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专利名称：一种油浸式变压器绝缘垫块加速热老化测试装置及方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202410244163.8

专利申请（专利权）人：国网宁夏电力有限公司电力科学研究院,兰州理工大学,国网宁夏电力有限公司超高压公司,国网宁夏电力有限公司
权利人地址：宁夏回族自治区银川市金凤区黄河东路716号

专利发明（设计）人：周秀,田天,白金,相中华,朱林,李晓楠,罗艳,赵欣洋,戴龙成,李秀广,吴旭涛,张恒,云明轩,杨晨,崔鹏,王奕勃,汪庆

专利摘要：本发明公开一种油浸式变压器绝缘垫块加速热老化测试装置及方法，包括：油箱、距离测试设备、处理器和置于油箱内的测试组件；测试组件包括：从上到下间隔设置的第一环氧压紧板、第二环氧压紧板和第三环氧压紧板，底座，四根环氧螺杆，以及压力传感器；压力传感器用于当通过旋转第一螺母和第二螺母向绝缘垫块施加预紧力时，测量作用力；距离测试设备用于测量第二环氧压紧板和第三环氧压紧板之间的距离；处理器用于根据测量的作用力和该距离，拟合作用力与该距离的方程，以使进行加速热老化测试时，通过测量该距离得到不同老化周期的作用力。本发明可在高温和油浸环境下进行测试，以指导变压器状态评估和维修，缩减维修成本。

主权利要求：
1.一种油浸式变压器绝缘垫块加速热老化测试装置，其特征在于，包括：油箱、距离测试设备、处理器和置于所述油箱内的测试组件；
所述测试组件包括：从上到下设置的第一环氧压紧板、第二环氧压紧板和第三环氧压紧板，底座，四根环氧螺杆，以及压力传感器；
每一所述环氧螺杆的一端穿过所述第一环氧压紧板、所述第二环氧压紧板和所述第三环氧压紧板后安装在所述底座的每一角上，所述第一环氧压紧板、所述第二环氧压紧板和所述第三环氧压紧板可沿所述环氧螺杆移动；
每一所述环氧螺杆上套设有第一螺母和第二螺母，所述第一螺母位于所述第一环氧压紧板的上方，所述第二螺母位于所述第三环氧压紧板的下方；
所述压力传感器设置在所述第二环氧压紧板的上表面上，绝缘垫块设置在所述第三环氧压紧板的上表面上；
所述处理器用于在所述油箱内不具有变压器油状态下，当通过旋转所述第一螺母和所述第二螺母向所述绝缘垫块施加预紧力时，建立所述压力传感器测量的所述绝缘垫块受到的作用力与所述距离测试设备测量的所述第二环氧压紧板和所述第三环氧压紧板之间的距离的第一关系方程；在所述油箱内具有变压器油状态下，对所述绝缘垫块进行加速热老化测试，将所述距离测试设备测量的所述第二环氧压紧板和所述第三环氧压紧板之间的距离代入所述第一关系方程，得到所述绝缘垫块在加速热老化测试中受到的作用力；
所述第一关系方程包括：
；
其中，L为第二环氧压紧板和第三环氧压紧板之间的距离，x为作用力，α和β为系数。
2.根据权利要求1所述的油浸式变压器绝缘垫块加速热老化测试装置，其特征在于，所述处理器还用于建立所述绝缘垫块在加速热老化测试中受到的作用力与对应的老化周期的第二关系方程。
3.根据权利要求2所述的油浸式变压器绝缘垫块加速热老化测试装置，其特征在于，所述第二关系方程包括：x=at+b；
其中，x为作用力，t为老化周期，a和b为系数。
4.根据权利要求1所述的油浸式变压器绝缘垫块加速热老化测试装置，其特征在于，所述处理器还用于在所述绝缘垫块进行加速热老化测试后，建立测量得到的不同老化周期的所述绝缘垫块的抗拉强度与所述老化周期的第三关系方程。
5.根据权利要求4所述的油浸式变压器绝缘垫块加速热老化测试装置，其特征在于，所述第三关系方程包括：y=ct+d；
其中，y为绝缘垫块的抗拉强度，t为老化周期，c和d为系数。
6.根据权利要求1所述的油浸式变压器绝缘垫块加速热老化测试装置，其特征在于：对所述绝缘垫块进行加速热老化测试之前，通过旋转所述第一螺母和所述第二螺母向所述绝缘垫块施加预紧力以模拟所述绝缘垫块由于机械老化受到的作用力。
7.一种油浸式变压器绝缘垫块加速热老化测试方法，其特征在于，采用如权利要求1 6~任一项所述的油浸式变压器绝缘垫块加速热老化测试装置，所述测试方法包括：将所述绝缘垫块设置在所述第三环氧压紧板的上表面上；
在所述油箱内不具有变压器油状态下，旋转所述第一螺母和所述第二螺母向所述绝缘垫块施加预紧力；
通过所述压力传感器测量所述绝缘垫块受到的作用力，并通过所述距离测试设备测量所述第二环氧压紧板和所述第三环氧压紧板之间的距离；
建立所述作用力与所述第二环氧压紧板和所述第三环氧压紧板之间的距离的第一关系方程；
向所述油箱内添加变压器油后，对所述绝缘垫块进行加速热老化测试；
通过所述距离测试设备测量所述第二环氧压紧板和所述第三环氧压紧板之间的距离；
将所述第二环氧压紧板和所述第三环氧压紧板之间的距离代入所述第一关系方程，得到所述绝缘垫块在加速热老化测试中受到的作用力。
8.根据权利要求7所述的油浸式变压器绝缘垫块加速热老化测试方法，其特征在于，还包括：建立所述绝缘垫块在加速热老化测试中受到的作用力与对应的老化周期的第二关系方程。
9.根据权利要求7所述的油浸式变压器绝缘垫块加速热老化测试方法，其特征在于，还包括：在所述绝缘垫块进行加速热老化测试后，测量不同老化周期的所述绝缘垫块的抗拉强度；
建立所述绝缘垫块的抗拉强度与所述老化周期的第三关系方程。 说明书 : 一种油浸式变压器绝缘垫块加速热老化测试装置及方法技术领域[0001] 本发明涉及变压器技术领域，尤其涉及一种油浸式变压器绝缘垫块加速热老化测试装置及方法。背景技术[0002] 现有统计表明，绕组短路承受能力不足在变压器事故中占很大比例。变压器在长期运行过程中，绕组层间的绝缘垫块因受热老化和机械老化的共同作用，其力学性能和绝缘性能逐渐劣化，致使变压器绕组压紧力下降，进而使得绕组的抗短路能力下降。但目前绕组抗短路能力评估方法仅按照绕组材料初始的力学性能参数进行评估，且现有进行绝缘垫块老化试验过程中未考虑到测试预紧力的传感器受自身条件的限制问题，具体包括：1)目前工业压力传感器测试的环境温度在?20℃?70℃，当老化温度超过70℃时，该传感器已失效，致使实验结果失效；2)现有传感器密封性不好，仅适用于干燥环境，部分特制的传感器可以防水，但未有可以直接放置于油中使用的传感器。综上所述，开展适应于不同预紧力油浸式变压器绝缘垫块加速热老化的测试装置及方法十分必要。发明内容[0003] 本发明实施例提供一种油浸式变压器绝缘垫块加速热老化测试装置及方法，以解决现有的传感器不适用于较高的老化温度和浸入油中使用，导致无法有效进行油浸式变压器绝缘垫块加速热老化测试的问题。[0004] 第一方面，提供一种油浸式变压器绝缘垫块加速热老化测试装置，包括：油箱、距离测试设备、处理器和置于所述油箱内的测试组件；[0005] 所述测试组件包括：从上到下设置的第一环氧压紧板、第二环氧压紧板和第三环氧压紧板，底座，四根环氧螺杆，以及压力传感器；[0006] 每一所述环氧螺杆的一端穿过所述第一环氧压紧板、所述第二环氧压紧板和所述第三环氧压紧板后安装在所述底座的每一角上，所述第一环氧压紧板、所述第二环氧压紧板和所述第三环氧压紧板可沿所述环氧螺杆移动；[0007] 每一所述环氧螺杆上套设有第一螺母和第二螺母，所述第一螺母位于所述第一环氧压紧板的上方，所述第二螺母位于所述第三环氧压紧板的下方；[0008] 所述压力传感器设置在所述第二环氧压紧板的上表面上，绝缘垫块设置在所述第三环氧压紧板的上表面上；[0009] 所述处理器用于在所述油箱内不具有变压器油状态下，当通过旋转所述第一螺母和所述第二螺母向所述绝缘垫块施加预紧力时，建立所述压力传感器测量的所述绝缘垫块受到的作用力与所述距离测试设备测量的所述第二环氧压紧板和所述第三环氧压紧板之间的距离的第一关系方程；在所述油箱内具有变压器油状态下，对所述绝缘垫块进行加速热老化测试，将所述距离测试设备测量的所述第二环氧压紧板和所述第三环氧压紧板之间的距离代入所述第一关系方程，得到所述绝缘垫块在加速热老化测试中受到的作用力。[0010] 第二方面，提供一种油浸式变压器绝缘垫块加速热老化测试方法，采用如第一方面实施例所述的油浸式变压器绝缘垫块加速热老化测试装置，所述测试方法包括：[0011] 将所述绝缘垫块设置在所述第三环氧压紧板的上表面上；[0012] 在所述油箱内不具有变压器油状态下，旋转所述第一螺母和所述第二螺母向所述绝缘垫块施加预紧力；[0013] 通过所述压力传感器测量所述绝缘垫块受到的作用力，并通过所述距离测试设备测量所述第二环氧压紧板和所述第三环氧压紧板之间的距离；[0014] 建立所述作用力与所述第二环氧压紧板和所述第三环氧压紧板之间的距离的第一关系方程；[0015] 向所述油箱内添加变压器油后，对所述绝缘垫块进行加速热老化测试；[0016] 通过所述距离测试设备测量所述第二环氧压紧板和所述第三环氧压紧板之间的距离；[0017] 将所述第二环氧压紧板和所述第三环氧压紧板之间的距离代入所述第一关系方程，得到所述绝缘垫块在加速热老化测试中受到的作用力。[0018] 这样，本发明实施例，通过间接测试方式，把对压力的采集转化为对距离的采集，可有效解决压力传感器在较高的老化温度和浸入油中使用时，无法有效进行压力采集的问题，测试结果较准确，为相关领域的研究和生产提供了一种可靠的试验手段，以便指导油浸式变压器绝缘状态评估和维修，缩减维修成本。附图说明[0019] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0020] 图1是本发明实施例的油浸式变压器绝缘垫块加速热老化测试装置的结构示意图；[0021] 图2是本发明实施例的环氧压紧板的示意图；[0022] 图3是本发明实施例的底座的示意图一；[0023] 图4是本发明实施例的底座的示意图二；[0024] 图5是本发明实施例的第二环氧压紧板和第三环氧压紧板之间的距离测量的示意图；[0025] 图6是本发明实施例的第一关系方程表征的曲线示意图；[0026] 图7是本发明实施例的第二关系方程表征的曲线示意图；[0027] 图8是本发明实施例的第三关系方程表征的曲线示意图；[0028] 图9是本发明实施例的油浸式变压器绝缘垫块加速热老化测试方法的流程图。具体实施方式[0029] 下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0030] 本发明实施例公开了一种油浸式变压器绝缘垫块加速热老化测试装置。如图1～4所示，本发明实施例的装置包括如下的结构：油箱1、距离测试设备13、处理器12和置于油箱1内的测试组件。[0031] 优选的，油箱1可设置油箱把手3，以便打开和关闭油箱1，将测试组件放入油箱1中或从油箱1中取出。[0032] 测试组件包括：从上到下间隔设置的第一环氧压紧板5、第二环氧压紧板7和第三环氧压紧板9，底座11，四根环氧螺杆2，以及压力传感器6。[0033] 每一环氧螺杆2的一端穿过第一环氧压紧板5、第二环氧压紧板7和第三环氧压紧板9后安装在底座11的每一角上。底座11设置有螺孔，与环氧螺杆2进行固定，可以起到稳固测试组件的作用，并且提供额外的缓冲和减震效果，保护测试组件免受振动的影响，保证在实验过程中不晃动，可以确保老化试验的准确性和可靠性。[0034] 第一环氧压紧板5、第二环氧压紧板7和第三环氧压紧板9可沿环氧螺杆2移动。第一环氧压紧板5、第二环氧压紧板7和第三环氧压紧板9可为正方形，第一环氧压紧板5、第二环氧压紧板7和第三环氧压紧板9的四个角上开设供环氧螺杆2穿过的通孔。[0035] 每一环氧螺杆2上套设有第一螺母4和第二螺母10，第一螺母4位于第一环氧压紧板5的上方，第二螺母10位于第三环氧压紧板9的下方。通过旋转第一螺母4和第二螺母10可对环氧压紧板施加不同的预紧力，以模拟绝缘垫块8实际机械老化工况。应当理解的是，第一螺母4、第二螺母10以及环氧螺杆2的尺寸不同，可产生的预紧力的上限不同，因此，可根据实际需要，选择不同尺寸的螺母和螺杆。[0036] 压力传感器6设置在第二环氧压紧板7的上表面上。压力传感器6可在未进行加速热老化测试时，检测施加的预紧力。具体的，压力传感器6用于当通过旋转第一螺母4和第二螺母10向绝缘垫块8施加预紧力时，测量绝缘垫块8受到的作用力。处理器12可接收压力传感器6发送的作用力，通过处理器12的显示组件显示该作用力。[0037] 绝缘垫块8设置在第三环氧压紧板9的上表面上。绝缘垫块8可根据实际情况裁剪为设定的尺寸，多层绝缘垫块8可叠放在一起，每层绝缘垫块8的厚度为1.5mm。[0038] 距离测试设备13可以是数字千分尺，用于测量第二环氧压紧板7和第三环氧压紧板9之间的距离。[0039] 由于压力传感器6的尺寸较。绻沽Υ衅6直接放置在绝缘垫块8上而少设置一层压紧板，且由于绝缘垫块8的尺寸裁剪得过。岬贾戮档婵8上的受力不均匀，出现翘起等现象，浸入油中后，可能导致叠放的绝缘垫块8脱落。[0040] 处理器12用于在油箱1内不具有变压器油状态下，当通过旋转第一螺母4和第二螺母10向绝缘垫块8施加预紧力时，建立压力传感器6测量的绝缘垫块8受到的作用力与距离测试设备13测量的第二环氧压紧板7和第三环氧压紧板9之间的距离的第一关系方程。[0041] 通过上述方式，可预先建立作用力与距离的关系，以便加速热老化测试时，可通过测量距离来反推作用力，从而解决压力传感器6在高温和油浸下测量不准确的问题。[0042] 此外，处理器12还用于在油箱1内具有变压器油状态下，对绝缘垫块8进行加速热老化测试，将距离测试设备13测量的第二环氧压紧板7和第三环氧压紧板9之间的距离代入第一关系方程，得到绝缘垫块8在加速热老化测试中受到的作用力。[0043] 该作用力为热老化和机械老化的合力。[0044] 对绝缘垫块8进行加速热老化测试之前，通过旋转第一螺母4和第二螺母10向绝缘垫块8施加预紧力以模拟绝缘垫块8由于机械老化受到的作用力。[0045] 具体的，如图6所示，可知作用力与第二环氧压紧板7和第三环氧压紧板9之间的距离遵循反幂函数变化规律，则第一关系方程如下：[0046] L＝α×x?β(1)[0047] 其中，L为第二环氧压紧板7和第三环氧压紧板9之间的距离，x为作用力，α和β为系数，通过采集的第二环氧压紧板7和第三环氧压紧板9之间的距离和作用力拟合得到。在一具体的实施例中，α＝42.6599，β＝0.01346。[0048] 优选的，如图5所示，为使第二环氧压紧板7和第三环氧压紧板9之间的距离的测量更准确，在第二环氧压紧板7的每个角处各对称设置两个第一测量点，在第三环氧压紧板9的每个角处各对称设置两个第二测量点，每一第一测量点与每一第二测量点对齐，分别记为1’?1”、2’?2”、3’?3”、4’?4”、5’?5”、6’?6”、7’?7”、8’?8”，第二环氧压紧板7和第三环氧压紧板9之间的距离为所有第一测量点和对齐的第二测量点之间的距离的均值，即：[0049] L＝(L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7+L8)/8。[0050] 此外，如图7所示，可根据不同作用力和对应的老化周期绘制出绝缘垫块承受的力与老化周期的关联曲线，基于此，处理器12还用于建立绝缘垫块8在加速热老化测试中受到的作用力与对应的老化周期的第二关系方程。[0051] 具体的，第二关系方程如下：[0052] x＝at+b(2)[0053] 其中，x为作用力，t为老化周期，a和b为系数。a和b通过计算得到的作用力和采集的老化周期拟合得到。在一具体的实施例中，a＝2000，b＝?1.66667。[0054] 预先可通过旋转第一螺母4和第二螺母10使调整第二环氧压紧板7和第三环氧压紧板9之间的距离为所需距离以施加预设的预紧力。[0055] 通过实验发现，当将测试组件置于充油的油箱1中后，油中产生的浮力很。允笛榻峁挠跋旌苄。虼，本发明实施例在拟合时可以不考虑测试组件放置于油中产生的浮力，以简化计算。[0056] 此外，如图8所示，可根据不同老化周期的绝缘垫块8的抗拉强度与老化周期绘制出绝缘垫块8的抗拉强度与老化周期的关联曲线，基于此，处理器12还用于在绝缘垫块8进行加速热老化测试后，建立测量得到的不同老化周期的绝缘垫块8的抗拉强度与老化周期的第三关系方程。[0057] 具体的，第三关系方程如下：[0058] y＝ct+d(3)[0059] 其中，y为绝缘垫块8的抗拉强度，t为老化周期，c和d为系数。c和d通过测量得到的抗拉强度和采集的老化周期拟合得到。在一具体的实施例中，c＝70.381555，d＝?0.08424。[0060] 通过上述加速热老化测试，可得出绕组层间的绝缘垫块8因受热老化和机械老化(预紧力)的共同作用导致的变压器绕组压紧力下降趋势和拟合的计算公式，进而获得绕组的抗短路能力下降趋势和拟合的计算公式，从而指导油浸式变压器绝缘状态评估和维修，缩减维修成本。[0061] 此外，本发明实施例还公开一种油浸式变压器绝缘垫块加速热老化测试方法。该方法采用如上述实施例所述的油浸式变压器绝缘垫块加速热老化测试装置。具体的，如图9所示，该测试方法包括如下的步骤：[0062] 步骤S101：将绝缘垫块设置在第三环氧压紧板的上表面上。[0063] 步骤S102：在油箱内不具有变压器油状态下，旋转第一螺母和第二螺母向绝缘垫块施加预紧力。[0064] 步骤S103：通过压力传感器测量绝缘垫块受到的作用力，并通过距离测试设备测量第二环氧压紧板和第三环氧压紧板之间的距离。[0065] 步骤S104：建立作用力与第二环氧压紧板和第三环氧压紧板之间的距离的第一关系方程。[0066] 第一关系方程如前所述，在此不再赘述。[0067] 步骤S105：向油箱内添加变压器油后，对绝缘垫块进行加速热老化测试。[0068] 预先可通过旋转第一螺母和第二螺母使调整第二环氧压紧板和第三环氧压紧板之间的距离为所需距离以施加预设的预紧力，模拟机械老化。[0069] 加速热老化测试可在烘箱内进行，将油箱置于烘箱内，烘箱设置温度130℃，进行加热。[0070] 步骤S106：通过距离测试设备测量第二环氧压紧板和第三环氧压紧板之间的距离。[0071] 在烘箱内持续第一老化周期后，取出测试组件，采用距离测试设备测量第二环氧压紧板和第三环氧压紧板对应的8个第一测量点和第二测量点之间的距离，并求取平均值，记为第一老化周期的第二环氧压紧板和第三环氧压紧板之间的距离。[0072] 步骤S107：将第二环氧压紧板和第三环氧压紧板之间的距离代入第一关系方程，得到绝缘垫块在加速热老化测试中受到的作用力。[0073] 重复上述的步骤，持续不同的老化周期，从而可得到不同老化周期对应的作用力。[0074] 优选的，本发明实施例的测试方法还包括：[0075] 建立绝缘垫块在加速热老化测试中受到的作用力与对应的老化周期的第二关系方程。[0076] 第二关系方程如前所述，在此不再赘述。[0077] 优选的，本发明实施例的测试方法还包括：[0078] 在绝缘垫块进行加速热老化测试后，测量不同老化周期的绝缘垫块的抗拉强度；建立绝缘垫块的抗拉强度与老化周期的第三关系方程。[0079] 第三关系方程如前所述，在此不再赘述。[0080] 综上，本发明实施例，通过间接测试方式，把对压力的采集转化为对距离的采集，可有效解决压力传感器在较高的老化温度和浸入油中使用时，无法有效进行压力采集的问题，测试结果较准确，为相关领域的研究和生产提供了一种可靠的试验手段，以便指导油浸式变压器绝缘状态评估和维修，缩减维修成本。[0081] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

专利地区：宁夏

专利申请日期：2024-03-04

专利公开日期：2024-11-19

专利公告号：CN118226158B