[發明專利]一種振動與電場耦合作用下油中氣泡運動可視化測量裝置

在審

• 申請號: 202110344415.0
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113075210A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: 李慶民;劉秋實;叢浩熹;王健
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種振動與電場耦合作用下油中氣泡運動可視化測量裝置，該裝置由油容器、高壓電極及固定裝置、加熱裝置、高壓電源、氣體注射裝置、振動發生裝置、圖像采集裝置、油循環裝置等部分組成。高壓電極可在鎖緊裝置上靈活調整位置。觀測時，注射泵會按需注射不同尺寸與數量氣泡，支架表面安裝有氣動振動器，在空氣壓縮機的線性控制下，可以帶動電極實現50?500Hz的振動；油容器底部是振動臺，可從外部給油施加0?5kHz寬范圍的振動；裝置可從內部及外部分別施加振動以模擬實際變壓器中復雜的振動噪聲環境，該測量裝置能夠單獨觀測振動或電場作用下油中氣泡遷移過程，亦可觀測兩應力耦合作用下氣泡遷移過程，具有靈活、可控、可視化的特點。

技術領域

本發明屬于油浸式電力設備故障模擬領域，尤其涉及一種振動與電場耦合作用下油中氣泡運動可視化測量裝置。

背景技術

電力設備是電力系統穩定運行的重要保障，而油浸式變壓器與油浸式高壓電抗器都是電力系統輸配電環節中的重要設備，二者均采用礦物油進行冷卻散熱。電力設備運行時往往會受到諸多應力作用，如機械應力、熱應力、電應力等，在各種應力作用下設備容易發生絕緣故障、機械故障等問題。機械應力主要來源于電磁耦合產生的振動、溫度變化導致熱脹冷縮的膨脹等，而振動應力在油中會產生聲空化現象并產生氣泡。氣泡在電場的作用下將沿著電場線遷移，最終導致氣泡積聚成橋，使得變壓器絕緣水平降低，引發局部放電，進而加速變壓器油的老化。因此，有針對性地對油浸式高壓絕緣設備內部氣泡生長與遷移特性進行模擬與實驗研究，進而提出絕緣故障評估與預防措施，對于保護變壓器的安全運行具有重要的意義。

變壓器油中與油紙界面上的氣泡所引發的局部放電長期作用于油紙絕緣體系，會造成不可逆的絕緣破壞，嚴重降低油紙絕緣的介電強度，最終會導致絕緣擊穿甚至設備故障。目前已有的研究表明，不含或極少含有氣泡的變壓器油絕緣性能良好，但是如果氣泡含量較高，油紙絕緣的絕緣性能將大大下降。實驗表明，變壓器油中的水含量會顯著影響變壓器中氣體含量，因此實驗中需要嚴格控制變壓器油中的含水量。為了模擬實際變壓器等油浸式絕緣設備中的運行環境，控制振動臺的振動頻率與振動幅度在適當范圍內，并給電極施加對應的電壓，使極板之間產生所需的電場。目前國內外學者已針對均勻電場下油中氣泡的遷移特性給出了一些設計方案，可實現對油中氣泡生成與遷移過程的觀測與分析，亦有學者對振動應力下液體中的氣泡遷移過程有初步的研究。但是其均未研究振動與電場耦合應力下油內氣泡的遷移特性。真實油浸式變壓器設備內包括電場應力、振動應力、熱應力等多種應力綜合作用，研究多物理場下氣泡的遷移特性對診斷油浸式電力設備絕緣狀態并提出故障預防措施具有重要意義，因此需要實現在給定電場與振動應力的同時，向該體系內注入氣泡，觀察氣泡在多物理場內的生長與遷移特性，這是本裝置設計的重點，也是難點。

發明內容

本發明設計了一種振動與電場耦合作用下油中氣泡運動可視化測量裝置，該測量裝置能夠單獨測量振動應力或電場應力作用下油中氣泡遷移過程，亦可測量振動與電場耦合應力下油中氣泡遷移過程，裝置可模擬不同電壓等級油浸式變壓器/高壓電抗器內部實際運行環境，具有靈活、可控及可視化等特點。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案。

一種振動與電場耦合作用下油中氣泡運動可視化測量裝置，其特征在于：裝置由油容器、高壓電極及固定裝置、加熱裝置、高壓電源、氣體注射裝置、振動發生裝置、圖像采集裝置、油循環裝置等部分組成。高壓電極可在鎖緊裝置上靈活調整位置。觀測時，注射泵會按需注射不同尺寸與數量氣泡，支架表面安裝有氣動振動器，在空氣壓縮機的線性控制下，可以帶動電極實現50-500Hz的振動；油容器底部是振動臺，可從外部給油施加0-5kHz寬范圍振動；從而裝置可從內部及外部分別施加振動以模擬實際變壓器中復雜的振動噪聲環境，該測量裝置能夠單獨觀測振動或電場作用下油中氣泡遷移過程，亦可觀測兩應力耦合作用下氣泡遷移過程。

進一步，所述油容器使用聚甲基丙烯酸甲酯材質制成，底部設有開孔，用于注射氣泡。油容器外部與油泵相連接，用于油樣的更換與雜散氣泡的清除。頂部預留有注油孔，用于注入變壓器油。