CN103760322A - 一种评估电力变压器绝缘油工作状态的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种评估电力变压器绝缘油工作状态的方法,该方法通过测量出绝缘油在70℃、70—90℃等间隔的各温度点、90℃时所对应的各介质损耗因数tgδ，从而建立温度参数与介质损耗因数之间的数学关系式，得到所述数学关系式的系数，该系数能最大程度反映该数学关系式所对应的线型的趋势走向，然后进一步分析该系数处于何种数值范围，以评估当前绝缘油所处的工作状态。该方法可提前预知变压器绝缘油的工作状态，从而提前发现绝缘油的异常或有针对性跟踪检测，以尽早排除隐患或放心使用，而且该方法操作简便、全面具体、准确性高、智能化程度高，为变压器设备能否正常运行及检修提供可靠的科学依据。

Description

一种评估电力变压器绝缘油工作状态的方法

技术领域

本发明涉及电力变压器绝缘油的检测领域，具体涉及一种主要对运行中的电力变压器油工作状态（正常状态、异常状态、注意状态）进行评估的方法。

背景技术

电力变压器绝缘油的主要作用是绝缘、灭弧、散热和载体信息传递。变压器绝缘油的品质是保证电力变压器安全运行的必备条件。

电介质在电场作用下（加电压后），要发生极化过程和导电过程。有损极化过程中有能量损耗；在导电过程中，电导性泄漏电流流过绝缘电阻当然也有能量损耗。损耗程度一般用单位时间内损耗的能量，即损耗功率表示。电介质出现功率损耗的过程称为介质损耗，介质损耗通常以介质损失角正切tgδ表示，tgδ也叫介质损耗因数，当变压器绝缘油的介质损耗因数tgδ越大，运行中的变压器越容易温度升高，绝缘电阻值等性能越容易下降，介质损耗因数的测定是检测绝缘油状态好坏的重要手段之一。而影响介质损耗因数的主要因素是：绝缘油含水量、所含的极性物质、净化程度和老化深度、温度以及施加的电压和频率等等。考核绝缘油工作状态的参数主要包括：介质损耗因数、极性物质含量、绝缘油电阻值。

当前电力变压器绝缘油的工作状态的检测方法主要有：油介质损耗、油击穿电压、检测微水等方法。其中油介质损耗法最常用，它仅测量在90℃的介质损耗因数，若介质损耗因数tgδ(%)大于4就以此判断变压器油不合格。但此方法主要有两点局限性：一是只检测变压器油在90℃时的介质损耗因数,而介质损耗因数是动态变化的，是随着温度升高而升高的，单靠一个90℃很局限，不能观察出其随温度升高的变化趋势，因此不能提前预知、明显分辨出变压器的好坏；二是没考虑到少量极性物质对油的介质损耗影响的不确定性。在实践中已证实当绝缘油的导电极性物质足够量时，一定会出现电力变压器整体绝缘电阻下降的结果，当绝缘油中含有过量的极性物质时，变压器整体绝缘电阻，可以由数万兆欧（MΩ）下降到1000兆欧（MΩ）左右，严重影响电力变压器的安全运行。可是，极性物质量极小时，用化学方法尚不能察觉时，油介质损耗因数一般也较低，但有时却出乎意料的较高，此时，当极性物质较少时，用介质损耗因数不能直接、准确判断变压器油的绝缘工作状态是否变劣。

目前国际电力标准(IEC)的绝缘油试验方法规程，还没有涉及到绝缘油的极性导电物质，直接对电力设备的绝缘影响环节，也没有涉及到检测绝缘油的安全运行工作状态，对电力变压器绝缘的影响。现今的做法是：用化学方法首先检测出绝缘油中是否有较大的导电极性物质（硫元素、腐蚀性硫、金属离子等），然后检测变压器绝缘油的介质损耗并停电检测电力变压器的绝缘电阻，或在电力变压器绝缘电阻下降时，检测油中“金属离子”、腐蚀性硫等，再进行综合分析。还有，玻璃器皿对油有吸附作用，用琉璃器皿盛取油样，存放油样的时间过长，会严重影响测量的准确度。应采用聚乙烯塑料瓶避光取样，并在取样的当天进行测试，受时间限制强，操作不便。

除此之外，现有技术最大不足在于:不能提前预知变压器绝缘油的工作状态。现有技术采用的是定期“计划检测”，由于不知变压器油的实际状况，具有盲目性。上述现有方法的不足可以简单概括为以下两个方面：一方面，这种不管变压器绝缘油的状态如何，到了规定时间就进行检测的方式往往不能做到“当检即检”，有的放矢。另一方面，对存在严重缺陷或故障、确实需要维护的变压器绝缘油由于未到检测周期而未能及时发现问题并处理，使有缺陷的变压器有不断发展导致事故发生，危及电网的安全运行。

因此，现有计划检测的方法，不能在通电状态下提前预知哪一台变压器的绝缘油在未来可能出现异常，从而不能实现有针对性的、跟踪检测和评估，影响了对可能出现异常的变压器油提前防范、及时维护，还影响了变压器整体的运行效率，造成人力物力的浪费。

总之，目前的变压器绝缘油检测办法，操作不方便，存在有局限性、准确性差、智能化程度低的问题。而且无法提前预知变压器绝缘油的工作状态。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种可以提前预知变压器绝缘油的工作状态的变压器绝缘油评估方法，从而提前发现绝缘油的异常或有针对性跟踪检测，以尽早排除隐患或放心使用，而且该方法操作简便、全面、准确性高、智能化程度高。

为实现上述发明目的，本发明采用技术方案是：该方法通过测量出绝缘油在70℃、70—90℃等间隔的各温度点、90℃时所对应的各介质损耗因数tgδ，从而建立温度参数与介质损耗因数之间的数学关系式，得到所述数学关系式的系数，该系数能最大程度反映该数学关系式所对应的线型的趋势走向，然后进一步分析该系数处于何种数值范围，以评估当前绝缘油所处的工作状态。

作为本发明方式之一：该评估方法包括以下步骤：

步骤一：从正在运行的变压器中取出部分绝缘油；

步骤二：采用介质损耗测试仪将取出的部分绝缘油自70℃升温至90℃，并分别测量出绝缘油在70℃，75℃，80℃，85℃，90℃温度下的介质损耗因数tgδ；

步骤三：将所得数据采用数据分析软件得出以温度为x坐标，以介质损耗因数为y坐标,求出线性数学关系式y=kx+b；

步骤四：对线性数学关系式中的系数k进行评估，当k>0.050，绝缘油为异常状态，绝缘油已经不能满足运行要求；当0.020≤k≤0.050，绝缘油为注意状态，绝缘油可能近期出现问题，需要跟踪监测；k<0.020，绝缘油为正常状态，绝缘油表现稳定，可以放心使用。

为更大范围适应不同的用电环境，本发明方法对变压器停电或不停电时都可以取出部分绝缘油进行评估。

为了更直观、更贴近实际反映数据的变化趋势，所述线性数学关系式y=kx+b是采用最小二乘法求得的拟合直线的关系式。

作为本发明的另一优选方式：所述数据分析软件采用Microsoft Office Excel，采用Microsoft Office Excel得出线性数学关系式y=kx+b。

本发明的积极效果是：根据变压器油的介质损耗因数与温度变化之间的关系，得出变压器绝缘油工作状态的变化趋势关系式，通过关系式得出k值，分析比较变压器绝缘油处于哪种状态，提前预知绝缘油的工作状态，是否需要检修或继续跟踪检测评估，具有极强的针对性和实时性，而且经过大量详实的实验证实，本方法对评估油的工作状态具有很强的准确性、可靠性、稳定性。本方法填补了传统计划检测不足，做到“当检即检”，节省了大量的人力物力，而且，克服了现有的介质损耗因数、极性物质检测等方法的片面性、局限性、准确性较差、受干扰因素多等弊端，通过计算机软件自动计算、分析，智能化程度高，而且操作简便，全面具体，本创新成果国内外首创，是一种全新的检测概念，运用此方法指导实际工作，为设备能否正常运行及试验、检修提供更可靠的科学依据，对确保变压器设备的安全运行具有十分重要的意义，因此本发明具有较高的推广应用价值。

附图说明

图1是如何运用Microsoft Office Excel软件取得数学关系式的第（1）步操作的界面截图；

图2是如何运用Microsoft Office Excel软件取得数学关系式的第（2）步操作的界面截图；

图3是如何运用Microsoft Office Excel软件取得数学关系式的第（3）步操作的界面截图；

图4是如何运用Microsoft Office Excel软件取得数学关系式的第（4）步操作的界面截图；

图5是如何运用Microsoft Office Excel软件取得数学关系式的第（5）步操作的界面截图；

图6是如何运用Microsoft Office Excel软件取得数学关系式的第（6）步操作的界面截图；

图7是如何运用Microsoft Office Excel软件取得数学关系式的第（7）步操作的界面截图；

图8是如何运用Microsoft Office Excel软件取得数学关系式的第（8）步操作的界面截图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，下面结合附图是对实施例详细说明：

该方法通过测量出变压器绝缘油在70℃、70—90℃之间等间隔的各温度点、90℃时所对应的各介质损耗因数tgδ，从而建立温度参数与介质损耗因数之间的数学关系式，得到所述数学关系式的系数，该系数能最大程度反映该数学关系式所对应的线型的趋势走向，然后进一步分析该系数处于何种数值范围，以评估当前绝缘油所处的工作状态。说明：除了测量70℃、90℃两个温度点的tgδ，还测量70—90℃之间等间隔的各温度点的各tgδ，所述等间隔的数值范围一般为2—5，优选5，也就是优选每隔5℃（即：75℃、80℃、85℃）测量一个tgδ，共得到五个温度点：70℃、75℃、80℃、85℃、90℃的tgδ。

具体操作时，本发明优选包括以下具体步骤：

步骤一：按照目前电力行业操作标准从正在运行的变压器中取出部分绝缘油，绝缘油一般取50—120毫升。另外，本发明对变压器停电不停电都可以取出部分绝缘油进行评估，以更大范围适应不同的用电环境。

步骤二：采用介质损耗测试仪将取出的部分绝缘油自70℃升温至90℃，并由介质损耗测试仪测量出绝缘油在70℃，75℃，80℃，85℃，90℃下的介质损耗因数。我们测量介质损耗因数采用符合电力行业要求的介质损耗测试仪，无特殊要求。

步骤三：将所得数据用MicrosoftOfficeExcel得出以温度为横坐标即x坐标，以介质损耗因数为纵坐标即y坐标。MicrosoftOfficeExcel是美国微软公司开发的办公软件，主要用作对数据处理和图表处理。操作MicrosoftOfficeExcel（以下简称Excel）软件取得数学关系式包括以下8个小步骤，现举例说明：

（1）如图1所示，打开Excel界面后输入数据:各温度值：70,75,80,85,90，对应温度下的各介质损耗值:0.898,0.926,0.948,0.991,1.032。

(2）如图2所示，先选中小步骤（1）的各数据，然后用鼠标点击插入，再点击“散点图”。

(3)如图3所示，鼠标点击“散点图”中的折线图标。因为，变压器绝缘油的介质损耗因数一般情况下随温度上升而增加，随温度下降而减少，属线性关系。

（4）如图4所示，界面中自动出现折线，然后点击上工具栏中的“布局”。

（5）如图5所示，点击“趋势线”图标，然后点击“趋势线”图标下面的小三角。

（6）如图6所示，点击“趋势线”栏下的其他“趋势线选项（M）…”

（7）如图7所示，先选中“趋势线选项”，先点击选中“线性”，再点击“显示公式（E）”，最后，点击下方的“关闭”。因为使用线性关系式时y随x增长只与k一个系数有关，而用其他选项时y随x增长与两个系数有关，也不符合实际。

（8）如图8所示，此时画面会自动出现拟合直线以及拟合直线对应的数学关系式：y=0.006x+0.426，得到k=0.006，k是斜率，能最大程度反映y=kx+b所对应直线的趋势走向，k就是我们想要得到的系数。

说明：通过Excel软件将测量得的数据以中温度为横坐标(x)，以介质损耗因数为纵坐标(y)在坐标得出数学关系式：y=kx+b，y=kx+b是优选采用最小二乘法求得的拟合直线关系式。根据统计学中数据分析，用最小二乘法求拟合曲（直）线更能反应数据的变化趋势，Excel软件对该数据处理也是基于最小二乘法法则进行的，最小二乘法（又称最小平方法）是一种数学优化技术。它通过最小化误差的平方和寻找数据的最佳函数匹配。利用最小二乘法可以简便地求得未知的数据，并使得这些求得的数据与实际数据之间误差的平方和为最小。通过Excel软件得到线性关系式y=kx+b，其中k反应y随x的增长快慢。本发明的数据分析软件并不仅限于Excel软件，发明人在实践中发现运用matlab软件（美国MathWorks公司出品的商业数学软件）也可以得到数学关系式：y=kx+b，x代表温度，y代表tgδ，系数k能最大程度代表线性曲（直）线的趋势走向，因此，需要进一步判断系数值k的大小处于哪个标准范围内，进而判断油处于何种工作状态，与上述原理是一致的，因此，不仅Excel，其它现有的数学分析软件也能实现步骤三的数学分析效果。另外，温度与介质损耗因数之间关系的数学关系式，也不仅限于运用最小二乘法法则取得，最小二乘法法则是我们优选的，也是Excel软件自带的计算法则，实践中也可采用其它的计算法则。

步骤四：对数学关系式子中的系数k进行评估，当k>0.050，绝缘油为异常状态，绝缘油已经不能满足运行要求；当0.020≤k≤0.050，绝缘油为注意状态，绝缘油可能近期出现问题，需要跟踪监测；k<0.020，绝缘油为正常状态，绝缘油表现稳定，可以放心使用。

需要说明的是0.050，0.020是申请人通过分析大量测量数据和实际工作总结出来的，总结所检测的大量数据并验证得出的这个规律，从而划定了三个闭合的数值范围空间：大于0.050，大于或等于0.020小于或等于0.050，小于0.020，在此基础上，进一步分析系数k属于哪个数值范围。进而判断其是否属于“正常状态，注意状态，异常状态”，“正常状态，注意状态，异常状态”，只是申请人对变压器油是否满足运行状态的一种术语，无特殊含义。

下面结合实例进行详细说明：

申请人自2009年—2013年期间，为验证本发明的科学性、准确性、稳定性，组织相关专业技术人员在湖南省怀化地区的各变电站进行了实地长期、严谨的、周密的试验，对所管辖的所有运行中变压器的绝缘油进行常规测量时，测量出变压器绝缘油在70℃，75℃，80℃，85℃，90℃下的介质损耗因数，并通过验证相关的参数，得出了试验结论。试验过程未对外公开，申请人、试验人员、参与人员均采取了保密措施，试验人员、参与人员负有保密义务，因此整个试验及结论在申请日前属保密状态。申请人组织人员对试验结果的数据进行了分析、梳理、归纳，试验结果如下表：

正常状态实例61例：

结论说明：经怀化地区电力部门权威检测，经检测上述变压器绝缘油的体积电阻率大于1×10¹⁰Ω·m，外观透明、无机械混合物，极性物质、安定性符合标准，因此，上述变压器绝缘油属于不影响正常运行的“正常状态”。申请人发现：没出问题的变压器油的介质损耗因数随温度上升不明显，一个显著的特征就是k的值都小于0.020，因此，通过该方法，当k＜0.020时，可以准确预知绝缘油的工作状态为正常状态。

注意状态14实例：

结论说明：经怀化电力部门检测发现：当0.020≤k≤0.050时，经过跟踪监测出现连续两次(两次间隔1个月左右时间)正常状态就可停止跟踪监测，可以正常使用，如果一直是注意状态应继续跟踪监测；如果出现一次异常状态应停止变压器运行。

如上图表中的安江变电站#1：2009年3月11日k=0.019，4月11日k=0.015；城中变电站#1：2009年3月11日k=0.019，4月11日k=0.013；飞马变电站#2：2010年7月9日k=0.017，8月10日k=0.013；田庄变压器#1：2011年7月22日0.18，8月22日k=0.015；辰溪变电站#1：2013年7月26日k=0.017，8月26日k=0.013；自第二次跟踪监测起出现连续两次(两次间隔1个月左右时间)正常状态（经实地连续两次检测：此5台变压器绝缘油的体积电阻率，外观透明、无机械混合物，极性物质、安定性确实符合标准。）就停止跟踪监测；而公坪变电站#1：2011年2月8日k=0.034，3月7日k=0.19，4月6日k=0.15；上垄头变电站#1：2009年3月19日k=0.23，4月20日k=0.17，5月19日k=0.13；泸阳变电站#1：2012年3月16日k=0.31，4月16日k=0.17，5月16日k=0.14；湾潭变压器#4：2013年7月26日k=0.034，8月26日k=0.19，9月26日k=0.12；沃溪变电站#1：2010年2月10日k=0.26，3月12日k=0.16，4月12日k=0.12；自第三次跟踪监测起出现连续两次(两次间隔1个月左右时间)正常状态（经实地连续两次检测：此5台变压器绝缘油的体积电阻率，外观透明、无机械混合物，极性物质、安定性确实符合标准。）就停止跟踪监测。如果出现一次异常状态应停止变压器运行，如长泥坡变电站#1和乐安铺变电站#2跟踪到两月后出现异常，经检测两变压站的变压器的绝缘电阻均大幅下降，分别由30200MΩ下降到1150MΩ、31000MΩ下降到1300MΩ。后经测量长泥坡变电站#1和乐安铺变电站#2的绝缘油的体积电阻率均分别是4.2×10¹⁰Ω·m，4.6×10¹⁰Ω·m，（目前，变压器绝缘油是否正常运行的重要标准之一是变压器的绕组绝缘电阻是否大幅下降，因此，需要变压器的绕组绝缘电阻是否大幅下降来验证），李家坡变电站#1跟踪到四月后出现异常，经检测该站的变压器的绝缘电阻大幅下降，分别由30600MΩ下降到1260MΩ，铜离子含量为0.82mg/kg(正常状态不大于0.4mg/kg)），新街变电站#1跟踪到五月后出现异常（经检测该站的变压器的绝缘电阻大幅下降，分别由30900MΩ下降到1380MΩ且经检测发现水分分别是31mg/L（前标准运行中的变压器绝缘油的水分小于或等于25mg/L为正常）。

发现：当0.020≤k≤0.050时，经跟踪实地检测有的变压器绝缘油保持正常状态，有的变压器绝缘油则出现异常，实际上使我们对变压器绝缘油的检测更有针对性、更有侧重点，目的有两个：一是防范于未然，二是有问题能及时发现，需要增加测量次数，跟踪检测，及时维护。因此，当0.020≤k≤0.050时，绝缘油工作状态处于注意状态，通过实例再次证明了本方法是科学的、准确的、可靠的，能够提前预知、提前防范变压器绝缘油是否变劣。

异常状态10个实例：

结论说明：经怀化电力部门检测发现：当k＞0.050时，变压器油经检测为异常状态，应停止变压器运行，查找引起变压器油变坏的原因，根据具体原因对变压器油做出相应的处理，如上表中，中方变电站#1在得到k＞0.050时，停电后经检测变压器的绕组绝缘电阻的确大幅下降，由30000MΩ下降到1200MΩ（目前，变压器绝缘油是否正常运行的重要标准之一是变压器的绕组绝缘电阻是否大幅下降，因此，需要变压器的绕组绝缘电阻是否大幅下降来验证，下同），城中变电站#2得到k＞0.050时，停电后经检测变压器的绕组绝缘电阻的确大幅下降，由29000MΩ下降到1100MΩ，飞山变电站#1得到k＞0.050时，停电后经检测变压器的绕组绝缘电阻的确大幅下降，由30000MΩ下降到1300MΩ，长泥坡变电站#2在得到k＞0.050时，停电后经检测变压器油的铜离子含量为0.8mg/kg(正常状态不大于0.4mg/kg)，后经吸附过滤等等。乐安铺变电站#2，沃溪变电站#1，黔南变电站#1在得到k＞0.050时，经检测乐安铺变电站#2，沃溪变电站#1，黔南变电站#1的绝缘油的体积电阻率均分别是4×10¹⁰Ω·m，4.7×10¹⁰Ω·m，4.5×10¹⁰Ω·m，绝缘油的体积电阻率和变压器的绝缘电阻是两个概念，单位也不一样，目前标准运行中的变压器绝缘油的体积电阻率大于或等于5×10¹⁰Ω·m，这三个站绝缘油经处理后仍达不到要求，于是更换变压器油，后来测量该三个站的变压器及变压器油一切参数值正常。田庄变电站#2，桥头变电站#1，新街变压器#1的绝缘油后经检测发现水分分别是30mg/L，36mg/L，29mg/L，前标准运行中的变压器绝缘油的水分小于或等于25mg/L，后经吸附过滤等处理后符合正常运行要求。

发现：变压器油k＞0.050时，经检测变压器油的确出现异常，k＞0.050说明介质损耗因数随温度上升趋势比较快，变压器油应为异常状态，应当及时停电认查找原因，避免辖区内运行变压器出现重大事故。

因此，采用本发明评估变压器绝缘油工作状态是科学的、准确的、可靠的，并且达到了提前预知、提前防范有问题的变压器绝缘油的目的。

上述表达的图形、说明，仅为本发明的几种较佳实施例而已，并非是对本发明的保护范围进行限制，凡根据本发明权利要求所作的等同变化或修饰，均为本发明权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种评估电力变压器绝缘油工作状态的方法,其特征在于：该方法通过测量出绝缘油在70℃、70—90℃等间隔的各温度点、90℃时所对应的各介质损耗因数tgδ，从而建立温度参数与介质损耗因数之间的数学关系式，得到所述数学关系式的系数，该系数能最大程度反映该数学关系式所对应的线型的趋势走向，然后进一步分析该系数处于何种数值范围，以评估当前绝缘油所处的工作状态。

2.根据权利要求1所述的一种评估电力变压器绝缘油工作状态的方法,其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：从正在运行的变压器中取出部分绝缘油；

步骤二：采用介质损耗测试仪将取出的部分绝缘油自70℃升温至90℃，并分别测量出绝缘油在70℃，75℃，80℃，85℃，90℃温度下的介质损耗因数tgδ；

     步骤三：将所得数据采用数据分析软件得出以温度为x坐标，以介质损耗因数为y坐标,求出线性数学关系式y=kx+b；

 步骤四：对线性数学关系式中的系数k进行评估，当k>0.050 ，绝缘油为异常状态，绝缘油已经不能满足运行要求；当0.020≤k≤0.050，绝缘油为注意状态，绝缘油可能近期出现问题，需要跟踪监测；k<0.020，绝缘油为正常状态，绝缘油表现稳定，可以放心使用。

3.根据权利要求1所述的一种评估电力变压器绝缘油工作状态的方法,其特征在于：对变压器停电不停电都可以取出部分绝缘油进行评估。

4.根据权利要求2所述的一种评估电力变压器绝缘油工作状态的方法,其特征在于：所述线性数学关系式y=kx+b是采用最小二乘法求得的拟合直线的关系式。

5.根据权利要求2或4所述的一种评估电力变压器绝缘油工作状态的方法,其特征在于：所述数据分析软件为Microsoft Office Excel ，采用Microsoft Office Excel得出线性数学关系式y=kx+b。

Images