变压器套管受潮环境模拟系统的制作方法

本实用新型涉及电力设备领域，特别是涉及一种变压器套管受潮环境模拟系统。

背景技术：

变压器套管是变压器的重要组成部件，变压器套管的主绝缘为油纸电容芯子，主绝缘保持良好的绝缘状况对于变压器套管的正常运行具有重要意义，变压器套管的运行状况是否良好又直接影响着变压器运行的安全可靠性。

变压器套管在电场和热场的耦合环境中运行时，可能会由于套管的密封性不好出现水分侵入的情况。水分进入套管后，一部分会溶解在油中形成溶解水，无法溶解的部分则以悬浮水和沉积水的形式存在，油中的溶解水和悬浮水会向组成主绝缘电容芯子的纸中迁移扩散，与纸纤维的亲水基团结合。因此，水分的存在会影响主绝缘的绝缘性能进而影响变压器套管的电气性能，并且容易诱发局部放电。但是，变压器套管的电气性能在受潮环境中发生的改变缺乏有效的研究手段，因此，也无法对受潮环境中变压器运行的安全性能进行研究。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述问题，提供一种模拟程度高、环境条件可控、操作简单方便的变压器套管受潮环境模拟系统。

一种变压器套管受潮环境模拟系统，包括变压器套管模型、循环管路、循环控制装置、温控装置、加湿装置和加压装置；变压器套管模型上开设有流体入口和流体出口，循环管路的两端分别与流体入口和流体出口连通，变压器套管模型中的变压器油在循环管路中循环；循环控制装置、温控装置和加湿装置分别设置在循环管路上，循环控制装置用于控制变压器油在循环管路中的循环，温控装置用于控制变压器油的温度，加湿装置用于输出水雾至循环管路中对变压器油加湿；加压装置与变压器套管模型电连接，加压装置用于对变压器套管模型施加交流电压。

上述变压器套管受潮环境模拟系统，集合了温度、加湿和电压控制装置及套管模型，温控装置可以控制变压器油的温度，加压装置能够对套管模型施加交流电压，从而实现了对变压器套管在电场和热场耦合环境中的模拟，同时，加湿装置能够输出水雾至循环管路中对变压器油进行加湿，从而实现了变压器套管受潮环境的模拟，对变压器套管真实的运行环境进行了还原以便对受潮环境下变压器套管的性能和缺陷进行研究。该系统模拟程度高，温度、湿度等环境参数可调、可控性高且操作简单方便。

在其中一个实施例中，变压器套管模型包括外壳、电极和电容芯子，外壳上开设有流体入口和流体出口，电极和电容芯子位于外壳内部，电极位于变压器套管模型的中心位置且与加压装置电连接，电容芯子环绕电极，外壳内充满变压器油。

在其中一个实施例中，温控装置包括油浴槽、加热元件、导热管和温度控制单元，油浴槽内盛装有导热油，加热元件设置于油浴槽中且与温度控制单元连接，温度控制单元用于控制加热元件对导热油加热，导热管设置于油浴槽中，导热管的两端分别与循环管路连通。

在其中一个实施例中，温控装置还包括温度传感器，温度传感器设置于油浴槽中且与温度控制单元连接，温度传感器用于检测导热油的温度并将温度数据发送给温度控制单元，温度控制单元根据温度数据对加热元件进行控制。

在其中一个实施例中，导热管为紫铜盘管。

在其中一个实施例中，温控装置的温度控制范围为室温至300℃。

在其中一个实施例中，循环控制装置包括磁力泵和调速单元，磁力泵与循环管路连接，调速单元与磁力泵连接，调速单元用于控制磁力泵的电机的转速大小以控制变压器油的循环流量。

在其中一个实施例中，加湿装置包括壳体、水箱、超声波机芯、储水室、补水管、加湿管路、换能器、风动装置和通风管，水箱位于壳体上部，储水室位于水箱下方并通过补水管与水箱连接，加湿管路的一端穿过水箱中的通孔与储水室连接，加湿管路的另一端连接至循环管路，换能器设置于储水室中，风动装置通过通风管与储水室连接，超声波机芯分别与换能器和风动装置连接，超声波机芯用于控制换能器进行超声震荡将储水室中的水进行雾化并控制风动装置对储水室吹风使水雾扩散至加湿管路。

在其中一个实施例中，加湿装置还包括湿度传感器，湿度传感器设置于加湿管路中并与超声波机芯连接，湿度传感器用于检测加湿管路中的湿度并将湿度数据发送给超声波机芯，超声波机芯根据湿度数据控制换能器工作。

在其中一个实施例中，加湿装置还包括电源变换器，电源变换器与超声波机芯电连接，电源变换器用于对加湿装置供电。

附图说明

图1为一个实施例中变压器套管受潮环境模拟系统的结构示意图；

图2为图1所示的变压器套管模型的结构剖视图；

图3为图1所示的温控装置的结构剖视图；

图4为图1所示的加湿装置的结构剖视图。

附图标记：10、变压器套管模型；11、外壳；12、电极；13、导电杆；14、电容芯子；15、变压器油；16、均压球；20、循环控制装置；30、温控装置；31、油浴槽；32、加热元件；33、导热管；34、温度控制单元；35、温度传感器；36、保温层；37、槽盖；38、排油管；40、加湿装置；41、壳体；42、水箱；43、超声波机芯；44、储水室；45、换能器；46、风动装置；47、电源变换器；48、加湿管路；49、湿度传感器；50、加压装置；60、循环管路；442、补水管；444、水位控制阀；462、通风管。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，一实施方式的变压器套管受潮环境模拟系统包括变压器套管模型10、循环管路60、循环控制装置20、温控装置30、加湿装置40和加压装置50，变压器套管模型10上开设有流体入口和流体出口，循环管路60的两端分别与流体入口和流体出口连通，变压器套管模型10中的变压器油在循环管路60中循环；循环控制装置20、温控装置30和加湿装置40分别设置在循环管路60上，循环控制装置20用于控制变压器油在循环管路60中的循环，温控装置30用于控制变压器油的温度，加湿装置40用于输出水雾至循环管路60中对变压器油加湿；加压装置50与变压器套管模型10电连接，加压装置50用于对变压器套管模型10施加交流电压。

在本实施例中，变压器套管模型10中的变压器油从流体出口流入循环管路60中，由循环控制装置20控制循环依次通过加湿装置40加湿、温控装置30加热并后从流体入口流回变压器套管模型10，完成循环加热和循环加湿，并通过加压装置50对变压器套管模型10施加交流高压，完全模拟和还原了变压器套管运行在电场和热场的耦合环境中因密封不严出现的潮气侵入情况，为进一步对受潮环境中变压器运行的安全性能的研究打下了良好的试验基础。

需要说明的是，加湿装置40、温控装置30和循环控制装置20在循环管路60上的设置顺序可以变换，并不限于本实施例中的设置顺序。在一个实施例中，循环管路60上还设置有多个阀门，用于控制变压器油的循环流量。具体的，在本实施例中，循环管路60连接变压器套管模型10、循环控制装置20、温控装置30和加湿装置40的位置各设置有一个阀门。

具体的，变压器套管模型10是根据真实变压器套管结构制作的缩比模型，变压器套管模型10的结构请参阅图2。在一个实施例中，变压器套管模型10包括外壳11、电极12和电容芯子14，外壳11上开设有流体入口和流体出口，电极12和电容芯子14位于外壳11内部，电极12位于变压器套管模型10的中心位置且与加压装置电连接，电容芯子14环绕电极12，外壳11内充满变压器油15。

外壳11上开设的流体入口和流体出口与循环管路连通，变压器油15通过流体出口流出变压器套管模型10流入循环管路中，并通过流体入口从循环管路流回变压器套管模型10中。在一个实施例中，外壳11采用透明的有机玻璃材料，透明的外壳11方便在模拟实验时对变压器套管模型10内部变化进行观察。

在一个实施例中，变压器套管模型10还包括导电杆13，导电杆13套设在电极12外部，对电极12起到保护作用。电容芯子14环绕导电杆13设置，电容芯子14为多层油浸纸环绕结构浸泡在变压器油15中。电极12的一端从外壳11上伸出变压器套管模型10并与加压装置连接，加压装置向电极12施加交流电压，从电容芯子14上引出导线至变压器套管模型10外部接地，交流电压的电场分布是根据真实变压器套管的电场分布进行设计模拟的。在一个实施例中，电极12的端部设置有均压球16，在本实施例中，电极12的两端都设置有均压球16，在其他实施例中，也可以在电极12的一端设置均压球16。在施加高压时，均压球16以其电感效应平衡电容芯子14对地电容电流，能够改善电容芯子14的电场分布，避免电容芯子14上某些部位或者某些点的场强过大。

在一个实施例中，如图3所示，温控装置30包括油浴槽31、加热元件32、导热管33和温度控制单元34，油浴槽31内盛装有导热油，加热元件32设置于油浴槽31中且与温度控制单元34连接，温度控制单元34用于控制加热元件32对导热油加热，导热管33设置于油浴槽31中，导热管33的两端分别与循环管路连通。

在一个实施例中，油浴槽31的内层还设置有保温层36，保温层36对槽内导热油的温度进行保温，防止内部温度向外传导。油浴槽31上还设置有槽盖37和排油管38，油浴槽31的外部还设置有导热油循环系统，导热油循环系统通过槽盖37和排油管38与油浴槽31连接，用于对槽内的导热油进行循环。

导热管33的两端通过油浴槽31侧壁上的通孔与循环管路连接，变压器油从导热管33的进口进入导热管33并从出口流出导热管33流回循环管路。导热管33采用导热性能良好的材料，在一个实施例中，导热管33为紫铜盘管。紫铜盘管导热性能良好且盘状结构能够在有限空间内加长变压器油流通路径，能够对变压器油进行充分加热。

在本实施例中，加热元件32为设置在油浴槽31内的加热管。但是需要说明的是加热元件32设置的形状和数量并不限于本实施例，也可设置多个加热元件32，加热元件32的形状和设置位置根据需要进行设置。在一个实施例中，加热元件32为正温度系数热敏电阻加热元件，正温度系数热敏电阻加热元件能够实现对流入液体的无明火加热，且具有恒温特性，不会无限制升温，可以保证被加热的液体保持在安全温度范围内，确保加热过程安全可靠，并且正温度系数热敏电阻加热元件的价格低、使用寿命长。加热元件32对导热油进行加热，导热油的热量通过导热管33传导给循环流动的变压器油，从而实现对变压器油的加热。

在一个实施例中，温控装置30还包括温度传感器35，温度传感器35设置于油浴槽31中且与温度控制单元34连接，温度传感器35用于检测导热油的温度并将温度数据发送给温度控制单元34，温度控制单元34根据温度数据对加热元件32进行控制。在一个实施例中，温度控制单元34通过继电器投切控制加热元件32的工作，当检测到导热油的温度超过预先设定的温度范围时，使加热元件32断电停止对导热油加热。在一个实施例中，温控装置30的温度控制范围为室温至300℃。在一个实施例中，温控装置30的温控精度为1℃，温控精度也可以根据实际实验的精度需求设置得更为精确，例如，温控精度可以设置为0.5℃、0.1℃等。温控装置30的温控范围和精度能够完全满足变压器套管模型热场模拟的需要。此外，可以预先设定模拟温度范围，通过温度控制单元34和温度传感器35对导热油的温度实现自动检测控制，从而实现对变压器油的温控，操作简单方便。

在一个实施例中，循环控制装置包括磁力泵和调速单元，磁力泵与循环管路连接，调速单元与磁力泵连接，调速单元用于控制磁力泵的电机的转速大小以控制变压器油的循环流量。通过磁力泵的工作实现变压器油在变压器套管模型内部及循环管路中的循环，并通过调速单元控制变压器油的循环速度，以实现变压器油的可控循环流动。

在一个实施例中，如图4所示，加湿装置40包括壳体41、水箱42、超声波机芯43、储水室44、补水管442、加湿管路48、换能器45、风动装置46和通风管462，水箱42位于壳体41上部，储水室44位于水箱42下方并通过补水管442与水箱42连接，加湿管路48的一端穿过水箱42中的通孔与储水室44连接，加湿管路48的另一端连接至循环管路，换能器45设置于储水室44中，风动装置46通过通风管462与储水室44连接，超声波机芯43分别与换能器45和风动装置46连接，超声波机芯43用于控制换能器45进行超声震荡将储水室44中的水进行雾化并控制风动装置46对储水室44吹风使水雾扩散至加湿管路48。

具体的，补水管442上设置有水位控制阀444，储水室44内还设置有水位检测器。水位控制阀444和水位检测器分别与超声波机芯43电连接。在一个实施例中，水位检测器包括浮块和位置传感器，位置传感器设置在储水室44的底部，当水位变化时，浮块距离储水室44底部的距离发生变化，位置传感器检测到浮块的距离数据并发送给超声波机芯43，当检测到的距离数据超过安全距离范围时超声波机芯43控制水位控制阀444打开，使水箱42向储水室44补水，同时，超声波机芯43也可通过控制水位控制阀444来控制补水的流速。

在一个实施例中，加湿装置40还包括湿度传感器49，湿度传感器49设置于加湿管路48中并与超声波机芯43连接，湿度传感器49用于检测加湿管路48中的湿度并将湿度数据发送给超声波机芯43，超声波机芯43根据湿度数据控制换能器45工作。在一个实施例中，加湿装置40还包括电源变换器47，电源变换器47与超声波机芯43电连接，电源变换器47用于对加湿装置40供电。

加湿装置40的具体工作过程如下：电源变换器47向加湿装置40供电，超声波机芯43控制换能器45工作，换能器45将电能转化为机械能，产生声波高频震荡将储水室44中的水雾化为雾状颗粒。在一个实施例中，雾状颗粒的尺度范围为1-5微米。超声波机芯43控制风动装置46工作向通风管462吹风，将储水室44中的水雾扩散到加湿管路48中进一步扩散至循环管路中，水雾通过变压器油的循环进入变压器套管模型内部，并进一步溶解进入多层油浸纸结构电容芯子中，从而模拟了真实变压器套管由于密封不严等原因持续从潮湿大气中吸取水分的过程。此外，超声波机芯43根据湿度传感器49检测的加湿管路48的湿度调节进入向循环管路中水雾的量，从而调节变压器套管模型内部的湿度，使其满足实验要求。该加湿装置40可控性高，加湿均匀且加湿效率高。

上述变压器套管受潮环境模拟系统，集合了温度、加湿和电压控制装置及套管模型，温控装置可以控制变压器油的温度，加压装置能够对套管模型施加交流电压，从而实现了对变压器套管在电场和热场耦合环境中的模拟，同时，加湿装置能够输出水雾至循环管路中对变压器油进行加湿，变压器油进入变压器套管模型内部，变压器油中的溶解水和悬浮水会向组成电容芯子的油浸纸中迁移扩散，与纸纤维的亲水基团结合使电容芯子受潮。对变压器套管真实的运行环境进行了还原，实现了变压器套管受潮环境的模拟。为进一步对受潮环境下变压器套管的电气性能和其他缺陷进行研究建立了基础。该系统模拟程度高，温度、湿度等环境参数可调、可控性高且操作简单方便。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。