变压器内置缺陷模拟装置及模拟方法与流程

1.本发明涉及电工检测技术领域，具体地指一种变压器内置缺陷模拟装置及模拟方法。


背景技术：

2.变压器是电力系统中的重要设备，变压器油箱内放电故障引起的压强陡升将引起变压器燃爆事故，严重威胁电力系统的安全稳定运行。多起故障统计发现，变压器绝缘故障位置主要集中在高压套管和升高座区域，这些区域普遍具有空间狭小、场强高、结构复杂的特点，发生绝缘击穿及击穿后引发爆燃的概率高；同时，这些区域又处于油路中的“死油区”，故障隐蔽性高，监测到故障征兆时间较长，导致油中溶解气体、高频局部放电、超声局部放电、氢气等现有的监测、检测手段在故障早期提前有效检测和预警有效性亟需研究。
3.为研究变压器缺陷的表征参量，现有的监测、检测手段无法在故障早期提前有效检测和预警，专利cn 105823969a公开了油浸式变压器一体化局放缺陷模拟装置，该装置的放电模型及超高频传感器、超声波传感器设置于所述油箱内部，该装置中放电模型直接与变压器油接触，多次试验后变压器油劣化，无法重复利用，此外超高频传感器、超声波传感器设置于油箱内部，难以实现快速拆卸；专利cn105823969 a公开了一种变压器局部放电缺陷模拟装置，局部放电缺陷模拟单元放置于变压器外部，其输出端通过与分接绕组中的分接引线连接至结构绕组的不同位置，该方式虽操作简单，但不能模拟内部放电在变压器复杂结构中的传输过程。上述模拟方式虽实现了一定的模拟效果，但使其变压器的本体结构周边环境更为复杂，在加工和维护方面增加了成本，不利于大面积推广应用使用。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是要提供一种变压器内置缺陷模拟装置及模拟方法，本发明可提供不同缺陷位置和缺陷特征的模拟，并真实反映变压器复杂结构。
5.为实现此目的，本发明所设计的变压器内置缺陷模拟装置，它包括支撑杆、缺陷模拟设备和缺陷控制模块，支撑杆的底端安装缺陷模拟设备(螺纹连接或者卡口连接)，缺陷模拟设备和支撑杆的底端穿过变压器上的接口并置于变压器的内部，支撑杆置于变压器外的部分安装缺陷控制模块，缺陷控制模块用于对缺陷模拟设备进行控制实现变压器缺陷模拟。
6.本发明的有益效果：
7.本发明可根据变压器高度和缺陷模拟位置的需要对支撑杆的伸入程度进行调整，并且支撑杆、缺陷模拟设备和缺陷控制模块的模块化设计，使得本发明拆卸、携带及现场安装方便；
8.本发明不破坏变压器本体结构，可提供不同缺陷位置和缺陷特征模拟，为变压器监测装置的考核与评价提供平台；
9.本发明的模块化组装式变压器内置缺陷模拟，在模拟对应缺陷时，按照需要进行
对应缺陷模拟的组装，规范了缺陷模拟过程。
附图说明
10.图1为实施例1的结构示意图；
11.图2为实施例2的结构示意图；
12.图3为实施例2中放电缺陷模块的结构示意图；
13.图4为图3的剖视图；
14.图5为实施例4的结构示意图。
15.其中，1—变压器、2—接口、3—支撑杆、3.1—支撑底杆、4—缺陷模拟设备、4.1—顶部连接元件、4.2—底部连接元件、4.3—外壳元件、4.4—金属缺陷元件、4.5—内嵌式接口、4.6—腔体、5—连接管、5.1—连接线、6—限位圈、7—缺陷控制模块、7.1—标准气体产生单元、7.2—气体阀门、7.3—电源单元、7.4—信号放大单元、7.5—通信单元。
具体实施方式
16.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
17.实施例1：
18.如图1所示的一种变压器内置缺陷模拟装置，它包括支撑杆3、缺陷模拟设备4和缺陷控制模块7，支撑杆3的底端安装缺陷模拟设备4，缺陷模拟设备4和支撑杆3的底端穿过变压器1上开设的接口2并置于变压器1的内部，支撑杆3置于变压器1外的部分安装缺陷控制模块7，缺陷控制模块7用于对缺陷模拟设备4进行控制实现变压器缺陷模拟。接口2在不连接缺陷模拟设备4时，可以通过法兰盘或带螺纹的金属密封帽进行密封。
19.所述支撑杆3上套有限位圈6，限位圈6扎紧支撑杆3，限位圈6设置在接口2上，使得支撑杆3相对接口2实现限位。限位圈6的内径(直径)小于支撑杆3的外径(直径)，限位圈6的外径(直径)大于接口2直径。使限位圈6始终位于变压器箱体外部，使得支撑杆3部分置于变压器1外。所述限位圈6为弹性材料限位圈，优选为橡胶限位圈。
20.所述支撑杆3上设有刻度，通过限位圈6对应的当前刻度值，能确定支撑杆3深入变压器1的长度，从而可以实现定位，使得本发明能模拟不同的缺陷位置。
21.所述缺陷控制模块7包括标准气体产生单元7.1和气体阀门7.2，支撑杆3内设有连接管5，缺陷模拟设备4为产气缺陷模拟设备，产气缺陷模拟设备内也设有连接管5，标准气体产生单元7.1的标准气体输出端通过气体阀门7.2连通支撑杆3的连接管5输入端，支撑杆3的连接管5输出端连接产气缺陷模拟设备的连接管5输入端，产气缺陷模拟设备的连接管5的输出端用于向变压器1内充入标准气体(氢气、水分、乙炔、甲烷、氧气、一氧化碳和/或乙烯)。将缺陷控制模块7的标准气体在缺陷模块处释放。用于模拟变压器异常产气缺陷。本实施例中将油中溶解气体在线监测装置安装于变压器的缺陷监测孔中，进行变压器异常产气缺陷的监测。
22.它还包括支撑底杆3.1，所述支撑杆3的底端与产气缺陷模拟设备壳体的顶端螺纹连接，产气缺陷模拟设备壳体的低端与支撑底杆3.1的顶部螺纹连接，支撑底杆3.1、缺陷模拟设备4和支撑杆3的底端穿过接口2并置于变压器1的内部，支撑底杆3.1的底部置于变压器1的底部，用于支撑缺陷模拟设备4和支撑杆3。该方案可实现内置式气体缺陷模拟，结合
了变压器结构，可以为气体在变压器内的扩散机理研究提供验证平台。
23.实施例2：
24.如图2～4所示的一种变压器内置缺陷模拟装置，它包括变压器1、支撑杆3、缺陷模拟设备4和缺陷控制模块7，所述变压器1上开设有接口2，支撑杆3的底端安装缺陷模拟设备4，缺陷模拟设备4和支撑杆3的底端穿过接口2并置于变压器1的内部，支撑杆3置于变压器1外的部分安装缺陷控制模块7，缺陷控制模块7用于对缺陷模拟设备4进行控制实现变压器缺陷模拟。
25.所述缺陷控制模块7为电源单元7.3，所述缺陷模拟设备4为局部放电缺陷模拟设备，缺陷模拟设备4包括顶部连接元件4.1、底部连接元件4.2、外壳元件4.3和金属缺陷元件4.4，顶部连接元件4.1固定在外壳元件4.3内壁的上部，底部连接元件4.2固定在外壳元件4.3内壁的下部，顶部连接元件4.1底面、底部连接元件4.2顶面和外壳元件4.3内壁之间围成的腔体4.6，腔体4.6内注入变压器油，金属缺陷元件4.4的底端穿过顶部连接元件4.1进入腔体4.6，金属缺陷元件4.4顶端的顶部连接元件4.1中具有内嵌式接口4.5，电源单元7.3的电源信号输出端通过连接线5.1连接金属缺陷元件4.4；
26.顶部连接元件4.1与支撑杆3的底端螺纹连接，顶部连接元件4.1为绝缘材质，可选用聚乙烯、交联聚乙烯、环氧树脂等有机材料，击穿强度大于等于10kv/mm；底部连接元件4.2为金属材质，底部连接元件4.2的底部与变压器1的底部连接，构成接地体，外壳元件4.3为与变压器油不相容的绝缘材料。
27.所述金属缺陷元件4.4为金属尖端缺陷元件。本实施例给出的是一个金属尖端缺陷。金属缺陷元件4.4与底部连接元件4.2构成针板电极。电源单元7.3向金属缺陷元件4.4施加高压，底部连接元件4.2接地，腔体4.6的介质会发生放电。
28.本实施例中连接线5.1是同轴电缆，同轴电缆由金属导体和绝缘层构成，连接线5.1与内嵌式接口4.5接触位置处无裸露金属导体。
29.本实施例中电源单元7.3发出高压直流、高压工频交流、0.1hz交流或振荡波电压信号，电压输出范围：≥0.5kv。缺陷模拟设备4在电源单元7.3的作用下进行放电模拟局部放电缺陷。
30.本实施例中采用设置在变压器外的超声波局部放电监测仪进行局部放电缺陷的监测。
31.该方法可实现内置式放电缺陷模拟，结合了变压器结构，可以为放电信号在变压器内的传播研究提供验证平台。其中局部放电缺陷模块的电极类型可调，图例中给出的是尖端缺陷，可以替换为其它缺陷。
32.实施例3：
33.在实施例2的基础上，加装支撑底杆3.1。支撑杆3(绝缘材料)与顶部连接元件4.1通过螺纹连接，支撑底杆3.1(金属材料)与底部连接元件4.2通过螺纹连接，支撑底杆3.1与变压器1的箱体下方内表面连接。
34.实施例4：
35.如图5所示的一种变压器内置缺陷模拟装置，它包括变压器1、支撑杆3、缺陷模拟设备4和缺陷控制模块7，所述变压器1上开设有接口2，支撑杆3的底端安装缺陷模拟设备4，缺陷模拟设备4和支撑杆3的底端穿过接口2并置于变压器1的内部，支撑杆3置于变压器1外
的部分安装缺陷控制模块7，缺陷控制模块7用于对缺陷模拟设备4进行控制实现变压器缺陷模拟。
36.所述缺陷控制模块7包括电源单元7.3、信号放大单元7.4和通信单元7.5，缺陷模拟设备4为脉冲放电缺陷模拟设备，缺陷模拟设备4为脉冲发生单元，电源单元7.3的信号输出端连接信号放大单元7.4的信号输入端，信号放大单元7.4的信号输出端通过通信单元7.5连接脉冲发生单元的信号输入端，脉冲发生单元的信号输出端用于向变压器1发出标准局部放电信号。
37.所述标准局部放电信号为不同上升沿的脉冲信号。
38.所述脉冲发生单元发出的不同上升沿的脉冲信号的特征为：对于3～300ghz的特高频，脉冲上升沿≤300ps，脉冲幅值0～200v；对于30～300khz的超声波，脉冲上升沿≥150ns，脉冲幅值0～20v；对于1～30mhz的高频，脉冲上升沿≤5ns，脉冲幅值0～60v；对于100～300khz的暂态地电压信号，脉冲上升沿≤300ns，脉冲幅值0～60v。实施例2中是一个实物缺陷，实施例3中是信号发生器模拟出的缺陷，该信号源可以是方波、高斯脉冲等，可以通过编程来实现。
39.一种实施例4的装置进行变压器内置脉冲放电缺陷模拟的方法，它包括如下步骤：
40.步骤1：电源单元7.3发出电源信号(220或380v电源)；
41.步骤2：信号放大单元7.4将电源信号进行放大(放大成更大幅值的电压信号，如10kv)；
42.步骤3：缺陷模拟设备4根据放大的电源信号向变压器1发出标准局部放电信号，设置在变压器1上的各个局部放电超声传感器用于检测得到局部放电信号的强度值，并通过各个局部放电超声传感器得到的局部放电信号的强度值得到缺陷模拟设备4在变压器中的具体位置以及标准局部放电信号在变压器内部的传输路径。
43.本发明为变压器检测、监测设备(局部放电、油色谱等)提供一个校验平台；本发明能提供一个标准缺陷信号，检测不同位置的检测装置的信号检出能力，确定最佳检测位置；能提供不同幅值信号，校验不同厂家检测装置的灵敏度；能提供不同类型的信号，校验不同厂家检测装置的缺陷类型检出能力。
44.气体信号的类型包括：氢气、水分、乙炔、甲烷、氧气、一氧化碳和/或乙烯。
45.本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。