电热混合场下评定变压器油产气趋势的试验方法及装置

摘要

电热混合场下评定变压器油产气趋势的试验方法及装置，属于变压器油绝缘性能评价技术领域。对电极杯的各部件进行清洗、干燥和组装。对变压器油进行脱气脱水处理，用大容量注射器密封取样；组成装好的电极杯，通过真空系统与进气阀连接对电极杯体进行抽真空后，充满样品大容量注射与电极杯进油阀连接，将样品注满电极杯；将充油后的电极杯放置于恒温试验箱内，电极杯的高压电极连接杆通过保护电阻与高压电源相连，电极杯的低压电极筒通过接地端与地线相连；高压氩气瓶通过阀门与电极杯进气阀相连；进出油口通过进油阀、三通阀与脱气装置和气相色谱相连；在高压电源控制箱上，设置电压和加电时间；在恒温试验箱上，设置温度和运行时间，开始试验。

说明书

技术领域

本发明涉及电热混合场下评定变压器油产气趋势的试验方法及装 置，属于变压器油绝缘性能评价技术领域。

背景技术

随着输变电系统向高电压、大容量、低损耗的方向发展,500kV、750kV 和1000kV超高压和特高电压大容量变压器的相继投入使用,对超高压 变压器油的产气性能指标都提出了更高的要求。变压器油的产气是指变压 器油在使用过程中受到强的电应力和热力作用时会发生化学变化产生一 些特征气体并且溶解在油中的现象，这部分气体习惯称为变压器油溶解 气。变压器作为电力系统最主要的供电设备，其可靠运行程度直接关系到 电力系统电网的安全运行。变压器油中溶解气体的成分和含量能有效地反 应出变压器内部的绝缘故障，因此变压器油中溶解气体的成分监测已成为 变压器故障在线监测中最普遍、最重要的技术之一，在电场和热力场下研 究变压器油中溶解气体成分的变化趋势，对提高变压器故障诊断的准确性 和可靠性有着重要的意义。

变压器油在设备运行中，主要受温度和电场强度的影响，会产生不同 类型的特征气体。目前，考察变压器油气体产生的试验设备和方法，主要 有两类：一类是在电场电离下评定变压器油析出气体的性能，如现有的试 验方法GB/T11142、ASTM D2300和IEC60628等。这类方法原理是测定变 压器油经氢气饱和后，在电压为10kV、油温为80℃、测试时间为60min 或120min的条件下，变压器油与液面上氢气层受到径向电场的作用，油、 氢气交界面因放电反应导致油本身吸收或放出气体的倾向。这类方法主要 缺陷是所能承受的电场强度低，不能模拟变压器中高电场强度下变压器油 的产生气体问题；二是由于部分高压电场暴露于变压器油以上，变压器油 发生电离位置处于气液界面处，这种现象与变压器油实际工况不符，电力 变压器中在高压电场下不存在气液界面；三是样品注入过程不能实现真空 注油，油中含气量的多少会直接影响油局放起始电压的高低，进而影响油 中气体含量的准确测量，从而影响电场强度对油中产气趋势的正确判断。 另一类是在低热状况下评定变压器油的产生气体性能，如ASTM D7150方 法，该方法是模拟变压器在120℃下、在非故障状态下，变压器油产气趋 势，是单纯考察温度对变压器油产生特征气体趋势的影响，没有结合电场 力对变压器油产生气体的综合影响因素。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供电热混合场下评定变压器油 产气趋势的试验方法及装置，模拟变压器油运行工况下产生气体的过程并 能精确测量特征气体种类及含量的模拟实验装置及方法，能够在实验室内 模拟变压器油的运行工况，并且能够测量不同电场类型及场强、温度、氧 气含量等因素作用下产生不同特征气体的含量变化趋势，进而获得反映不 同类型变压器油的产生气体趋势的大小，可用于变压器油产品性能的优 化，同时，实验数据能为研究变压器不同故障的特征气体和影响因素提供 技术支撑，进而实现对变压器故障识别和故障诊断提供可靠的技术支撑。

电热混合场下评定变压器油产气趋势的模拟实验装置，电源控制箱连 接高压电源，高压电源通过保护电阻与电极杯的高压电极连接杆相连，电 极杯的低压电极筒通过接地端与地线相连，高压氩气瓶通过阀门与电极杯 的进气阀相连，电极杯的进油阀通过三通阀与脱气装置相连，脱出的气体 随着载气进入气相色谱分析系统中，油回收器连接三通阀F，接地端连接 高压电源的壳体，恒温箱内连接电极杯；

上盖的进气口处连接进气阀，高压电极连接杆固定连接上盖的中心部 位，高压电极连接杆上依次旋上连接第一绝缘垫环、高压电极筒和第二绝 缘垫环；绝缘外筒的底部依次旋入连接低压电极筒和绝缘固定环；上盖旋 入连接绝缘外筒内，高压电极连接杆的底部垂直插入绝缘固定环中，绝缘 外筒旋入连接底座上，在底座的进油口处连接进油阀，接地端连接低压电 极筒。

一种电热混合场下评定变压器油产气趋势的试验方法，包括如下步 骤：

步骤一、首先，对电极杯的各部件进行清洗、干燥和组装。对变压器 油进行脱气脱水处理，用大容量注射器密封取样。

步骤二、组成装好的电极杯，通过真空系统与进气阀连接对电极杯体 进行抽真空后，充满样品大容量注射与电极杯进油阀连接，将样品注满电 极杯。

步骤三、将充油后的电极杯放置于恒温试验箱内，电极杯的高压电极 连接杆通过保护电阻与高压电源相连，电极杯的低压电极筒通过接地端与 地线相连；高压氩气瓶通过阀门与电极杯进气阀相连；进出油口通过进油 阀、三通阀与脱气装置和气相色谱相连。

步骤四、在高压电源控制箱上，设置电压和加电时间；在恒温试验箱 上，设置温度和运行时间，开始试验。

步骤五、到达试验周期后，关掉高压电，接地放电，分别打开高压氩 气瓶阀门、电极杯的进气阀和出油阀，通过高压气体把试验后的变压器油 注入脱气装置，经脱气装置脱出的气体自动注入气相色谱中，进行油中溶 解气成分和含气量分析。

本发明在评定变压器油产气趋势上采用上述技术方案，使其为评估特 高压变压器用油的绝缘性能和变压器故障判断依据提供有利的技术支持。 特别是本发明涉及的高压电场强度和温度接近于实际变压器运行时电场 强度和温度。本发明所涉及的变压器油在温度场和电场复合作用下检测方 式，其检测结果对于优化变压器油产品质量提供技术指导。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地 理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来 提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施 例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：

图1是本发明实施例的设备系统结构示意图。

图2是本发明实施例的电极杯的结构示意图。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于 本发明的保护范围。

实施例1：如图1、图2所示，电热混合场下评定变压器油产气趋 势试验装置，电源控制箱1连接高压电源2，高压电源2通过保护电阻3 与电极杯4的高压电极连接杆12相连，电极杯4的低压电极筒14通过接 地端15与地线相连，高压氩气瓶6通过阀门与电极杯4的进气阀18相连， 电极杯的进油阀17通过三通阀F与脱气装置7相连，脱出的气体随着载 气进入气相色谱分析系统8中，油回收器9连接三通阀F，接地端10连 接高压电源2的壳体，恒温箱5内连接电极杯4。

上盖11的进气口处连接进气阀18，高压电极连接杆12固定连接上盖 11的中心部位，高压电极连接杆12上依次旋上连接第一绝缘垫环19、高 压电极筒13和第二绝缘垫环22；绝缘外筒20的底部依次旋入连接低压 电极筒14和绝缘固定环16；上盖11旋入连接绝缘外筒20内，高压电极 连接杆12的底部垂直插入绝缘固定环16中，绝缘外筒20旋入连接底座 21上，在底座21的进油口处连接进油阀17，接地端15连接低压电极筒 14。

实施例2：如图1、图2所示，电热混合场下评定变压器油产气趋 势试验装置，包括电源控制箱1、高压电源2、保护电阻3、电极杯4、恒 温箱5、高压氩气瓶6、脱气装置7、气相色谱分析系统8、油回收器9、 接地端10及若干阀门。电源控制箱1控制高压电源2，高压电源2并通 过保护电阻3与电极杯4的高压电极连接杆12相连，电极杯的低压电极 筒14通过接地端15与地线相连，高压氩气瓶6通过阀门与电极杯4的进 气阀18相连，电极杯的进油阀17通过三通阀F与脱气装置7相连，脱出 的气体随着载气进入气相色谱分析系统8中，进行变压器油溶解的特征气 体组分含量检测及总气体含量检测。

如图2所述的电极杯4，包括上盖11、高压电极连接杆12、高压电极 筒13、低压电极筒14、接地端15、绝缘固定环16、进油阀17、进气阀 18、第一绝缘垫环19、第二绝缘垫环22、绝缘外筒20、底座21。在上盖 11的进气口处装上进气阀18，并将高压电极连接杆12固定到上盖11中 心部位，在高压电极连接杆12上依次旋上绝缘垫环19、高压电极筒13 和绝缘垫环19；在绝缘外筒20内从底部依次旋入低压电极筒14和绝缘 固定环16；将组装好的上盖11旋入绝缘外筒20内，保证高压电极连接 杆12的底部垂直插入绝缘固定环16中，将绝缘外筒20旋入底座21上， 最后在底座21的进油口处装上进油阀17。

实施例3：一种电热混合场下评定变压器油产气趋势的试验方法，具 体实施步骤：

步骤一、首先，对电极杯4的各部件进行清洗、干燥和组装。对至少 300mL25号变压器油样品进行脱气脱水处理，用250mL注射器密封取样。

步骤二、对组成装好的电极杯4，通过进气阀18在残压10mmHg下进 行抽真空和真空试漏，把取好样品的250mL注射器与电极杯4的进油阀 17相连，在抽真空状态下，25号变压器油样品吸入电极杯4中，直至真 空管路有油样流出时，停止注流，关闭电极杯4的进气阀18和进油阀17， 电极杯4充油完毕。

步骤三、将充油后的电极杯4放置于恒温试验箱5内，电极杯4的高 压电极连接杆12通过保护电阻3与高压电源2相连，电极杯4的低压电 极筒14通过接地端15与地线相连；高压氩气瓶6通过阀门与电极杯4 进气阀18相连；电极杯4的进油阀17通过三通阀F与脱气装置7和气相 色谱8相连。

步骤四、在高压电源控制箱1上，设置工频电压20kV或者直流电压 20kV和加电时间为168小时；在恒温试验箱5上，设置温度为80℃和运 行时间为168小时，开始试验。

步骤五、到达试验周期后，关掉高压电，接地放电，分别打开高压氩 气瓶6的阀门、电极杯4的进气阀18和进油阀17，通过高压氩气把试验 后的变压器油注入脱气装置7中，脱出的气体再随着高压氩气注入气相色 谱8中进行油中溶解气成分分析和含气量检测，脱气装置7排出的废油进 入油回收器9中。

20号变压器油试验前后，油中溶解气体组分及含量见表1。

表120号变压器油中溶解气体组分及含量

加压时间 H₂O₂N₂CO CO₂CH₄C₂H₄C₂H₆C₂H₂0h 未检出 18295 47121 未检出 268.4 未检出 未检出 未检出 未检出 2h 4.7 11265 37305 20.7 300.8 1.67 0.32 0.60 未检出 16h 39.2 4242 35295 141.0 1267.2 18.98 2.06 16.62 未检出 168h 87.9 3624 37908 394.7 5890.5 77.25 11.19 84.81 未检出

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上 没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人 员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范 围之内。