油道堵塞下变压器绕组主绝缘温度梯度测试系统

摘要

本发明公开了一种油道堵塞下变压器绕组主绝缘温度梯度测试系统，使用高、低压直流电源模块模拟控制各段高、低压绕组的负载损耗，使用绝缘橡胶块模拟变压器油道堵塞的现象，使用温度传感器测量绕组主绝缘各部分的温度。因此，本发明能够研究在油道堵塞下变压器绕组主绝缘温度梯度分布，有助于研究自然油循环下油流发生固化、油中杂物堆积及绕组绝缘膨胀等故障导致的油道堵塞时的绕组主绝缘热老化情况，以便进一步确定在低流速下变压器的绝缘好坏。

权利要求

1.一种油道堵塞下变压器绕组主绝缘温度梯度测试系统，用于研究变压器绕组主绝缘在自然油循环下发生油道堵塞时的温度梯度分布，其特征在于，主要由高压绕组(1)、低压绕组(2)、绕组主绝缘(3)、高压侧直流电源模块(4)、低压侧直流电源模块(5)、流速采集模块(6)、实验箱(7)、温度传感器(8)、温度采集模块(9)、计算机(10)以及绝缘橡胶块(12)组成，其中：高压绕组(1)、低压绕组(2)、绕组主绝缘(3)、温度传感器(8)以及绝缘橡胶块设置在实验箱(7)内部；高压绕组(1)、绕组主绝缘(3)和低压绕组(2)由外向内呈同心圆柱面分布；

高压侧直流电源模块(4)与高压绕组(1)相连，低压侧直流电源模块(5)与低压绕组(2)相连；

绕组主绝缘(3)位于高压绕组(1)、低压绕组(2)之间；

所述的温度传感器(8)采用高温绝缘胶依次固定在绕组主绝缘外表面自底部至顶部

10％、50％和90％处；

所述的温度采集模块(9)与所述的温度传感器(8)相连，用于记录绕组层间绝缘的实时温度；

所述的流速采集模块(6)采集实验箱(7)内的油流速度；流速采集模块置于实验箱侧壁的油路连通管路(13)上；

所述的计算机(10)分别与所述的温度采集模块(9)以及所述的流速采集模块(6)相连，用于后期数据处理；

所述的高压绕组(1)与低压绕组(2)分别为n段和m段，n和m由相应的绕组层数除以6决定，若其为小数，则向上取整；所述的高压绕组(1)和低压绕组(2)自顶向下，每段均由6层线饼(11)构成，若其最后一段不足6层，便以实际层数构建；每段绕组中的线饼(11)使用导线串联；每段绕组之间没有电气连接；

所述的高压侧直流电源模块(4)与低压侧直流电源模块(5)分别包括n与m个直流电源，n和m由相应的绕组层数除以6决定，若其为小数，则向上取整；每个直流电源只与一段绕组相连，自顶向下编号为i＝1，2，…n-1，n和j＝1，2，…m-1，m；高压侧直流电源的输出功率PH0为高压绕组直流电阻总损耗；低压侧直流电源的输出功率PL0为低压绕组直流电阻总损耗；

所述的绕组主绝缘(3)自高压绕组(1)内侧至低压绕组(2)外侧共k层，在主绝缘外表面自底部至顶部10％、50％和90％处安装温度传感器(8)，安装位置编号依次为1、2、3，故传感器所测温度Tab，其中a为安装位置编号，b为主绝缘层数，共k层，可表示为：所述的绝缘橡胶块(12)位于从高压绕组(1)起的第一层绝缘筒(301)与第二层绝缘筒(302)之间距底部5％位置处，且沿圆周方向互成90°位置处的绝缘橡胶块依次表示为M1(1201)，M2(1202)，M3(1203)和M4(1204)。

说明书

油道堵塞下变压器绕组主绝缘温度梯度测试系统

技术领域

[0001] 本发明属于油浸式变压器绝缘状态诊断领域，具体涉及一种油道堵塞下变压器绕组主绝缘温度梯度测试系统。

背景技术

[0002] 油浸式电力变压器作为电网系统中的核心设备，其能否正常工作对整个电网的安全运行有着至关重要的意义。变压器的运行寿命往往由其内部的绝缘材料寿命来决定，绝缘强度高，其工作可靠性便强。因此研究不同工况下变压器绝缘的老化及受损情况，对优化变压器设计及电网的稳定运行有着深远的现实意义。

[0003] 现阶段投入使用的油浸式变压器大多采用自然油循环模式进行散热，在这种情况下下油流速度很小，在绕组线饼及层间绝缘之间可能会发生油流停滞甚至固化；当变压器绕组因损耗发热时，有不均匀损耗的分布也会导致绕组部分的局部膨胀；此外，变压器在运行过程中，绝缘油不可避免的会掺杂一些杂志混合物，这些混合物长时间堆积便会影响内部的油流循环。以上几种情况均会造成不同程度下的油道堵塞，严重影响内部的油流散热，特别是热点区域附近，温度极高，对绝缘的破坏程度也严重加大。

[0004] 目前，很少有研究者以绕组绝缘温度梯度为对象，研究油道发生堵塞时的绝缘老化情况。因此，为了深入研究当油道因各种故障发生堵塞时绕组主绝缘的温度梯度分布，确定变压器的绝缘老化程度，有必要搭建一种在油道堵塞下变压器绕组主绝缘的温度梯度的测试装置及系统。

发明内容

[0005] 鉴于现有技术的以上不足，本发明的目的是提供一种能够更为准确地模拟油道堵塞下变压器绕组主绝缘温度梯度测试系统，其具体手段为：

[0006] 一种油道堵塞下变压器绕组主绝缘温度梯度测试系统，用于研究变压器绕组主绝缘在实际运行负载下的温度梯度分布，主要由高压绕组(1)、低压绕组(2)、绕组主绝缘(3)、高压侧直流电源模块(4)、低压侧直流电源模块(5)、流速采集模块(6)、实验箱(7)、温度传感器(8)、温度采集模块(9)、计算机(10)以及绝缘橡胶块(12)组成，其中：

[0007] 所述的高压绕组(1)、低压绕组(2)、绕组主绝缘(3)、温度传感器(8)、以及绝缘橡胶块(12)在实验箱(7)内部；高压绕组(1)、绕组主绝缘(3)和低压绕组(2)由外向内呈同心圆柱面分布；

[0008] 所述的高压侧直流电源模块(4)与所述的高压绕组(1)相连，所述的低压侧直流电源模块(5)与所述的低压绕组(2)相连；

[0009] 所述的绕组主绝缘(3)位于所述的高压侧直流电源模块(4)与所述的低压侧直流电源模块(5)之间；

[0010] 所述的温度传感器(8)采用高温绝缘胶依次固定在绕组主绝缘外表面自底部至顶部10％、50％和90％处；

[0011] 绝缘橡胶块置于高压绕组(1)与低压绕组(2)之间，在高压绕组(1)的第一层绝缘筒自底向上5％位置处；且沿圆周方向互成90°位置处

[0012] 温度采集模块(9)与温度传感器(8)相连，用于记录绕组层间绝缘的实时温度；

[0013] 流速采集模块(6)采集实验箱(7)内的油流速度，流速控制采集模块置于实验箱侧壁的油路连通管路(13)上。

[0014] 所述的计算机(10)分别与所述的温度采集模块(9)以及所述的流速采集模块(6)相连，用于后期数据处理。

[0015] 进一步，所述的高压绕组(1)与低压绕组(2)分别为n段和m段，n和m由相应的绕组层数除以6决定，若其为小数，则向上取整；所述的高压绕组(1)和低压绕组(2)自顶向下，每段均由6层线饼(11)构成，若其最后一段不足6层，便以实际层数构建；每段绕组中的线饼(11)使用导线串联；每段绕组之间没有电气连接。

[0016] 进一步，所述的高压侧直流电源模块(4)与低压侧直流电源模块(5)分别包括n与m个直流电源，n和m由相应的绕组层数除以6决定，若其为小数，则向上取整；每个直流电源只与一段绕组相连，自顶向下编号为i＝1，2，…n-1，n和j＝1，2，…m-1，m；高压侧直流电源的输出功率 PH0为高压绕组直流电阻总损耗；低压侧直流电源的输出功率 PL0为低压绕组直流电阻总损耗。

[0017] 进一步，所述的绕组主绝缘(3)自高压绕组(1)内侧至低压绕组(2)外侧共k层，在主绝缘外表面自底部至顶部10％、50％和90％处安装温度传感器(8)，安装位置编号依次为1、2、3，故传感器所测温度Tab(其中a为安装位置编号，b为主绝缘层数，共k层)可表示为：

[0018]

[0019] 进一步，所述的绝缘橡胶块(12)位于从高压绕组(1)起的第一层绝缘筒(301)与第二层绝缘筒(302)之间距底部5％位置处，且沿圆周方向互成90°位置处的绝缘橡胶块依次表示为M1(1201)，M2(1202)，M3(1203)和M4(1204)。

[0020] 由以上技术方案可知，本申请提供了一种油道堵塞下变压器绕组主绝缘温度梯度测试系统，高压侧直流电源模块(4)控制每段高压绕组(1)的损耗，低压侧直流电源模块(5)控制每段高压绕组(2)的损耗，温度传感器(8)测量绕组主绝缘(3)指定处的实时温度。因此，该实验装置可以控制各直流电源的输出功率来模拟变压器绕组的非均匀损耗，同时在油道堵塞情况下确定绕组层间绝缘的温度梯度分布，进一步提高自然油循环低流速下绕组绝缘热老化监测的准确性。

附图说明

[0021] 为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍：

[0022] 图1为本申请提供的一种油道堵塞下变压器绕组主绝缘温度梯度测试系统简化剖面图；

[0023] 图2为10kV电力变压器绕组主绝缘在实际负载损耗下温度梯度的测试装置示意图；

[0024] 图3为10kV电力变压器绕组主绝缘及温度传感器布置示意图；

[0025] 图4为绝缘橡胶块设置示意图。

[0026] 其中，1-高压绕组，2-低压绕组，3-绕组主绝缘，4-高压侧直流电源模块，5-低压侧直流电源模块，6-流速采集模块，7-实验箱，8-温度传感器，9-温度采集模块，10-计算机；401-H1直流电源、402-H2直流电源、403-H3直流电源、404-H4直流电源、405-H5直流电源、406-H6直流电源、501-L1直流电源、502-L2直流电源、503-L3直流电源、504-L4直流电源、505-L5直流电源；301-第一层绝缘筒、302-第二层绝缘筒、303-第三层绝缘筒；801-T11温度传感器、
802-T12温度传感器、803-T13温度传感器、804-T21温度传感器、805-T22温度传感器、806-T23温度传感器、807-T31温度传感器、808-T32温度传感器、809-T33温度传感器；1201-M1绝缘橡胶块，1202-M2绝缘橡胶块，1203-M3绝缘橡胶块，1204-M4绝缘橡胶块。

具体实施方式

[0027] 本申请提供了一种油道堵塞下变压器绕组主绝缘温度梯度测试系统，用于研究变压器绕组主绝缘在实际运行负载下的温度梯度分布，实验装置主要由高压绕组(1)、低压绕组(2)、绕组主绝缘(3)、高压侧直流电源模块(4)、低压侧直流电源模块(5)、流速采集模块(6)、实验箱(7)、温度传感器(8)、温度采集模块(9)、计算机(10)以及绝缘橡胶块(12)组成；

[0028] 所述的高压侧直流电源模块(4)与所述的高压绕组(1)相连，所述的低压侧直流电源模块(5)与所述的低压绕组(2)相连；

[0029] 所述的绕组主绝缘(3)位于所述的高压侧直流电源模块(4)与所述的低压侧直流电源模块(5)之间；

[0030] 所述的温度传感器(8)采用高温绝缘胶依次固定在绕组主绝缘外表面自底部至顶部10％、50％和90％处；

[0031] 所述的绝缘橡胶块(12)位于所述的高压绕组(1)与所述的低压绕组(2)间靠近高压绕组(1)的第一层绝缘筒自底向上5％位置处；

[0032] 所述的流速采集模块(6)采集实验箱(7)内的油流速度；

[0033] 所述的温度采集模块(9)与所述的温度传感器(8)相连，用于记录绕组层间绝缘的实时温度；

[0034] 所述的计算机(10)分别与所述的温度采集模块(9)以及所述的流速采集模块(6)相连，用于后期数据处理。

[0035] 本发明的工作原理：所述的高压绕组(1)与低压绕组(2)分别为n段和m段，n和m由相应的绕组层数除以6决定，若其为小数，则向上取整；所述的高压绕组(1)和低压绕组(2)自顶向下，每段均由6层线饼(11)构成，若其最后一段不足6层，便以实际层数构建；每段绕组中的线饼(11)使用导线串联；每段绕组之间没有电气连接；所述的高压侧直流电源模块(4)与低压侧直流电源模块(5)分别包括n与m个直流电源，n和m由相应的绕组层数除以6决定，若其为小数，则向上取整；每个直流电源只与一段绕组相连，自顶向下编号为i＝1，2，…n-1，n和j＝1，2，…m-1，m；高压侧直流电源的输出功率 PH0为高压绕组直流电阻总损耗；低压侧直流电源的输出功率 PL0为低
压绕组直流电阻总损耗。所述的绕组主绝缘(3)自高压绕组(1)内侧至低压绕组(2)外侧共k层，在主绝缘外表面自底部至顶部10％、50％和90％处安装温度传感器(8)，安装位置编号依次为1、2、3，故传感器所测温度Tab(其中a为安装位置编号，b为主绝缘层数，共k层)可表示为： 所述的绝缘橡胶块(12)位于从高压绕组(1)起的第一层绝缘筒
(301)与第二层绝缘筒(302)之间距底部5％位置处，且沿圆周方向互成90°位置处的绝缘橡胶块依次表示为M1(1201)，M2(1202)，M3(1203)和M4(1204)。

[0036] 因此，该实验装置可以控制各直流电源的输出功率来模拟变压器绕组的非均匀损耗，同时在油道堵塞情况下确定绕组层间绝缘的温度梯度分布。

[0037] 以上系统可通过一种油道堵塞下变压器绕组主绝缘温度梯度测试系统实现，以10kV电力变压器为例，其容量为630kVA，其额定状态下直流电阻损耗为9450W，取其中一相，低压绕组直流电阻损耗为1950W，高压绕组直流电阻损耗为1200W，高压绕组线饼(11)层数为36，低压绕组线饼(11)层数为30，绕组绝缘层数为3，实验操作方法包括以下步骤：

[0038] 1)计算出

[0039] 2)将高压绕组(1)的每6层线饼(11)使用导线串联作为一段，共6段；将低压绕组(2)的每6层线饼(11)使用导线串联作为一段，共5段；

[0040] 3)将6个高压侧直流电源与6段高压绕组相连，从顶自下编号为H1(401)、H2(402)、H3(403)、H4(404)、H5(405)、H6(406)；将5个低压侧直流电源与5段低压绕组相连，从顶自下编号为L1(501)、L2(502)、L3(503)、L4(504)、L5(505)；

[0041] 4)依照公式 设置高压侧各直流电源的输出功率分别为PH1＝300W、PH2＝200W、PH3＝200W、PH4＝200W、PH5＝200W、PH6＝300W；依照公式设置低压侧各直流电源的输出功率分别为PL1＝585W、PL2＝
390W、PL3＝390W、PL4＝390W、PL5＝585W；

[0042] 5)依照表达式 (其中k＝3)获取不同绝缘筒各处的温度，其编号分别为T11(801)、T12(802)、T13(803)、T21(804)、T22(805)、T23(806)、T31(807)、T32(808)、T33(809)；

[0043] 6)从高压绕组(1)起的第一层绝缘筒(301)与第二层绝缘筒(302)之间距底部5％位置处，且沿圆周方向互成90°位置处设置绝缘橡胶块依次为M1(1201)，M2(1202)，M3(1203)和M4(1204)。在本实施例中绝缘橡胶块的高度设置为50mm。

[0044] 7)接通各直流电源，对变压器绕组加热；

[0045] 8)启动运行流速采集模块(6)，使得实验箱(7)中的绝缘油保持一定的流速；

[0046] 9)启动温度采集模块(9)，记录绕组层间绝缘的实时温度；

[0047] 10)借助计算机(10)用于后期数据处理。

[0048] 由以上技术方案可知，本申请提供了一种油道堵塞下变压器绕组主绝缘温度梯度测试系统，高压侧直流电源模块(4)控制每段高压绕组(1)的损耗，低压侧直流电源模块(5)控制每段高压绕组(2)的损耗，温度传感器(8)测量绕组主绝缘(3)指定处的实时温度。因此，该实验装置可以控制各直流电源的输出功率来模拟变压器绕组的非均匀损耗，同时在油道堵塞情况下确定绕组层间绝缘的温度梯度分布，进一步提高自然油循环低流速下绕组绝缘热老化监测的准确性。