变压器油引燃实验装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种变压器油热检测技术领域，具体涉及一种变压器油引燃实验装置。


背景技术：

2.电力变压器尤其是大型油浸式电力变压器，是交直流输电工程的重要设备，其可靠性直接决定了交直流工程输电的稳定性和安全性。电力变压器中需要使用大量的变压器油作为绝缘和冷却用介质，而变压器油燃烧是变压器发生火灾爆炸事故的根源。因此，开展变压器油燃烧特性的研究是提高供电和消防灭火系统可靠性的关键，准确掌握变压器油的引燃温度和最小点火能量，是判断、评价变压器油火灾危险性的重要指标，也是实现变压器状态维护的前提。
3.变压器在运行过程中，在长时间热、电、机械、化学等多种因素的作用下，会发生内部故障产生高温，可燃的变压器油受热或产生电弧而热裂解出大量轻质的碳氢化合物，如h2，c2h2等易燃性气体，从而导致变压器油的闪点和燃点降低。另外，变压器油会受到电场、温度、氧气、水分等众多因素的影响，这些因素共同导致变压器油燃烧特性的变化。
4.尽管变压器油燃烧特性包含很多因素，但变压器油的燃点是监督变压器油在变压器的运行状态的必不可少的项目。通过燃点的测量可以及时发现设备的故障，同时对新充入设备及检修处理后的变压器油来说，测量燃点也可防止或发现是否混入了轻质馏分的油品，从而保障设备的安全运行。
5.现有技术对石油产品的燃点检测通常是使用温度计或者红外接收器来检测，如国内某公司生产的油品开口闪点燃点自动测定仪，一般同时对闪点和燃点进行检测，但是在实际检测工作中石油产品燃点的燃烧逐渐污染了检测部件，燃点检测后未及时将探测器撤离燃点部位，没有阻断对检测部件的污染，影响仪器的使用寿命；同时测量试样偏小，在测试过程中外界空气流动和试燃次数会影响油蒸汽，最终影响测得的引燃温度的准确性。
6.同时在变压器油火灾爆炸事故中，判断变压器油引燃的重要标准就是它的点火敏感性，点火敏感性是指在外界能量作用下，发生燃烧爆炸的难易程度，点火敏感性通常由最小点火能来描述，因此将变压器油引燃的最小点火能作为衡量其发生火灾爆炸危险性的重要参数之一。变压器油作为一种绝缘和冷却用介质，在运行过程中油品温度会高于环境温度，温度升高会引起可燃体系能量增加，使其点火更加容易，增加变压器油的火灾危险性，不同初始变压器油温度，会产生不同的变压器油引燃的最小点火能量。
7.目前很多实验平台，都是对火灾的火势蔓延情况或灭火系统的灭火能力进行实验，没有针对最小点火能尽量测量。如申请号：201911356789.3，公开一种模拟特高压换流变压器火灾的实验平台，其特征在于，所述平台包括变压器系统、加热系统和测试系统三部分，所述变压器系统布置在u型防火墙空间内，变压器系统包括钢结构支架、固定在钢结构支架上的油箱、通过输油管道与油箱连接的油枕、设置在地面并与钢结构支架贴邻的底部油池；所述加热系统包括油箱电阻外循环加热系统、底部油池电阻加热系统、油枕电阻加热
系统和温控柜，其中电阻外循环加热系统包括加热柜，与加热柜连接的进油管道和出油管道，进油管道和出油管道分别通过控制阀与所述油箱连接；底部油池电阻加热系统和油枕电阻加热系统分别固定在所述底部油池和所述油枕内部，并由多个加热管通过电线和信号线与所述温控柜相连；所述测试系统包括数个温度传感器、数个热流传感器、红外热像仪、数个高清摄像机且分别与平台外部的数据采集分析显示控制系统连接；所述数个温度传感器均匀分布在所述油箱、所述油枕和所述底部油池内部，所述数个热流传感器均匀分布在所述油箱两侧；所述红外热像仪布置在u型防火墙开口侧，并与变压器保持一定距离，用于拍摄火灾时的温度场；所述多个高清摄像机分别布置在所述u型防火墙顶部四个角落和u型防火墙封闭侧墙体内，用于拍摄试验过程。
8.该实验平台是为了测量灭火系统的灭火效能，并不能获得不同初始温度下的最小点火能量，不能提供火灾初期的一些研究数据，无法对预防火灾给出一些研究基础。目前，而尚未发现针对不同初始温度下变压器油引燃的最小点火能量的测试装置和测试方法。
9.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

10.本实用新型所要解决的技术问题在于：如何解决现有技术中变压器油的燃点检测数据不够准确的问题，尚未有针对不同初始温度下变压器油引燃的最小点火能量进行测试的装置，没有获得变压器油的引燃和燃烧机理的研究数据的实验平台与方法。
11.本实用新型通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
12.变压器油引燃实验装置，包括变压器模拟组件、用于对变压器油进行点火的电火花发生组件、以及用于对变压器油进行加热的加热器；
13.所述变压器模拟组件包括变压器模拟壳体、多个能够测量不同高度和位置温度的测温件，多个测温件伸入变压器模拟壳体内部，所述电火花发生组件包括电火花发生器、点火电极，所述点火电极连接所述电火花发生器，所述点火电极连接在变压器模拟壳体的壁上，并伸入变压器模拟壳体内部。
14.本实用新型能够在不同初始温度下，通过不同的点火能量对变压器油进行点燃，记录该过程的温度和最小点火能量；模拟变压器中变压器油受热发生的引燃过程，提高实验的可信性；测定变压器油被引燃前后表面、内部温度变化及引燃温度，消除了实验过程中外界空气流动和试燃次数对油蒸汽的消耗，提高引燃温度测量的准确度；通过加热装置可使变压器油温度达到预定温度，利用电火花发生系统可测定不同或指定温度下变压器油引燃的最小点火能量，进而分析变压器油的引燃特性，目的是为了研究运行中的变压器油的引燃和燃烧机理，在变压器油火灾前期的预控措施方面提供指导，从而从根本上减少变压器火灾发生，提高电网稳定性能，保障人身、设备、财产安全。
15.优选的，所述变压器模拟壳体包括第一壳体、第二壳体、底座，所述第一壳体与第二壳体能够拆卸的连接，所述第一壳体与第二壳体形成用于容纳变压器油的空腔，所述底座连接在所述第二壳体的底部，所述加热器放置在所述底座内。
16.优选的，所述第二壳体为顶端开口的腔体，所述第一壳体为底部开口的腔体，所述
第一壳体的底部具有卡板，所述第二壳体的顶部具有卡槽，所述卡板卡入卡槽内。
17.优选的，还包括用于固定测温件的固定支架，所述第一壳体的顶端具有多个贯穿孔，所述固定支架为管状结构，所述固定支架插入贯穿孔内，并伸出第一壳体外。
18.优选的，所述固定支架上具有间隔设置的多个测温孔，多个所述测温件伸入固定支架内，并将测温件的感知端位于所述测温孔处。
19.优选的，所述测温孔之间的垂直距离为40
‑
60mm，每个所述固定支架上均具有10
‑
20个测温孔。
20.优选的，所述第一壳体的侧部具有与之内部相通的多个套管模拟孔口；所述第二壳体的侧壁还具有供点火电极安装的点火电极放置孔口。
21.优选的，所述点火电极放置孔口为对称布置的两个小孔。
22.优选的，所述测温件为热电偶，多个热电偶组成热电偶串放入固定支架内。
23.测温件多使用热电偶，如直接将热电偶放入变压器油，高温会对热电偶的导线进行损坏；因此，固定支架，一方面可以用于固定测温件，将测温件的测温端固定在不同的高度上，便于测得不同高度的温度；再者，可以保护导线，防止被烧坏。
24.优选的，所述电火花发生组件位于变压器模拟组件的一侧，所述加热器位于所述变压器模拟组件的下方。
25.本实用新型的优点在于：
26.(1)本实用新型提供的变压器油引燃实验装置，能够模拟变压器中变压器油受热发生的引燃过程，提高实验的可信性；测定变压器油被引燃前后表面、内部温度变化及引燃温度，消除了实验过程中外界空气流动和试燃次数对油蒸汽的消耗，提高引燃温度测量的准确度；通过加热装置可使变压器油温度达到预定温度，利用电火花发生系统可测定不同或指定温度下变压器油引燃的最小点火能量，进而分析变压器油的引燃特性，目的是为了研究运行中的变压器油的引燃和燃烧机理，在变压器油火灾前期的预控措施方面提供指导，从而从根本上减少变压器火灾发生，提高电网稳定性能，保障人身、设备、财产安全；
27.(2)测温件多使用热电偶，如直接将热电偶放入变压器油，高温会对热电偶的导线进行损坏；因此，固定支架，一方面可以用于固定测温件，将测温件的测温端固定在不同的高度上，便于测得不同高度的温度；再者，可以保护导线，防止被烧坏；检测完成后及时移走热电偶，提高了检测部件的使用寿命。
附图说明
28.图1是本实用新型实施例一中变压器油引燃实验装置的结构示意图；
29.图2是变压器模拟组件的结构示意图；
30.图3是变压器油引燃实验装置的的主视图；
31.图4是电火花发生组件的结构示意图；
32.图5是热电偶布置示意图；
33.图6是实施例二中变压器油引燃实验装置的结构示意图
34.图7是实施例二中变压器油引燃实验装置的结构示意图；
35.图8为k150x变压器油热电偶温度变化曲线图；
36.图中标号：
37.1、变压器模拟组件；11、变压器模拟壳体；111、第一壳体；112、第二壳体；113、底座；114、套管模拟孔口；115、第一孔；116、第二孔；12、固定支架；
38.2、燃料供应回收组件；21、供给燃料管道；22、回收燃料管道；23、储油池；24、回收池；25、承重架；26、调节螺栓；27、电控闸门；
39.3、电火花发生组件；31、电火花发生器；311、电源指示灯；312、电源开关；313、点火开关；314、数控装置；32、点火电极；
40.4、加热器；41、调温旋钮；42、发热盘；
具体实施方式
41.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
42.实施例一：
43.如图1、图3所示，变压器油引燃实验装置，包括变压器模拟组件1、用于对变压器油进行点火的电火花发生组件3、以及用于对变压器模拟组件1内变压器油进行加热的加热器4；
44.所述变压器模拟组件1包括变压器模拟壳体11、三个用于安装和固定测温件的固定支架12，本实施例中的测温件为热电偶(图中未示出热电偶)；三个固定支架12伸入变压器模拟壳体11内部，顶端伸出变压器模拟壳体11，热电偶能够与外部的数据保存设备连接，可以测温后并记录温度；如图4所示，所述电火花发生组件3包括电火花发生器31、点火电极32，所述电火花发生器31放置在所述变压器模拟壳体11的一侧，所述点火电极32通过电线33连接所述电火花发生器31，所述点火电极32连接在变压器模拟壳体11的壁上，并伸入变压器模拟壳体11内部。
45.具体的，如图2所示，所述变压器模拟壳体11包括第一壳体111、第二壳体112、底座113，所述第一壳体111与第二壳体112均为不锈钢材质制得，所述第二壳体112为顶端开口的矩形腔体，所述第一壳体111为底部开口的四棱台结构壳体，所述第一壳体111的底部可以设置卡板，与第二壳体112顶端的卡槽能够拆卸的连接，或其他能够拆卸的连接方式；所述第一壳体111与第二壳体112连接后形成用于容纳变压器油的空腔，实验前，在可以打开第一壳体111，注入变压器油后，将第一壳体111与第二壳体112连接，所述底座113连接在所述第二壳体112的底部，所述底座113的顶部可以是平板，与第二壳体112的底部焊接，平板的底部包括四根立柱，形成一个放置空间，所述加热器4放置在所述底座113内。
46.所述第一壳体111的顶端具有用于固定测温件的放置孔，放置孔内放置固定支架12，所述第一壳体111的侧部具有与之内部相通的多个套管模拟孔口114，便于更好的模拟变压器结构中的套管升高座孔；第二壳体112的侧壁还具有供点火电极32安装的点火电极放置孔口，便于采用点火电极32在变压器模拟壳体11表面平扫，点火电极放置孔口为两个对称布置的孔，或其他适应性孔。
47.如图5所示，本实施例中的所述测温件为热电偶，固定支架12一共为三个，固定支
架12为长条形圆管结构，每一个固定支架12内均安装12个热电偶串；所述固定支架12上具有间隔设置的测温孔，热电偶通过测温孔伸入变压器模拟壳体11内部，使热电偶感温尖端位于变压器模拟壳体11油层内部和空气中，方便测量引燃前不同高度和位置的变压器油油温和上方油蒸汽温度，以及被引燃后的油层温度和火焰温度。参考图5所示，图中具有t1、t2.....t36，共36个测量点，同一个固定支架12上的相邻的测温孔之间间距为50mm，热电偶的测量头由测温孔处对变压器油或空气进行测温，热电偶的导线则位于固定支架12内部，避免被高温侵蚀。
48.本实施例中，同时参考图1、图3所示，所述加热器4为电加热炉。所述电加热炉放置在变压器模拟壳体11的正下方，电加热炉可通过开关和调温旋钮41调节加热速率并通过发热盘42对变压器模拟壳体11底部进行加热，不计热损失，根据公式q＝cmδt和w＝pt可计算出指定初始温度变压器油所需的加热时间，式中，w为电加热炉做的功，p为加热功率，t为加热时间，q为变压器油吸收热量，c为比热容，δt为油温差；通过放置热电偶，即可记录变压器油被引燃时的瞬时温度，进行进一步实验研究分析。
49.如图4所示，本实施例中电火花发生组件3由电火花发生器31、点火电极32组成，所述电火花发生器31包括电源指示灯311、电源开关312、点火开关313、数控装置314，电火花发生器31通过电源开关312和点火开关313控制装置开关及点火，所述点火电极32和电火花发生器31通过电线33连接，所述数控装置314可通过调节输出电压、点火功率、点火时间控制最小点火能量；电火花发生器31内部利用变压器将正负极电源的输出电压升至10kv～60kv，电火花发生器31内电容组的可选电容为10pf、30pf、100pf、300pf、1nf、3nf、10nf及1μf，根据公式e＝0.5cu2可计算出点火能量，式中，e为输出能量，c为电容，u为输出电压。
50.实施例二：
51.如图6、图7所示，在上述实施例一的基础上，本实施例中，在上述实施例一的基础上，本实施例给出了一种供油和回收油的组件，如还包括燃料供应回收组件2，所述燃料供应回收组件2包括供给燃料管道21、回收燃料管道22、储油池23、回收池24、承重架25，所述供给燃料管道21的一端与变压器模拟壳体11的上部连通，；另一端与储油池23连接，所述回收燃料管道22的一端与变压器模拟壳体11的下部连通，另一端与回收池24连接，实现燃料的供应与回收。
52.如图2所示，所述第二壳体112的后侧壁具有用于供给燃料管道21连接的第一孔115以及回收燃料管道22连接的第二孔116，为防止实验过程中出现漏油现象，分别在变压器模拟壳体11内部的接口(第一孔115和第二孔116)处与不锈钢管道接口处做密封处理。
53.所述承重架25包括两层上下布置的承重板，所述储油池23放置在上层承重板，所述回收池24放置在下层承重板，所述供给燃料管道21的一端与所述储油池23的靠下的位置连接，另一端与变压器模拟壳体11的第一孔115连接，所述回收燃料管道22的一端与所述回收池24连接或者在该端的端部向下折弯形成水龙头状的结构，回收池24的放置高度低于回收燃料管道22的最低处，另一端与变压器模拟壳体11的第二孔116连接。其中，所述供给燃料管道21与所述回收燃料管道22上均设有电控闸门27，两个电控闸门27可分别控制储油池23供给速度和变压器模拟壳体11溢油速度。
54.其中，所述下层承重板的底部具有多个用于调节高度的调节螺栓26，本实施例中的上层承重板与下层承重板均为方形板，调节螺栓26为四个，均匀分布在下层承重板的四
个角处，调节螺栓26与下层承重板为螺纹连接，通过旋拧调节螺栓26，可以微调整个承重架25的高度适应实验所需的液面高度要求。
55.采用上述实施例二中变压器油引燃实验装置的实验方法，包括以下步骤：
56.步骤s01：组装变压器油引燃实验装置；具体的是，安装并布置变压器模拟组件1、燃料供应回收组件2、电火花发生组件3、加热器4，将变压器模拟壳体11组装好，将点火电极32插入到变压器模拟壳体11预设的对称固定孔内，并将点火电极32调整到合适间距后固定，将变压器模拟壳体11的第一孔115和第二孔116分别与供给燃料管道21、回收燃料管道22连接，并适当的调节调节螺栓26，使承重架25位于合适的高度；将热电偶伸入固定支架12内并固定；设置数据保存路径以保存热电偶的测温数据；
57.步骤s02：在储油池23中加入适量的需要测量的变压器油，开启供给燃料管道21上的电控闸门27控制燃料进入变压器模拟壳体11中，达到预先计算好的液面高度；
58.步骤s03：随后按照预定方案打开电加热炉的开关和调温旋钮41调节加热速率并通过发热盘42对变压器模拟壳体11内的变压器油并开始计时，通过控制加热功率和加热时间以调节初始油温；
59.步骤s04：实验开始后，调节电火花发生组件3中电火花发生器31的输出电压、点火功率、点火时间以调节点火能量，待油温达到设定值并稳定后，启动点火开关313进行点火；观察变压器油点燃情况，使用热电偶记录变压器模拟装置内部油层和上方油蒸汽温度变化情况；
60.具体的：若点火开关313点火后，发生引燃后，使用灭火系统将其扑灭，减少点火能量和点火时间，重复调节点火能量和点火步骤，直到某一低能量下，观察不到变压器油点燃现象，进而得到待测变压器油在该初始油温下的最小点火能，并将上一次实验中油层上方第一个热电偶所记录的数据作为变压器油的燃点温度；
61.若未观察到引燃现象，则增加点火能量和点火时间，重复调节点火能量和点火步骤，直到某一较高能量下，观察到变压器油点燃现象，进而得到待测变压器油在该初始油温下的最小点火能，并将油层上方第一个热电偶所记录的数据作为变压器油的燃点温度；每次试验记录时间、变压器油温度以及点火能量；然后采用灭火系统将其扑灭；
62.步骤so5：待扑灭火焰，变压器模拟组件1冷却至初温，恢复至初始状态后改变试验工况，准备下次试验，重复步骤s02
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s04，记录不同初始温度下，变压器油被点燃时的温度和点火能量；在重复步骤s02
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s04的过程中，保证每次实验前变压器油保持在指定的液面高度和初始油温下；
63.步骤s06：所有测试完毕后，采用灭火系统将其扑灭，将固定支架12和热电偶移走，静置后，开启回收燃料管道22的电控闸门27，将变压器油进行回收。
64.如图8所示，给出了k150x变压器油部分热电偶温度变化曲线图像；
65.该实验过程具体如下：
66.实验中每组热电偶束的热电偶之间间距为50mm，向变压器模拟壳体11内加入40l(厚334mm)k150x变压器油，油层上方第一个热电偶分别为t7、t19、t31，将变压器油加热到100℃后开始每隔5℃进行一次点火，145℃后开始点火后被引燃，变压器油在变压器模拟壳体11内同一高度处的油温基本相同，此时t19所测的表面温度达到144℃，即变压器油的燃点温度为144℃。
67.本实施例中的变压器油引燃实验装置能够模拟变压器中变压器油受热发生的引燃过程，提高实验的可信性；测定变压器油被引燃前后表面、内部温度变化及引燃温度，消除了实验过程中外界空气流动和试燃次数对油蒸汽的消耗，提高引燃温度测量的准确度，检测完成后及时移走热电偶，提高了检测部件的使用寿命；通过加热装置可使变压器油温度达到预定温度，利用电火花发生系统可测定指定温度下变压器油引燃的最小点火能量，进而分析变压器油的引燃特性。
68.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。