CN102540030B - 一种油纸绝缘设备局部放电缺陷发展速度诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于电力系统的油纸绝缘子电力设备局部放电监测技术领域的一种油纸绝缘设备局部放电缺陷发展速度诊断方法。它包括以下步骤：1)测量待测油纸绝缘设备中的局部放电脉冲的视在放电量；2)统计特定时间段内待测油纸绝缘设备中的局部放电脉冲的视在放电量的总和；3)将步骤2)得到的视在放电量总和的数值与过去时间段内待测油纸绝缘设备中的局部放电脉冲的视在放电量的总和数值相比较。本发明的有益效果为：实现了利用局部放电信号的特征参数来诊断油纸绝缘局部放电发展速度的目的。

Description

一种油纸绝缘设备局部放电缺陷发展速度诊断方法

技术领域

本发明属于电力系统的油纸绝缘子电力设备局部放电监测技术领域，尤其涉及一种油纸绝缘设备局部放电缺陷发展速度诊断方法。

背景技术

油浸式电力变压器、油浸式电抗器等油纸绝缘电力设备是电力系统中的关键设备，作为输电网中的重要组成部分，担负着系统电能传递的重要任务，其运行的可靠性直接关系到电力系统的安全与稳定。从变压器损坏事故部位统计结果来看,变压器绕组是变压器损坏事故的主要损坏部位。局部放电是造成变压器绝缘故障的主要原因之一，局部放电是由于变压器出口或近区短路、结构设计不合理、制造工艺及材质控制不严、雷击、内部过电压和绝缘老化以及误操作或安装不当引起的。一台变压器在运行电压下，如果在不可恢复的绝缘中存在局部放电现象，这些微弱的放电能量可以慢慢损坏绝缘，随着时间的增长，可能会导致整个绝缘被击穿，引起严重损失。

对绝缘故障进行局部放电在线监测，能够连续、实时地反映出变压器内部的绝缘劣化状况，它是掌握变压器绝缘状况的重要手段之一。而目前人们对电气设备进行局部放电在线监测时，还不能很好地将局部放电信号的各种特征量的变化与所发生的绝缘故障的严重程度结合起来。目前能够做到的是：根据我国的国家标准GB1094.3-2003“电力变压器第3部分：绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙”的规定，在试验电压下的变压器的局部放电视在放电量大于300pC或者500pC时，可以将该变压器视为不合格产品。可见，目前还没有出现利用局部放电信号的特征参数来诊断油纸绝缘内部局部放电缺陷发展速度的标准、规程或者共识。

发明内容

本发明针对上述缺陷公开了一种油纸绝缘设备局部放电缺陷发展速度诊断方法，该方法中油纸绝缘材料的局部放电缺陷发展速度与局部放电的视在放电量总和的关系如下：

在实际变压器的绝缘监测中，采用符合GB7354－2003/IEC60270:2000标准的局部放电检测仪器和检测方法，对变压器的局部放电缺陷进行监测，通过对局部放电的发生、发展乃至最终击穿的整个过程进行全程监测，得到局部放电特征参数的发展变化规律，特别是临近击穿时局部放电视在放电量的信息，可以获得基于局部放电检测结果的绝缘缺陷引发击穿故障的概率。

首先，建立了变压器油纸绝缘局部放电试验平台和放电模型（例如，球—板放电模型），对局部放电模型施加长期的恒定幅值的工频高电压，直到击穿放电模型。建立的试验平台和放电模型符合GB7354－2003/IEC60270:2000标准。

其次，采用脉冲电流检测法检测放电模型的局部放电脉冲信号。采用不同的交流电压幅值，进行了大量的高压试验。对局部放电的发生、发展乃至最终击穿的整个过程进行全程监测。

再次，通过总结分析试验数据，发现浸油纸板中局部放电缺陷逐步扩大，最终引发击穿故障。总结纸板的耐压时间L_E和所施加的电压幅值E，得到以下公式和图1a、图1b所示的反幂关系（L_E和E之间存在反幂关系）。

$\frac{L_E}{L_0}={\left[\frac{E}{E_0}\right]}^{-n}$

L₀指场强为E₀时浸油纸板的寿命，n是浸油纸板的耐电系数，常常需要通过试验测量来获得。

从图1a可以看到，浸油纸板的寿命与外加电压U（电压U等于电场强度E与纸板厚度l的乘积）之间的关系是一种非线性关系，具有反幂函数的形式，但不能十分确定就是反幂函数关系；图1b中横坐标和纵坐标均取对数坐标，显现出线性关系，即lnL_E和lnE之间符合线性关系，说明L_E和E之间符合反幂关系（将以上的公式两边取对数，就得到了lnL_E和lnE的关系：

其中L₀和E₀在公式中是常数）。

根据以上公式，可以推到出浸油纸板中局部放电缺陷发展速度v(t)随时间的变化规律，如以下公式所示：

$v\left(t\right)=v_E{\left[\frac{l}{l-S}\right]}^n=v_E{[1-\frac{S}{l}]}^{-n}=v_E{[1-\frac{n+1}{l}{v}_{E}t]}^{-\frac{n}{n+1}}$

上式中，v_E为浸油纸板在电场强度E作用下的平均劣化速度；S为浸油纸板被破坏的厚度（即浸油纸板中局部放电缺陷逐步扩大到的范围长度），l为浸油纸板原始厚度。

即：

$v{\left(t\right)}^{-\frac{n+1}{n}}=v_E[1-\frac{n+1}{l}{v}_{E}t]$

此时令:

$y\left(t\right)={\left(v\left(t\right)\right)}^{-\frac{n+1}{n}}$

则得出：

$y\left(t\right)=v_E[1-\frac{n+1}{l}{v}_{E}t]$

上述公式表明y(t)是时间t的线性函数。

最后，总结1秒钟局部放电脉冲视在放电量总和q(t)的发展趋势，绘制q(t)随时间发展曲线如图2（a）所示。令：

$z\left(t\right)={\left(q\left(t\right)\right)}^{-\frac{n+1}{n}}$

当n＝5时，z(t)显现直线，如图2(b)所示。可见，q(t)与v(t)符合同样的变化趋势。

鉴于上述研究成果，可以认为，油纸绝缘材料的局部放电缺陷发展速度v(t)可以通过1秒钟放电量总和q(t)来表示。

基于上述研究成果，该诊断方法包括以下步骤：

1）利用现有技术测量待测油纸绝缘设备中的局部放电脉冲的视在放电量；

2）统计特定时间段内待测油纸绝缘设备中的局部放电脉冲的视在放电量的总和；

3）将步骤2）得到的视在放电量总和的数值与过去时间段内待测油纸绝缘设备中的局部放电脉冲的视在放电量的总和数值相比较；当两者相等时，油纸绝缘设备局部放电缺陷发展速度稳定不变；当前者比后者大时，油纸绝缘设备局部放电缺陷发展速度增大；当前者比后者小时，油纸绝缘设备局部放电缺陷发展速度减小。

所述现有技术是指国家标准GB/T7354－2003/IEC60270：2000所规定的局部放电检测技术。

所述油纸绝缘设备为油浸式电力变压器或油浸式电抗器。

所述特定时间段指能够表征油纸绝缘局部放电缺陷发展过程的时间段。

所述特定时间段是指20毫秒至60秒范围内的任意数值。

所述过去时间段存在于特定时间段以前，过去时间段和特定时间段具有相同的时间长度。

所述特定时间段和过去时间段在时间上连续，或者存在一个固定的时间间隔。

本发明的有益效果为：实现了利用局部放电信号的特征参数来诊断油纸绝缘局部放电发展速度的目的。

附图说明

图1a是对2mm厚浸油纸板进行多次恒压试验所获得的纸板耐压时间与外加电压幅值之间的关系曲线;

图1b是对2mm厚浸油纸板进行多次恒压试验所获得的纸板耐压时间与外加电压幅值之间的对数关系曲线

图2a是某一次浸油纸板恒压试验中1秒钟局部放电脉冲视在放电量总和q(t)随时间的变化曲线；

图2b是某一次浸油纸板恒压试验中1秒钟局部放电脉冲视在放电量总和的导出函数y(t)随时间的变化曲线；

图3是本发明的方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

如图3所示，一种油纸绝缘设备局部放电缺陷发展速度诊断方法包括以下步骤：

1）利用现有技术测量待测油纸绝缘设备中的局部放电脉冲的视在放电量；

2）统计特定时间段内待测油纸绝缘设备中的局部放电脉冲的视在放电量的总和；

3）将步骤2）得到的视在放电量总和的数值与过去时间段内待测油纸绝缘设备中的局部放电脉冲的视在放电量的总和数值相比较；当两者相等时，油纸绝缘设备局部放电缺陷发展速度稳定不变；当前者比后者大时，油纸绝缘设备局部放电缺陷发展速度增大；当前者比后者小时，油纸绝缘设备局部放电缺陷发展速度减小。

所述现有技术是指国家标准GB/T7354－2003/IEC60270：2000所规定的局部放电检测技术。

所述油纸绝缘设备为油浸式电力变压器或油浸式电抗器。

所述特定时间段指能够表征油纸绝缘局部放电缺陷发展过程的时间段。

所述特定时间段是指20毫秒至60秒范围内的任意数值，由专业技术人员根据实际情况自行决定。

所述过去时间段存在于特定时间段以前，过去时间段和特定时间段具有相同的时间长度。

所述特定时间段和过去时间段在时间上连续，或者存在一个固定的时间间隔。（该时间间隔的长度可以由专业技术人员自行决定。）

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种油纸绝缘设备局部放电缺陷发展速度诊断方法，其特征在于，它包括以下步骤：

1）利用现有技术测量待测油纸绝缘设备中的局部放电脉冲的视在放电量；

2）统计特定时间段内待测油纸绝缘设备中的局部放电脉冲的视在放电量的总和；

3）将步骤2）得到的视在放电量总和的数值与过去时间段内待测油纸绝缘设备中的局部放电脉冲的视在放电量的总和数值相比较；其中，过去时间段存在于特定时间段以前，过去时间段和特定时间段具有相同的时间长度；当两者相等时，油纸绝缘设备局部放电缺陷发展速度稳定不变；当前者比后者大时，油纸绝缘设备局部放电缺陷发展速度增大；当前者比后者小时，油纸绝缘设备局部放电缺陷发展速度减小。

2.根据权利要求1所述的一种油纸绝缘设备局部放电缺陷发展速度诊断方法，其特征在于，所述现有技术是指国家标准GB/T7354－2003/IEC60270：2000所规定的局部放电检测技术。

3.根据权利要求1所述的一种油纸绝缘设备局部放电缺陷发展速度诊断方法，其特征在于，所述油纸绝缘设备为油浸式电力变压器或油浸式电抗器。

4.根据权利要求1所述的一种油纸绝缘设备局部放电缺陷发展速度诊断方法，所述特定时间段指能够表征油纸绝缘设备局部放电缺陷发展过程的时间段。

5.根据权利要求1所述的一种油纸绝缘设备局部放电缺陷发展速度诊断方法，所述特定时间段是指20毫秒至60秒范围内的任意数值。

6.根据权利要求1所述的一种油纸绝缘设备局部放电缺陷发展速度诊断方法，所述特定时间段和过去时间段在时间上连续，或者存在一个固定的时间间隔。

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