本發(fā)明屬于油浸式變壓器絕緣狀態(tài)診斷領(lǐng)域，具體涉及一種油道堵塞下變壓器繞組主絕緣溫度梯度測試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

油浸式電力變壓器作為電網(wǎng)系統(tǒng)中的核心設(shè)備，其能否正常工作對整個電網(wǎng)的安全運行有著至關(guān)重要的意義。變壓器的運行壽命往往由其內(nèi)部的絕緣材料壽命來決定，絕緣強度高，其工作可靠性便強。因此研究不同工況下變壓器絕緣的老化及受損情況，對優(yōu)化變壓器設(shè)計及電網(wǎng)的穩(wěn)定運行有著深遠的現(xiàn)實意義。

現(xiàn)階段投入使用的油浸式變壓器大多采用自然油循環(huán)模式進行散熱，在這種情況下下油流速度很小，在繞組線餅及層間絕緣之間可能會發(fā)生油流停滯甚至固化；當變壓器繞組因損耗發(fā)熱時，有不均勻損耗的分布也會導(dǎo)致繞組部分的局部膨脹；此外，變壓器在運行過程中，絕緣油不可避免的會摻雜一些雜志混合物，這些混合物長時間堆積便會影響內(nèi)部的油流循環(huán)。以上幾種情況均會造成不同程度下的油道堵塞，嚴重影響內(nèi)部的油流散熱，特別是熱點區(qū)域附近，溫度極高，對絕緣的破壞程度也嚴重加大。

目前，很少有研究者以繞組絕緣溫度梯度為對象，研究油道發(fā)生堵塞時的絕緣老化情況。因此，為了深入研究當油道因各種故障發(fā)生堵塞時繞組主絕緣的溫度梯度分布，確定變壓器的絕緣老化程度，有必要搭建一種在油道堵塞下變壓器繞組主絕緣的溫度梯度的測試裝置及系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的以上不足，本發(fā)明的目的是提供一種能夠更為準確地模擬油道堵塞下變壓器繞組主絕緣溫度梯度測試系統(tǒng)，其具體手段為：

一種油道堵塞下變壓器繞組主絕緣溫度梯度測試系統(tǒng)，用于研究變壓器繞組主絕緣在實際運行負載下的溫度梯度分布，主要由高壓繞組(1)、低壓繞組(2)、繞組主絕緣(3)、高壓側(cè)直流電源模塊(4)、低壓側(cè)直流電源模塊(5)、流速采集模塊(6)、實驗箱(7)、溫度傳感器(8)、溫度采集模塊(9)、計算機(10)以及絕緣橡膠塊(12)組成，其中：

所述的高壓繞組(1)、低壓繞組(2)、繞組主絕緣(3)、溫度傳感器(8)、以及絕緣橡膠塊(12)在實驗箱(7)內(nèi)部；高壓繞組(1)、繞組主絕緣(3)和低壓繞組(2)由外向內(nèi)呈同心圓柱面分布；

所述的高壓側(cè)直流電源模塊(4)與所述的高壓繞組(1)相連，所述的低壓側(cè)直流電源模塊(5)與所述的低壓繞組(2)相連；

所述的繞組主絕緣(3)位于所述的高壓側(cè)直流電源模塊(4)與所述的低壓側(cè)直流電源模塊(5)之間；

所述的溫度傳感器(8)采用高溫絕緣膠依次固定在繞組主絕緣外表面自底部至頂部10％、50％和90％處；

絕緣橡膠塊置于高壓繞組(1)與低壓繞組(2)之間，在高壓繞組(1)的第一層絕緣筒自底向上5％位置處；且沿圓周方向互成90°位置處

溫度采集模塊(9)與溫度傳感器(8)相連，用于記錄繞組層間絕緣的實時溫度；

流速采集模塊(6)采集實驗箱(7)內(nèi)的油流速度，流速控制采集模塊置于實驗箱側(cè)壁的油路連通管路(13)上。

所述的計算機(10)分別與所述的溫度采集模塊(9)以及所述的流速采集模塊(6)相連，用于后期數(shù)據(jù)處理。

進一步，所述的高壓繞組(1)與低壓繞組(2)分別為n段和m段，n和m由相應(yīng)的繞組層數(shù)除以6決定，若其為小數(shù)，則向上取整；所述的高壓繞組(1)和低壓繞組(2)自頂向下，每段均由6層線餅(11)構(gòu)成，若其最后一段不足6層，便以實際層數(shù)構(gòu)建；每段繞組中的線餅(11)使用導(dǎo)線串聯(lián)；每段繞組之間沒有電氣連接。

進一步，所述的高壓側(cè)直流電源模塊(4)與低壓側(cè)直流電源模塊(5)分別包括n與m個直流電源，n和m由相應(yīng)的繞組層數(shù)除以6決定，若其為小數(shù)，則向上取整；每個直流電源只與一段繞組相連，自頂向下編號為i＝1，2，…n-1，n和j＝1，2，…m-1，m；高壓側(cè)直流電源的輸出功率ph0為高壓繞組直流電阻總損耗；低壓側(cè)直流電源的輸出功率pl0為低壓繞組直流電阻總損耗。

進一步，所述的繞組主絕緣(3)自高壓繞組(1)內(nèi)側(cè)至低壓繞組(2)外側(cè)共k層，在主絕緣外表面自底部至頂部10％、50％和90％處安裝溫度傳感器(8)，安裝位置編號依次為1、2、3，故傳感器所測溫度tab(其中a為安裝位置編號，b為主絕緣層數(shù)，共k層)可表示為：

進一步，所述的絕緣橡膠塊(12)位于從高壓繞組(1)起的第一層絕緣筒(301)與第二層絕緣筒(302)之間距底部5％位置處，且沿圓周方向互成90°位置處的絕緣橡膠塊依次表示為m1(1201)，m2(1202)，m3(1203)和m4(1204)。

由以上技術(shù)方案可知，本申請?zhí)峁┝艘环N油道堵塞下變壓器繞組主絕緣溫度梯度測試系統(tǒng)，高壓側(cè)直流電源模塊(4)控制每段高壓繞組(1)的損耗，低壓側(cè)直流電源模塊(5)控制每段高壓繞組(2)的損耗，溫度傳感器(8)測量繞組主絕緣(3)指定處的實時溫度。因此，該實驗裝置可以控制各直流電源的輸出功率來模擬變壓器繞組的非均勻損耗，同時在油道堵塞情況下確定繞組層間絕緣的溫度梯度分布，進一步提高自然油循環(huán)低流速下繞組絕緣熱老化監(jiān)測的準確性。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹：

圖1為本申請?zhí)峁┑囊环N油道堵塞下變壓器繞組主絕緣溫度梯度測試系統(tǒng)簡化剖面圖；

圖2為10kv電力變壓器繞組主絕緣在實際負載損耗下溫度梯度的測試裝置示意圖；

圖3為10kv電力變壓器繞組主絕緣及溫度傳感器布置示意圖；

圖4為絕緣橡膠塊設(shè)置示意圖。

其中，1-高壓繞組，2-低壓繞組，3-繞組主絕緣，4-高壓側(cè)直流電源模塊，5-低壓側(cè)直流電源模塊，6-流速采集模塊，7-實驗箱，8-溫度傳感器，9-溫度采集模塊，10-計算機；401-h1直流電源、402-h2直流電源、403-h3直流電源、404-h4直流電源、405-h5直流電源、406-h6直流電源、501-l1直流電源、502-l2直流電源、503-l3直流電源、504-l4直流電源、505-l5直流電源；301-第一層絕緣筒、302-第二層絕緣筒、303-第三層絕緣筒；801-t11溫度傳感器、802-t12溫度傳感器、803-t13溫度傳感器、804-t21溫度傳感器、805-t22溫度傳感器、806-t23溫度傳感器、807-t31溫度傳感器、808-t32溫度傳感器、809-t33溫度傳感器；1201-m1絕緣橡膠塊，1202-m2絕緣橡膠塊，1203-m3絕緣橡膠塊，1204-m4絕緣橡膠塊。

具體實施方式

本申請?zhí)峁┝艘环N油道堵塞下變壓器繞組主絕緣溫度梯度測試系統(tǒng)，用于研究變壓器繞組主絕緣在實際運行負載下的溫度梯度分布，實驗裝置主要由高壓繞組(1)、低壓繞組(2)、繞組主絕緣(3)、高壓側(cè)直流電源模塊(4)、低壓側(cè)直流電源模塊(5)、流速采集模塊(6)、實驗箱(7)、溫度傳感器(8)、溫度采集模塊(9)、計算機(10)以及絕緣橡膠塊(12)組成；

所述的高壓側(cè)直流電源模塊(4)與所述的高壓繞組(1)相連，所述的低壓側(cè)直流電源模塊(5)與所述的低壓繞組(2)相連；

所述的繞組主絕緣(3)位于所述的高壓側(cè)直流電源模塊(4)與所述的低壓側(cè)直流電源模塊(5)之間；

所述的溫度傳感器(8)采用高溫絕緣膠依次固定在繞組主絕緣外表面自底部至頂部10％、50％和90％處；

所述的絕緣橡膠塊(12)位于所述的高壓繞組(1)與所述的低壓繞組(2)間靠近高壓繞組(1)的第一層絕緣筒自底向上5％位置處；

所述的流速采集模塊(6)采集實驗箱(7)內(nèi)的油流速度；

所述的溫度采集模塊(9)與所述的溫度傳感器(8)相連，用于記錄繞組層間絕緣的實時溫度；

所述的計算機(10)分別與所述的溫度采集模塊(9)以及所述的流速采集模塊(6)相連，用于后期數(shù)據(jù)處理。

本發(fā)明的工作原理：所述的高壓繞組(1)與低壓繞組(2)分別為n段和m段，n和m由相應(yīng)的繞組層數(shù)除以6決定，若其為小數(shù)，則向上取整；所述的高壓繞組(1)和低壓繞組(2)自頂向下，每段均由6層線餅(11)構(gòu)成，若其最后一段不足6層，便以實際層數(shù)構(gòu)建；每段繞組中的線餅(11)使用導(dǎo)線串聯(lián)；每段繞組之間沒有電氣連接；所述的高壓側(cè)直流電源模塊(4)與低壓側(cè)直流電源模塊(5)分別包括n與m個直流電源，n和m由相應(yīng)的繞組層數(shù)除以6決定，若其為小數(shù)，則向上取整；每個直流電源只與一段繞組相連，自頂向下編號為i＝1，2，…n-1，n和j＝1，2，…m-1，m；高壓側(cè)直流電源的輸出功率ph0為高壓繞組直流電阻總損耗；低壓側(cè)直流電源的輸出功率pl0為低壓繞組直流電阻總損耗。所述的繞組主絕緣(3)自高壓繞組(1)內(nèi)側(cè)至低壓繞組(2)外側(cè)共k層，在主絕緣外表面自底部至頂部10％、50％和90％處安裝溫度傳感器(8)，安裝位置編號依次為1、2、3，故傳感器所測溫度tab(其中a為安裝位置編號，b為主絕緣層數(shù)，共k層)可表示為：所述的絕緣橡膠塊(12)位于從高壓繞組(1)起的第一層絕緣筒(301)與第二層絕緣筒(302)之間距底部5％位置處，且沿圓周方向互成90°位置處的絕緣橡膠塊依次表示為m1(1201)，m2(1202)，m3(1203)和m4(1204)。

因此，該實驗裝置可以控制各直流電源的輸出功率來模擬變壓器繞組的非均勻損耗，同時在油道堵塞情況下確定繞組層間絕緣的溫度梯度分布。

以上系統(tǒng)可通過一種油道堵塞下變壓器繞組主絕緣溫度梯度測試系統(tǒng)實現(xiàn)，以10kv電力變壓器為例，其容量為630kva，其額定狀態(tài)下直流電阻損耗為9450w，取其中一相，低壓繞組直流電阻損耗為1950w，高壓繞組直流電阻損耗為1200w，高壓繞組線餅(11)層數(shù)為36，低壓繞組線餅(11)層數(shù)為30，繞組絕緣層數(shù)為3，實驗操作方法包括以下步驟：

1)計算出

2)將高壓繞組(1)的每6層線餅(11)使用導(dǎo)線串聯(lián)作為一段，共6段；將低壓繞組(2)的每6層線餅(11)使用導(dǎo)線串聯(lián)作為一段，共5段；

3)將6個高壓側(cè)直流電源與6段高壓繞組相連，從頂自下編號為h1(401)、h2(402)、h3(403)、h4(404)、h5(405)、h6(406)；將5個低壓側(cè)直流電源與5段低壓繞組相連，從頂自下編號為l1(501)、l2(502)、l3(503)、l4(504)、l5(505)；

4)依照公式設(shè)置高壓側(cè)各直流電源的輸出功率分別為ph1＝300w、ph2＝200w、ph3＝200w、ph4＝200w、ph5＝200w、ph6＝300w；依照公式設(shè)置低壓側(cè)各直流電源的輸出功率分別為pl1＝585w、pl2＝390w、pl3＝390w、pl4＝390w、pl5＝585w；

5)依照表達式(其中k＝3)獲取不同絕緣筒各處的溫度，其編號分別為t11(801)、t12(802)、t13(803)、t21(804)、t22(805)、t23(806)、t31(807)、t32(808)、t33(809)；

6)從高壓繞組(1)起的第一層絕緣筒(301)與第二層絕緣筒(302)之間距底部5％位置處，且沿圓周方向互成90°位置處設(shè)置絕緣橡膠塊依次為m1(1201)，m2(1202)，m3(1203)和m4(1204)。在本實施例中絕緣橡膠塊的高度設(shè)置為50mm。

7)接通各直流電源，對變壓器繞組加熱；

8)啟動運行流速采集模塊(6)，使得實驗箱(7)中的絕緣油保持一定的流速；

9)啟動溫度采集模塊(9)，記錄繞組層間絕緣的實時溫度；

10)借助計算機(10)用于后期數(shù)據(jù)處理。

由以上技術(shù)方案可知，本申請?zhí)峁┝艘环N油道堵塞下變壓器繞組主絕緣溫度梯度測試系統(tǒng)，高壓側(cè)直流電源模塊(4)控制每段高壓繞組(1)的損耗，低壓側(cè)直流電源模塊(5)控制每段高壓繞組(2)的損耗，溫度傳感器(8)測量繞組主絕緣(3)指定處的實時溫度。因此，該實驗裝置可以控制各直流電源的輸出功率來模擬變壓器繞組的非均勻損耗，同時在油道堵塞情況下確定繞組層間絕緣的溫度梯度分布，進一步提高自然油循環(huán)低流速下繞組絕緣熱老化監(jiān)測的準確性。