电抗器匝间混合绝缘缺陷的实验模具及其制备方法与流程

一种电抗器绝缘缺陷试验模具及其制备方法，属于高压绝缘领域。具体涉及电抗器匝间混合绝缘缺陷的实验模具及其制备方法。

背景技术：

电抗器是电力系统中的重要设备，起到限制短路电流、补偿无功功率的作用。为了保证电力系统的稳定运行，大量电抗器被投入到电网中来改善电能质量。然而，从近几年的运行状况来看，运行中的电抗器经常出现故障，电抗器起火事故时常发生，这给电力部门带来巨大的经济损失。分析故障原因可以发现，匝间短路是造成事故的主要原因，而电抗器的匝间绝缘缺陷是造成匝间绝缘短路的重要因素。

从电抗器的制造工艺上可以看出，电抗器的绕线一般选用小截面的圆形铝导线，导线表面缠绕聚脂薄膜或者聚酰亚胺薄膜，将导线经过未固化的环氧树脂胶浸渍后绕制在一起，然后放入加热箱中进行固化处理。在绕制线圈的过程中，不可避免地产生不同类型的缺陷。例如，即使未凝固的环氧树脂渗入到相邻绕线之间，在圆形导线之间也会存在微小的缝隙；由于工艺水平的差异，在包封内部每层绕线的匝数并不都是相同的；线圈的铝导线表面可能会出现微小的金属凸起，很容易刺穿绝缘层。电抗器在长期运行中受到热老化、电动力、操作过电压及外界环境条件等多种因素的影响，这些绝缘缺陷在多种老化因素作用下会逐渐发展，使电抗器的绝缘性能逐渐劣化，最终导致匝间绝缘击穿。

研究电抗器匝间绝缘的老化特性及破坏机理，对于识别电抗器绝缘的老化程度，预测其寿命，提高电抗器运行的可靠性，具有重要的科学研究价值。绝缘缺陷在匝间绝缘的老化过程中扮演了重要角色，需要重点研究典型缺陷对匝间绝缘特性的影响及在多种老化条件下的变化规律。在实际运行中，往往不是一种缺陷作用使绝缘发生劣化，而是多种绝缘缺陷共同影响下导致匝间绝缘破损。

目前，关于变压器、电机匝间绝缘老化试验的研究成果已经有很多，而对于电抗器匝间绝缘的研究鲜有报道。电抗器的匝间绝缘结构与变压器、电机的并不相同，所以变压器、电机匝间绝缘老化的试验模型不能直接应用于电抗器匝间绝缘各种老化试验。电抗器匝间绝缘属于复合型固体绝缘，绝缘内部存在多种类型的缺陷，进行绝缘老化试验及研究其老化特性时存在着诸多困难。因此，发明一种制作电抗器匝间多种绝缘缺陷混合的试验模型的方法，并制作出多种绝缘缺陷混合的试验模型，对于研究电抗器匝间绝缘的老化机理及寿命预测是十分必要的。

技术实现要素：

为了更准确地研究电抗器匝间绝缘的损坏机理及预测其寿命，需要建立电抗器匝间多种绝缘缺陷混合的试验模型，本申请提出一种电抗器匝间多种绝缘缺陷混合的试验模型及其制备方法。

电抗器匝间混合绝缘缺陷的实验模具，包括两端贯通的空心绝缘筒，空心绝缘筒的两侧的敞口端安装有绝缘板，所述空心绝缘筒的外侧侧壁向空心绝缘筒的轴线凹陷形成若干弧形凹槽，相邻凹槽之间留有凹槽间隔，所述绝缘板上安装有电极组件，所述空心绝缘筒的外部缠绕第一导线层，第一导线层的导线部分嵌入所述弧形凹槽内，第一导线层的外部缠绕有第二导线层，第一导线层与第二导线层之间填充有绝缘胶，第二导线层的外部涂覆绝缘胶，第二导线层导线的匝数小于第一导线层导线的匝数，所述第一导线层引出的导线连接电极组件的高压端，第二导线层引出的导线连接电极组件的低压端。

进一步的，所述第一导线层的导线与第二导线层的导线截面均为圆形。

进一步的，所述第二导线层的导线线芯表面具有凸起。

进一步的，相邻两凸起之间的导线距离相同。

进一步的，所述第二导线层的导线缠绕在第一导线层相邻两匝之间。

进一步的，所述弧形凹槽为圆弧形凹槽，圆弧形凹槽的圆心共线，并且弧形凹槽圆心所在的直线与空心绝缘筒的中心轴线平行。

进一步的，所述凹槽间隔相同，第一导线层的导线的半径与圆弧形凹槽所在圆的半径相同，相邻两圆弧形凹槽所在圆的圆心距离与第一导线层的导线直径相同。

进一步的，所述电极组件包括连接杆，连接杆的两端分别设有第一球形均压电极和第二球形均压电极。

电抗器匝间混合绝缘缺陷的实验模具的制备方法，包括：

制备空心绝缘筒，并在空心绝缘筒侧壁的上下对称两侧开设两排弧形凹槽；

在空心绝缘筒的两端安装有绝缘板，绝缘板上开设电极组件安装孔；

制备电极组件，利用金属棒分别加工出第一球形均压电极和连接杆，连接杆的一端加工出第二均压电极；

绕制第一导线层，沿着所述凹槽将导线从左至右依次紧密地缠绕在空心圆柱形绝缘筒表面上，缠绕方向为从空心圆柱形绝缘筒左面看顺时针方向，绕制完毕后将配置好的环氧树脂胶涂刷在导线的表面；

绕制第二导线层，从空心圆柱形绝缘筒下部左侧的第一层导线的两匝之间的位置开始，将导线从左至右依次紧密地缠绕在在第一层导线上，缠绕方向为从空心圆柱形绝缘筒左面看顺时针方向，绕制完毕后将配置好的环氧树脂胶涂刷在导线的表面；

固化处理，采用步进式升温方式进行固化处理。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果，本申请制备的电抗器匝间多种绝缘缺陷混合的试验模型，与实际应用中的电抗器匝间绝缘结构相近，以其作为各种电气性能测试的试验样品所得的结果更加贴近实际，试验结果可靠性更高；

本发明制备的试验模型同时存在气隙缺陷、金属凸起缺陷和匝数偏差这三种典型的匝间绝缘缺陷，更加接近实际电抗器匝间绝缘状态，可以更加真实地模拟电抗器在制作及运行过程中匝间绝缘状态，适用于热老化、电老化、机械振动等多种绝缘老化试验，使用范围广泛，制备方法简单，取材方便。

附图说明

图1本发明实施例空心绝缘筒及绝缘板的结构示意图，图1a为主视图，图1b为图1a的左视图；

图2为本发明实施例的空心绝缘筒的剖面图；

图3为本发明实施例的电极组件的结构示意图；

图4为本发明实施例的整体结构示意图。

图中，1、空心圆柱形绝缘筒，2、正方形绝缘板，3、上部通孔，4、下部通孔；5、弧形凹槽，6、凹槽间隔，a、第一加工位置，b、第二加工位置；7、第一球形均压电极，8、连接孔，9、第二球形均压电极，10、连接杆，11、接线孔，12、固定孔；13、第一导线层，14、第二导线层，15、匝数偏差缺陷，16、气隙缺陷，17、金属凸起缺陷，18、绝缘层，19、高压电极连接端，20、低压电极连接端。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做出详细描述。

制备圆柱形空心环氧树脂绝缘筒1，并在筒体两端分别安装绝缘板2形成工字形结构，空心圆柱形绝缘筒1的内直径为200mm，长度为300mm，厚度为10mm；为了实现实验模具的固定，本实施例两侧方形绝缘板2为正方形，在实验过程中则不需要额外的固定装置进行模具固定，并且正方形绝缘板2呈左右对称式分布，边长为400mm，厚度为15mm；空心圆柱形绝缘筒1的中心位于正方形绝缘板2的中心位置，距离上下左右的边距为200mm；

每块绝缘板2的上部和下部分别加工两个对称布置的直径为10mm、深度为15mm的通孔，两个通孔的圆心与圆柱形空心绝缘筒1的圆形端的圆心共线，本实施例采用的绝缘板2为正方形，上部通孔3中心位置距绝缘板2的上边缘距离为40mm，下部通孔4中心位置距绝缘板2的下边缘距离为40mm。

如图2所示，在空心圆柱形绝缘筒1的外表面选择上下两个位置，用于加工固定绕线的凹槽；第一个加工位置位于空心圆柱形绝缘筒1上部，与左右两侧的正方形绝缘板2上部的两个通孔处于同一直线位置；第二个加工位置位于空心圆柱形绝缘筒1下部，与左右两侧的正方形绝缘板2下部的两个通孔处于同一直线位置；从侧面看这两个加工位置分布在圆柱形的上下两侧呈对称分布在一条直线上，；分别在这两个加工位置上沿着圆柱形的轴向方向加工一排曲率半径为2.5mm的弧形凹槽5，凹槽深度为2mm，凹槽的间隔为1.5mm，凹槽数量为60个，呈一条直线分布，在安装电极后，电极缠绕在绕线凹槽内的导线连接，可以减少接线距离，方便出线端与电极连接。

本实施采用的导线为铝导线，其线芯直径等于4.5mm，导线外部依次缠绕三层聚脂薄膜和一层无纺布，总直径为5mm。

制备电极，如图3所示，本实施例采用4个直径为40mm，长度为40mm的铜柱加工成4个直径为30mm的第一球形均压电极7，分别在每个第一球形均压电极7的一侧加工一个直径为10mm、深度为20mm的圆孔，并加工m10的内螺纹，起到连接作用；采用4个直径为40mm、长度为80mm的铜柱，在其一端加工成直径为30mm的第二球形均压电极9，在其另一端加工成直径为10mm、长度为35mm的圆柱形连接杆10，并加工m10的外螺纹，用于与第一球形均压电极7相连接；分别在每个第二球形均压电极9的下部加工一个直径为5mm、深度为20mm的接线孔11，用于插入铝导线的出线端；在该圆孔的垂直方向的左侧加工一个直径为5mm、深度为15mm的固定孔12，并加工m5的内螺纹，通过顶丝插入固定孔12内来固定铝导线的出线端。

本实施例采用球形均压电极可以提高电晕的起始电压，减少异常放电情况，使试验结果更加准确。

绕制第一导线层13，从绕线盘上剪取足够长的铝导线，导线和绝缘材料的规格与电抗器的绕线规格相同；从空心圆柱形绝缘筒1外表面上部左侧的第一个弧形凹槽5所在位置开始，沿着凹槽将导线从左至右依次紧密地缠绕在空心圆柱形绝缘筒1表面上，缠绕方向为从空心圆柱形绝缘筒1左面看顺时针方向，绕线匝数为60匝，绕制完毕后将配置好的环氧树脂胶涂刷在导线的表面，做为第一导线层13，将第一层导线13的出线端通过接线孔11与固定孔12，与高压电极连接端19连接。

绕制第二导线层14，从绕线盘上剪取足够长的铝导线，从空心圆柱形绝缘筒1下部左侧的第一层导线的两匝之间的位置开始，将导线从左至右依次紧密地缠绕在在第一层导线上，缠绕方向为从空心圆柱形绝缘筒1左面看顺时针方向，绕线匝数为59匝；绕制完毕后将配置好的环氧树脂胶涂刷在导线的表面，做为第二导线层1，将第二层导线14的出线端通过接线孔11与固定孔12，与低压电极连接端19连接；

第二导线层14的导线为了制造出金属凸起缺陷17，在铝导线上每隔50mm用锥子扎铝线表面使其发生凸起形变，然后在铝线上缠绕三层聚脂薄膜和一层无纺布作为绝缘层18；

本实施例模拟实体电抗器结构，由于第一导线层13和第二导线层14绕制方式不同，使其存在线匝数差，形成匝数偏差缺陷15；并且，本实施例的弧形凹槽根据实验所用的导线的尺寸设计，不仅通过弧形凹槽固定缠绕的导线，而且使截面为圆形的导线在相邻的两根导线之间会留有等大的空气间隙，形成气隙缺陷16；通过本发明所述的方法制作的试验模型，包括金属凸起缺陷17、气隙缺陷16、匝数偏差缺陷15，这三种典型匝间绝缘缺陷。

固化处理，以保证固化处理平稳进行，将制作好的试验模型在40℃采用步进式升温方式进行固化处理下加热0.5个小时，然后在60℃下加热1个小时，最后在80℃下加热3个小时后固化成型，形成电抗器匝间多种绝缘缺陷混合的试验模型。

本发明的实施例的上述描述是为了示例和说明的目的而给出的。它们并不是穷举性，也不意于将本发明限制于这些精确描述的内容，在上述教导的指引下，还可以有许多改动和变化。这些实施例被选中和描述仅是为了最好解释本发明的原理以及它们的实际应用，从而使得本领域技术人员能够更好地在各种实施例中并且使用适合于预期的特定使用的各种改动来应用本发明。因此，应当理解的是，本发明意欲覆盖在下面权利要求范围内的所有改动和等同。