变压器缺陷模拟设备的制作方法

本发明涉及气体绝缘变压器技术领域，特别是涉及一种变压器缺陷模拟设备。

背景技术：

气体绝缘变压器是以sf6气体作为绝缘冷却介质的一种变压器，气体绝缘变压器的英文名称为gas-insulatedtransformer,简称为git。油浸变压器在发生故障时，容易引起变压器油的剧烈分解，产生大量气体，有爆炸和燃烧的危险。而sf6气体不易燃的化学特性，使得sf6气体绝缘变压器发生故障时，不会爆炸并且不起火燃烧，无火灾危害。

由于sf6气体绝缘变压器在安全运行的可靠性、防火、防爆、噪音控制、缩小占地面积、减轻重量、防止油污染等方面显示出优良性能，因此，气体绝缘变压器在地下变电站和场地狭窄、人口密集、防火要求高的市区等场所的使用日益广泛。sf6变压器是电力系统重要的变电设备，其运行状态直接影响系统的安全性。虽然对sf6变压器气体分析提出了有关的监督标准，且根据实际的运行情况也在不断地更新相关的监督标准，但由于sf6变压器的运行情况和故障种类复杂多样，使得建立成熟的sf6变压器气体分析检测项目、周期和监督标准显得日益迫切。随着sf6变压器在我国运行年限的增加，我们完全有必要根据实际运行情况和所积累的经验建立相关有效的监督标准。

变压器在运行中可能会发生过热、局部放电、闪络和电弧等故障，而sf6气体绝缘变压器以sf6作为绝缘介质，在设备内部存在故障的情况下，如出现过热、放电等故障时，也会产生hf、cf4、sof2、so2f2、sof4、s2f10、s2f10o、so2及sf4等杂质。因而，检测特征气体的含量是sf6气体变压器故障诊断的有效方法。然而，目前并没有一种可行的缺陷模拟装置，能够模拟sf6气体在放电故障时产生分解气体，从而用来模拟sf6气体变压器中的典型绝缘缺陷，以能够研究sf6气体变压器不同缺陷下特征量的变化规律和评估气体绝缘变压器的设备状态。

技术实现要素：

基于此，有必要针对目前并没有一种可行的缺陷模拟装置，能够用来模拟气体变压器中的典型绝缘缺陷，以能够研究气体变压器不同缺陷下特征量的变化规律和评估气体绝缘变压器的设备状态的问题，提供一种变压器缺陷模拟设备。

一种变压器缺陷模拟设备，包括：本体、高压绝缘套管和进出气装置；所述本体具有腔体，所述高压绝缘套管设置在所述本体上并位于所述腔体外，所述腔体内分别设置有地电极和高压电极，所述高压电极的一端穿过所述本体和所述高压绝缘套管连接，所述进出气装置连接于所述本体的侧面并与所述腔体连通，其中，所述进出气装置具有进出气开口，所述进出气开口用于进出气体。

在其中一个实施例中，所述进出气装置包括进出气通道和进出气控制阀，所述进出气控制阀包括二通阀或三通阀，所述进出气通道的第一端连接于所述本体的侧面并与所述腔体连通，所述进出气通道的第二端与所述进出气控制阀连接并连通，所述进出气控制阀具有所述进出气开口。

在其中一个实施例中，所述变压器缺陷模拟设备还包括透明盖体，所述本体开设有可视窗口，所述可视窗口与所述腔体连通，所述透明盖体连接于所述本体的侧面并密封所述可视窗口。

在其中一个实施例中，所述变压器缺陷模拟设备还包括温度控制装置，所述温度控制装置包括温度传感器和加热管，所述温度传感器和所述加热管分别设置在所述腔体内。

在其中一个实施例中，所述变压器缺陷模拟设备还包括加热装置，所述加热装置设置在所述腔体内。

在其中一个实施例中，所述加热装置包括镍铬合金发热体和绝缘底座，所述绝缘底座设置在所述腔体的底部，所述镍铬合金发热体设置在所述绝缘底座上。

在其中一个实施例中，所述变压器缺陷模拟设备还包括端子板，所述端子板设置在所述本体上并位于所述腔体外。

在其中一个实施例中，所述变压器缺陷模拟设备还包括进水装置，所述进水装置连接于所述本体的侧面并与所述腔体连通，其中，所述进水装置具有注水口，所述注水口用于注水。

在其中一个实施例中，所述进水装置包括进水管道、三通阀和玻璃试管，所述进水管道的第一端连接于所述本体的侧面并与所述腔体连通，所述进水管道的第二端与所述三通阀第一开口连接，所述三通阀的第二开口朝向所述本体的底部设置并与所述玻璃试管连接，所述三通阀的第三开口背向所述本体的底部设置且所述三通阀的第三开口为所述注水口。

在其中一个实施例中，所述进水装置还包括针筒，所述三通阀的第三开口与所述针筒连接。

上述变压器缺陷模拟设备，由于通过进出气装置可以将sf6气体充入到腔体内作为绝缘冷却介质，通过地电极和高压电极可以连接缺陷样品给缺陷样品提供高压，使得缺陷样品在腔体内能够以sf6气体作为绝缘冷却介质并在高压情况下发生放电故障进行匝间放电或饼间放电，产生分解气体，以模拟sf6气体在放电故障时产生分解气体，从而用来模拟变压器的绝缘缺陷，为研究气体绝缘变压器绝缘缺陷下特征量的变化规律和评估气体绝缘变压器的设备状态奠定基础。

附图说明

图1为本发明一实施例的变压器缺陷模拟设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。并且，本发明中的“上方”和“下方”仅表示相对位置，并不表示绝对位置。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本发明公开一种变压器缺陷模拟设备，如图1所示，所述变压器缺陷模拟设备10包括：本体100、高压绝缘套管200和进出气装置300；所述本体100具有腔体110，所述高压绝缘套管200设置在所述本体100上并位于所述腔体101外，所述腔体101内分别设置有地电极110和高压电极120，所述高压电极120的一端穿过所述本体100和所述高压绝缘套管200连接，所述进出气装置300连接于所述本体100的侧面并与所述腔体101连通，其中，所述进出气装置300具有进出气开口321，所述进出气口321用于进出气体。所述缺陷样品20设置在所述腔体101内且连接在所述高压电极120和所述地电极110之间，所述高压电极120的一端通过所述高压绝缘套管200用于连接高压hv。

本实施例的变压器缺陷模拟设备，由于通过进出气装置可以将sf6气体充入到腔体内作为绝缘冷却介质，通过地电极和高压电极可以连接缺陷样品给缺陷样品提供高压，使得缺陷样品在腔体内能够以sf6气体作为绝缘冷却介质并在高压情况下发生放电故障进行匝间放电或饼间放电，产生分解气体，以模拟sf6气体在放电故障时产生分解气体，从而用来模拟变压器的绝缘缺陷，为研究气体绝缘变压器绝缘缺陷下特征量的变化规律和评估气体绝缘变压器的设备状态奠定基础。

具体地，所述本体为变压器罐体，所述变压器罐体具有腔体以用于放置样品并给样品提供实验条件，腔体内设置有高压电极和地电极用于连接缺陷样品。所述高压绝缘套管为110kv套管，其1min工频耐压为230kv，所述高压绝缘套管用于将高压接入高压电极，以给缺陷样品提供高压。所述进出气装置用于与腔体和外界连通，使得气体可从进出气开口进入到腔体内，腔体内的气体也可以从进出气开口排出，例如，为研究以sf6气体作为绝缘冷却介质的变压器的缺陷，所述进出气开口用于注入sf6气体以及用于排出缺陷样品放电后sf6气体的分解气体。例如，进出气开口可以一个，进出气开口也可以为多个。例如，多个进出气开口可包括至少一个进气开口和至少一个出气开口，即进气和出气分开。例如，当气体从进出气开口进入时，进出气开口连接有供气装置，供气装置用于提供sf6气体，当气体从进出气开口排出时，进出气开口连接有收集装置，采集装置用于收集sf6气体分解后的气体。

为了方便控制是否让气体进入腔体，在其中一个实施例中，如图1所示，所述进出气装置300包括进出气通道310和进出气控制阀320，所述进出气控制阀320包括二通阀或三通阀，所述进出气通道310的第一端连接于所述本体100的侧面并与所述腔体101连通，所述进出气通道310的第二端与所述进出气控制阀320连接并连通，所述进出气控制阀320具有所述进出气开口321。通过在进出气管道的第二端设置二通阀或三通阀，能够方便地控制是否让气体进入腔体或从腔体排出，即方便地控制往腔体内充入sf6气体或收集腔体内sf6气体分解的气体。

在其中一个实施例中，所述二通阀具有一个所述进出气开口，即二通阀进气和出气在同一个开口。这样，使用二通阀结构和操作均较简单。在其中一个实施例中，所述三通阀具有两个所述进出气开口，其中一个所述进出气开口用于进气，其中一个所述进出气开口用于出气，即三通阀进气和出气在不同的开口。这样，使用三通阀使进气和取气分开，三通阀可同时连接供气装置和收集装置，不用将供气装置和收集装置取下来替换。

为了在不需要进气和取气时使腔体与外界隔绝，在其中一个实施例中，如图1所示，所述进出气装置300还包括开关330，所述开关330设置在所述进出气通道310上并位于所述本体100和所述进出气控制阀320之间，所述开关330用于打开或关闭所述进出气通道310，以控制进出气控制阀320与腔体101之间的通断。这样，可通过开关在不需要进气和取气时使腔体与外界隔绝，避免泄漏以及更加准确的控制腔体内气体的流量，提高实验结果的准确性。

为了测试进出气管道内的气压，在其中一个实施例中，如图1所示，所述进出气装置300还包括气压表340，所述气压表340设置在所述进出气通道310上并位于所述本体100和所述进出气控制阀320之间，所述气压表340用于测试进出气管道310内的气压。通过设置气压表，可测试进出气管道上的气压也即腔体内的气压，从而根据情况对腔体和进出气管道内的气压进行调整，从而研究不同气压下分解产物的变化规律。例如，气压表的精度选择0.05级。

为了方便气体在腔体内的流通，在其中一个实施例中，如图1所示，所述进出气装置300邻近所述本体100的底部设置。由于气体密度较低，将进出气装置邻近本体的底部设置，使气体进入腔体时方便从底部向四周扩散，使腔体内设置缺陷样品时缺陷样品能够充分的接触到气体。

为了方便观察腔体内的放电情况，在其中一个实施例中，如图1所示，所述变压器缺陷模拟设备还包括透明盖体400，所述本体100开设有可视窗口401，所述可视窗口401与所述腔体101连通，所述透明盖体400连接于所述本体100的侧面并密封所述可视窗口401。通过在本体上开设可视窗口，并采用透明盖体将其密封，则可通过透明盖体方便观察腔体内的放电情况。例如，所述透明盖体为石英玻璃，所述石英玻璃的厚度为20mm，直径为100mm。

为了方便用户对放电情况进行观察，在其中一个实施例中，如图1所示，所述可视窗口401邻近所述本体110的顶部设置。由于高度太低不适合用户观察，通过将可视窗口邻近本体的顶部设置，方便用户对腔体内的放电情况进行观察。

为了调节腔体内的环境温度，在其中一个实施例中，如图1所示，所述变压器缺陷模拟设备还包括温度控制装置500，所述温度控制装置500包括温度传感器510和加热管520，所述温度传感器510和所述加热管520分别设置在所述腔体101内。具体地，所述温度传感器510和所述加热管520分别设置在所述腔体101内且所述温度传感器510的一端和所述加热管520的一端分别固定在所述本体110的侧壁上。由于环境温度较低，而变压器的实际工作环境的温度较高，大约在80℃左右，通过设置温度控制装置，利用温度传感器实时检测腔体内温度，当腔体内温度与温度设置值不相等时，例如温度设定值为80℃，腔体内温度小于80℃，控制发热体发热，通过热辐射、热对流使整个腔体内达到80℃，复原变压器工作时的实际环境，排除了温度与变压器实际工作时不一致对结果的影响，进一步提高实验结果的准确性。例如，所述温度传感器为热电偶温度传感器。

为了方便设置温度传感器，在其中一个实施例中，所述本体的侧面开设有安装开口，所述温度传感器的探头设置在所述腔体内，且所述温度传感器的一端穿过所述安装开口伸出所述腔体外。通过在本体的侧面开设安装开口，方便将温度传感器固定在本体上。例如，所述温度传感器的探头位于所述地电极的下方。

为了给腔体提供合适的温度，在其中一个实施例中，所述加热管为u型加热管。所述u型加热管的最大工作温度100℃，通过热辐射、热对流使整个腔体内气体达到80℃，给腔体内提供合适的温度，复原实际环境。

为了研究局部过热对变压器的影响，在其中一个实施例中，如图1所示，所述变压器缺陷模拟设备还包括加热装置600，所述加热装置600设置在所述腔体101内。通过在腔体内设置加热装置，当对腔体进行加热时，使得腔体内局部温度升高至过热，模拟变压器中局部过热故障，从而研究局部过热对变压器的影响。例如，腔体内整体温度为80℃，加热装置对腔体进行加热使得局部温度达到200℃至300℃。

为了使腔体局部温度可以加热到足够高，在其中一个实施例中，如图1所示，所述加热装置600包括镍铬合金发热体610和绝缘底座620，所述绝缘底座620设置在所述腔体101的底部，所述镍铬合金发热体610设置在所述绝缘底座620上。例如，所述绝缘底座为pet(polyethyleneterephthalate，聚对苯二甲酸乙二酯)薄膜。通过设置镍铬合金发热体作为局部过热缺陷的发热源，能够使局部最大温度达到300℃。

为了将腔体内的各个装置的引线引出与外界电路连接，在其中一个实施例中，如图1所示，所述变压器缺陷模拟设备还包括端子板700，所述端子板700设置在所述本体110上并位于所述腔体101外。通过设置端子板，腔体内各个装置的引线从腔体内伸出后，可通过端子板与外界电路连接，给腔体内各个装置供电。例如，所述腔体内设置有所述温度传感器、所述加热管和所述镍铬合金发热体，所述温度传感器的引线、所述加热管的引线和所述镍铬合金发热体的引线均穿过所述本体与所述端子板连接。例如，所述温度传感器的数量为4个，监测腔体中温度两组，监测加热管一组，监测镍铬合金发热体一组，所需要的接口有四组温度传感器数据线均穿过本体与端子板连接，例如，加热管电源线和镍铬合金发热体电源线均穿过本体与端子板连接。

为了研究微量水分对气体分解产物的影响，在其中一个实施例中，如图1所示，所述变压器缺陷模拟设备还包括进水装置800，所述进水装置800连接于所述本体110的侧面并与所述腔体101连通，其中，所述进水装置800具有注水口801，所述注水口801用于注水。由于在腔体内各个装置开始工作前，会先对腔体内进行抽真空，使得腔体内为低气压，与外界形成负气压，通过设置进水装置，可通过注水口注入微量水分，水分在负气压的作用下迅速汽化成为水蒸气并进入到腔体内，从而改变腔体内的水分含量，研究微量水分对气体分解产物的影响。

为了能够控制水分进入腔体内，在其中一个实施例中，所述进水装置包括进水管道、三通阀和玻璃试管，所述进水管道的第一端连接于所述本体的侧面并与所述腔体连通，所述进水管道的第二端与所述三通阀第一开口连接，所述三通阀的第二开口与所述玻璃试管连接，所述三通阀的第三开口为所述注水口，用于注水。通过设置玻璃试管，一定量的水分从注水口进入到玻璃试管中储存，当需要改变腔体内的水分时，打开玻璃试管的阀门，使定量的水分在负气压的作用下成为水蒸气进入到腔体内，从而能够控制进入腔体内的水分的含量。例如，玻璃试管具有刻度。这样，通过刻度可以读取玻璃试管中水分的含量。例如，通过电热吹风对玻璃试管加热，加速玻璃试管中的水分的汽化过程，使得玻璃试管的水分更加迅速的进入腔体内。

为了方便往玻璃试管注水且使水分容易进入腔体内，在其中一个实施例中，所述三通阀的第二开口朝向所述本体的底部设置，所述三通阀的第三开口背向所述本体的底部设置。这样，方便从位于上方的注水口将水分注入到下方的玻璃试管中，且当玻璃试管的阀门打开时，水分成为水蒸气能够上升到位于中部的进水管道中，从而容易进入腔体内。

为了方便控制水分的含量，提高实验的准确性，在其中一个实施例中，所述进水装置还包括针筒，所述三通阀的第三开口与所述针筒连接。由于针筒具有刻度，通过针筒给进水装置注水，可以方便控制水分的含量。

值得一提的是，对于缺陷样品的选用，由于变压器由于工艺的提升，不存在金属微粒、尖端等，因此采用单层绝缘材料(绕一层pet薄膜)的缺陷样品进行饼间放电和匝间放电。其中，匝间放电：需要突破扁铜线和pet薄膜两层绝缘材料，至少能耐受的电压为25*170*20*2/1000＝170kv；饼间放电：除了需要突破扁铜线和pet薄膜两层绝缘材料外，还要击穿sf6气体或通过线圈垫片沿面闪络，甚至是击穿线圈垫片，因此至少能耐受的电压为170+4*8.7(0.14mpa下sf6的绝缘强度大约为8.7kv/mm)＝204.8kv，170+4*14＝226kv。

绝缘材料的耐受电压均取为实际情形中的最小值，其数值大于110kv变压器的额定短时工频耐受电压200kv。即考虑真型绝缘厚度时，饼间放电、匝间放电不可能发生。因此仅考虑绝缘层出现缺陷时的情形，在铜线外包绕一层pet薄膜，对单层绝缘进行故障模拟。

考虑单层绝缘厚度：匝间放电：至少能耐受的电压为25*170*2/1000＝8.5kv。饼间放电：至少能耐受的电压为8.5+4*8.7(0.14mpa下sf6的绝缘强度大约为8.7kv/mm)＝43.3kv，8.5+4*14＝64.5kv。考虑裕度的情况下，100kv试验电压足以开展试验。因此，考虑采用无氧铜(与线圈导体材料一致)制成圆环，其截面积与110kv的扁导线一致，为1.8*11mm，圆角r为0.5mm。在圆环外包一层pet薄膜来模拟线饼。

因此，对于匝间放电，采取两个不同直径的线饼，分别接高低压极形成电位差模拟匝间放电故障。对于饼间放电，采取两个等直径的线饼，中间垫绝缘垫片或直接为sf6气体。即通过本发明的变压器缺陷模拟设备将上述缺陷样品连接在高压电极和地电极之间，即可模拟匝间放电和饼间放电。

值得一提的是，关于高压绝缘套管，若采用金属罐体，将使用绝缘套管会极大增加腔体的容积。又因为故障模拟时仅考虑单层绝缘材料，发生放电时分解产物在大腔体内的含量可能较低，不利于气体组分的检测，因此考虑采用绝缘罐。绝缘罐采用环氧材料。绝缘罐的直径取决于线饼直径，考虑线饼直径200mm，两边离筒壁100mm，因此总直径400mm。高度上首先考虑罐体的爬电距离，若100kv所需的爬电距离约为50mm，远小于实际高度。因此主要从各接口预留的空间，试品空间的角度考虑，总高度为300mm。

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发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。