一种油浸纸套管局部过热缺陷模拟装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种油浸纸套管局部过热缺陷模拟装置与方法，包括设置在电容芯子上的温度测量模块，所述的温度测量模块与温度数显表连接，用于传输温度测量结果给温度数显表；还包括光源以及设置在光源与温度测量模块之间的透镜，所述透镜用于将光源发出的光聚光在温度测量模块上，本发明专利技术通过菲涅尔透镜结合强光源的方式实现对套管等少油设备局部过热缺陷的模拟，具有更加接近实际故障，不影响其他实验测量的特点，同时具有较好的可调节性和响应速度。速度。速度。

【技术实现步骤摘要】
一种油浸纸套管局部过热缺陷模拟装置与方法


[0001]本专利技术属于高压试验
，具体涉及一种油浸纸套管局部过热缺陷模拟装置与方法。

技术介绍

[0002]现有的对试品过热缺陷研究大多采用循环加热，水浴加热等方法，属于整体受热，因此对局部过热缺陷模拟不太适用，如变压器套管的电流致热型缺陷属于典型的局部过热缺陷，同时还有温度不可控，容易引入异物，干扰实验周围电磁场等问题。
[0003]油浸纸套管(以下简称套管)是广泛应用于电力变压器出线装置或引线穿墙的关键设备，是发展超特高压电力系统最先试制的绝缘结构。随着电压等级的提高和电网规模的扩大，套管的市场需求越来越多，其绝缘可靠性对电力系统正常运行十分重要。准确评估套管的运行状态，适时采取高效的运维检修策略，对电网的可靠运行和能源安全具有重要意义。
[0004]过热缺陷是油浸纸绝缘套管典型缺陷之一，温度是影响油纸绝缘的绝缘特性不可忽视的因素。变压器套管在运行过程中产生的热量可以通过套管的外部绝缘体表面和套管的外部的金属往外散发，而且套管散热能力有一定的限度，假如套管在运行时产生的热量大于散出的热量，套管内部的温度将会超过套管的绝缘材料发生绝缘故障的温度，将会发生严重的套管绝缘故障，所以温升引起的绝缘问题不容小觑。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种油浸纸套管局部过热缺陷模拟装置与方法，采用本专利技术装置对于开展关于在模拟套管电流型致热缺陷具有很大的帮助。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是，一种油浸纸套管局部过热缺陷模拟装置，包括设置在电容芯子上的温度测量模块，所述的温度测量模块与温度数显表连接，用于传输温度测量结果给温度数显表；还包括光源以及设置在光源与温度测量模块之间的透镜，所述透镜用于将光源发出的光聚焦于温度测量模块上。
[0007]优选的，所述透镜选择菲涅尔透镜。
[0008]优选的，所述电容芯子与温度测量模块均浸泡于变压器油中。
[0009]优选的，所述光源与调压源连接，所述调压源包括用于实现升压和降压操作的可调交流电源与220V电源；所述光源采用250WLED250无频闪微秒级照明光源。
[0010]优选的，包括以下步骤：
[0011]步骤1：将温度传感器探头安装于电容芯子局部过热缺陷位置；
[0012]步骤2：设计菲涅尔透镜；
[0013]步骤3：搭建实验回路，调节光源入射角度、透镜和电容芯子实验样品，使光源聚焦于实验样品外表面的温度传感器处；
[0014]步骤4：将220V电源连接调压源控制电源的输出电压；
[0015]步骤5：光源连接至交流调压源，控制光源输入功率；
[0016]步骤6：固定光源功率P，定义t时刻绝缘纸表面温升ΔT为该光源功率下稳态温升ΔTs；
[0017]步骤7：调节光源功率，加热t时刻后，停止加热并记录此时稳态温度，通过温度传感器获得试品表面稳态温升与光源功率对应关系；
[0018]步骤8：待样品表面温度恢复至室温，重复步骤5
‑
步骤7，获得ΔTs和P之间的函数关系。
[0019]优选的，还包括准备步骤，制作电容芯子，根据要求确定试验材料，并对试验材料进行处理；油纸电容型套管的电容芯子是由电缆纸和多层铝箔极板卷制而成的圆柱形；油纸套管主要制造工序包括电容芯子的卷制、真空干燥、装配和真空浸油；
[0020]确定极板层数与绝缘厚度，电容芯子的设计包括最大工作场强E
rm
的选择和电容极板尺寸的计算；电容芯子的计算基于其内部电位D通量不变的假定，需满足的最基本的关系如下式：
[0021]DS＝εE
r
2πrl＝C1[0022]式中，r为任何中间极板的半径；l为该极板的长度；E
r
为该极板处的辐向电场强度；D为该处的电位移，S为极板面积，C1为常数；
[0023]电容式套管的电气计算主要根据套管电气性能的要求，选择设计参数，指定或计算电容芯子的绝缘层厚度和电容极板的尺寸，包括：绝缘层最小厚度d
min
，绝缘层数n，极板的上下台阶1、2，接地极板的长度和半径l
n
、r
n
，零层极板的长度和半径l0、r0，以及各中间极板的长度、半径；电容极板按照各层电容和台阶均相等设计，各层电压及平均轴向场强相等，但各绝缘层的厚度不等，靠近零层极板或接地极板附件轴向场强最大为E
rm
，绝缘层最薄为d
min
；若r
n
/r0＝l0/l
n
，则两处的辐向场强相等，绝缘厚度也相等；
[0024]目前高压电容套管的d
min
一般很薄，取1
‑
1.2mm，其目的在于提高套管的局部放电性能和选取较高的最大工作场强E
rm
，电容套管的内部局部放电出现在极板边缘或者极板下面的绝缘层间，对于一般制造良好的电容芯子来讲，局部放电主要决定于极板边缘；极板边缘的局部放电各电压值可按照如下经验公式计算：
[0025][0026]其中的ε
r
、k1均为常数，取值如下表所示：
[0027]系数在不同情况下的取值
[0028][0029]计算可得局部放电起始场强：
[0030][0031]式中，d为绝缘层厚度(mm)；ε
r
为材料的相对介电常数，油纸为3.5，其中k1取4.3(胶纸)10.6(油纸)ε
r
取4(胶纸)3.5(油纸)d为介质厚度；一般胶纸中E
rm
取2MV/m，油纸绝缘约为2.5
‑
3.5MV/m；
[0032]E
rm
<(1.5～2)E
k
[0033]绝缘层数n即可按照下式求得：
[0034][0035]式中，U为工作电压，ΔU为各层工作电压；
[0036]采用处理完成的实验材料，并按照上述计算结果对套管电容芯子进行卷制。
[0037]优选的，所述菲涅尔透镜的设计方法如下，光学表面为弧形的菲涅尔透镜，设基准轴上的一点为光源F，光束从F点发出，经过透镜折射后到达透镜另一侧基准轴上的一点F＇；菲涅尔透镜的统一设计公式为：
[0038][0039]其中，n为折射率；r为透镜水平面投影半径；f为焦距；R为透镜光学表面半径；θ
i
为第i棱的高度角；u
i
为第i棱的入射光线的偏移角；ui
′
为第i棱的折射光线的偏移角；W
i
′
为第i棱入射面发线与透镜基准线的夹角；
[0040]平面型点聚焦菲涅尔透镜通过统一设计公式分别导入平面型点聚焦楞朝内菲涅尔透镜的条件，即可简化公式；楞朝内平面型点聚焦菲涅尔透镜，其条件为f＝∞，u
i
＝0，W<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种油浸纸套管局部过热缺陷模拟装置，其特征在于，包括设置在电容芯子上的温度测量模块(3)，所述的温度测量模块(3)与温度数显表(4)连接，用于传输温度测量结果给温度数显表(4)；还包括光源(6)以及设置在光源(6)与温度测量模块(3)之间的透镜，所述透镜用于将光源(6)发出的光聚焦于温度测量模块(3)上。2.根据权利要求1所述的一种油浸纸套管局部过热缺陷模拟装置，其特征在于，所述透镜选择菲涅尔透镜(5)。3.根据权利要求1所述的一种油浸纸套管局部过热缺陷模拟装置，其特征在于，所述电容芯子与温度测量模块(3)均浸泡于变压器油(1)中。4.根据权利要求1所述的一种油浸纸套管局部过热缺陷模拟装置，其特征在于，所述光源(6)与调压源(7)连接，所述调压源包括用于实现升压和降压操作的可调交流电源与220V电源；所述光源(6)采用250WLED250无频闪微秒级照明光源。5.一种油浸纸套管局部过热缺陷模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将温度传感器探头安装于电容芯子局部过热缺陷位置；步骤2：设计菲涅尔透镜；步骤3：搭建实验回路，调节光源入射角度、透镜和电容芯子实验样品，使光源聚焦于实验样品外表面的温度传感器处；(前期主要要进行温度的调试)步骤4：将220V电源连接调压源控制电源的输出电压；步骤5：光源连接至交流调压源，控制光源输入功率；步骤6：固定光源功率P，定义t时刻绝缘纸表面温升ΔT为该光源功率下稳态温升ΔTs；步骤7：调节光源功率，加热t时刻后，停止加热并记录此时稳态温度，通过温度传感器获得试品表面稳态温升与光源功率对应关系；步骤8：待样品表面温度恢复至室温，重复步骤5
‑
步骤7，获得ΔTs和P之间的函数关系。6.根据权利要求5所述的一种油浸纸套管局部过热缺陷模拟方法，其特征在于，还包括准备步骤，制作电容芯子，根据要求确定试验材料，并对试验材料进行处理；油纸电容型套管的电容芯子是由电缆纸和多层铝箔极板卷制而成的圆柱形；油纸套管主要制造工序包括电容芯子的卷制、真空干燥、装配和真空浸油；确定极板层数与绝缘厚度，电容芯子的设计包括最大工作场强E
rm
的选择和电容极板尺寸的计算；电容芯子的计算基于其内部电位D通量不变的假定，需满足的最基本的关系如下式：DS＝εE
r
2πrl＝C1式中，r为任何中间极板的半径；l为该极板的长度；E
r
为该极板处的辐向电场强度；D为该处的电位移，S为极板面积，C1为常数；电容式套管的电气计算主要根据套管电气性能的要求，选择设计参数，指定或计算电容芯子的绝缘层厚度和电容极板的尺寸，包括：绝缘层最小厚度d
min
，绝缘层数n，极板的上下台阶1、2，接地极板的长度和半径l
n
、r
n
，零层极板的长度和半径l0、r0，以及各中间极板的长度、半径；电容极板按照各层电容和台阶均相等设计，各层电压及平均轴向场强相等，但各绝缘层的厚度不等，靠近零层极板或接地极板附件轴向场强最大为E
rm
，绝缘层最薄为d
min
；若r
n
/r0＝l0/l
n
，则两处的辐向场强相等，绝缘厚度也相等；目前高压电容套管的d
min
一般很薄，取1
‑
1.2mm，其目的在于提高套管的局部放电性能
和选取较高的最大工作场强E
rm
，电容套管的内部局部放电出现在极板边缘或者极板下面的绝缘层间，对于一般制造良好的电容芯子来讲，局部...

【专利技术属性】
技术研发人员：张璐，孙蕾，杨昊，师一卿，王文森，韩彦华，聂永欣，吴经锋，刘强，王辰曦，
申请(专利权)人：西安工程大学国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：