CN103278756B - 一种评估变压器油纸绝缘老化状态的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种评估变压器油纸绝缘老化状态的方法，首先对油纸试品的去极化电流进行多项指数拟合，获得油纸试品的Debye电路参数；通过获得的Debye电路参数仿真去极化电流；然后通过获得的去极化电流表达式求取去极化电量；最后，通过去极化电量判断油纸试品的绝缘老化状态。本发明采用稳定去极化电量和其绝缘纸聚合度之间所遵循的指数函数关系来表征试品的绝缘老化状态。通过对油纸试品的去极化电流进行多项指数拟合，从而通过获得的Debye电路参数仿真去极化电流，以及通过获得的去极化电流表达式来求取去极化电量，消除了噪音等因素给测试结果带来的影响，使得电流曲线平滑，通过去极化电量判断油纸试品的绝缘老化状态，判断的准确率提高了。

Description

一种评估变压器油纸绝缘老化状态的方法

技术领域

本发明涉及电气技术领域，特别涉及一种应用去极化电量评估变压器油纸绝缘老化状态的方法。

背景技术

随着我国电力工业的迅速发展，电力变压器正朝着超高压，大容量的方向发展，电力网也正组织成庞大的区域性甚至跨区域的大电网，然而，随着电力设备容量的增大和电网规模的扩大，对电力系统的安全运行和供电可靠性提出了更高的要求，油浸式电力变压器在电力系统中的地位举足轻重，是电力系统中最重要和最昂贵的电气设备之一，其运行的安全可靠性直接关系到电力系统的安全与稳定。因此，提高电力变压器特别是大型电力变压器运行的可靠性对整个电网的安全可靠运行具有十分重要的意义。对变压器油纸绝缘老化状态的评估就非常重要，然而，随着老化时间的增长，变压器中的油纸绝缘试品的检测一般采用PDC测试技术，PDC测试技术的一个不足之处是极易受现场噪音干扰，使测得的电流曲线出现很多波动，电流曲线不平滑。因此，影响了试品绝缘状态的评估。

因此急需一种能准确评估试品绝缘状态的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种能准确评估试品绝缘状态的方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的一种评估变压器油纸绝缘老化状态的方法，包括以下步骤：

S1：对油纸试品的去极化电流进行多项指数拟合，获得油纸试品的Debye电路参数；

S2：对Debye电路参数通过仿真获得去极化电流电流表达；

S3：通过去极化电流表达式获得去极化电量；

S4：通过去极化电量判断油纸试品的绝缘老化状态。

进一步，所述绝缘老化状态是通过去极化电量与绝缘纸聚合度之间的指数函数关系来判断。

进一步，所述Debye电路参数和去极化电流通过以下公式进行计算：

$i_{\mathrm{pol}}=\frac{U_0}{R_g}+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{U}_0\frac{\exp (-t/{\mathrm{\τ}}_i)}{R_i}---\left(1\right)$

$i_{\mathrm{dep}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{A}_i\exp (-t/{\mathrm{\τ}}_i)---\left(2\right)$

$A_i=U_0\frac{[1-\exp (-T_p/{\mathrm{\τ}}_i)]}{R_i}---\left(3\right)$

其中，τ_i表示时间常数τ_i＝R_i*C_i，A_i表示Debye电路各分支电流的初始值，i_pol表示极化电流，R_g表示绝缘电阻，U₀表示测量电压有效值，R_i表示Debye电路分支电阻，Ci表示Debye电路分支电阻电容，t表示测试时间，T_p表示极化电流测量时间。

进一步，所述去极化电量通过以下公式来计算：

$Q\left(t\right)={\∫}_1^{5000}{I}_{\mathrm{dep}}\left(t\right)\mathrm{dt},(1\≤t\≤5000s)---\left(4\right)$

其中，I_dep(t)表示根据Debye电路参数计算得到的去极化电流与去极化时间的关系表达式，Q(t)表示去极化t时刻的去极化电量值，t表示去极化时间。

进一步，所述通过去极化电量来判断油纸试品的绝缘老化状态按以下步骤来进行：

S41：获取不同老化程度绕组模型的去极化电量和测试时间；

S42：拟合去极化电量随测试时间的变化关系曲线Q(t)=C+A*exp(-t/B)；

S43：获取曲线Q(t)中的稳定去极化电量C；

S44：获取油纸试品的绝缘纸聚合度；

S45：拟合稳定去极化电量C和绝缘纸聚合度的变化关系曲线：

Q_stable(DP)=E*exp(-DP/F)+D；

S46：根据变化关系曲线判断油纸试品是否处于短路状态；

其中，Q_stable(DP)表示绝缘纸聚合度为某一DP值时的稳定去极化电量，DP表示绝缘纸聚合度，A表示拟合曲线所得常数，B表示拟合曲线所得常数，E表示拟合曲线所得常数，F表示拟合曲线所得常数，D表示拟合曲线所得常数，C表示稳定去极化电量，Q(t)表示去极化电量随测试时间的变化关系曲线。

本发明的优点在于：本发明采用稳定去极化电量和其绝缘纸聚合度之间所遵循的指数函数关系来表征试品的绝缘老化状态。通过对油纸试品的去极化电流进行多项指数拟合，从而通过获得的Debye电路参数仿真去极化电流，以及通过获得的去极化电流表达式来求取去极化电量，消除了噪音等因素给测试结果带来的影响，使得电流曲线平滑，通过去极化电量判断油纸试品的绝缘老化状态，判断的准确率提高了。

附图说明

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进一步的详细描述，其中：

图1为本发明实施例提供的评估变压器油纸绝缘老化状态的方法流程图；

图2为本发明实施例提供的扩展Debye电路模型示意图；

图3为本发明实施例提供的用于PDC测试的变压器绝缘绕组试品示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

图1为本发明实施例提供的评估变压器油纸绝缘老化状态的方法流程图，如图所示：本发明提供的一种评估变压器油纸绝缘老化状态的方法，包括以下步骤：

S1：对油纸试品的去极化电流进行多项指数拟合，获得油纸试品的Debye电路参数；

S2：通过获得的Debye电路参数仿真去极化电流；

S3：通过获得的去极化电流表达式求取去极化电量；

S4：通过去极化电量判断油纸试品的绝缘老化状态。本实施例中的去极化电量与绝缘纸聚合度遵循指数函数关系，绝缘纸老化越严重，绝缘纸聚合度越小，随绝缘纸聚合度的降低，稳定去极化电量值呈指数规律增大。

所述Debye电路参数和去极化电流通过以下公式进行计算：

$i_{\mathrm{pol}}=\frac{U_0}{R_g}+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{U}_0\frac{\exp (-t/{\mathrm{\τ}}_i)}{R_i}---\left(1\right)$

$i_{\mathrm{dep}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{A}_i\exp (-t/{\mathrm{\τ}}_i)---\left(2\right)$

$A_i=U_0\frac{[1-\exp (-T_p/{\mathrm{\τ}}_i)]}{R_i}---\left(3\right)$

其中，τ_i表示时间常数τ_i＝R_i*C_i，A_i表示Debye电路各分支电流的初始值（单位：A），i_pol表示极化电流（单位：A），R_g表示绝缘电阻（单位：Ω），U₀表示测量电压有效值（单位：v），R_i表示Debye电路分支电阻（单位：Ω），Ci表示Debye电路分支电阻电容（单位：F），t表示测试时间（单位：s），T_p表示极化电流测量时间（单位：s）。

所述去极化电量通过以下公式来计算：

$Q\left(t\right)={\∫}_1^{5000}{I}_{\mathrm{dep}}\left(t\right)\mathrm{dt},(1\≤t\≤5000s)---\left(4\right)$

其中，I_dep(t)表示根据Debye电路参数计算得到的去极化电流与去极化时间的关系表达式，Q(t)表示去极化t时刻的去极化电量值（单位：C），t表示去极化时间（单位：s）。

所述通过去极化电量来判断油纸试品的绝缘老化状态按以下步骤来进行：

S41：获取不同老化程度绕组模型的去极化电量和测试时间；

S42：拟合去极化电量随测试时间的变化关系曲线Q(t)=C+A*exp(-t/B)；

S43：获取曲线Q(t)中的稳定去极化电量C；

S44：获取油纸试品的绝缘纸聚合度；

S45：拟合稳定去极化电量C和绝缘纸聚合度的变化关系曲线：

Q_stable(DP)=E*exp(-DP/F)+D；

S46：根据变化关系曲线判断油纸试品是否处于短路状态；

判断油纸试品是否短路按如下方式进行：油纸试品高压电极是铜条，低压电极间是滤波及缠绕的铜线，高低压电极间是完好的多层油浸绝缘纸，高低压电极间不会短路。

其中，Q_stable表示稳定去极化电量，DP表示绝缘纸聚合度，A表示拟合曲线所得常数，B表示拟合曲线所得常数，E表示拟合曲线所得常数，F表示拟合曲线所得常数，D表示拟合曲线所得常数。

图2为本发明实施例提供的扩展Debye电路模型示意图，本实施例中的多层油纸绝缘结构可用一系列电阻和电容串并联组成的扩展Debye电路模型表示如图2，其中Cg代表被测试品的几何电容；Rg代表被测试品的绝缘电阻；R_i、C_i分别代表被测试品等效Debye电路分支的电阻和电容，电阻R_i和电容C_i分别串联后与绝缘电阻Rg并联；图3为本发明实施例提供的用于PDC测试的变压器绝缘绕组试品示意图；图中1,3为外露的油浸绝缘纸；2为中段铝箔；4为中段铝箔引线；5为铜条的引线；6为上下段铝箔的引线；铜条外侧绕有多层油浸绝缘纸1、3，将三段铝箔2紧紧包覆在最外层油浸绝缘纸上，铜板的引线5连接测试设备高压端引线，中段铝箔2连接测试设备低压端引线，上下段铝箔的引线6连接测试设备接地端引线。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种测试变压器油纸绝缘老化状态的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：对油纸试品的去极化电流进行多项指数拟合，获得油纸试品的Debye电路参数；

S2：对Debye电路参数通过仿真获得去极化电流电流表达；

S3：通过去极化电流表达式获得去极化电量；

S4：通过去极化电量判断油纸试品的绝缘老化状态，具体包括以下步骤：

S41：获取不同老化程度绕组模型的去极化电量和测试时间；

S42：拟合去极化电量随测试时间的变化关系曲线Q(t)＝C+A*exp(-t/B)；

S43：获取曲线Q(t)中的稳定去极化电量C；

S44：获取油纸试品的绝缘纸聚合度；

S45：拟合稳定去极化电量C和绝缘纸聚合度的变化关系曲线：

Q_stable(DP)＝E*exp(-DP/F)+D；

S46：根据变化关系曲线判断油纸试品是否处于短路状态；

其中，Q_stable(DP)表示绝缘纸聚合度为某一DP值时的稳定去极化电量，DP表示绝缘纸聚合度，A表示拟合曲线所得常数，B表示拟合曲线所得常数，E表示拟合曲线所得常数，F表示拟合曲线所得常数，D表示拟合曲线所得常数，C表示稳定去极化电量，Q(t)表示去极化电量随测试时间的变化关系曲线。

2.根据权利要求1所述的测试变压器油纸绝缘老化状态的方法，其特征在于：所述绝缘老化状态是通过去极化电量与绝缘纸聚合度之间的指数函数关系来判断。

3.根据权利要求1所述的测试变压器油纸绝缘老化状态的方法，其特征在于：所述Debye电路参数和去极化电流通过以下公式进行计算：

$i_{\mathrm{pol}}=\frac{U_0}{R_g}+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{U}_0\frac{\exp (-t/{\mathrm{\τ}}_i)}{R_i}---\left(1\right)$

$i_{\mathrm{dep}}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{A}_i\exp (-t/{\mathrm{\τ}}_i)---\left(2\right)$

$A_i=U_0\frac{[1-\exp (-T_p/{\mathrm{\τ}}_i)]}{R_i}---\left(3\right)$

其中，τ_i表示时间常数τ_i＝R_i*C_i，A_i表示Debye电路各分支电流的初始值，i_pol表示极化电流，R_g表示绝缘电阻，U₀表示测量电压有效值，R_i表示Debye电路分支电阻，C_i表示Debye电路分支电阻电容，t表示测试时间，T_p表示极化电流测量时间，i_dep表示去极化电流，n表示Debye电路分支数，i表示Debye电路的第i个分支。

4.根据权利要求1所述的测试变压器油纸绝缘老化状态的方法，其特征在于：所述去极化电量通过以下公式来计算：

$Q\left(t^{\′}\right)={\∫}_1^{5000}{I}_{\mathrm{dep}}{\mathrm{dt}}^{\′}---\left(4\right)$

其中，I_dep(t′)表示根据Debye电路参数计算得到的去极化电流与去极化时间的关系表达式，Q(t′)表示去极化t′时刻的去极化电量值，t′表示去极化时间，t′的取值范围为1≤t′≤5000s。