冲击负荷下套管电容芯子不均匀热老化的实验方法

摘要

本发明公开了一种冲击负荷下套管电容芯子不均匀热老化的实验方法，首先搭建实验平台，然后通过实验平台施加冲击负荷模拟套管电容芯子的热冲击，开启介损测试仪，测试电容芯子每层间的介损值，并将测试数据上传至终端机存储，采用最小二乘法将不同层间的介损值拟合为一条函数曲线，对函数曲线分段积分，计算电容芯子总体的不均匀热老化程度参数，该实验方法模拟了冲击负荷下套管电容芯子的不均匀热老化，并可有效判定套管电容芯子的不均匀热老化程度。

说明书

技术领域

本发明属于油浸式套管绝缘性能评估领域，具体涉及一种冲击负荷下套管电容芯子不均匀热老化的实验方法。

背景技术

油浸式套管作为牵引变压器的关键结构部件，其绝缘性能的好坏直接影响到牵引变压器及整个牵引供电系统运行的可靠性。与电力系统负荷相比，高速铁路系统中冲击负荷远高于50％额定负荷，列车通过时短负荷可能超3倍额定负荷。电容芯子为牵引变压器套管的主绝缘，高速铁路系统所特有的冲击性特点导致套管电容芯子各层绝缘热老化程度极不均匀，降低套管的绝缘性能，影响高速铁路系统的安全稳定运行。

套管热老化评估方法主要包括主绝缘及末屏对地绝缘电阻、介质损耗正切值、电容量及油中溶解气体色谱分析等，以上测试方法目前均只能评估套管的整体热老化状况，对冲击负荷下电容芯子不均匀热老化程度评估尚缺乏有效的手段。由于套管电容芯子在冲击负荷下表现出频繁升降温的工况特点，为研究冲击负荷下电容芯子不均匀热老化程度，急需一种冲击负荷下套管电容芯子不均匀热老化的实验方法。

发明内容

为了能够反映冲击负荷下套管绝缘的老化状态，本发明提供一种冲击负荷下套管电容芯子不均匀热老化的实验方法，包括以下步骤：

第一步：搭建实验平台

搭建冲击负荷下套管电容芯子不均匀热老化实验平台，包括绝缘油箱(1)、第一支架(6a)、第二支架(6b)、测试端子(5)、电容芯子(4)、冲击电流发生装置(7)、介损测试仪(8)、终端机(11)、电动机(12)，绝缘油箱(1)底部铺有冷却管(9)，冷却管(9)两端分别有第一冷却箱(10a)和第二冷却箱(10b)，第一冷却箱(10a)和第二冷却箱(10b)内的冷水(14)由电动机(13)推动，冷水(14)由冷却管(12)流经第一冷却箱(10a)、冷却管(9)和第二冷却箱(10b)，回到冷却管(12)，电动机(13)连至终端机(11)，接受终端机(11)发送的控制指令，绝缘油箱(1)内填充绝缘油(2)，油面高度超过电容芯子(4)，电容芯子(4)由第一支架(6a)和第二支架(6b)固定在绝缘油箱(1)内，冲击电流发生装置(7)连至终端机(11)，终端机(11)发送控制指令至冲击电流发生装置(7)，冲击电流发生装置(7)连在导杆(3)两端，给导杆(3)施加冲击电流，电容芯子(4)每层电容屏之间焊接测试端子(5)，测试端子(5)连至介损测试仪(8)，介损测试仪(8)接至终端机(11)；

第二步：模拟冲击负荷下的套管电容芯子

开启冲击电流发生装置(7)，对套管电容芯子(4)施加冲击电流，模拟冲击负荷的热效应，终端机(11)控制电动机(13)使冷却管(12)内的冷水(14)流通，从而模拟套管电容芯子在冲击负荷下频繁升降温的实际工况；

第三步：测试工频介损

开启介损测试仪(8)，测试电容芯子(4)相邻两层电容屏间的介质损耗正切值tanδ，并将测试数据上传至终端机(11)并以(i，tanδ_i)形式存储，表示电容芯子第i层间的介质损耗正切值为tanδ_i，i＝1，2，…，n，n为电容芯子(4)层数；

第四步：拟合介质损耗正切值

通过非线性最小二乘法进行拟合，进而得到介质损耗正切值的拟合曲线f(x)，其中1≤x≤n，n为电容芯子(4)层数；

第五步：计算电容芯子热老化不均匀程度

计算f(i)与f(i+1)间的积分S_i、f(i+1)与f(i+2)间的积分S_i+1，分别表示电容芯子(4)第i层与第i+1层的老化程度：

计算两积分的差值ΔS_i：

ΔS_i＝S_i+1-S_i(3)

电容芯子总体不均匀热老化程度H进行计算，公式如下：

式中，ΔS₀＝min{|ΔS₁|,|ΔS₂|…|ΔS_n-2|,|ΔS_n-1|}。

本发明的优点在于：

本发明提供一种冲击负荷下套管电容芯子不均匀热老化的实验方法，根据本发明公开的实验方法，首先搭建实验平台，然后通过实验平台施加冲击负荷模拟套管电容芯子的热冲击，开启介损测试仪，测试电容芯子每层间的介损值，并将测试数据上传至终端机存储，采用最小二乘法将不同层间的介损值拟合为一条函数曲线，对函数曲线分段积分，计算出电容芯子总体的不均匀热老化程度参数，该实验方法对冲击负荷下套管电容芯子的不均匀热老化的研究，为牵引变压器套管的不均匀热老化程度的评估提供了参考。

附图说明

图1冲击负荷下套管电容芯子不均匀热老化的实验平台示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为冲击负荷下套管电容芯子不均匀热老化的实验平台示意图，由图1可以看出冲击负荷下套管电容芯子不均匀热老化的实验方法包括以下步骤：

第一步：搭建实验平台

搭建冲击负荷下套管电容芯子不均匀热老化实验平台，包括绝缘油箱(1)、第一支架(6a)、第二支架(6b)、测试端子(5)、电容芯子(4)、冲击电流发生装置(7)、介损测试仪(8)、终端机(11)、电动机(12)，绝缘油箱(1)底部铺有冷却管(9)，冷却管(9)两端分别有第一冷却箱(10a)和第二冷却箱(10b)，第一冷却箱(10a)和第二冷却箱(10b)内的冷水(14)由电动机(13)推动，冷水(14)由冷却管(12)流经第一冷却箱(10a)、冷却管(9)和第二冷却箱(10b)，回到冷却管(12)，电动机(13)连至终端机(11)，接受终端机(11)发送的控制指令，绝缘油箱(1)内填充绝缘油(2)，油面高度超过电容芯子(4)，电容芯子(4)由第一支架(6a)和第二支架(6b)固定在绝缘油箱(1)内，冲击电流发生装置(7)连至终端机(11)，终端机(11)发送控制指令至冲击电流发生装置(7)，冲击电流发生装置(7)连在导杆(3)两端，给导杆(3)施加冲击电流，电容芯子(4)每层电容屏之间焊接测试端子(5)，测试端子(5)连至介损测试仪(8)，介损测试仪(8)接至终端机(11)；

第二步：模拟冲击负荷下的套管电容芯子

开启冲击电流发生装置(7)，对套管电容芯子(4)施加冲击电流，模拟冲击负荷的热效应，终端机(11)控制电动机(13)使冷却管(12)内的冷水(14)流通，从而模拟套管电容芯子在冲击负荷下频繁升降温的实际工况；

第三步：测试工频介损

开启介损测试仪(8)，测试电容芯子(4)相邻两层电容屏间的介质损耗正切值tanδ，并将测试数据上传至终端机(11)并以(i，tanδ_i)形式存储，表示电容芯子第i层间的介质损耗正切值为tanδ_i，i＝1，2，…，n，n为电容芯子(4)层数；

第四步：拟合介质损耗正切值

通过非线性最小二乘法进行拟合，进而得到介质损耗正切值的拟合曲线f(x)，其中1≤x≤n，n为电容芯子(4)层数；

第五步：计算电容芯子热老化不均匀程度

计算f(i)与f(i+1)间的积分S_i、f(i+1)与f(i+2)间的积分S_i+1，分别表示电容芯子(4)第i层与第i+1层的老化程度：

计算两积分的差值ΔS_i：

ΔS_i＝S_i+1-S_i(3)

电容芯子总体不均匀热老化程度H进行计算，公式如下：

式中，ΔS₀＝min{|ΔS₁|,|ΔS₂|…|ΔS_n-2|,|ΔS_n-1|}。