油纸绝缘缺陷套管运行工况模拟装置的制作方法

本发明涉及电力安全运行技术领域，特别涉及一种油纸绝缘缺陷套管运行工况模拟装置。

背景技术：

油纸绝缘套管是大型电力变压器重要的附属安全装置，起到将高低压引线从变压器内部引出的作用，实现变压器与外部电气网络的连接以及引线对变压器外壳的绝缘。目前在电网中最常见的是油纸绝缘的电容式套管，其主要绝缘部件为内部的电容芯子。由于油纸绝缘套管结构复杂、设计紧凑，在安装设计不当，运行环境恶劣等条件下很容易成为变压器绝缘系统的最薄弱环节。统计显示，套管故障在变压器附件缺陷引发故障中占比高达35%~45%，而油纸绝缘套管经常出现由于内部电容芯子绝缘受潮、老化、制造工艺、绝缘材料不良等原因诱发的缺陷，这些将导致套管绝缘性能出现异常，如绝缘降低、放电甚至绝缘击穿。对油纸绝缘套管内部电容芯子出现不同缺陷时所产生的绝缘性能变化影响，目前仍普遍缺少有效技术模拟手段，无法基于大量试验为带缺陷运行的套管提供可靠的评估分析。

技术实现要素：

针对上述部分问题，本发明提供了油纸绝缘缺陷套管运行工况模拟装置方法，用以解决油纸绝缘套管内部电容芯子出现不同缺陷时，能够通过发明装置进行简易、大量重复的高仿套管模拟试验。

油纸绝缘缺陷套管运行工况模拟装置，是一种基于内外腔结构设计的套管运行工况模拟装置，为不同缺陷类型的套管提供了运行模拟及状态量检测的研究平台。

其采用以下技术方案实现的：

一种油纸绝缘缺陷套管运行工况模拟装置，包括内腔体、外腔体、电极卡槽、电容芯子；

所述内腔体置于所述外腔体内部，且内腔体的几何中心与外腔体的几何中心重叠；

所述电容芯子置于内腔体中；

所述电极卡槽从外腔体、内腔体两侧的槽孔分别穿入并与所述电容芯子接触，为内腔体和电容芯子提供支撑以及固定内腔体和电容芯子；

所述电极卡槽将外腔体、内腔体、电容芯子连成一体；

所述电容芯子由穿过内腔体的顶部导线和接线柱与外腔体上的接线柱电气连接；

电容芯子由穿过内腔体的底部导线和接线柱与外腔体电气连接。

优选地，所属内腔体为密封腔体，由内腔壁、内腔盖板组成，用于模拟套管外壳；

所述内腔壁上装设油阀，内腔盖板上装有气阀、气压表；内腔体的腔体内部能够实现抽真空、充油操作；

所述内腔壁两侧装设电极卡槽槽孔，电极卡槽贯穿所述槽孔；

所述内腔体的底部和内腔盖板上各装设一个接线柱，通过导线与电容芯子测量电极和屏蔽电极分别电气连接；

所述内腔壁和内腔盖板均由有机玻璃制成，内腔盖板与内腔壁接触处装有密封垫圈，并装有紧固螺钉，对内腔体进行密封。

优选地，所述外腔体为密封腔体，由外腔壁、底座和外腔盖板组成，用于制造并模拟套管外部运行环境变化；

外腔壁上装设电加热带、加湿装置；底座上装设热电偶、可拆卸支架；外腔盖板上装设湿度计、气阀和气压表；外腔壁上装设电极卡槽槽孔，电极卡槽贯穿槽孔；外腔盖板上装有贯通的金属螺杆，内侧螺杆固定导线端部，用于电容芯子测量端的引出；金属底座与内腔体底部引出的导线直接相连，用于电容芯子屏蔽电极的接地；

所述外腔壁和底座由金属材料制成，外腔盖板由有机玻璃制成，外腔盖板与外腔壁接触处装有密封垫圈，并装有紧固螺钉，对外腔体进行密封。

优选地，所述电极卡槽为金属结构固件，由两个不同尺寸的电极卡槽搭接组成，用于将内腔体固定于外腔体中，并将电容芯子固定于内腔体中，并与电容芯子的金属导杆电气相连，发挥导通电流、电压的作用；

电极卡槽与外腔壁接触处装有一圈环形的聚四氟乙烯垫块，用于电极卡槽与金属外腔壁的电气隔离。

优选地，所述电容芯子由金属导杆、绝缘层和环形导电胶带组成；

所述金属导杆与内腔壁上的电极卡槽接触，作为高压电极通过电极卡槽引出；

所述绝缘层采用绝缘油纸，根据需模拟的缺陷类型的更换不同的绝缘油纸；绝缘层最外层表面的中间位置缠绕一圈环形的导电胶带，作为测量电极；测量电极两侧各缠绕一圈环形导电胶带，作为屏蔽电极；金属导杆和中间以及两侧的导电胶带构成三电极测量系统，用于开展套管绝缘多种状态量的测试试验；

所述电极卡槽和电容芯子的金属导杆均采用无氧铜材料，电容芯子的金属导杆直径与内腔体壁上的电极卡槽内径一致，内腔体壁上的电极卡槽外径与外腔体壁上的电极卡槽内径一致；

优选地，所述电容芯子需放置与内腔体内，并进行真空注油，静止72小时后再进行运行工况模拟。

本发明具有如下特点和效益：

1）本发明提供了用于带缺陷运行的油纸绝缘套管运行工况的模拟装置，为受潮、老化、材料质量问题、结构设计不合理等不同缺陷类型的套管提供了可调节的工况运行模拟及易于测量的状态量检测的研究平台；

2）本发明采用内外腔组合装置结构，易于实施构建，通过对内、外腔的温湿度的调节，能近似模拟套管的稳态运行环境，提高对缺陷套管状态量研究的准确性；

本发明中电容芯子和充入内腔体中的绝缘油均易于更换，内腔体可抽真空、干燥和清洗，满足在缺陷套管状态量检测研究时套管反复运行、重复测量的需求。

附图说明

附图1为本发明的装置的整体设计部件图；

附图2为本发明中电极卡槽的轴测图；

附图3为本发明中电容芯子三电极测量系统示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的图1-3，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，油纸绝缘缺陷套管运行工况模拟装置，主要按照包括如下的步骤实施：

（1）发明装置的结构设计

所述装置包括内腔体100、外腔体200、电极卡槽300、电容芯子400等主要部件构成。内腔体100为密封腔体，用于模拟套管外壳，腔体内部可以作抽真空、充气和充油处理；外腔体200为密封腔体，用于模拟套管外部环境条件的变化；电极卡槽300用于连接电容芯子导杆，固定电容芯子和内腔体，并作为高压端引出，其三视图如图2所示。电容芯子400导杆直径与内腔体壁上的电极卡槽内径一致，内腔体壁上的电极卡槽外径与外腔体壁上的电极卡槽内径一致，可固定电容芯子和内腔体的位置。

内腔体100由内腔壁101、内腔盖板102组成。内腔壁和内腔盖板均由耐高温有机玻璃制成，内腔盖板与内腔壁接触处装有耐高温密封垫圈103，并装有紧固螺钉104，可以实现内腔体的密封。内腔壁上装有油阀105，内腔盖板上装有气阀106，气阀与油阀相互配合可以实现电容芯子的真空浸油。内腔壁两侧装有电极卡槽300。内腔体底部和内腔盖板上各装有一个接线柱107，通过铜芯导线108连接，用于电容芯子测量端和接地线的引出。内腔盖板上装有气压表109，可以实时监测内腔体内部气压。

外腔体200由外腔壁201、底座202和外腔盖板203组成。外腔壁和底座由金属材料制成，外腔盖板由耐高温有机玻璃制成，外腔盖板与外腔壁接触处装有耐高温密封垫圈204，并装有紧固螺钉205，可以实现外腔体的密封。底座上装有可拆卸支架206，便于调整和移动整个装置的位置。外腔壁上设有电加热带207，底座上设有热电偶208，用于对外腔体内部环境的加热和温度监测。外腔壁上装有加湿装置209，外腔盖板上装有湿度计210，用于对外腔体内部环境的湿度控制和监测。外腔盖板上装有气阀211和气压表212，用于抽真空以及控制和监测外腔体内部气压。外腔壁上装有电极卡槽300，与内腔壁上的电极卡槽相接触，用于固定内腔体的位置以及高压端的引出。电极卡槽与外腔壁接触处装有一圈环形的聚四氟乙烯垫块213，用于电极卡槽与金属外腔壁的电气隔离。外腔盖板上装有贯通的金属螺杆214，内侧可固定导线端部，用于电容芯子测量端的引出，金属底座直接与内腔体底部引出的接地线相连，用于电容芯子屏蔽电极的接地。

电容芯子400由金属导杆401和绝缘层组成402。金属导杆与内腔壁上的电极卡槽直接接触，作为高压电极，绝缘层最外层表面的中间位置装有一圈环形的导电胶带403，作为测量电极，中间位置的导电胶带两侧各装有一圈环形导电胶带404，作为屏蔽电极，如图3所示。金属导杆和中间以及两侧的导电胶带构成三电极系统，用于电容芯子绝缘层体内和表面泄漏电流的测量。

（2）套管运行工况的模拟

本装置可套管实际运行时多种工况的模拟方案，通过自行设计并放入老化、受潮、绝缘材料质量不良、结构设计欠缺等不同绝缘缺陷类型的电容芯子，模拟套管自身的绝缘缺陷。

模拟运行前先放置电容芯子并进行真空浸油，将电容芯子放置于内腔体中，使电容芯子的导杆和内腔壁上的电极卡槽吻合，盖上内腔体的盖板并紧固，将真空泵与内腔体盖板上的气阀相连接，对内腔体作抽真空处理，然后关闭气阀，利用导管将油阀与盛有干燥绝缘油的容器连接，打开油阀，利用内腔体与外部环境的气压差将绝缘油注入到内腔体中，并静置72小时，实现电容芯子的真空浸油。

其次，通过与外腔体相连的加湿装置，可改变外腔体内部的环境湿度，并利用湿度计实时监控腔体内环境湿度，可以模拟套管运行过程中外部环境湿度的变化；通过外缠式电加热带可以对腔体整体加热，并通过热电偶监测外腔体内温度变化，可以模拟套管运行过程中的外部温度变化；通过外壳体上盖板上的排气阀可以对外腔体内作充气或抽气处理，可以模拟不同海拔地区套管运行环境的气压变化；通过控制内腔体上盖板上的气阀来调整内腔体的密封程度，可以模拟套管运行过程中的密封性缺陷。

通过上述步骤完成外部工况环境的设置后，对内腔的电容芯子与填充油整体施加电压，从而模拟现场套管设备的实际在运行的状态。具体实施步骤为：将高压导杆（如图1中300所示）的两端短接后与外部的高压电源输出端相连接施加高电压，电压等级根据试验目的和此次试验所选定的电容芯子绝缘而定（如110kv，220kv，500kv等）,图1中214电极模拟实体套管的法兰，做接地处理。

保持内腔体中电容芯子和绝缘油在所设置的外腔体环境工况条件下持续施加电压一段时间，从而实现各类环境条件（温度、湿度及气压等）下油浸式电容套管带电运行的实验室模拟。

（3）对缺陷套管进行相关绝缘特征量试验

工况模拟结束后，应对缺陷套管进行相关的绝缘特征量试验，包括介质损耗、绝缘电阻、局部放电、工频耐压以及时/频域介电响应测量试验，接线采用图3所示的接线方式，采用三电极系统测量流过电容芯子绝缘层的体内电流时，将高压电极与测量设备的电压输出端相接，将测量电极与测量设备的电流输入端相接，将屏蔽电极接地，可以屏蔽掉由导杆沿绝缘层表面流到屏蔽电极处的表面泄漏电流，实现对电容芯子绝缘层体内电流的精确测量，此接线适用与主绝缘介质损耗、局部放电、绝缘电阻、工频耐压以及时/频域介电响应测量试验，接线完成后，根据试验需求连接不同的测量设备以获取试验数据实现各类实验目的。

（4）设备的干燥重复利用

当完成环境湿度测量后，需要对腔体进行干燥处理以供下次试验用。打开外腔体上盖板，取出内腔体，保持外腔体呈开启状态，对加热带供电。设置加热带的加热温度为80°c，在干燥的环境中静置2h，如果拆卸下的上盖板内侧以及内腔体外壁取下后有水珠凝结，则取下后应擦拭至干燥状态。完成上述操作后，放入内腔，并盖上外腔体盖板，令所述装置呈密封状态。