基于激光加热原理的变压器油局部温升模拟测试装置

摘要

本发明公开了一种基于激光加热原理的变压器油局部温升模拟试验装置，测试装置中，容器容纳变压器油；激光器发射激光，靶体浸没在所述变压器油中，透镜设在所述激光器和所述靶体之间以所述靶体上聚焦所述激光，所述靶体在激光的照射下局部加热变压器油；测温探头浸没于所述变压器油，测温单元连接所述测温探头以生成全时段温度数据。

说明书

技术领域

本发明属于变压器测试技术领域，特别是一种基于激光加热原理的变压器油局部温升模拟测试装置。

背景技术

变压器是电力系统中电能转换与传输中不可或缺的设备，其可靠运行是整个电力系统的安全稳定的保证，而在运行过程中的油浸式电力变压器在异常工况或绝缘缺陷情况下会出现局部温度过高，绝缘油在高温下会发生分解并形成大量气体产物，从而使得绝缘失效，导致设备故障。为了避免严重的油中过热故障的发生，需要对故障形成前的特征规律进行监测，对可能发生的故障进行提前预警。

目前对变压器过热故障的预警手段包括温度监测和故障分解气体监测两类手段。一方面，通过温度传感器监测油温的变化，并结合变压器负载情况对油温的变化趋势进行预测，当油温达到阈值时作出预警；另一方面，通过在线监测油中溶解气体种类、含量和产气速率，当某些气体的含量过高或产气速率较大时，相应的监测设备会做出故障预警。对于温度监测手段，由于变压器结构复杂，内部温度的分布和热点温度的变化规律受负荷及其他多种因素影响，而现有的监测手段仅能对变压器箱体表面温度或箱体内顶层或底层油温进行监测，难以反映局部过热等情况；故障分解气体的种类和速率与局部过热的严重程度密切相关，是过热故障预警的重要手段，但需要准确掌握过热故障不同类型和程度下的分解气体规律，因此需要开展变压器油的局部温升模拟实验，对模拟实验的分解气体进行成分分析，建立过热故障和分解气体之间的关联性。

总结目前的绝缘油过热模拟方法，主要包括烘箱加热、通电线圈加热、加热炉加热、酒精灯加热等，这些方法通常难以实现700℃以上的绝缘油高温过热故障的模拟，因此有必要探究绝缘油的高温过热故障模拟方法，用于研究高温过热故障下绝缘油的气体分解规律。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

针对现有技术中存在的受热均匀等问题，本发明提出一种基于激光加热原理的变压器油局部温升模拟测试装置。通过激光加热实现油样局部加热，可以准确模拟变压器在线运行中局部热点温度过高的故障。本案可实现700℃以上绝缘油高温过热故障的模拟。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，基于激光加热原理的变压器油局部温升模拟测试装置包括，

容器，其容纳变压器油；

温升模块，其包括，

激光器，其发射激光，

靶体，其浸没在所述变压器油中，

透镜，其设在所述激光器和所述靶体之间以所述靶体上聚焦所述激光，所述靶体在激光的照射下局部加热变压器油；

测量模块，其包括，

测温探头，其浸没于所述变压器油，

测温单元，其连接所述测温探头以生成全时段温度数据。

所述的基于激光加热原理的变压器油局部温升模拟测试装置中，测温探头可移动地浸没于所述变压器油以调节与所述靶体之间的距离。

所述的基于激光加热原理的变压器油局部温升模拟测试装置中，所述测试装置还包括控制单元，其连接所述激光器以调节其工作参数。

所述的基于激光加热原理的变压器油局部温升模拟测试装置中，所述测试装置还包括处理单元，其连接所述测温单元以生成不同距离下的温度曲线。

所述的基于激光加热原理的变压器油局部温升模拟测试装置中，所述靶体为铜材料，铜材料吸收激光光子能量转化为晶格热振荡。

所述的基于激光加热原理的变压器油局部温升模拟测试装置中，所述测试装置还包括设在容器相反于激光器的一侧的保护模块，所述保护模块包括金属板。

所述的基于激光加热原理的变压器油局部温升模拟测试装置中，所述容器为透明的有机玻璃结构。

所述的基于激光加热原理的变压器油局部温升模拟测试装置中，所述激光器的输出波长为1064nm，脉冲宽度0.5-2.5ms。

所述的基于激光加热原理的变压器油局部温升模拟测试装置中，所述容器设有排出气体的通气装置。

所述的基于激光加热原理的变压器油局部温升模拟测试装置中，所述测温探头耐温为1000℃以上，所述测温单元的反应时间为毫秒级。

和现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明通过对变压器油局部加热，可实现模拟变压器热点附近变压器油温度变化规律，可作为变压器局部温升试验的参考平台。本公开利用激光加热的原理，尽可能避免变压器油其他位置受热，对实际工况下热点温度附近的变压器油还原度较高。本公开可扩展性较高，可以根据不同实验需求定制实验腔体，适应性较强。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是一种智能基于激光加热原理的变压器油局部温升模拟测试装置的结构示意图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图1更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

为了更好地理解，如图1所示，基于激光加热原理的变压器油局部温升模拟测试装置包括，

容器1，其容纳变压器油；

温升模块，其包括，

激光器2，其发射激光，

靶体3，其浸没在所述变压器油中，

透镜4，其设在所述激光器2和所述靶体3之间以所述靶体3上聚焦所述激光，所述靶体3在激光的照射下局部加热变压器油；

测量模块，其包括，

测温探头5，其浸没于所述变压器油，

测温单元6，其连接所述测温探头5以生成全时段温度数据。

所述的基于激光加热原理的变压器油局部温升模拟测试装置的优选实施例中，测温探头5可移动地浸没于所述变压器油以调节与所述靶体3之间的距离。可选地，容器1在底部安放测试孔，便于测温模块对被测油样附近油温进行监测。

所述的基于激光加热原理的变压器油局部温升模拟测试装置的优选实施例中，所述测试装置还包括控制单元7，其连接所述激光器2以调节其工作参数。

所述的基于激光加热原理的变压器油局部温升模拟测试装置的优选实施例中，所述测试装置还包括处理单元8，其连接所述测温单元6以生成不同距离下的温度曲线。

所述的基于激光加热原理的变压器油局部温升模拟测试装置的优选实施例中，所述靶体3为铜材料，铜材料吸收激光光子能量转化为晶格热振荡。

所述的基于激光加热原理的变压器油局部温升模拟测试装置的优选实施例中，所述测试装置还包括设在容器1相反于激光器2的一侧的保护模块9，所述保护模块9包括金属板。保护模块9采用厚金属板，防止激光击穿靶材后烧蚀后方物品。

所述的基于激光加热原理的变压器油局部温升模拟测试装置的优选实施例中，所述容器1为透明的有机玻璃结构。

所述的基于激光加热原理的变压器油局部温升模拟测试装置的优选实施例中，所述激光器2的输出波长为1064nm，脉冲宽度0.5-2.5ms。

所述的基于激光加热原理的变压器油局部温升模拟测试装置的优选实施例中，所述容器1设有排出气体的通气装置。

所述的基于激光加热原理的变压器油局部温升模拟测试装置的优选实施例中，所述测温探头5耐温为1000℃以上，所述测温单元6的反应时间为毫秒级。由于激光能量较高，局部油温增加速率过快，因此测温仪采用高速采集装置，获取实时油温。

在一个实施例中，基于激光加热原理的变压器油局部温升模拟测试装置包括，

容器1，采用有机玻璃制作试验罐体，内部可按试验需求不同做适应性设计，为试验中被测油样盛放腔体；

温升模块，包括激光器2，透镜4和靶体3，利用激光打在靶体3上实现变压器油局部加热；

测量模块，包括测温探头5，高速测温仪和上位机，实现试验时变压器油温度全时段监测；

保护模块9，实现将未被靶体3吸收的激光回收，防止对其他设备及人员危害。

优选的，所述激光器2采用可输出波长为1064nm，脉冲宽度0.5-2.5ms，以便于被靶体3吸收。

优选的，所述测温探头5可以承受1000℃以上高温，所述实验腔体具有能将受热变压器油产生的气体顺利排出的通气装置。

优选的，所述测温模块响应时间为毫秒级，以满足激光加热时，局部油温温升速率。

优选的，所述工作参数包括激光功率。

为了进一步理解本发明，在一个实施例中，基于激光加热原理的变压器油局部温升模拟测试装置包括，

容器1，采用有机玻璃制作试验罐体，内部放置铜制靶体3，试验腔体为圆柱形腔体内部可盛100ml变压器油，作为试验样品；

变压器油不限于矿物油，可应用于变压器中，具有足够的绝缘性能即可，也可为合成酯或植物油；

温升模块，包括激光器2，透镜4和靶体3，激光打在靶体3加热靶体3，经热传导加热靶体3附近的变压器油，达到变压器油局部温升的目的；

测量模块，包括测温探头5，高速测温仪和上位机，实现试验时变压器油温度全时段监测；

保护模块9，实现将未被靶体3吸收的激光回收，防止对其他设备及人员危害。

进一步地，测试装置还包括用于分析变压器油成分的成分分析仪。

本实施例中，由于变压器运行中特殊的产热位置，使变压器油在热点附近易发生热老化，老化会降低变压器油绝缘性能，导致变压器中出现局部缺陷，随运行时间变长，局部缺陷演变为绝缘失效故障，导致变压器停运事故。本公开是根据变压器油特殊的运行环境，设计了基于激光加热原理的变压器油局部温升试验平台，利用该平台可模拟故障发生演化全过程，以帮助同专业人员从故障演化过程中提取特征量，实现变压器故障演化监控，及时反应变压器绝缘状态，大大降低变压器由于变压器油绝缘失效导致的短路事故，提高电网运行可靠性。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。