CN102652341B - 对充油电气设备中发生异常的可能性进行预测的方法 - Google Patents

对充油电气设备中发生异常的可能性进行预测的方法 Download PDF

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Abstract

本发明是对充油电气设备中发生异常的可能性进行预测的方法，包含：(1)对从运行中的充油电气设备提取的绝缘油中的二苄二硫残留浓度进行测定的工序；(2)求出相对于所述充油电气设备的运转开始时的二苄二硫初始浓度、所述二苄二硫残留浓度的估计减少量的工序；(3)从所述二苄二硫残留浓度和所述估计减少量，计算出所述二苄二硫初始浓度的工序；以及(4)将所述二苄二硫初始浓度与特定的管理值进行比较的工序。

Description

对充油电气设备中发生异常的可能性进行预测的方法
技术领域
本发明涉及对充油电气设备中发生异常的可能性进行预测的方法，例如，涉及在变压器等充油电气设备中、将卷绕有绝缘纸的铜线圈配置在绝缘油中的情况下，对因从绝缘纸析出的硫化铜而发生异常的可能性进行预测的方法。
背景技术
在充油变压器等充油电气设备中，构成在作为导电介质的线圈铜上卷绕有绝缘纸，使得在相邻的线匝之间线圈铜不会短路的结构。
另一方面，已知存在如下等问题：即，充油变压器所使用的矿物油中含有硫磺成分，与油中的铜部件发生反应而从绝缘纸表面析出导电性的硫化铜，在相邻的线匝之间形成导电路径，从而产生绝缘破坏(例如，非专利文献1：CIGRE TF A2.31,“变压器绝缘中的硫化铜”ELECTRA,第224卷,第20-23页,2006(CIGRE TF A2.31,“Copper sulphide intransformer insulation,”ELECTRA,No.224,pp.20-23,2006))。
然而，充油电气设备所使用的绝缘油的量较多，一般使用年数也长，不易更换为不含有硫磺成分的绝缘油。因此，需要一种在使用含有硫磺成分的绝缘油的充油电气设备中、能对因硫化铜的析出而发生绝缘破坏等异常的可能性进行预测的方法。
作为使硫化铜从绝缘油中析出的原因物质之一，已知有二苄二硫(dibenzyl disulfide)(例如，非专利文献2：F.Scatiggio,V.Tumiatti,R.Maina,M.Tumiatti M.Pompilli以及R.Bartnikas,“绝缘油中的腐蚀性硫：其检测和相关的电力设备故障”,IEEE Trans.Power Del.,第23卷,第508-509页,2008(F.Scatiggio,V.Tumiatti,R.Maina,M.Tumiatti M.Pompilli and R.Bartnikas,“Corrosive Sulfurin Insulating Oils:Its Detection and Correlated Power ApparatusFailures”,IEEE Trans.Power Del.,Vol.23,pp.508-509,2008))。因此，考虑基于绝缘油中的二苄二硫浓度、对充油电气设备中发生异常的可能性进行预测。
但是，已知有二苄二硫与铜发生反应而生成的油中的合成物(complex)吸附于绝缘纸之后，分解并作为硫化铜析出(例如，非专利文献3：S.Toyama,J.Tanimura,N.Yamada,E.Nagao以及T.Amimoto,“二苄二硫的高灵敏度检测方法和绝缘油中生成硫化铜的机理论述”,道波客户会议,波士顿,马萨诸塞州,美国,论文IM-8A,2008(S.Toyama,J.Tanimura,N.Yamada,E.Nagao and T.Amimoto,“High sensitive detection method of dibenzyl disulfide and theelucidation of the mechanism of copper sulfide generation ininsulating oil”,Doble Client Conf.,Boston,MA,USA,PaperIM-8A,2008))，由于硫化铜的生成，减少了矿物油中的二苄二硫浓度。因此，即便单纯对从现有设备提取的矿物油中的二苄二硫浓度进行测量，也无法对充油电气设备中发生异常的可能性进行预测。
另一方面，很久以来，作为与向上述的绝缘纸表面析出硫化铜所不同的现象，已知有在金属表面析出的硫化铜。在这种情况下，如果硫化铜的生成量增加，会使硫化铜从金属表面剥离，在绝缘油中漂浮从而降低设备的绝缘性能。
作为预防保全该现象的方法，有在设备内设置对硫化铜向金属表面的生成进行检测的构件的方法(例如，专利文献1：日本专利特开平4－176108号公报)。在该方法中，能通过检测构件的表面电阻的下降来对硫化铜的生成进行检测，以诊断设备的异常。
然而，所述专利文献1所示出的现有的诊断方法是关于很久以来已知的在金属表面析出的硫化铜的方法，其对象是与向绝缘纸表面析出硫化铜所不同的现象。另外，由于使用环氧树脂制成的绝缘板，与由纤维素构成的线圈绝缘纸在原材料上有所不同，因此很可能无法正确地对硫化铜向线圈绝缘纸的析出进行检测。另外，必须用对环氧树脂制成的绝缘板喷涂铜粉、使其分散并粘着的复杂方法来进行制造。另外，在粘着的铜从环氧树脂制成的绝缘板剥离的情况下，可能会成为金属异物而在绝缘油中漂浮，使变压器内的绝缘性能下降。再有，还存在如下问题：当在其他部位比检测部更早地析出硫化铜时，无法检测出设备异常。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平4－176108号公报
非专利文献
非专利文献1：CIGRE TF A2.31,“变压器绝缘中的硫化铜”ELECTRA,第224卷,第20-23页,2006(CIGRE TF A2.31,“Coppersulphide in transformer insulation,”ELECTRA,No.224,pp.20-23,2006)
非专利文献2：F.Scatiggio,V.Tumiatti,R.Maina,M.Tumiatti M.Pompilli以及R.Bartnikas,“绝缘油中的腐蚀性硫：其检测和相关的电力设备故障”,IEEE Trans.Power Del.,第23卷,第508-509页,2008(F.Scatiggio,V.Tumiatti,R.Maina,M.Tumiatti M.Pompilli and R.Bartnikas,“Corrosive Sulfur inInsulating Oils:Its Detection and Correlated Power ApparatusFailures”,IEEE Trans.Power Del.,Vol.23,pp.508-509,2008)
非专利文献3：S.Toyama,J.Tanimura,N.Yamada,E.Nagao以及T.Amimoto,“二苄二硫的高灵敏度检测方法和绝缘油中生成硫化铜的机理论述”,道波客户会议,波士顿,马萨诸塞州,美国,论文IM-8A,2008(S.Toyama,J.Tanimura,N.Yamada,E.Nagao and T.Amimoto,“High sensitive detection method ofdibenzyl disulfide and the elucidation of the mechanism ofcopper sulfide generation in insulating oil”,Doble Client Conf.,Boston,MA,USA,Paper  IM-8A,2008)
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供一种通过对当前的充油电气设备进行分析来对将来在该充油电气设备中因硫化铜的生成而发生故障的可能性进行预测的方法。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明是一种方法，是对充油电气设备中发生异常的可能性进行预测的方法，包含：
(1)对从运行中的充油电气设备提取的绝缘油中的二苄二硫残留浓度进行测定的工序；
(2)求出相对于所述充油电气设备的运转开始时的二苄二硫初始浓度、所述二苄二硫残留浓度的估计减少量的工序；
(3)从所述二苄二硫残留浓度和所述估计减少量，计算出所述二苄二硫初始浓度的工序；以及
(4)将所述二苄二硫初始浓度与特定的管理值进行比较的工序。
优选为从二苄二硫浓度的平均减少速度和所述充油电气设备的运转年数，求出所述估计减少量。
优选为将所述平均减少速度作为在设置于所述充油电气设备内的线圈的等效温度下的二苄二硫浓度的减少速度来求出。
优选为从充油电气设备的试验数据、运转负载率、环境温度的信息，求出所述线圈的等效温度。
发明效果
在本发明的对充油电气设备中发生异常的可能性进行预测的方法中，通过对运行中的充油电气设备进行分析，对在运转开始时刻矿物油所包含的作为原因物质的二苄二硫浓度进行估计，从而能对将来在该充油电气设备中因硫化铜的生成而发生故障的可能性进行预测。
附图说明
图1是示出实施方式1的工序(1)～(3)的流程图。
图2是用于对实施方式1的二苄二硫浓度的减少速度的计算方法进行说明的概念图。
图3是示出在温升(heat run)试验中得到的温度分布的概念图。
图4是示出将运转负载率作为参数的情况下的线圈温度的概念图。
图5是示出将气温作为参数的情况下的线圈温度的概念图。
图6是用于对实施方式1的运转开始时刻的二苄二硫浓度的计算方法进行说明的概念图。
具体实施方式
以下，对充油电气设备是变压器的情况下的本发明的预测方法的一个实施方式进行说明。
图1是用于对本实施方式的预测方法中的
(1)对从运行中的变压器提取的绝缘油中的二苄二硫残留浓度进行测定的工序；
(2)求出相对于上述变压器的运转开始时的二苄二硫初始浓度、上述二苄二硫残留浓度的估计减少量的工序；以及
(3)从上述二苄二硫残留浓度和上述估计减少量，计算出上述二苄二硫(以下简称为DBDS)初始浓度的工序
进行说明的流程图。以下，对各个工序进行详细说明。
(工序1)对DBDS残留浓度进行测定的工序
工序1如图1所示，由从变压器提取油的工序、以及对提取的油的DBDS残留浓度进行测定的工序组成。
可使用种种公知的方法来作为对提取的油的DBDS残留浓度进行测定的方法，例如可举出用气相色谱仪进行分析的方法(例如，非专利文献3：S.Toyama,J.Tanimura,N.Yamada,E.Nagao以及T.Amimoto,“二苄二硫的高灵敏度检测方法和绝缘油中生成硫化铜的机理论述”,道波客户会议,波士顿,马萨诸塞州,美国,论文IM-8A,2008(S.Toyama,J.Tanimura,N.Yamada,E.Nagao and T.Amimoto,“High sensitive detection method of dibenzyl disulfideand the elucidation of the mechanism of copper sulfidegeneration in insulating oil”,Doble Client Conf.,Boston,MA,USA,Paper IM-8A,2008))。通过这种方法能求出绝缘油中的DBDS残留浓度。
(工序2)求出DBDS浓度的估计减少量的工序
如图1所示，工序2包括：
从变压器的试验数据，掌握变压器的运转负载率和环境温度、与变压器内的线圈温度之间的关系的工序(工序2－1)；
从变压器的运转负载率和环境温度的信息、以及在工序2-1中得到的关系，求出变压器内的线圈的等效温度的工序(工序2－2)；
求出该线圈的等效温度下的DBDS浓度的减少速度(平均减少速度)的工序(工序2－3)；以及
从变压器的运转年数的信息和上述平均减少速度，求出DBDS浓度从运转开始时刻以来的估计减少量的工序(工序2－4)。
(工序2－1)掌握变压器的运转负载率和环境温度、与变压器内的线圈温度之间的关系的工序
通过下述的温升试验来掌握变压器的运转负载率和环境温度、与变压器内的线圈温度之间的关系。
(温升试验)
变压器的温升试验是为了掌握将绕组和铁芯冷却的特性而对规定的负载条件下的温度上升进行测定的试验，例如，能通过按照JEC－2200的基于短路连接的等效负载法(JEC－2200的41页)来进行。在该试验中，实际测量变压器的底部和上部的油的温度。从实际测量的线圈绕组的电阻值，计算出线圈绕组的温度(JEC－2200的42页)。
通过温升试验求出的变压器中的绝缘油的温度和线圈绕组的温度在图3中示意性示出。由于通电电流所导致的线圈绕组的发热，油的温度在线圈的下部最低，在上部最高。例如，得到如图3所示的那样的、变压器中的绝缘油的温度和线圈绕组的温度的分布(线圈绕组的平均温度：70℃，上部油温：60℃，下部油温：40℃)(此外，在图3中，纵轴的数值示出绝缘油或线圈绕组的温度，是假定值而不是实测值)。
基于该方法，在固定的环境温度下，对变压器以某个运转负载率(40％，60％，80％，100％)进行运转的情况下的变压器的底部和上部的绝缘油的温度进行测定，从该测定值求出以运转负载率为参数的情况下的变压器的各部分(从底部到上部)的线圈温度。其结果在图4中示意性示出。
另外，在某个环境温度(5℃，20℃，35℃)下，对变压器以固定的运转负载率进行运转的情况下的变压器的底部和上部的绝缘油的温度进行测定，从该测定值求出以环境温度为参数的情况下的变压器的各部分(从底部到上部)的线圈温度。其结果在图5中示意性示出。
这样，能掌握变压器的运转负载率和环境温度、与变压器内的线圈温度之间的关系。
(工序2－2)求出变压器内的线圈的等效温度的工序
(确定平均环境温度)
虽然设置有变压器的环境的气温并不固定，但是能通过应用考虑了一天内和一年内的气温变动的方法来求出变压器的整个运转期间中的平均环境温度(例如，皆川忠郎、永尾荣一、土江瑛、米泽比吕志、高山大辅、山川丰“老化GIS中的O形圈的劣化特性”、电学理论B、125卷3号、2005年(皆川忠郎，永尾栄一，土江瑛，米沢比呂志，高山大輔，山川豊“高経年GISにおけるOリングの劣化特性”、電学論B、125巻3号、2005年))。
(确定平均运转负载率)
能从设置有变压器的变电站的记录求出运转负载率在变压器的整个运转期间中的平均。
(确定线圈的等效温度)
首先，基于在上述工序2－1中掌握的变压器的运转负载率和环境温度、与变压器内的线圈温度之间的关系，求出在上述平均环境温度和平均运转负载率下的变压器内的从底部到上部的线圈温度。
接着，掌握变压器内的从底部到上部的线圈温度和DBDS浓度的减少速度之间的关系。变压器内的温度在线圈下部最低，在线圈上部最高。另一方面，DBDS和铜的反应具有温度依赖性，温度升高则反应速度加快。因此，在温度低的线圈下部，DBDS浓度的减少速度较慢，在温度高的线圈上部，DBDS浓度的减少速度较快。
具体而言，生成硫化铜的化学反应中，如果温度升高10℃，则反应速度加快为2倍。基于该温度依赖性，估计DBDS浓度的减少速度在线圈温度升高10℃时也会加快为2倍。然后，基于该估计，能制作表示变压器内的从底部到上部的线圈温度和DBDS浓度的减少速度之间的关系的曲线图(图2中示出示意性曲线图)。
在图2中，求出使区域A和B的面积值相等的温度作为线圈的等效温度。
(工序2－3)求出DBDS浓度的平均减少速度的工序
该等效温度下的DBDS浓度的减少速度成为DBDS浓度的平均减少速度(参照图2)。
(工序2－4)求出DBDS浓度的估计减少量的工序
从变压器的运转年数的信息和在上述工序2－3中求出的DBDS浓度的平均减少速度，求出DBDS浓度从运转开始时刻以来的估计减少量。
(3)计算出DBDS浓度的初始估计值的工序
图6是用于对运转开始时刻的DBDS浓度的计算方法进行说明的概念图。能从提取的油中的DBDS浓度(DBDS残留浓度)和在工序2－4中求出的DBDS浓度的估计减少量(从DBDS浓度的平均减少速度和运转年数求出的值)，求出运转开始时刻的DBDS浓度(DBDS初始浓度)。
即使从运行中的变压器提取的绝缘油中的DBDS浓度(DBDS残留浓度)相同，只要线圈温度不同，运转开始时刻的DBDS浓度(DBDS初始浓度)也会成为不同的值。例如，在线圈温度高的情况下，DBDS浓度的减少速度加快，相对于运转开始时刻的DBDS浓度的减少量增大，因此运转开始时刻的DBDS浓度成为较高的值。
(4)将二苄二硫初始浓度与特定的管理值进行比较的工序
作为油中的DBDS浓度的管理值(DBDS管理浓度)，推荐为10ppm(例如，CIGRE WG A2-32,“变压器绝缘中的硫化铜”,最终报告手册378,2009(CIGRE WG A2-32,“Copper sulphide in transformerinsulation”,Final Report Brochure 378,2009))。通过将利用上述方法求出的运转开始时刻的DBDS浓度与管理值进行比较，例如，如果比管理值高的话，则可预测为因在绝缘纸析出的硫化铜而发生异常的可能性较在高。在判断为发生异常的可能性较高的情况下，能采取措施等，以促使注意到该充油电气设备有可能因硫化铜而产生故障。
这样，在本发明的充油电气设备中的硫化铜的诊断方法中，通过对从现有的(运行中的)充油电气设备提取的绝缘油进行分析并求出DBDS浓度的工序、考虑充油电气设备的线圈温度及其温度分布而求出DBDS浓度的平均减少速度的工序、以及从充油电气设备的运转年数求出DBDS浓度从运转开始时刻以来的减少量的工序，求出运转开始时刻的DBDS浓度。
因此，通过将运转开始时刻的作为原因物质的DBDS浓度与特定的管理值进行比较，能对充油电气设备中因硫化铜而发生绝缘破坏的危险性进行评价。
在上述说明中，虽然主要以变压器的情况为例进行具体说明，但是在其他充油电气设备的情况下或使用矿物油等包含硫磺的油的设备或系统的领域中，也能进行利用。
本次揭示的实施形态应解释为所有要点都是例示而不受限制。本发明的范围应理解为并非由上述说明而是由权利要求书示出，包含了与权利要求书等同的意思和范围内的所有变化。

Claims (1)

1.一种对充油电气设备中发生异常的可能性进行预测的方法，其特征在于，包含：
(1)对从运行中的充油电气设备提取的绝缘油中的二苄二硫残留浓度进行测定的工序；
(2)求出相对于所述充油电气设备的运转开始时的二苄二硫初始浓度的、所述二苄二硫残留浓度的估计减少量的工序；
(3)将所述二苄二硫残留浓度和所述估计减少量相加，计算出所述二苄二硫初始浓度的工序；以及
(4)将所述二苄二硫初始浓度与特定的管理值进行比较的工序，
将二苄二硫浓度的平均减少速度和所述充油电气设备的运转年数相乘，求出所述估计减少量，
所述平均减少速度是在设置于所述充油电气设备内的线圈的等效温度下的二苄二硫浓度的减少速度，
从充油电气设备的试验数据、运转负载率、环境温度的信息，制作表示所述线圈的从底部到上部的温度分布和二苄二硫浓度的减少速度之间的关系的曲线图，根据该曲线图，求出所述线圈的等效温度及所述平均减少速度。
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