[发明专利]一种油浸纸套管局部过热缺陷模拟装置与方法

权利要求书

1.一种油浸纸套管局部过热缺陷模拟装置，其特征在于，包括设置在电容芯子上的温度测量模块(3)，所述的温度测量模块(3)与温度数显表(4)连接，用于传输温度测量结果给温度数显表(4)；还包括光源(6)以及设置在光源(6)与温度测量模块(3)之间的透镜，所述透镜用于将光源(6)发出的光聚焦于温度测量模块(3)上。

2.根据权利要求1所述的一种油浸纸套管局部过热缺陷模拟装置，其特征在于，所述透镜选择菲涅尔透镜(5)。

3.根据权利要求1所述的一种油浸纸套管局部过热缺陷模拟装置，其特征在于，所述电容芯子与温度测量模块(3)均浸泡于变压器油(1)中。

4.根据权利要求1所述的一种油浸纸套管局部过热缺陷模拟装置，其特征在于，所述光源(6)与调压源(7)连接，所述调压源包括用于实现升压和降压操作的可调交流电源与220V电源；所述光源(6)采用250WLED250无频闪微秒级照明光源。

5.一种油浸纸套管局部过热缺陷模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将温度传感器探头安装于电容芯子局部过热缺陷位置；

步骤2：设计菲涅尔透镜；

步骤3：搭建实验回路，调节光源入射角度、透镜和电容芯子实验样品，使光源聚焦于实验样品外表面的温度传感器处；(前期主要要进行温度的调试)

步骤4：将220V电源连接调压源控制电源的输出电压；

步骤5：光源连接至交流调压源，控制光源输入功率；

步骤6：固定光源功率P，定义t时刻绝缘纸表面温升ΔT为该光源功率下稳态温升ΔTs；

步骤7：调节光源功率，加热t时刻后，停止加热并记录此时稳态温度，通过温度传感器获得试品表面稳态温升与光源功率对应关系；

步骤8：待样品表面温度恢复至室温，重复步骤5-步骤7，获得ΔTs和P之间的函数关系。

6.根据权利要求5所述的一种油浸纸套管局部过热缺陷模拟方法，其特征在于，还包括准备步骤，制作电容芯子，根据要求确定试验材料，并对试验材料进行处理；油纸电容型套管的电容芯子是由电缆纸和多层铝箔极板卷制而成的圆柱形；油纸套管主要制造工序包括电容芯子的卷制、真空干燥、装配和真空浸油；

确定极板层数与绝缘厚度，电容芯子的设计包括最大工作场强E_rm的选择和电容极板尺寸的计算；电容芯子的计算基于其内部电位D通量不变的假定，需满足的最基本的关系如下式：

DS＝εE_r2πrl＝C₁

式中，r为任何中间极板的半径；l为该极板的长度；E_r为该极板处的辐向电场强度；D为该处的电位移，S为极板面积，C₁为常数；

电容式套管的电气计算主要根据套管电气性能的要求，选择设计参数，指定或计算电容芯子的绝缘层厚度和电容极板的尺寸，包括：绝缘层最小厚度d_min，绝缘层数n，极板的上下台阶1、2，接地极板的长度和半径l_n、r_n，零层极板的长度和半径l₀、r₀，以及各中间极板的长度、半径；电容极板按照各层电容和台阶均相等设计，各层电压及平均轴向场强相等，但各绝缘层的厚度不等，靠近零层极板或接地极板附件轴向场强最大为E_rm，绝缘层最薄为d_min；若r_n/r₀＝l₀/l_n，则两处的辐向场强相等，绝缘厚度也相等；

目前高压电容套管的d_min一般很薄，取1-1.2mm，其目的在于提高套管的局部放电性能和选取较高的最大工作场强E_rm，电容套管的内部局部放电出现在极板边缘或者极板下面的绝缘层间，对于一般制造良好的电容芯子来讲，局部放电主要决定于极板边缘；极板边缘的局部放电各电压值可按照如下经验公式计算：

其中的ε_r、k₁均为常数，取值如下表所示：

系数在不同情况下的取值

计算可得局部放电起始场强：

式中，d为绝缘层厚度(mm)；ε_r为材料的相对介电常数，油纸为3.5，其中k₁取4.3(胶纸)10.6(油纸)ε_r取4(胶纸)3.5(油纸)d为介质厚度；一般胶纸中E_rm取2MV/m，油纸绝缘约为2.5-3.5MV/m；

E_rm(1.5～2)E_k

绝缘层数n即可按照下式求得：

式中，U为工作电压，ΔU为各层工作电压；

采用处理完成的实验材料，并按照上述计算结果对套管电容芯子进行卷制。