)。儲(chǔ)油箱⑵放于恒溫箱⑴中，恒溫箱的溫度根據(jù)實(shí)驗(yàn)所需調(diào)節(jié)，以使被測(cè)試的油紙絕緣處于恒定溫度環(huán)境中；電壓電極(16)、測(cè)試電極(17)和保護(hù)電極(18)固定于儲(chǔ)油箱
(2)中，絕緣紙(15)置于電壓電極(16)和測(cè)試電極(17)中間，并把儲(chǔ)油箱分成兩個(gè)部分，分別為I號(hào)分油箱(20)和2號(hào)分油箱(21)，為了使I號(hào)分油箱(20)和2號(hào)分油箱(21)中絕緣油不互相流通，在絕緣紙與2個(gè)分油箱之間均墊上O型密封圈，這樣2個(gè)分油箱中油中微水只能通過(guò)絕緣紙滲透進(jìn)行緩慢交換；通過(guò)微機(jī)系統(tǒng)(10)控制I號(hào)加濕器(13)和2號(hào)加濕器(14)，可使I號(hào)分油箱(20)和2號(hào)分油箱(21)中的油中微水濃度趨于不同的穩(wěn)定值，電介質(zhì)響應(yīng)測(cè)試儀(9)用于測(cè)試并記錄油紙絕緣的電介質(zhì)響應(yīng)。為了實(shí)現(xiàn)油浸式絕緣紙中微水實(shí)現(xiàn)較穩(wěn)定的梯度分布，同時(shí)進(jìn)行絕緣油中的微水 測(cè)試和控制。把I號(hào)油中微水測(cè)試傳感器(3)放于I號(hào)分油箱(20)中，2號(hào)油中微水測(cè)試傳感器(4)放于2號(hào)分油箱(21)中，2個(gè)油中微水測(cè)試傳感器的信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸給微機(jī)系統(tǒng)(10);把I號(hào)分油箱(20)的頂空部分通過(guò)軟管(19)與I號(hào)加濕器(13)相連接，2號(hào)分油箱(21)的頂空部分通過(guò)軟管(19)與2號(hào)加濕器(14)相連接，微機(jī)系統(tǒng)(10)根據(jù)I號(hào)油中微水測(cè)試傳感器(3)的測(cè)試值及I號(hào)分油箱(20)中油中微水濃度的目標(biāo)值通過(guò)控制I號(hào)繼電器模塊(11)控制I號(hào)加濕器(13)電源的通斷，同時(shí)微機(jī)系統(tǒng)(10)根據(jù)2號(hào)油中微水測(cè)試傳感器(4)的測(cè)試值及2號(hào)分油箱(21)中油中微水濃度的目標(biāo)值通過(guò)控制2號(hào)繼電器模塊(12)控制2號(hào)加濕器(14)電源的通斷。為了使油中溶解的微水快速均勻，同時(shí)使盡快使得2個(gè)分油箱頂空部分空氣濕度與油中微水濃度處于平衡狀態(tài)，在I號(hào)分油箱(20)的底部安裝了 I號(hào)電磁攪拌電機(jī)(5)、其油中放置了 I號(hào)電磁攪拌子(7)，2號(hào)分油箱(21)的底部安裝了 2號(hào)電磁攪拌電機(jī)(6)、其油中放置了 2號(hào)電磁攪拌子(8)，2個(gè)電磁攪拌電機(jī)長(zhǎng)期處于工作狀態(tài)。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)I)通過(guò)改變絕緣紙兩端油中微水濃度，可以方便地實(shí)現(xiàn)絕緣紙中微水濃度服從梯度分布，利用該技術(shù)可以高效率地測(cè)試油紙絕緣微水分布與電介質(zhì)響應(yīng)關(guān)聯(lián)性；2)利用該裝置測(cè)試油紙絕緣微水分布與電介質(zhì)響應(yīng)關(guān)聯(lián)性，實(shí)驗(yàn)具有很好的可重復(fù)性。


圖I油紙絕緣微水分布與電介質(zhì)響應(yīng)關(guān)聯(lián)性測(cè)試的裝置示意2兩個(gè)分油箱連接處的截面中I-恒溫箱，2-儲(chǔ)油箱，3-1號(hào)油中微水測(cè)試傳感器，4-2號(hào)油中微水測(cè)試傳感器，5-1號(hào)電磁攪拌電機(jī)，6-2號(hào)電磁攪拌電機(jī)，7-1號(hào)磁攪拌子，8-2號(hào)磁攪拌子，9-電介質(zhì)響應(yīng)測(cè)試儀，10-微機(jī)系統(tǒng),11-1號(hào)繼電器控制模塊，11-2號(hào)繼電器控制模塊,13-1號(hào)加濕器，14-2號(hào)加濕器，15-絕緣紙，16-電壓電極，17-測(cè)試電極，18-保護(hù)電極19-軟管，20-1號(hào)分油箱，21-2號(hào)分油箱，22-螺孔，23-1號(hào)0型密封圈，24-2號(hào)0型密封圈。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的描述有必要在此指出的是本實(shí)施例只用于對(duì)發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，不能理解對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述發(fā)明的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。實(shí)施例I本發(fā)明的油紙絕緣微水分布與電介質(zhì)響應(yīng)關(guān)聯(lián)性測(cè)試的裝置，如圖I所示，包括有恒溫箱(I)、儲(chǔ)油箱(2)、1號(hào)油中微水測(cè)試傳感器(3)、2號(hào)油中微水測(cè)試傳感器(4)、1號(hào)電磁攪拌電機(jī)(5)、2號(hào)電磁攪拌電機(jī)(6)、I號(hào)電磁攪拌子(7)、2號(hào)電磁攪拌子(8)、電介質(zhì)響應(yīng)測(cè)試儀(9)、微機(jī)系統(tǒng)(10)、1號(hào)繼電器控制模塊(11)、2號(hào)繼電器控制模塊(12)、1號(hào)加濕器(13)、2號(hào)加濕器(14)、絕緣紙(15)、電壓電極(16)、測(cè)試電極(17)、保護(hù)電極(18)、軟管(19)，其中絕緣紙(15)需經(jīng)過(guò)干燥處理。儲(chǔ)油箱⑵放于恒溫箱⑴中，恒溫箱的溫度根據(jù)實(shí)驗(yàn)所需調(diào)節(jié)，以使被測(cè)試的油 紙絕緣處于恒定溫度環(huán)境中，本實(shí)施例中，恒溫箱溫度條件為50°C。電壓電極(16)、測(cè)試電極(17)和保護(hù)電極(18)固定于儲(chǔ)油箱⑵中，絕緣紙(15)置于電壓電極(16)和測(cè)試電極(17)中間，保護(hù)電極附在測(cè)試電極旁邊，絕緣紙(15)并把儲(chǔ)油箱分成兩個(gè)部分，分別為I號(hào)分油箱(20)和2號(hào)分油箱(21)，為了使I號(hào)分油箱(20)和2號(hào)分油箱(21)中絕緣油不互相流通，在絕緣紙與I號(hào)分油箱之間墊上I號(hào)0型密封圈
(23)，在絕緣紙與2號(hào)分油箱之間墊上2號(hào)0型密封圈(24)，見圖2所示，用螺桿穿過(guò)I號(hào)分油箱(20)和2號(hào)分油箱(21)的螺孔(22)進(jìn)行連接，這樣2個(gè)分油箱中油中微水只能通過(guò)絕緣紙滲透進(jìn)行緩慢交換。把經(jīng)過(guò)干燥處理的絕緣油分別注入到I號(hào)分油箱(20)和2號(hào)分油箱(21)，油位為剛淹沒絕緣紙(15)為宜。通過(guò)微機(jī)系統(tǒng)(10)控制I號(hào)加濕器(13)和2號(hào)加濕器(14)，可使I號(hào)分油箱
(20)和2號(hào)分油箱(21)中的油中微水濃度趨于不同的穩(wěn)定值，要實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，首先，測(cè)試油中的微水濃度把I號(hào)油中微水測(cè)試傳感器(3)放于I號(hào)分油箱(20)中，2號(hào)油中微水測(cè)試傳感器(4)放于2號(hào)分油箱(21)中，2個(gè)油中微水測(cè)試傳感器的信號(hào)均通過(guò)RS232串口實(shí)時(shí)傳輸給微機(jī)系統(tǒng)(10);然后，控制加濕器通斷把I號(hào)分油箱(20)的頂空部分通過(guò)軟管(19)與I號(hào)加濕器(13)相連接，2號(hào)分油箱(21)的頂空部分通過(guò)軟管(19)與2號(hào)加濕器(14)相連接，微機(jī)系統(tǒng)(10)通過(guò)RS232串口給I號(hào)繼電器模塊(11)和2號(hào)繼電器模塊(11)發(fā)命令，通過(guò)控制繼電器的通斷來(lái)控制加濕器電源的通斷，控制方法為當(dāng)測(cè)試所得油中微水濃度與預(yù)定值相差時(shí)(小于預(yù)定值時(shí)，x%< 0，大于預(yù)定值時(shí)想x%> 0)，開通加濕器電源I分鐘，而后斷開加濕器電源t分鐘，然后再開通加濕器電源I分鐘，斷開加濕器電源t分鐘，循環(huán)連續(xù)進(jìn)行，其中，t可按照下表取值表I加濕器斷開電源的時(shí)間/分鐘
\_j_!_J_j_!_J_!_!_j_
x% -100% -50% -20% -10% -5% -3% -1% -0.5% ^0%
-50% —20% 10% —5% —3% -1 % —0.5% 0% t 23579121520
以上加濕器停止供電的t分鐘內(nèi)，本裝置仍將不間斷地檢測(cè)油中的微水濃度，當(dāng)發(fā)現(xiàn)測(cè)試所得油中微水濃度與預(yù)定值的相對(duì)差提高時(shí)，t將重新取值，即以本次測(cè)試得到的x%在表I中對(duì)應(yīng)的t值為準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)中，絕緣紙中微水濃度擬從1%到4%分布，因此I號(hào)分油箱(20)中油中微水濃度的目標(biāo)值是絕緣紙中微水濃度為1%所對(duì)應(yīng)的值，2號(hào)分油箱(21)中油中微水濃度的目標(biāo)值是絕緣紙中微水濃度為4%所對(duì)應(yīng)的值,可以根據(jù)Oommen曲線(Oommen' s curvesfor moisture equilibrium for a paper-oil system)確定油中微水的濃度目標(biāo)值。Oommen曲線是美國(guó)西屋電氣公司0o_en T. V.于1984年通過(guò)實(shí)驗(yàn)提出的油紙絕緣系統(tǒng)中絕緣紙和絕緣油中水含量達(dá)到平衡(即不隨時(shí)間變化)時(shí)兩種絕緣中水含量的若干關(guān)系曲線((TC 100°C間，溫度為10°C的倍數(shù)時(shí)均給出了一條曲線，共計(jì)11條曲線)，其橫坐標(biāo)為絕緣油中的水含量，縱坐標(biāo)為絕緣紙中的水含量。根據(jù)0o_en曲線I號(hào)分油箱(20)中油中微水濃度的目標(biāo)值為12y L/L，2號(hào)分油箱(21)中油中微水濃度的目標(biāo)值為90iiL/L。
采用上述方法，根據(jù)I號(hào)油中微水測(cè)試傳感器(3)的測(cè)試值及I號(hào)分油箱(20)中油中微水濃度的目標(biāo)值通過(guò)控制I號(hào)繼電器模塊(11)控制I號(hào)加濕器(13)電源的通斷，從而使得I號(hào)分油箱(20)中油中微水濃度穩(wěn)定在12y L/L，同時(shí)微機(jī)系統(tǒng)(10)根據(jù)2號(hào)油中微水測(cè)試傳感器(4)的測(cè)試值及2號(hào)分油箱(21)中油中微水濃度的目標(biāo)值通過(guò)控制2號(hào)繼電器模塊(12)控制2號(hào)加濕器(14)電源的通斷，使得2號(hào)分油箱(21)中油中微水濃度穩(wěn)定在90 u L/L。為了使油中溶解的微水快速均勻，同時(shí)使盡快使得2個(gè)分油箱頂空部分空氣濕度與油中微水濃度處于平衡狀態(tài)，在I號(hào)分油箱(20)的底部安裝了 I號(hào)電磁攪拌電機(jī)(5),其油中放置了 I號(hào)電磁攪拌子(7)，2號(hào)分油箱(21)的底部安裝了 2號(hào)電磁攪拌電機(jī)(6),其油中放置了 2號(hào)電磁攪拌子(8)，2個(gè)電磁攪拌電機(jī)長(zhǎng)期處于工作狀態(tài)。采用IDAX300型頻率響應(yīng)測(cè)試儀測(cè)試絕緣紙的電介質(zhì)頻率響應(yīng)，測(cè)試數(shù)據(jù)分別如表2和表3所不。表2復(fù)介電常數(shù)虛部
權(quán)利要求
1.一種油紙絕緣微水分布與電介質(zhì)響應(yīng)關(guān)聯(lián)性測(cè)試的裝置，包括有恒溫箱(I)、儲(chǔ)油箱(2)、1號(hào)油中微水測(cè)試傳感器(3)、2號(hào)油中微水測(cè)試傳感器(4)、1號(hào)電磁攪拌電機(jī)(5)、2號(hào)電磁攪拌電機(jī)(6)、1號(hào)電磁攪拌子(7)、2號(hào)電磁攪拌子⑶、電介質(zhì)響應(yīng)測(cè)試儀(9)、微機(jī)系統(tǒng)(10)、1號(hào)繼電器控制模塊(11)、2號(hào)繼電器控制模塊(12)、1號(hào)加濕器(13)、2號(hào)加濕器(14)、絕緣紙(15)、電壓電極(16)、測(cè)試電極(17)、保護(hù)電極(18)、軟管(19)，儲(chǔ)油箱(2)分為分油箱(20)和2號(hào)分油箱(21)兩部分，其特征在于能夠?qū)崿F(xiàn)絕緣紙兩邊油中微水處于不同的穩(wěn)定值，可以長(zhǎng)時(shí)間測(cè)試這種工況下油浸式絕緣紙的電介質(zhì)響應(yīng)，其組成過(guò)程為 第一步將絕緣紙(15)置于I號(hào)分油箱(20)和2號(hào)分油箱(21)中間，且采用密封圈使絕緣油不能在兩個(gè)分油箱之間自由流通； 第二步電壓電極(16)、測(cè)試電極(17)和保護(hù)電極(18)分別固定于絕緣紙(15)兩邊，其引線與電介質(zhì)響應(yīng)測(cè)試儀連接； 第三步1號(hào)分油箱(20)外面的底部安裝I號(hào)電磁攪拌電機(jī)(5)、I號(hào)分油箱(20)中放置I號(hào)電磁攪拌子(7)，2號(hào)分油箱(21)外面的底部安裝2號(hào)電磁攪拌電機(jī)(6)、2號(hào)分油箱(21)油中放置2號(hào)電磁攪拌子⑶； 第四步將I號(hào)油中微水測(cè)試傳感器(3)放于I號(hào)分油箱(20)中，將2號(hào)油中微水測(cè)試傳感器⑷放于2號(hào)分油箱(21)中,將2個(gè)油中微水測(cè)試傳感器的輸出端口與微機(jī)系統(tǒng)(10)連接，可用于實(shí)施監(jiān)測(cè)油中微水含量； 第五步將I號(hào)分油箱(20)的頂部通過(guò)軟管(19)與I號(hào)加濕器(13)的出氣口相連接，I號(hào)加濕器(13)的電源接口與I號(hào)繼電器模塊(11)的輸出端口和電源連接，I號(hào)繼電器模塊(11)的信號(hào)端口與微機(jī)系統(tǒng)(10)連接，將2號(hào)分油箱(21)的頂部通過(guò)軟管(19)與2號(hào)加濕器(14)的出氣口相連接，2號(hào)加濕器(14)的電源接口與2號(hào)繼電器模塊(12)的輸出端口和電源連接，將2號(hào)繼電器模塊(12)的信號(hào)端口與微機(jī)系統(tǒng)(10)連接，可用于控制2個(gè)加濕器的電源通斷，進(jìn)而分別控制絕緣紙(15)兩邊的油中微水含量； 第六步將儲(chǔ)油箱(2)裝于恒溫箱(I)中，可以保持測(cè)試過(guò)程中溫度恒定。
2.權(quán)利要求I所述的油紙絕緣微水分布與電介質(zhì)響應(yīng)關(guān)聯(lián)性測(cè)試的裝置，其特征在于所述I號(hào)分油箱(20)和2號(hào)分油箱(21)頂部均有頂空部分。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種油紙絕緣微水分布與電介質(zhì)響應(yīng)關(guān)聯(lián)性測(cè)試的裝置，由恒溫箱、儲(chǔ)油箱、微水測(cè)試傳感器、電介質(zhì)響應(yīng)測(cè)試儀、微機(jī)系統(tǒng)、加濕器、絕緣紙、多個(gè)電極等組成。用絕緣紙和密封圈把儲(chǔ)油箱分為2部分，通過(guò)通斷加濕器電源控制絕緣紙兩邊油中溶解的微水濃度，進(jìn)而使絕緣紙中微水處于穩(wěn)定的梯度分布，采用專用儀器測(cè)試并記錄電介質(zhì)響應(yīng)結(jié)果。采用該裝置可以高效率地進(jìn)行油紙絕緣微水分布與電介質(zhì)響應(yīng)關(guān)聯(lián)性的實(shí)驗(yàn)，重復(fù)性好。
文檔編號(hào)G01N27/60GK102830153SQ20121035872
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月25日
發(fā)明者周利軍, 趙贏峰, 李先浪, 黃曉峰, 郭蕾, 曹曉斌, 高國(guó)強(qiáng), 吳廣寧 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)