電容式油紙變壓器套管絕緣狀態(tài)評估的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電氣設(shè)備絕緣診斷技術(shù)領(lǐng)域，涉及電容式油紙?zhí)坠艿慕^緣診斷，特別 涉及到一種電容式油紙?zhí)坠芙^緣狀態(tài)評估的方法。 技術(shù)背景
[0002] 電力變壓器作為電能傳輸和配送過程中能量轉(zhuǎn)換的核心，是電網(wǎng)能夠安全穩(wěn)定運(yùn) 行的最關(guān)鍵設(shè)備之一。高壓變壓器的套管是變壓器的關(guān)鍵組件。套管在運(yùn)行過程中，會受 到高壓電場、磁場及溫度等運(yùn)行環(huán)境的作用，其絕緣會發(fā)生劣化，絕緣性能下降，甚至?xí)?全失去絕緣作用，導(dǎo)致套管及電力變壓器發(fā)生故障。套管電容芯子為套管的主絕緣結(jié)構(gòu)，其 電容層老化及電場畸變會導(dǎo)致絕緣紙擊穿，導(dǎo)致變壓器事故的發(fā)生。所以對套管的絕緣進(jìn) 行檢測狀態(tài)評估是電力設(shè)備檢修保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的重點(diǎn)之一。
[0003] 針對電容式油紙絕緣套管的絕緣狀態(tài)檢測與狀態(tài)評估，國內(nèi)外研宄機(jī)構(gòu)和實(shí)驗室 提出了眾多的試驗方法和檢測手段，可分為化學(xué)評估方法和電氣評估方法。其中化學(xué)評估 方法有聚合度評估、油中糠醛評估、油中溶解氣評估；電氣方法有套管電容量和介質(zhì)損耗因 數(shù)評估以及三相電流矢量和評估。但是上述用于電容式油紙絕緣套管的評估檢測存在以下 問題：
[0004] (1)化學(xué)方法中的油中溶解氣和糠醛含量會因為變壓器換油檢修而發(fā)生變化，不 能夠準(zhǔn)確表征套管油紙絕緣結(jié)構(gòu)的絕緣狀態(tài)。絕緣紙聚合度被國內(nèi)外廣泛認(rèn)為是油紙絕緣 的狀態(tài)評估最基本特征量，但對設(shè)備進(jìn)行聚合度測試要對套管進(jìn)行拆裝取樣，對聚合度評 估絕緣狀態(tài)的應(yīng)用帶來了一定的困難。
[0005] (2)電氣方法評估的介質(zhì)損耗因數(shù)和電容量評估方法，二者發(fā)現(xiàn)套管絕緣故障的 靈敏度對套管的缺陷與絕緣體積比減小而降低，甚至不能夠及時發(fā)現(xiàn)絕緣狀態(tài)的變化與 缺陷；
[0006] (3)三相套管矢量和的方法受信號采集以及變壓器運(yùn)行環(huán)境的影響較大，在實(shí)際 應(yīng)用中沒能夠得到廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，發(fā)明一種電容式油紙變壓器套管絕緣狀態(tài) 評估的方法，該方法通過數(shù)學(xué)建模仿真與實(shí)驗室試驗相結(jié)合的方式，對套管電容量頻域譜 曲線進(jìn)行數(shù)學(xué)指數(shù)函數(shù)擬合，并應(yīng)用擬合函數(shù)的積分對不同絕緣狀態(tài)下頻域譜曲線變化量 進(jìn)行描述，從而達(dá)到應(yīng)用頻域介電譜法對套管的絕緣狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確而無損的評估。
[0008] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種電容式油紙變壓器套管絕緣狀態(tài)評估的方法，其特 征是，該方法通過數(shù)學(xué)建模仿真與實(shí)驗室試驗相結(jié)合的方式，對套管電容量頻域譜曲線進(jìn) 行數(shù)學(xué)指數(shù)函數(shù)擬合，并應(yīng)用擬合函數(shù)的積分對不同絕緣狀態(tài)下頻域譜曲線變化量；方法 具體步驟如下：
[0009] (1)實(shí)驗室試驗
[0010] 先對電容式油紙?zhí)坠苓M(jìn)行加速老化試驗，快速模擬電容式油紙?zhí)坠芾匣^程，以 絕緣油紙老化狀態(tài)指標(biāo)一絕緣紙聚合度為判據(jù)，隨著加速老化時間的增長，絕緣紙聚合度 將逐漸降低，獲得絕緣紙聚合度與老化時間關(guān)系公式（1):
[0011]
⑴
[0012] 式中，t為老化時間，DPt為老化t時間后的絕緣紙聚合度，DP ^為絕緣紙初始聚合 度，a為常數(shù)；
[0013] (2)對套管進(jìn)行電容量頻域譜曲線測量，并對曲線進(jìn)行數(shù)學(xué)指數(shù)函數(shù)擬合，擬合函 數(shù)如下：
[0014] f (X) = a · exp (b · X) +c · exp (d · X) (2)
[0015] 其中，f (X)為不同頻率下套管電容量C，x為頻率f以10為底的對數(shù)Iogltl (f);
[0016] 將電容式油紙?zhí)坠苓M(jìn)行加速老化試驗和仿真所得電容式油紙絕緣套管電容量C 的頻域譜曲線應(yīng)用擬合函數(shù)（2)進(jìn)行擬合；
[0017] (3)通過擬合函數(shù)，計算擬合頻域譜曲線的積分\，\分別與老化時間t和絕緣紙 聚合度的倒數(shù)差k成二次函數(shù)關(guān)系；
[0018] Sc= a · 12+b · t+c (3)
[0019] S。= a · k 2+b · k+c ⑷
[0020] 其中，S。為電容量頻域譜曲線的積分值，a、b、c均為常數(shù)；
[0021] 依據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T984-2005《油浸式變壓器絕緣老化判斷導(dǎo)則》給出的新紙 聚合度值DPtl，以及測量的頻域譜曲線Sc，通過公式（4)即可得到表征套管絕緣狀態(tài)的聚合 度DPt，從而對套管的絕緣狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確評估，將聚合度對高壓套管評估絕緣狀態(tài)的有損方 法變?yōu)閼?yīng)用頻域介電譜的無損方法。
[0022] 本發(fā)明的效果和益處是電容式油紙?zhí)坠芙^緣狀態(tài)評估的方法，無須對套管進(jìn)行拆 裝檢測，就能夠?qū)ζ浣^緣狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確評估，方法簡單易行。可以在現(xiàn)場對電容式油紙?zhí)坠?的絕緣狀態(tài)做出準(zhǔn)確而有效的評估，為套管的檢修和更換提供準(zhǔn)確的依據(jù)。
【附圖說明】
[0023] 圖1為電容式油紙絕緣套管被試品，其中：1_被試品；2-電容芯子。
[0024] 圖2為不同老化狀態(tài)電容頻率譜曲線，橫軸為頻率，單位Hz ;縱軸為電容量，單位 F，1-老化0小時被試品電容量頻域譜曲線；2-老化121小時被試品電容量頻域譜曲線； 3-老化249小時被試品電容量頻域譜曲線；4-老化377小時被試品電容量頻域譜曲線； 5-老化506小時被試品電容量頻域譜曲線；6-老化630小時被試品電容量頻域譜曲線； 7-老化776小時被試品電容量頻域譜曲線；8-老化904小時被試品電容量頻域譜曲線。
[0025] 圖3為擬合曲線及積分S。，橫軸為頻率f以10為底的對數(shù)Iogltl(f)，縱軸為電容 量，單位F，其中，1-電容量頻域譜擬合曲線；2-電容量測試點(diǎn)；3-電容量頻域譜曲線積分 面積Sc。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 首先按照電容式油紙絕緣套管的設(shè)計加工出電容式套管被試品實(shí)物，如圖1所 示，并對其進(jìn)行130°C加速熱老化試驗，每5天為一個老化周期；在不同老化周期在室溫 25°C環(huán)境下，應(yīng)用IDAX300絕緣測試儀測量被試品套管的電容量和介質(zhì)損耗因數(shù)10-3~ IO3Hz的頻域譜曲線，并根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1548-2004《紙漿粘度的測定》測定絕緣紙的聚 合度。
[0027] 實(shí)際測量聚合度值如表1所示：
[0028] 表1不同老化時間試品的絕緣紙聚合度
[0029]
[0030] 測得聚合度能夠很好符合公式（1)的聚合度與老化時間關(guān)系，Bp :
就能夠表征被試品老化絕緣狀態(tài)。
[0031] 試驗測量電容量頻域譜曲線如圖2所示，對不同老化周期下的電容量C頻域譜曲 線應(yīng)用擬合函數(shù)⑵f (X) = a · exp (b · X) +c · exp (d · X)進(jìn)行擬合，擬合數(shù)據(jù)如表2所示：
[0032] 表2不同老化時間試品的電容量頻域譜擬合函數(shù)
[0033]
[0034] 注：f (X)為電容量C，X為頻率f以10為底的對數(shù)（loglO (f))
[0035] 通過頻域譜曲線與頻域軸之間的面積來描述不同老化時間的電容量頻譜曲線的 變化量，設(shè)參量\為電容量的頻譜曲線與頻域軸的面積，即頻域譜曲線對log 1(l(f)的積分。
[0036] 獲得不同老化周期的Sc與不同周期絕緣紙聚合度數(shù)據(jù)如表3所示：
[0037] 表3不同老化時間試品的油紙聚合度倒數(shù)差及Sc
[0038]
[0039] 對Sc和老化時間t應(yīng)用公式（3)S。= a · t 2+b · t+c進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果為而 =-I. 066e-015*t2+l. 504e-012*t+4. 589e-010,擬合優(yōu)度為 0· 99。
[0040] 對S。與聚合度倒數(shù)差
應(yīng)用公式（4) S。= a *k 2+b *k+c進(jìn)行擬合，擬 合結(jié)果為：Sc= -L 416e-3*k2+L 731e-6*k+4. 512e-10,擬合優(yōu)度 0· 979。
[0041] 通過試驗可知，本發(fā)明電容式油紙?zhí)坠艿念l域譜曲線與絕緣老化狀態(tài)之間的對應(yīng) 規(guī)律。依據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T984-2005《油浸式變壓器絕緣老化判斷導(dǎo)則》給出的新紙聚 合度值DPtl，以及測量的頻域譜曲線Sc，通過公式（4)即可得到表征套管絕緣狀態(tài)的聚合度 DPt，從而對套管的絕緣狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確評估，將聚合度對高壓套管評估絕緣狀態(tài)的有損方法 變?yōu)閼?yīng)用頻域介電譜法的無損方法，為套管絕緣的評估提供一種有效的評估方法。
【主權(quán)項】
1. 一種電容式油紙變壓器套管絕緣狀態(tài)評估的方法，其特征是，該方法通過數(shù)學(xué)建模 仿真與實(shí)驗室試驗相結(jié)合的方式，對套管電容量頻域譜曲線進(jìn)行數(shù)學(xué)指數(shù)函數(shù)擬合，并應(yīng) 用擬合函數(shù)的積分對不同絕緣狀態(tài)下頻域譜曲線變化量進(jìn)行描述，從而達(dá)到應(yīng)用頻域介電 譜法對套管的絕緣狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確而無損的評估；方法具體步驟如下： (1) 實(shí)驗室試驗 先對電容式油紙?zhí)坠苓M(jìn)行加速老化試驗，快速模擬電容式油紙?zhí)坠芾匣^程，以絕緣 油紙老化狀態(tài)指標(biāo)一絕緣紙聚合度為判據(jù)，隨著加速老化時間的增長，絕緣紙聚合度將逐 漸降低，獲得絕緣紙聚合度與老化時間關(guān)系公式（1):式中，t為老化時間，DPt為老化t時間后的絕緣紙聚合度，DP^為絕緣紙初始聚合度，a為常數(shù)； (2) 對套管進(jìn)行電容量頻域譜曲線測量，并對曲線進(jìn)行數(shù)學(xué)指數(shù)函數(shù)擬合，擬合函數(shù)如 下： f(x) =a?exp(b?x)+c?exp(d?x) (2) 其中，f(x)為不同頻率下套管電容量C，x為頻率f?以10為底的對數(shù)logltl(f); 將電容式油紙?zhí)坠苓M(jìn)行加速老化試驗和仿真所得電容式油紙絕緣套管電容量C的頻 域譜曲線應(yīng)用擬合函數(shù)（2)進(jìn)行擬合； (3) 通過擬合函數(shù)，計算擬合頻域譜曲線的積分Sc，\分別與老化時間t和絕緣紙聚合 度倒數(shù)差k成二次函數(shù)關(guān)系： Sc=a? 12+b?t+c (3) Sc=a?k2+b?k+c (4) 其中，S。為電容量頻域譜曲線的積分值，a、b、c均為常數(shù)； 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)給出的新紙聚合度值D&，以及測量的頻域譜曲線S。，通過公式（4)得到表征 套管絕緣狀態(tài)的聚合度DPt，從而對套管的絕緣狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確評估，將聚合度對高壓套管評 估絕緣狀態(tài)的有損方法變?yōu)閼?yīng)用頻域介電譜的無損方法。
【專利摘要】本發(fā)明電容式油紙變壓器套管絕緣狀態(tài)評估的方法屬于電氣設(shè)備絕緣診斷技術(shù)領(lǐng)域，涉及電容式油紙?zhí)坠艿慕^緣診斷，特別涉及到一種電容式油紙?zhí)坠芙^緣狀態(tài)評估的方法。該方法通過數(shù)學(xué)建模仿真與實(shí)驗室試驗相結(jié)合的方式，對套管電容量頻域譜曲線進(jìn)行數(shù)學(xué)指數(shù)函數(shù)擬合，并應(yīng)用擬合函數(shù)的積分對不同絕緣狀態(tài)下頻域譜曲線變化量進(jìn)行描述，從而達(dá)到應(yīng)用頻域介電譜法對套管的絕緣狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確而無損的評估。本方法無須對套管進(jìn)行拆裝檢測，就能夠?qū)ζ浣^緣狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確評估，方法簡單易行?？梢栽诂F(xiàn)場對電容式油紙?zhí)坠艿慕^緣狀態(tài)做出準(zhǔn)確而有效的評估，為套管的檢修和更換提供準(zhǔn)確的依據(jù)。
【IPC分類】G01R31/12
【公開號】CN104914364
【申請?zhí)枴緾N201510290635
【發(fā)明人】孫長海, 粘凱昕, 李維江, 吳彥, 婁志迅, 葛恒序, 陳瑾希, 張強(qiáng), 史曉龍, 王明, 陳百通, 趙偉程
【申請人】大連理工大學(xué)
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年5月30日