绕组主绝缘温度梯度与泄露电流关联性高压实验系统的制作方法

本发明属于油浸式变压器绝缘状态诊断领域，具体涉及一种绕组主绝缘温度梯度与泄漏电流关联性高压实验系统与方法。

背景技术：

随着现代电力工业的发展，大型油浸式电力变压器在电网运行中起着越来越重要的作用。特别是对于大容量电力变压器，其电气绝缘强度的好坏往往决定着一台变压器能否投入电网并且安全可靠地运行。变压器内部任何结构如绕组、引线的绝缘若有损伤，就可能引起整台变压器的损坏，甚至影响到电网的安全稳定运行。因此，研究变压器内部绝缘结构，尤其是绕组主绝缘的温度梯度分布，对确定绝缘破坏程度，维护变压器健康稳定运行具有重要的现实意义。

变压器实际运行时，铁芯及绕组等部件作为发热源影响着内部油流循环，但同时也造成了内部绝缘不同程度的热老化，测量变压器绕组间主绝缘的泄漏电流，可以在一定程度上反映变压器绕组主绝缘的热老化程度。为了进一步研究绝缘材料的热老化效应，尤其是绕组层间绝缘的泄漏电流随变压器实际负载运行下绕组主绝缘温度梯度的变化关系，有必要搭建一个实际的实验系统来研究负载作用下的绝缘老化状况。然而目前，国内外鲜有研究论述变压器绕组主绝缘在实际运行负载下(特别是考虑绕组附加损耗的作用下)的温度梯度分布及泄漏电流的关联性，即在绕组不均匀损耗情况下的温度分布与泄漏电流之间的变化关系。综上所述，为了更明确绕组层间绝缘的热老化，急需搭建一种在实际负载损耗作用下变压器绕组主绝缘温度梯度与泄漏电流关联性的高压实验系统。

技术实现要素：

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实际负载损耗下变压器绕组主绝缘温度梯度与泄漏电流关联性高压实验系统，其具体手段为：

一种绕组主绝缘温度梯度与泄漏电流关联性高压实验系统，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及其泄漏电流之间的关联性，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)、流速控制采集模块(6)、实验箱(7)、电极板(801、802)、泄漏电流测试仪(9)、温度传感器(10)、温度采集模块(11)以及计算机(12)组成，其中：

所述的高压绕组(1)、所述的低压绕组(2)、绕组主绝缘(3)、温度传感器(10)以及所述的电极板(801、802)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；所述的高压绕组(1)外侧与所述的高压侧直流电源模块(4)相连，所述的低压绕组(2)外侧与所述的低压侧直流电源模块(5)相连；

所述的一号电极板(801)位于高压绕组(1)与绕组主绝缘(3)之间，所述的二号电极板(802)位于低压绕组(2)与绕组主绝缘(3)之间；所述的一号电极板(801)以及所述的二号电极板(802)与所述的泄漏电流测试仪(9)相连；

所述的温度传感器(10)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(11)与所述的温度传感器(10)相连，用于记录绕组层间绝缘的实时温度；

所述的流速控制采集模块(6)控制实验箱(7)内的油流速度；所述的流速控制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(12)分别与所述的泄漏电流测试仪(9)、所述的温度采集模块(11)以及所述的流速控制采集模块(6)相连，用于后期数据处理。

进一步，所述的高压绕组(1)分为n段，对应所述的高压侧直流电源模块(4)由n个直流电源构成，n由表达式决定，若n为小数，则向上取整。

进一步，所述的高压绕组(1)自顶向下，每段由6层线饼(13)构成，若高压绕组(1)最后一段不足6层，便以实际层数构建；每段绕组中的线饼(13)使用导线串联；每段绕组之间没有电气连接。每个高压侧直流电源只与一段高压绕组相连，自顶向下编号为i＝1，2，…n-1，n；每个高压侧直流电源的输出功率pi由下式确定，ph0为高压绕组基本总损耗。

进一步，所述的低压绕组(2)分为m段，对应所述的低压侧直流电源模块(5)由m个直流电源构成，m由表达式定，若m为小数，则向上取整。

进一步，所述的低压绕组(2)自顶向下，每段由6层线饼(13)构成，若低压绕组(2)最后一段不足6层，便以实际层数构建；每段绕组中的线饼(13)使用导线串联；每段绕组之间没有电气连接。每个低压侧直流电源只与一段低压绕组相连，自顶向下编号为j＝1，2，…m-1，m；每个低压侧直流电源的输出功率pj由下式确定，pl0为低压绕组基本总损耗。

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(10)，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：

由以上技术方案可知，本申请提供了一种绕组主绝缘温度梯度与泄漏电流关联性高压实验系统，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(10)测量绕组主绝缘(3)指定处的实时温度，泄漏电流测试仪测量高低压绕组间主绝缘的泄漏电流，并与温度信息实时汇总到计算机上进行数据处理以探究两者之间的关联性。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，同时确定绕组层间绝缘的温度梯度分布以及泄漏电流，通过探究两者之间的关联性，进一步提高绝缘老化监测的准确性。

附图说明

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：

图1为本申请提供的一种绕组主绝缘温度梯度与泄漏电流关联性高压实验系统的简化剖面图；

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与泄漏电流关联性高压实验系统示意图；

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。

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-流速控制采集模块，7-实验箱，801/802-电极板，9-泄漏电流测试仪，10-温度传感器，11-温度采集模块，12-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；1001-t11温度传感器、1002-t12温度传感器、1003-t13温度传感器、1004-t21温度传感器、1005-t22温度传感器、1006-t23温度传感器、1007-t31温度传感器、1008-t32温度传感器、1009-t33温度传感器。

具体实施方式

本申请提供了一种绕组主绝缘温度梯度与泄漏电流关联性高压实验系统与方法，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及其泄漏电流之间的关联性，实验装置主要由由高压绕组(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)、流速控制采集模块(6)、实验箱(7)、电极板(801、802)、泄漏电流测试仪(9)、温度传感器(10)、温度采集模块(11)以及计算机(12)组成；

所述的高压绕组(1)、所述的低压绕组(2)、绕组主绝缘(3)、温度传感器(10)以及所述的电极板(801、802)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；

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

所述的一号电极板(801)位于高压绕组(1)与绕组主绝缘(3)之间，所述的二号电极板(802)位于低压绕组(2)与绕组主绝缘(3)之间；所述的一号电极板(801)以及所述的二号电极板(802)与所述的泄漏电流测试仪(9)相连；

所述的温度传感器(10)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(11)与所述的温度传感器(10)相连，用于记录绕组层间绝缘的实时温度；

所述的流速控制采集模块(6)控制实验箱(7)内的油流速度；所述的流速控制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(12)分别与所述的泄漏电流测试仪(9)、所述的温度采集模块(11)以及所述的流速控制采集模块(6)相连，用于后期数据处理。

本发明的工作原理：所述的高压绕组(1)分为n段，对应所述的高压侧直流电源模块(4)由n个直流电源构成，n由表达式决定，若n为小数，则向上取整。所述的高压绕组(1)自顶向下，每段由6层线饼(13)构成，若高压绕组(1)最后一段不足6层，便以实际层数构建；每段绕组中的线饼(13)使用导线串联；每段绕组之间没有电气连接。每个高压侧直流电源只与一段高压绕组相连，自顶向下编号为i＝1，2，…n-1，n；每个高压侧直流电源的输出功率pi由下式确定，ph0为高压绕组基本总损耗。

所述的低压绕组(2)分为m段，对应所述的低压侧直流电源模块(5)由m个直流电源构成，m由表达式决定，若m为小数，则向上取整。所述的低压绕组(2)自顶向下，每段由6层线饼(13)构成，若低压绕组(2)最后一段不足6层，便以实际层数构建；每段绕组中的线饼(13)使用导线串联；每段绕组之间没有电气连接。每个低压侧直流电源只与一段低压绕组相连，自顶向下编号为j＝1，2，…m-1，m；每个低压侧直流电源的输出功率pj由下式确定，pl0为低压绕组基本总损耗。

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(10)，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：

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，确定绕组层间绝缘的温度梯度分布。

以上系统可通过一种变压器绝缘在绕组非均匀损耗下的热老化实验和主绝缘泄漏电流测试方法实现，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(13)层数为36，低压绕组线饼(13)层数为30，绕组绝缘层数为3，实验操作方法包括以下步骤：

1)计算出

2)将高压绕组(1)的每6层线饼(13)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(13)使用导线串联作为一段，共5段；

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)；

4)依照公式

设置高压侧各直流电源的输出功率分别为ph1＝240w、ph2＝200w、ph3＝200w、ph4＝200w、ph5＝200w、ph6＝240w；依照公式

设置低压侧各直流电源的输出功率分别为pl1＝468w、pl2＝390w、pl3＝390w、pl4＝390w、pl5＝468w；

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(1001)、t12(1002)、t13(1003)、t21(1004)、t22(1005)、t23(1006)、t31(1007)、t32(1008)、t33(1009)。

6)接通各直流电源，对变压器绕组加热；

7)启动运行流速控制采集模块(6)，使得实验箱(7)中的绝缘油保持一定的流速；

8)启动温度采集模块(11)，记录绕组层间绝缘的实时温度；

9)打开泄漏电流测试仪(9)测试绕组主绝缘的泄漏电流；

10)借助计算机(12)接受泄漏电流测试仪(9)和温度采集模块(11)上传的数据，用于后期数据处理。

由以上技术方案可知，本申请提供了一种绕组主绝缘温度梯度与泄漏电流关联性高压实验系统与方法，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(10)测量绕组主绝缘(3)指定处的实时温度，泄漏电流测试仪测量高低压绕组间主绝缘的泄漏电流，并与温度信息实时汇总到计算机上进行数据处理以探究两者之间的关联性。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，同时确定绕组层间绝缘的温度梯度分布以及泄漏电流，通过探究两者之间的关联性，进一步提高绝缘老化监测的准确性。