一种用于换流变压器微米级颗粒的过滤装置及方法

1.本发明属于变压器油除污技术领域，涉及一种用于换流变压器微米级颗粒的过滤装置及方法。


背景技术：

2.换流变压器内部的绝缘材料性能的好坏是决定高压直流输电安全的重要因素，cigre工作组调查表明，高压直流输电系统故障中换流变压器故障占58.8％，其中绝缘故障占比达到50％。在直流输电系统中因为运行工况更加复杂，相比于交流输电系统更容易发生故障。
3.换流变压器油是主要绝缘材料和冷却剂，在换流变压器运行过程中，换流变压器油容易被金属磨损、绝缘纸老化产生的金属屑、纤维素和碳颗粒污染。而换流变压器阀侧绝缘部位同时承受交流电压和直流电压的作用，容易析出杂质颗粒。换流变压器内部存在非均匀电场，油中杂质颗粒在非均匀电场中受到电场力和介电泳力的作用向着高场强区域运动，一段时间后在油纸界面聚集、附着，并可以在一段时间后形成杂质颗粒小桥，换流变压器结构内两个不同电位之间形成导电通道，容易引发局部放电、绝缘击穿和沿面闪络，对油纸绝缘性能产生极大威胁，从而影响换流变压器稳定运行。更换一次变压器油的成本较高，因此，需要一用于种换流变压器的除污装置及方法，去除变压油中的杂质颗粒，提高换流变压器的安全性。
4.现有的除污方法主要采用磁铁吸引金属颗粒或用过滤网去除大粒径杂质颗粒，但变压器油中还含有大量纤维素和碳颗粒，颗粒尺寸为微米级别。因此，亟需一种能够去除微米级颗粒的除污方法，更好净化含颗粒物的变压器油。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于换流变压器微米级颗粒的过滤装置及方法，解决如何去除变压器油中的纤维素和碳颗粒，使换流变压器稳定运行的技术问题。
6.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种用于换流变压器微米级颗粒的过滤装置，该装置包括换流变压器壳体(1)、放置在换流变压器壳体(1)内部的换流变压器线圈(5)以及连接在换流变压器壳体(1)外的油管道；该装置还包括连接在油管道上的除污装置(3)，所述除污装置(3)包括电磁箱体(15)和静电箱体(16)；
8.电磁箱体(15)的一侧通过出油管道(2)与换流变压器壳体(1)相连通，另一侧与静电箱体(16)连接；静电箱体(16)未连接电磁箱体(15)的一端通过进油管道(4)与换流变压器壳体(1)相连通；
9.电磁箱体(15)内顶端设置电磁铁(7)，所述电磁铁(7)包括铁芯(8)、感应线圈(9)和喷油管(10)，所述感应线圈(9)绕在所述铁芯(8)外部；电磁箱体(15)底端设有排污口(14)，排污口(14)位于电磁铁(7)下方；
10.静电箱体(16)内部上下两侧分别设有阳电极板(11)和阴电极板(12)，所述阴电极板(12)接地，所述阳电极板(11)外侧至少铺设三层过滤网(13)；静电箱体(16)顶端设有密封盖(17)，密封盖(17)位于阳电极板(11)和过滤网(13)上方；
11.所述出油管道(2)和进油管道(4)上均设置有电磁阀(6)。
12.进一步的，电磁箱体(15)内顶端设有两个结构相同的电磁铁(7)；静电箱体(16)内部上侧设有三个结构相同的阳电极板(11)。
13.进一步的，所述电磁箱体(15)底部为锥型。
14.一种换流变压器微米级颗粒的除污方法，该方法包括以下步骤：
15.s1：在电磁箱体(15)内将换流变压器油中的金属颗粒通过铁芯(8)吸附到电磁铁(7)的外部；
16.s2：将经过金属颗粒吸附过的换流变压器油，通过电磁箱体(15)的出油口进入静电箱体(16)内；
17.在静电箱体(16)内，在换流变压器运行过程中，杂质颗粒随着绝缘油流动，当杂质颗粒与绝缘纸外壳表面碰撞后，杂质颗粒会在电场力作用下运动到电极表面；
18.当杂质颗粒与电极表面发生碰撞时，若杂质颗粒的碰撞速度达到临界捕集速度，杂质颗粒将会在粘附力、弹力、阻尼力、毛细力联合作用下黏附到电极表面；
19.所述杂质颗粒包括碳颗粒和纤维素，碳颗粒和纤维素在电场的作用下分别受电场力和介电泳力。
20.进一步的，所述s1中，当电磁铁(7)吸附的金属颗粒数量过多时，关闭油管上的阀门，切断电磁体(7)电源，打开喷油管(10)用纯净变压器油对电磁体(7)进行冲洗，将冲洗后脱落的金属颗粒经过排污口(14)排出，开启电磁体(7)的电源，电磁箱体(15)重新工作。
21.进一步的，所述s2中，当静电箱体(16)长时间工作需要更换时，通过控制电磁阀停止工作，开启管道上设置的密封盖(17)，将电极拆出，去除粘附在电极上的碳颗粒和纤维颗粒，并更换过滤网(13)，将电极重新装配到管道上后，开启阳电极(11)电源，开启电磁阀门使含颗粒物的变压器油重新在管道流动，静电箱体(16)重新开始工作。
22.进一步的，所述s2中，碳颗粒所受电场力计算公式如下：
23.fe＝eq
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0024][0025]
其中，e为碳颗粒所在位置的电场强度，q为碳颗粒所带电荷量；ε
oil
、ε0分别为绝缘油的相对介电常数和真空的介电常数；r
p
为碳颗粒的半径；
[0026]
纤维素在电场中所受介电泳力计算公式如下：
[0027][0028]
其中，ε
oil
为绝缘油的相对介电常数；r为纤维素颗粒的半径；ω为角频率；re[k(ω)]为clausisus-mossotti因子的实部；k(ω)为clausisus-mossotti因子，表达式如下式所示：
[0029]
[0030]
其中，为绝缘油的复合相对介电常数，为纤维素颗粒的复合相对介电常数。
[0031]
进一步的，所述s4中，杂志颗粒吸附到电极表面的碰撞临界捕集速度为：
[0032][0033][0034][0035]
其中，k表示有效刚度参赛，ρ表示颗粒密度，r表示颗粒粒径，r表示颗粒运动恢复系数，vi和ei表示颗粒和碰撞表面材料的泊松比和杨氏模量。
[0036]
本发明的有益效果在于：
[0037]
第一，本发明不仅能去除换流变压器油中金属颗粒和大粒径杂质颗粒，而且能更大程度去除非金属颗粒和微米级颗粒。
[0038]
第二，本发明在进油管道和出油管道上均装置电磁阀，方便清洗更换电磁铁、电极和过滤网。
[0039]
第三，本发明在电极周围铺设过滤网增大接触面粗糙度，提升杂质颗粒的吸附能力，提高临界捕集速度，更大程度去除杂质颗粒。
[0040]
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0041]
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
[0042]
图1为本发明装置的整体结构示意图；
[0043]
图2为本发明的除污装置的剖面结构示意图；
[0044]
附图标记：1-换流变压器壳体，2-出油管道，3-除污装置，4-进油管道，5-换流变压器线圈，6-电磁阀，7-电磁铁，8-铁芯，9-感应线圈，10-喷油管，11-阳极电板，12-阴极电板，13-过滤网，14-排污口，15-电磁箱体，16-静电箱体，17-密封盖。
具体实施方式
[0045]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0046]
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0047]
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0048]
请参阅图1～图2，为一种用于换流变压器微米级颗粒的过滤装置及方法。
[0049]
一种用于换流变压器微米级颗粒的装置及方法，换流变压器包括壳体1和放置在壳体内部的线圈5，油管道上放置有除污装置3；所述除污装置由电磁箱体15和静电箱体16两部分组成，静电箱体16的进油口连接于电磁箱体15的出油口；所述电磁箱体15顶面设置有两个结构相同的电磁铁7，电磁铁7由铁芯8、感应线圈9和喷油管10组成，铁芯8上绕有感应线圈9，有利于提高铁芯的磁性，使铁芯具有更好的吸附力，电磁铁7的下部设置排污口14；所述静电箱体16内部两侧排列阳电极11和阴电极12，阴电极12接地，所述电极外侧铺设三层过滤网13，过滤网13的上方设置有密封盖17。所述出油管道2和进油管道4均设置有电磁阀6。
[0050]
本发明的工作过程：应用时含颗粒物的变压器油经过出油管道2进入电磁箱体15，油中的金属颗粒物在磁场作用下吸附在电磁铁7上，油中的碳颗粒和纤维颗粒进入静电箱体16，碳颗粒在电场作用下荷电，纤维颗粒在不均匀电场作用下极化，向高场强区域运动并吸附在阳极板11和过滤网13上，洁净的变压器油进入进油管道4。
[0051]
当电磁体7吸附的金属颗粒过多时，必须及时清洗电磁体7以使除污效率最大化，关闭油管上的阀门，停止变压器油进入，然后切断电磁体7电源，用纯净变压器油对电磁体7进行冲洗，附着在电磁体7上的金属颗粒脱落再经过排污口14排出，之后开启电磁体7的电源，电磁箱体15重新工作。
[0052]
静电箱体16长时间工作需要更换时，通过控制电磁阀停止工作，开启管道上设置的密封盖17，将过滤装置拆出，去除粘附在电极上的碳颗粒和纤维颗粒，更换过滤网，将电极重新装配到管道上后，开启阳电极11电源，开启电磁阀门使含颗粒物的变压器油重新在管道流动，静电箱体16重新开始工作。
[0053]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种用于换流变压器微米级颗粒的过滤装置，该装置包括换流变压器壳体(1)、放置在换流变压器壳体(1)内部的换流变压器线圈(5)和以及连接在换流变压器壳体(1)外的油管道；在其特征在于：该装置还包括连接在油管道上的除污装置(3)，所述除污装置(3)包括电磁箱体(15)和静电箱体(16)；电磁箱体(15)的一侧通过出油管道(2)与换流变压器壳体(1)相连通，另一侧与静电箱体(16)连接；静电箱体(16)未连接电磁箱体(15)的一端通过进油管道(4)与换流变压器壳体(1)相连通；电磁箱体(15)内顶端设置电磁铁(7)，所述电磁铁(7)包括铁芯(8)、感应线圈(9)和喷油管(10)，所述感应线圈(9)绕在所述铁芯(8)外部；电磁箱体(15)底端设有排污口(14)，排污口(14)位于电磁铁(7)下方；静电箱体(16)内部上下两侧分别设有阳电极板(11)和阴电极板(12)，所述阴电极板(12)接地，所述阳电极板(11)外侧至少铺设三层过滤网(13)；静电箱体(16)顶端设有密封盖(17)，密封盖(17)位于阳电极板(11)和过滤网(13)上方；所述出油管道(2)和进油管道(4)上均设置有电磁阀(6)。2.根据权利要求1所述的一种用于换流变压器微米级颗粒的过滤装置，其特征在于：电磁箱体(15)内顶端设有两个结构相同的电磁铁(7)；静电箱体(16)内部上侧设有三个结构相同的阳电极板(11)。3.根据权利要求1所述的一种用于换流变压器微米级颗粒的过滤装置，其特征在于：所述电磁箱体(15)底部为锥型。4.一种换流变压器微米级颗粒的除污方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：s1：在电磁箱体(15)内将换流变压器油中的金属颗粒通过铁芯(8)吸附到电磁铁(7)的外部；s2：将经过金属颗粒吸附过的换流变压器油，通过电磁箱体(15)的出油口进入静电箱体(16)内；在静电箱体(16)内，在换流变压器运行过程中，杂质颗粒随着绝缘油流动，当杂质颗粒与绝缘纸外壳表面碰撞后，杂质颗粒会在电场力作用下运动到电极表面；当杂质颗粒与电极表面发生碰撞时，若杂质颗粒的碰撞速度达到临界捕集速度，杂质颗粒将会在粘附力、弹力、阻尼力、毛细力联合作用下黏附到电极表面；所述杂质颗粒包括碳颗粒和纤维素，碳颗粒和纤维素在电场的作用下分别受电场力和介电泳力。5.根据权利要求4所述的一种用于换流变压微米级颗粒的过滤方法，其特征在于：所述s1中，当电磁铁(7)吸附的金属颗粒数量过多时，关闭油管上的阀门，切断电磁体(7)电源，打开喷油管(10)用纯净变压器油对电磁体(7)进行冲洗，将冲洗后脱落的金属颗粒经过排污口(14)排出，开启电磁体(7)的电源，电磁箱体(15)重新工作。6.根据权利要求4所述的一种用于换流变压微米级颗粒的过滤方法，其特征在于：所述s2中，当静电箱体(16)长时间工作需要更换时，通过控制电磁阀停止工作，开启管道上设置的密封盖(17)，将电极拆出，去除粘附在电极上的碳颗粒和纤维颗粒，并更换过滤网(13)，将电极重新装配到管道上后，开启阳电极(11)电源，开启电磁阀门使含颗粒物的变压器油重新在管道流动，静电箱体(16)重新开始工作。
7.根据权利要求4所述的一种用于换流变压微米级颗粒的过滤方法，其特征在于：所述s2中，碳颗粒所受电场力计算公式如下：f
e
＝eq
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，e为碳颗粒所在位置的电场强度，q为碳颗粒所带电荷量；ε
oil
、ε0分别为绝缘油的相对介电常数和真空的介电常数；r
p
为碳颗粒的半径；纤维素在电场中所受介电泳力计算公式如下：其中，ε
oil
为绝缘油的相对介电常数；r为纤维素颗粒的半径；ω为角频率；r
e
[k(ω)]为clausisus-mossotti因子的实部；k(ω)为clausisus-mossotti因子，表达式如下式所示：其中，为绝缘油的复合相对介电常数，为纤维素颗粒的复合相对介电常数。8.根据权利要求4所述的一种用于换流变压微米级颗粒的过滤方法，其特征在于：所述s4中，杂志颗粒吸附到电极表面的碰撞临界捕集速度为：s4中，杂志颗粒吸附到电极表面的碰撞临界捕集速度为：s4中，杂志颗粒吸附到电极表面的碰撞临界捕集速度为：其中，k表示有效刚度参赛，ρ表示颗粒密度，r表示颗粒粒径，r表示颗粒运动恢复系数，v
i
和e
i
表示颗粒和碰撞表面材料的泊松比和杨氏模量。

技术总结
本发明涉及一种用于换流变压器微米级颗粒的过滤装置及方法，属于变压器油除污技术领域。该除污装置包括电磁箱体和静电箱体，电磁箱体包括壳体和安装在壳体内部由铁心和感应线圈制作的电磁铁，电磁箱体一侧通过进油口与换流变压器壳体相连通，另一侧连接静电箱体；静电箱体包括壳体和安装在壳体内部的阳极板、阴极板和过滤网，静电箱体通过出油管道与换流变压器壳体相连通。过滤装置的进油管道和出油管道上均装置电磁阀，关闭电磁阀后换流变压器油停止流动，方便清洗更换电磁铁、电极和过滤网。与传统变压器油除污方式相比，采用该方法解决了只能去除换流变压器油中金属颗粒和大粒径杂质颗粒的局限性，能更大程度去除非金属颗粒和微米级颗粒。颗粒和微米级颗粒。颗粒和微米级颗粒。


技术研发人员：张占龙 董子健 钟嘉荣 邓军
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：2023.07.20
技术公布日：2023/9/23