CN104215669B - 变压器绝缘系统的含水量测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了变压器绝缘部件的含水量测量方法，包括利用变压器的绝缘结构数据建立变压器绝缘系统的几何模型；试验得到多种含水量和温度条件下待测变压器绝缘材料的样品的电阻率与时间的关系曲线；将该关系曲线输入到几何模型中，使用动态电场有限元方法计算得到对应的多种含水量和温度条件下变压器绝缘电阻与时间的关系曲线RC(t)；用传统的绝缘电阻仪测量得到待测变压器的绝缘电阻与时间的关系曲线Rm(t)；将关系曲线RC(t)与关系曲线Rm(t)进行比对，得到与关系曲线Rm(t)重合度最高的一条关系曲线RC(t)，这条关系曲线RC(t)对应的含水量即为变压器的绝缘部件含水量。本发明能分别准确地测量出变压器绝缘系统的含水量。
Description
技术领域
本发明涉及变压器等油纸绝缘受潮程度检测技术领域，具体地指一种变压器绝缘系统的含水量测量方法。
背景技术
电网中变压器等油纸绝缘设备因长期运行潮气渗入，或油和纸纤维老化分解，均会在绝缘中聚集水分，后者又加速绝缘劣化，使设备绝缘损坏，最终造成电网停电事故。因而变压器等设备绝缘受潮程度(含水量)的检测，是评定设备健康状态，以便采取相应对策，保证电网安全运行的一项经常性的重要工作。
传统上广泛采用绝缘电阻仪(电子式兆欧计)通过测量1分钟绝缘电阻R1分钟和吸收比、或10分钟绝缘电阻R10分钟和极化指数，以判断绝缘设备是否受潮或有故障。传统方法因测量时间点固定且点数太少，得到表征绝缘状态的信息太少。故测量结果只能通过前后、左右比较，大致判断变压器绝缘总体状态，不能分别准确地分辨变压器的油隙和纸板的绝缘状态，更不能分别准确地估量变压器的油隙和纸板的含水量，给变压器绝缘状态评定和维护带来了一定的难度。
近些年来国外发展了几种含水量电测方法：如恢复电压法(RVM)、介损频谱法(FDS)和极化—去极化电流法(PDC)等。这些新研制的专用仪器复杂昂贵，使用难度大；软件技术如计算模型等有待完善，影响了结果判断的可信度，故未获广泛的实际应用。
参考文献(动态电场有限元方法)：K.C.Wen and others,”Acalculation method and some features of transient field under polarityreversal voltage in HVDC insulation.”IEEE Tr.on Power Delivery,Vol.8,Jan.1993。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种变压器绝缘系统的含水量测量方法，该方法能方便准确地分别测量出变压器的油隙和纸板的含水量。
为实现此目的，本发明所设计的变压器绝缘系统的含水量测量方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：在计算机中输入待测变压器的绝缘结构数据，利用上述变压器的绝缘结构数据建立变压器绝缘系统的几何模型，即X-Y-Z计算模型；
步骤2：将待测变压器绝缘材料的样品在实验室中进行试验，得到多种含水量mc和温度T℃条件下待测变压器绝缘材料的样品的电阻率与时间的关系曲线ρ(t)＝f(mc,T℃)；
步骤3：把步骤2中得到的多种含水量mc和温度T℃条件下待测变压器绝缘材料的样品的电阻率与时间的关系曲线ρ(t)＝f(mc，T℃)，输入到步骤1得到的变压器绝缘系统的几何模型中，并采用现有的动态电场有限元方法计算得到对应的多种含水量mc和温度T℃条件下变压器绝缘电阻与时间的关系曲线RC(t)；
步骤4：用传统的绝缘电阻仪测量得到待测变压器的绝缘电阻与时间的关系曲线Rm(t)；
步骤5：将步骤3中计算得到的多种含水量mc和温度T℃条件下变压器绝缘电阻与时间的关系曲线RC(t)与步骤4中实测得到的变压器的绝缘电阻与时间的关系曲线Rm(t)进行比对，得到与上述关系曲线Rm(t)重合度最高的一条关系曲线RC(t)，这条关系曲线RC(t)所对应的含水量mc即为待测变压器的绝缘系统的含水量。
本发明的有益效果：
1)本发明采用变压器绝缘系统的几何模型，用动态电场有限元计算方法，得到对应的多种含水量mc和温度T℃条件下变压器绝缘电阻与时间的关系曲线RC(t)。并将变压器实测的绝缘电阻与时间的关系曲线Rm(t)与之比对，得到对应的一条关系曲线RC(t)，从而得到待测变压器的绝缘系统含水量，整个方法比现有的方法，更能准确的得到待测变压器的绝缘系统含水量；
2)本发明采用上述方案能分别测量出变压器的油隙和纸板的含水量，而现有方法只能大致判断变压器绝缘总体状态，相比于现有的方法本发明得到的结果能使技术人员针对变压器的油隙和纸板进行更好的维护，测量结果的针对性更强。
3)本发明中所基于的绝缘电阻试验是历来国内外广泛采用的电气设备预防性试验，技术成熟，所用仪器简单。本项目利用该测量仪器及其提供的介质响应信息，并配合动态有限元计算方法判断变压器绝缘系统含水量的方法，在国内属于首创，且优于国外研制的基于复杂、昂贵仪器的方法。
附图说明
图1为本发明的软件工作流程示意图。
图2为本发明的测量接线示意图。
图3为本发明的X-Y-Z绝缘电阻计算模型示意图。
图4为本发明的含水量判断示意图。
图1中：A-软件管理(包括设备档案、输入输出、整合控制、记录储存以及数据库1)、B-建立X-Y-Z计算模型以及数据库2、C-各种含水量(mc)及温度(T℃)下油、纸电阻率—时间曲线ρ(t)＝f(mc,T℃)以及数据库3、D-计算变压器模型的绝缘电阻—时间曲线Rc(t)、E-水分判断：计算的与实测的绝缘电阻—时间曲线进行匹配，Rc(t)≈Rm(t)、F-输出油、纸含水量mc和油电导率σ、G-绝缘电阻常规测量输出：1分钟绝缘电阻和吸收比、10分钟绝缘电阻和极化指数；
图2中：1-传统的绝缘电阻仪(电子式兆欧计)、2-待测变压器、3-待测变压器高压绕组、套管HV以及套管N、4-待测变压器低压绕组、套管LV、5-待测变压器油箱、6-接地线、7-试验连接线；
图3中X1、X2、Y1、Y2、Z为变压器绝缘结构尺寸。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
待测变压器的绝缘系统在直流加压1秒后，介质中发生的极化主要是“界面极化”，其他极化已经衰减完成。绝缘电阻试验测得的起始值主要表征油层绝缘的电阻；接近稳定值时的绝缘电阻主要表征纸层的绝缘电阻；中间过程取决于油层和纸层并联(分界面)的时间常数。因绝缘电阻主要与油纸含水量相关，故由测量绝缘电阻与时间曲线R(t)可以估计油纸绝缘的含水量，基于这个特性本发明设计了下述方案。
一种变压器绝缘系统含水量的测量方法，它包括如下步骤：
步骤1：在计算机中输入待测变压器的绝缘结构数据(这些数据从制造厂可以获取)，利用上述变压器的绝缘结构数据建立变压器绝缘系统的几何模型(即X-Y-Z计算模型，该模型反应了变压器绝缘系统的所有几何形状和尺寸)；
步骤2：将待测变压器绝缘材料的样品在实验室中进行试验，得到多种含水量mc和温度T℃条件下待测变压器绝缘材料的样品的电阻率与时间的关系曲线ρ(t)＝f(mc,T℃)；
步骤3：把步骤2中得到的多种含水量mc和温度T℃条件下待测变压器绝缘材料的样品的电阻率与时间的关系曲线ρ(t)＝f(mc，T℃)，输入到步骤1得到的变压器绝缘系统的几何模型中，并采用现有的动态电场有限元方法计算得到对应的多种含水量mc和温度T℃条件下变压器绝缘电阻与时间的关系曲线RC(t)；
步骤4：用传统的绝缘电阻仪测量得到待测变压器的绝缘电阻与时间的关系曲线Rm(t)；
步骤5：将步骤3中计算得到的多种含水量mc和温度T℃条件下变压器绝缘电阻与时间的关系曲线RC(t)与步骤4中实测得到的变压器的绝缘电阻与时间的关系曲线Rm(t)进行比对，得到与上述关系曲线Rm(t)重合度最高的一条关系曲线RC(t)(即从所有的关系曲线RC(t)中找出与关系曲线Rm(t)重合度最高的曲线，上述每条关系曲线RC(t)分别表示在一个含水量mc和温度T℃条件下变压器的绝缘电阻与时间的关系)，这条关系曲线RC(t)所对应的含水量mc即为待测变压器的绝缘系统的含水量。
上述技术方案中，所述步骤1中的待测变压器的绝缘结构数据包括变压器高压绕组与低压绕组之间主绝缘油的间隙、变压器围屏纸板的直径、厚度与高度，变压器围屏间撑条的宽度、厚度与高度。
上述技术方案中，所述待测变压器的绝缘系统包括变压器的油隙、纸板撑条和纸板围屏。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (3)
1.一种变压器绝缘系统的含水量测量方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：在计算机中输入待测变压器的绝缘结构数据，利用上述变压器的绝缘结构数据建立变压器绝缘系统的几何模型，即X-Y-Z计算模型；
步骤2：将待测变压器绝缘材料的样品在实验室中进行试验，得到多种含水量mc和温度T℃条件下待测变压器绝缘材料的样品的电阻率与时间的关系曲线ρ(t)＝f(mc,T℃)；
步骤3：把步骤2中得到的多种含水量mc和温度T℃条件下待测变压器绝缘材料的样品的电阻率与时间的关系曲线ρ(t)＝f(mc，T℃)，输入到步骤1得到的变压器绝缘系统的几何模型中，并采用现有的动态电场有限元方法计算得到对应的多种含水量mc和温度T℃条件下变压器绝缘电阻与时间的关系曲线RC(t)；
步骤4：用传统的绝缘电阻仪测量得到待测变压器的绝缘电阻与时间的关系曲线Rm(t)；
步骤5：将步骤3中计算得到的多种含水量mc和温度T℃条件下变压器绝缘电阻与时间的关系曲线RC(t)与步骤4中实测得到的变压器的绝缘电阻与时间的关系曲线Rm(t)进行比对，得到与上述关系曲线Rm(t)重合度最高的一条关系曲线RC(t)，这条关系曲线RC(t)所对应的含水量mc即为待测变压器的绝缘系统的含水量。
2.根据权利要求1所述的变压器绝缘系统含水量测量方法，其特征在于：所述步骤1中的待测变压器的绝缘结构数据包括变压器高压绕组与低压绕组之间主绝缘油的间隙、变压器围屏纸板的直径、厚度与高度，变压器围屏间撑条的宽度、厚度与高度。
3.根据权利要求1所述的变压器绝缘系统含水量测量方法，其特征在于：所述待测变压器的绝缘系统包括变压器的油隙和纸板。
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