本發(fā)明涉及信號(hào)監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種強(qiáng)油風(fēng)冷變壓器油紙的帶電度模擬測試裝置。

背景技術(shù)：

強(qiáng)油風(fēng)冷方式是超高壓變壓器常用的冷卻方式。高速油流與油紙之間接觸摩擦后，會(huì)在油紙表面和油中產(chǎn)生靜電，靜電是超高壓變壓器的絕緣部件發(fā)生損壞的主要原因。電力變壓器制造廠家為了節(jié)約制造成本，不斷優(yōu)化變壓器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。為了減小超高壓變壓器的體積，通常采用提高變壓器油流的流速來加快變壓器散發(fā)熱量，從而減少散熱面積。但是油流流速的增加使油紙帶電，給超高壓變壓器的安全運(yùn)行帶來了更大的風(fēng)險(xiǎn)。電力變壓器用戶對(duì)環(huán)境使用要求不斷提高，變壓器的油紙帶電度的檢測是變壓器運(yùn)行狀況的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。變壓器的油紙電荷主要來源于變壓器油與固體絕緣油紙之間的電荷的吸附與解吸附作用，負(fù)離子吸附在油紙上，油流中將出現(xiàn)正電荷。除電荷的吸附與解吸附以外，油流與油紙之間的摩擦應(yīng)力也使油與油紙雙電極層的電荷產(chǎn)生分離。要改善強(qiáng)油風(fēng)冷變壓器的油紙帶電度對(duì)變壓器運(yùn)行的影響，必須測試識(shí)別出不同的油流流速對(duì)絕緣油紙擊穿特性的影響，從而相應(yīng)優(yōu)化各部分的絕緣設(shè)計(jì)和對(duì)各部件介面電荷的大小做出正確的評(píng)價(jià)。因此對(duì)強(qiáng)油風(fēng)冷變壓器油紙介面帶電度的測試分析有著極其重要的意義。

目前變壓器的各項(xiàng)故障分析中，沒有對(duì)變壓器的油紙介面電荷進(jìn)行監(jiān)測。對(duì)變壓器介面電荷的測試方法的研究只停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段，另外，實(shí)驗(yàn)室中沒有模擬現(xiàn)場運(yùn)行工況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種強(qiáng)油風(fēng)冷變壓器油紙的帶電度模擬測試裝置，旨在模擬變壓器真實(shí)的運(yùn)行狀況，提高對(duì)油紙介面帶電度測試分析的準(zhǔn)確性和有效性，進(jìn)而判斷變壓器油箱內(nèi)的油紙帶電是否會(huì)影響變壓器的安全運(yùn)行。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種強(qiáng)油風(fēng)冷變壓器油紙的帶電度模擬測試裝置，包括用于模擬強(qiáng)油風(fēng)冷變壓器的起電裝置和用于測量油紙介面表面電荷的電荷測量裝置，其中：

所述起電裝置包括離心調(diào)速電機(jī)、轉(zhuǎn)盤、裝有變壓器油的油箱和用于固定油箱的第一支架，所述離心調(diào)速電機(jī)連接于所述轉(zhuǎn)盤，所述轉(zhuǎn)盤與所述第一支架固定連接，所述油箱的底部設(shè)有調(diào)節(jié)所述變壓器油的流量的放油閥門；

所述電荷測量裝置包括用于對(duì)油紙介面表面電荷進(jìn)行測量的表面電位計(jì)和用于固定所述表面電位計(jì)的第二支架，所述表面電位計(jì)設(shè)于所述起電裝置靠近所述油箱的一端，并與用于對(duì)所述表面電位計(jì)測得的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的計(jì)算終端相連。

優(yōu)選地，所述帶電度模擬測試裝置還包括與所述計(jì)算終端相連的溫度傳感器，所述溫度傳感器設(shè)置于所述油箱的側(cè)壁，用于采集所述變壓器油的溫度值，并發(fā)送給所述計(jì)算終端。

優(yōu)選地，所述離心調(diào)速電機(jī)連接有用于調(diào)節(jié)所述離心調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速控制器和用于測量所述離心調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速的電子式計(jì)數(shù)器，所述電子式計(jì)數(shù)器將測得的所述離心調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)送給所述計(jì)算終端。

優(yōu)選地，所述離心調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍為0～2500r/min。

優(yōu)選地，所述表面電位計(jì)的外表面套設(shè)有同軸屏蔽電纜，所述表面電位計(jì)包括靜電計(jì)和針式探頭，所述針式探頭設(shè)于所述起電裝置靠近所述油箱的一端，用于探測油紙的介面表面電荷的電荷量，所述針式探頭通過傳感線連接于所述靜電計(jì)，以將探測到的電荷量發(fā)送給靜電計(jì)，所述靜電計(jì)連接于所述計(jì)算終端，以將針式探頭發(fā)送的電荷量發(fā)送給所述計(jì)算終端進(jìn)行處理以得到帶電度測試結(jié)果。

優(yōu)選地，所述靜電計(jì)測量的電壓范圍為0～3000V、輸出阻抗小于等于0.01Ω、電壓分辨率為1V。

優(yōu)選地，所述油箱由尼龍材料制造而成，所述油箱的外表面設(shè)有靜電屏。

優(yōu)選地，所述計(jì)算終端連接有顯示裝置，所述顯示裝置用于將所述計(jì)算終端對(duì)表面電位計(jì)測得的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后的結(jié)果進(jìn)行顯示。

優(yōu)選地，所述油箱中設(shè)置有與所述油紙的大小相一致的銅線，所述銅線設(shè)置于所述油紙的表面。

優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)盤與所述第一支架固定連接的方式包括螺紋連接和焊接。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種強(qiáng)油風(fēng)冷變壓器油紙的帶電度模擬測試裝置，包括用于模擬強(qiáng)油風(fēng)冷變壓器的起電裝置和用于測量油紙介面表面電荷的電荷測量裝置，為了有效地模擬變壓器所處環(huán)境的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，將離心調(diào)速電機(jī)連接于轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤與第一支架固定連接；為了調(diào)節(jié)變壓器油的流量，在油箱的底部設(shè)有放油閥門；將表面電位計(jì)設(shè)于起電裝置靠近油箱的一端，該表面電位計(jì)將測得的測試數(shù)據(jù)發(fā)送給與表面電位計(jì)相連的計(jì)算終端進(jìn)行處理，能夠提高對(duì)油紙介面帶電度測試分析的準(zhǔn)確性和有效性，進(jìn)而判斷變壓器油箱內(nèi)的油紙帶電是否會(huì)影響變壓器的安全運(yùn)行。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)該看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施方式提供的一種帶電度模擬測試裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施方式提供的一種起電裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施方式提供的一種電荷測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施方式提供的一種油紙介面的等值電路圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施方式提供的一種在不同轉(zhuǎn)速下的帶電度測試結(jié)果示意圖。

圖6是本發(fā)明實(shí)施方式提供的另一種在不同轉(zhuǎn)速下的帶電度測試結(jié)果示意圖。

圖7是本發(fā)明實(shí)施方式提供的一種在不同溫度下的帶電度測試結(jié)果示意圖。

圖8是本發(fā)明實(shí)施方式提供的另一種在不同溫度下的帶電度測試結(jié)果示意圖。

圖中標(biāo)記分別為：

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步定義和解釋。同時(shí)，在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于區(qū)分描述，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

如圖1所示，是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種強(qiáng)油風(fēng)冷變壓器油紙的帶電度模擬測試裝置10。所述帶電度模擬測試裝置10可以包括起電裝置100和電荷測量裝置200。

如圖2所示，是所述起電裝置100的結(jié)構(gòu)示意圖。所述起電裝置100可以包括離心調(diào)速電機(jī)101、轉(zhuǎn)盤102、油箱103和第一支架104。其中，所述起電裝置100用于模擬強(qiáng)油風(fēng)冷變壓器的真實(shí)運(yùn)行環(huán)境，所述運(yùn)行環(huán)境可以包括變壓器所處位置的轉(zhuǎn)速、油箱103的溫度和變壓器油106的流速等。所述油箱103為頂部具有開口結(jié)構(gòu)的箱體，且所述油箱103內(nèi)裝有變壓器油106。所述變壓器油106經(jīng)過真空干燥，在預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)間隙下，其耐壓值大于等于65KV。所述第一支架104用于固定所述油箱103。在所述油箱103的底部設(shè)有放油閥門105，所述放油閥門105主要用于調(diào)節(jié)所述變壓器油106的流量，以模擬所述變壓器油106的流速。所述離心調(diào)速電機(jī)101連接于所述轉(zhuǎn)盤102，所述轉(zhuǎn)盤102與所述第一支架104固定連接?？蛇x地，所述轉(zhuǎn)盤102與所述第一支架104固定連接的方式可以包括螺紋連接和焊接。所述第一支架104可以分為三段，其中，第一段和第二段垂直連接于所述轉(zhuǎn)盤102的邊緣，第三段固定連接于所述第一段和所述第二段之間并與所述轉(zhuǎn)盤102平行。本實(shí)施例中，所述離心調(diào)速電機(jī)101的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)所述轉(zhuǎn)盤102和所述第一支架104進(jìn)行同步旋轉(zhuǎn)，以模擬所述變壓器的轉(zhuǎn)速。

如圖3所示，是所述電荷測量裝置200的結(jié)構(gòu)示意圖。所述電荷測量裝置200可以包括表面電位計(jì)201(參閱圖2)和第二支架202。結(jié)合圖2所示，所述表面電位計(jì)201用于對(duì)油紙107的介面表面電荷進(jìn)行測量，所述第二支架202用于固定所述表面電位計(jì)201。其中，所述電荷測量裝置200用于測量油紙107的介面表面電荷的電荷測量裝置200。所述電荷測量裝置200還用于將測得的油紙107的介面表面電荷的數(shù)據(jù)發(fā)送給與所述電荷測量裝置200相連的計(jì)算終端。本實(shí)施例中，所述表面電位計(jì)201設(shè)置于所述起電裝置100靠近所述油箱103的一端，以準(zhǔn)確測量所述油紙107的介面表面電荷。所述表面電位計(jì)201還連接于計(jì)算終端，以對(duì)所述表面電位計(jì)201測得的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并得到帶電度測試結(jié)果。所述計(jì)算終端可以是個(gè)人電腦(personal computer，PC)、平板電腦和智能手機(jī)等。所述表面電位計(jì)201用于將測得的所述油紙107的介面表面電荷的數(shù)據(jù)發(fā)送給所述計(jì)算終端進(jìn)行處理，進(jìn)而判斷變壓器的油箱103內(nèi)的油紙107帶電是否會(huì)影響變壓器的安全運(yùn)行。

進(jìn)一步地，所述帶電度模擬測試裝置10還包括溫度傳感器109。所述溫度傳感器109與所述計(jì)算終端相連。本實(shí)施例中，所述溫度傳感器109可以設(shè)置于所述油箱103的側(cè)壁，所述側(cè)壁包括油箱103的外側(cè)壁和內(nèi)側(cè)壁。優(yōu)選地，所述溫度傳感器109設(shè)置于所述油箱103的內(nèi)側(cè)壁。所述溫度傳感器109用于采集所述變壓器油106的溫度值，并將所述溫度值發(fā)送給所述計(jì)算終端進(jìn)行處理。

本實(shí)施例中，所述離心調(diào)速電機(jī)101還連接有轉(zhuǎn)速控制器。所述轉(zhuǎn)速控制器用于調(diào)節(jié)所述離心調(diào)速電機(jī)101的轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)所述帶電度模擬測試裝置10在不同轉(zhuǎn)速下對(duì)所述變壓器進(jìn)行測試，并得到在不同轉(zhuǎn)速下的帶電度測量數(shù)據(jù)。可選地，所述離心調(diào)速電機(jī)101的轉(zhuǎn)速范圍為0～2500r/min。所述離心調(diào)速電機(jī)101還連接有電子式計(jì)數(shù)器。所述電子式計(jì)數(shù)器可以設(shè)置在所述離心調(diào)速電機(jī)101、轉(zhuǎn)盤102或第一支架104上，用于測量所述離心調(diào)速電機(jī)101的轉(zhuǎn)速信號(hào)，并將測得的所述轉(zhuǎn)速信號(hào)發(fā)送給所述計(jì)算終端進(jìn)行顯示。

其中，為了有效避免外界環(huán)境的電磁干擾對(duì)測試數(shù)據(jù)的影響，在所述表面電位計(jì)201的外表面套設(shè)有同軸屏蔽電纜。所述表面電位計(jì)201可以包括靜電計(jì)2012和針式探頭2011。本實(shí)施例中，所述針式探頭2011設(shè)置于所述起電裝置100靠近所述油箱103的一端，以感應(yīng)所述油紙107的介面表面電荷的電荷量。所述針式探頭2011還用于將感應(yīng)到的油紙107的介面表面電荷的電荷量發(fā)送給所述靜電計(jì)2012。在所述針式探頭2011和所述靜電計(jì)2012之間通過傳感線電性連接。所述針式探頭2011通過所述傳感線連接于所述靜電計(jì)2012。所述靜電計(jì)2012連接于所述計(jì)算終端。所述靜電計(jì)2012用于將獲得的油紙107的介面表面電荷的電荷量數(shù)據(jù)發(fā)送給所述計(jì)算終端進(jìn)行處理得到帶電度測試結(jié)果。所述靜電計(jì)2012可以為Model 347。其中，所述靜電計(jì)2012測量的電壓范圍為0～3000V、輸出阻抗小于等于0.01Ω、電壓分辨率為1V。如此，能夠適應(yīng)所述計(jì)算終端對(duì)所述變壓器進(jìn)行測試的需要。

進(jìn)一步地，為了準(zhǔn)確測量油紙107的介面表面電荷的電荷量，所述油箱103由尼龍材料制造而成，使得所述油箱103為絕緣部件。此外，本實(shí)施例中，所述起電裝置100在所述油箱103的外表面還設(shè)置有靜電屏108，如此有效避免了外界環(huán)境的電磁干擾對(duì)測試所產(chǎn)生的影響。

本實(shí)施例中，所述計(jì)算終端還連接有顯示裝置。所述顯示裝置可以包括數(shù)碼管和液晶顯示屏。所述顯示裝置用于將所述計(jì)算終端根據(jù)表面電位計(jì)201測得的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后得到的帶電度測試結(jié)果進(jìn)行顯示。

在所述油箱103中設(shè)置有與所述油紙107的大小相一致的導(dǎo)電線圈，所述導(dǎo)電線圈可以是，但不限于，銅線、鐵線和鋁線等。本實(shí)施例中，優(yōu)選所述導(dǎo)電線圈為銅線。并將所述銅線設(shè)置于所述油紙107的表面。其中，所述銅線的大小與所述油紙107的大小相一致。

進(jìn)一步地，所述帶電度模擬測試裝置10在對(duì)油紙107介面表面電荷進(jìn)行測量的過程中，所述油紙107雙電層的等效電路圖請(qǐng)參閱圖4。最終介面電荷由下式計(jì)算：

$\mathrm{\σ}=\frac{({\mathrm{\ρ}}_{PB}{\mathrm{\ϵ}}_{PB}-{\mathrm{\ρ}}_0{\mathrm{\ϵ}}_0)}{{\mathrm{\ρ}}_{PB}{d}_{PB}-{\mathrm{\ρ}}_0{d}_0}U$

其中，U是加在兩雙電層的電壓；ρ₀是油的電阻率；ε₀是油的介電常數(shù)；R₀是油的等值電阻；C₀是油的等值電容；d₀是油層的厚度；U₀是變壓器油層的電壓；ρ_PB是油紙的電阻率；ε_PB是油紙的相對(duì)介電常數(shù)；d_PB是油紙的厚度；U_PB是油紙兩端承受的電壓。

圖5和圖6示出了在不同轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間和不同轉(zhuǎn)動(dòng)速度下的油紙107介面表面電荷量隨著消散時(shí)間變化的測試結(jié)果?？蛇x地，所述轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間可以包括10min和30min等。所述轉(zhuǎn)速可以包括500r/min、800r/min和1000r/min等。

圖7和圖8示出了在不同溫度和不同轉(zhuǎn)動(dòng)速度下的油紙107介面表面電荷量隨著消散時(shí)間變化的測試結(jié)果。可選地，所述溫度可以包括25攝氏度和40攝氏度等。所述轉(zhuǎn)速可以包括500r/min、800r/min和1000r/min等。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種強(qiáng)油風(fēng)冷變壓器油紙的帶電度模擬測試裝置10，包括用于模擬強(qiáng)油風(fēng)冷變壓器的起電裝置100和用于測量油紙107介面表面電荷的電荷測量裝置200，為了有效地模擬變壓器所處環(huán)境的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，將離心調(diào)速電機(jī)101連接于轉(zhuǎn)盤102，轉(zhuǎn)盤102與第一支架104固定連接。為了調(diào)節(jié)變壓器油106的流量，在油箱103的底部設(shè)有放油閥門105。另外，將表面電位計(jì)201設(shè)于起電裝置100靠近油箱103的一端，該表面電位計(jì)201將測得的測試數(shù)據(jù)發(fā)送給與表面電位計(jì)201相連的計(jì)算終端進(jìn)行處理，能夠提高對(duì)油紙107介面帶電度測試分析的準(zhǔn)確性和有效性，進(jìn)而判斷變壓器的油箱103內(nèi)的油紙107帶電是否會(huì)影響變壓器的安全運(yùn)行。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接觸，也可以包括第一和第二特征不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特征接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。