CN104407238A - 基于时温水叠加方法的油纸绝缘热老化寿命评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于时温水叠加方法的油纸绝缘热老化寿命评估方法，属于变压器油纸绝缘热老化寿命评估技术领域。该方法在对高温加速老化数据进行外推时，充分考虑水分含量的影响以及水分与温度的协同加速作用，将高温高初始水分含量下的加速老化数据外推至低温度低水分含量的运行条件下的数据，克服了以往时温叠加模型中的不足，从而提供了一种针对变压器油纸绝缘热老化更加准确、全面的寿命评估方法。

Description

基于时温水叠加方法的油纸绝缘热老化寿命评估方法

技术领域

本发明属于变压器油纸绝缘热老化寿命评估技术领域，涉及一种基于时温水叠加方法的油纸绝缘热老化寿命评估方法。

背景技术

由于运行负荷和环境温度等差异，我国运行超过20年的变压器剩余寿命差距较大，有些变压器的绝缘情况仍然良好，具备继续服役的能力，而有些变压器的绝缘状况较差，需要及时维修或更换。为了避免盲目检修给电力企业带来经济损失并为变压器状态检修提供技术支持，有必要利用现代技术手段对现役变压器的剩余寿命进行评估，从而确保在变压器安全运行的前提下最大限度地延长其绝缘使用寿命。

变压器内部的油纸绝缘是电力变压器内绝缘的核心组成部分，其绝缘性能会随着运行过程中的电、热、机械等老化因素的影响而下降。大量研究表明，纤维素老化的主要形式是通过水解反应使葡萄糖基间1-4配糖键发生断裂，较高的温度会增加纤维素的反应活性，而水分的存在又会作为催化剂促进水解反应的进行。因此由纤维素等高分子有机物构成的纸绝缘会非常容易收到热应力的影响，在氧气、水分等因素下发生老化，从而导致绝缘系统各项性能降低。

关于变压器油纸绝缘热老化寿命评估诊断的研究已有40多年的历史，可以根据特征量类型将变压器老化及剩余寿命预测技术分为化学特征量诊断技术和电特征量诊断技术，其中以化学特征量的诊断技术最为成熟。在化学特征量诊断过程中，根据油纸绝缘热老化后其机械性能会不可逆转地下降的特点，通常以聚合度作为绝缘纸机械性能的表征参量，通过纤维素降解动力学方程研究聚合度在各温度下随老化时间的变化规律，再利用Arrehenius方程将高温加速老化下的数据外推至运行温度下以预测其剩余寿命。

基于时温叠加模型的油纸绝缘寿命评估方法是一种将高温加速老化数据外推的方法，该模型已得到成熟地应用。但是国内外研究表明，水分对变压器老化速率及寿命有非常大的影响，纸绝缘纤维素中的水分与氧气均会加速变压器纸绝缘的老化，且水分含量与老化速率成正比。因此，在对高温加速老化数据进行外推时，需要考虑到水分含量的影响及水分与温度的协同加速作用，这样才可以克服以往时温叠加模型中的不足，并提供了更加准确、全面的寿命评估方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于时温水叠加方法的油纸绝缘热老化寿命评估方法，该方法在对高温加速老化数据进行外推时，充分考虑水分含量的影响以及水分与温度的协同加速作用，克服了以往时温叠加模型中的不足，并提供了更加准确、全面的寿命评估方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于时温水叠加方法的油纸绝缘热老化寿命评估方法，包括以下步骤：步骤一：将绝缘纸预处理后，选择并控制不同初始水分含量的试品进行加速热老化试验，老化过程中按照一定时间间隔取样后测得聚合度值；步骤二：遵循时温叠加方法(TTSP)假设前提及纤维素聚合度累计损失的动力学方程，绘出不同温度下的性能参数变化曲线，获得主曲线及时温平移因子α_T，得到Arrhenius方程的活化能并建立任意热老化温度下的外推寿命模型；步骤三：遵循时温叠加的方法，绘出不同初始水分含量下的性能参数变化曲线，获得主曲线和水分平移因子α_M，将传统的Arrhenius方程进行改进，并建立任意热老化温度及任意初始水分含量下的外推寿命模型；步骤四：现场测量运行并收集变压器绕组的热点温度、油中微水含量以及变压器实时油温数据，进行数据处理后代入外推的基于时温水叠加方法的热老化寿命模型计算变压器的剩余寿命。

进一步，在步骤一中，所述预处理主要包括：形状处理、晾置处理、滴定校正并固定放置在可控环境中；所述选择并控制不同初始水分含量的方法是将预处理后的试品放入真空干燥箱，通过真空干燥法控制干燥时间、干燥温度和真空度来实现绝缘纸试品中不同初始水分含量；所述加速热老化试验是将不同水分含量的绝缘纸试品同矿物油以一定比例置入磨口碘量瓶中，真空浸油后充入干燥氮气并密封，然后将油浸后的试品放入不同温度下的老化箱中进行加速热老化试验。

进一步，在步骤一中，所述聚合度值的测量是按照ASTMD4243-99标准测量绝缘纸聚合度，对同一试品的不同部位取样测量3次，使用其平均值作为聚合度值；所述ASTMD4243-99标准是首先称取适量绝缘纸试品并烘干后撕碎，溶解于实现配置的铜乙二胺溶液中，在(25±1)℃下测量水和纤维素通过标准毛细管粘度计的流出时间，并计算出纤维素溶液的相对粘度，根据待测溶液的已知浓度和相对粘度求出特性粘度值，根据聚合度和粘度特性的关系式求得聚合度值。

进一步，在步骤二中，所述时温叠加方法假设前提是指假设在高温下加速老化过程中，表征材料微结构的参数变化规律与较低温度下较长时间内的变化规律基本一致；所述纤维素聚合度累积损失的动力学方程如下式所述：

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{DP}}=1-\frac{\mathrm{DP}}{{\mathrm{DP}}_0}={{\mathrm{\ω}}^{*}}_{\mathrm{DP}}(1-e^{{-k}_{\mathrm{DP}}t})$

其中：DP₀表示绝缘纸初始聚合度，ω_DP表示聚合度累积损失率，表征绝缘纸的降解状态，当所述ω_DP＝0时为未降解状态，ω_DP＝1时为完全降解状态，DPt表示经历老化时间t后的聚合度值，ω^* _DP表征聚合度降解储蓄的能力，所述的聚合度降解储蓄值根据ω_DP(t＝t_f)＝1确定，其中t_f表示达到失效的时间；k_DP表示纤维素聚合度降解的速率；

所述性能参数曲线是指同一坐标中作出不同温度下的性能参数变化曲线；所述坐标中Y轴定义为绝缘纸的“性能参数”(Y＝1/DP_t-1/DP₀)，X轴定义为老化时间的自然对数(Ln(t))；所述曲线可以反映同一种试品在不同温度下进行的热老化试验，不同老化时间t下的绝缘纸试品的聚合度；

所述的主曲线是通过选取任意一个温度作为参考温度T_ref(一般选试验最低温度为参考温度)，将非参考温度下的曲线图沿时间轴水平移动，使之与参考温度下的曲线图连成一光滑连接的整体，从而得到主曲线图；

所述的平移因子α_T是指对某个温度T下的性能参数随时间变化曲线在形成主曲线前后的时间之比的倒数，按照以下公式计算：

α_T＝t_ref/t_T

其中，t_T表示温度T下曲线上某点平移前的时间，t_ref表示曲线平移并构成主曲线的一部分后该点对应的的时间值；同一绝缘材料的曲线平移因子是试验绝对温度T的函数，并满足Arrehenius方程：

${\mathrm{\α}}_T=\exp \left(\frac{E_a}{R}(\frac{1}{T_{\mathrm{ref}}}-\frac{1}{T})\right)$

其中：Ea为Arrhenius活化能(J/mol)，R为气体常数(8.314J/mol/K)；当所述TTSP假设前提下的老化机理不发生改变，不同温度下得到的平移因子都不应该发生改变；

所述Arrhenius方程的活化能是指分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量；当所述的平移因子α_T在相同热老化机理遵循式：时，lnα_T与1/T_ref-1/T组成的坐标平面上表现为一条直线，直线斜率为E_a/R；所述Arrhenius活化能E_a通过用斜率乘以气体常数得到后，用以计算相同老化机理下任意温度的平移因子；

所述建立的任意热老化温度下的外推寿命模型为 $\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_T=\exp \left(\frac{E_a}{R}(\frac{1}{T_{\mathrm{ref}}}-\frac{1}{T})\right)\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{DPt}}=1-\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{DPt}}}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{DP}0}}\\ t_{\mathrm{Tref}}=-\ln (1-\frac{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{DPt}}}{{{\mathrm{\ω}}^{*}}_{\mathrm{DP}}})/k_{\mathrm{DP}}\\ t_T=\frac{t_{\mathrm{Tref}}}{{\mathrm{\α}}_T}\end{array}\right..$

进一步，在步骤三中，所述不同初始水分含量下的性能参数变化曲线是按照步骤二所述分别对不同初始水分含量下的试验数据进行了时温叠加主曲线构造和拟合；所述主曲线是通过任意选取一个水分含量作为参考水分含量M_ref，将非参考水分含量下的曲线图沿时间轴水平移动，使之与参考水分含量下的曲线图连成一光滑连接的整体，从而得到主曲线图；

所述水分平移因子α_M指对某个水分含量M与参考水分含量M_ref之比的指数关系，按照以下公式计算：

α_M＝(M/M_ref)^b

式中参数b表征α_M和M/M_ref关系，根据平移后的数据进行拟合得到；

所述将传统的Arrhenius方程进行改进是指在传统的Arrhenius方程中加入了水分的影响，将水分含量的影响考虑到指前因子中，使高温加速老化的试验数据能够外推至不同温度和水分含量，改进的Arrhenius方程按照以下公式计算：

$k_{\mathrm{DP}}={\mathrm{AM}}^b\exp (-\frac{E_a}{\mathrm{RT}});$

所述任意热老化温度及任意初始水分含量下的外推寿命模型如下：

根据变压器油纸绝缘聚合度下降与运行的时间存在的一阶动力学模型，计及温度、水分的运行环境下变压器的剩余寿命按照以下公式计算：

$t=(\frac{1}{{\mathrm{DP}}_{\mathrm{end}}}-\frac{1}{{\mathrm{DP}}_t})/M^b{\mathrm{Ae}}^{-\frac{\mathrm{Ea}}{\mathrm{RT}}}$

其中：DP_end表示变压器寿命终止时聚合度值，考虑到变压器的可靠性运行的情况下，通常取DP_end＝350；DPt为变压器当前聚合度值；T为变压器运行时间内的平均热点温度值；M为由绝缘纸水分含量决定的加速因子；参数A和Ea与材料性能相关，根据变压器所用绝缘油和绝缘纸在实验室中通过加速老化试验获得；在TTSP寿命模型的方法上对上述公式进行扩展，借助时–温–水分平移因子为α_T,M将剩余寿命模型流程化；所述时–温–水分平移因子为α_T,M是由温度平移因子α_T和水分平移因子α_M的乘积组成，等效于在TTSP的主曲线基础上进行二次平移，故记为时–温–水分平移因子为α_T,M，按照以下公式计算：

${\mathrm{\α}}_{T,M}=\frac{t_{\mathrm{ref}}}{t_{T,M}}=\frac{k_{T,M}}{k_{\mathrm{ref}}}=\frac{{\mathrm{AM}}^b\exp (-\frac{E_a}{\mathrm{RT}})}{{{\mathrm{AM}}_{\mathrm{ref}}}^b\exp (-\frac{E_a}{{\mathrm{RT}}_{\mathrm{ref}}})}$

$={\left(\frac{M}{M_{\mathrm{ref}}}\right)}^b\exp \left(\frac{E_a}{R}(\frac{1}{T_{\mathrm{ref}}}-\frac{1}{T})\right)={\mathrm{\α}}_M{\mathrm{\α}}_T$

在此基础上可得初始聚合度为DP₀，任意温度T及水分含量M下聚合度下降至λ_DPt所需时间t_T,M的一般外推公式即寿命模型为： $\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_T=\exp \left(\frac{{\stackrel{\‾}{E}}_a}{R}(\frac{1}{T_{\mathrm{ref}}}-\frac{1}{T})\right)\\ {\mathrm{\α}}_M={\left(\frac{M}{M_{\mathrm{ref}}}\right)}^b\\ {\mathrm{\α}}_{T,M}={\mathrm{\α}}_T{\mathrm{\α}}_M\\ {\mathrm{\ω}}_{{\mathrm{DP}}_t}=1-\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{DPt}}}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{DP}0}}\\ t_{T_{\mathrm{ref}},M_{\mathrm{ref}}}=\ln (1-\frac{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{DPt}}}{{{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}^{*}}_{\mathrm{DP}}})/{\stackrel{\‾}{k}}_{\mathrm{DP}}\\ t_{T,M}=\frac{t_{T_{\mathrm{ref}},M_{\mathrm{ref}}}}{{\mathrm{\α}}_{T,M}}\end{array}\right..$

进一步，在步骤四中，所述变压器绕组热点温度可按照IEEEC57.91-1995标准《油浸式电力变压器负载导则》给出了绕组热点温度计算的经验模型进行计算；除了《油浸式电力变压器负载导则》给出的的热点温度计算模型可以计算绕组热点温度外，还可以通过光纤测温技术、绕组温度计、红外热像仪等方法获得绕组热点温度；

所述测得的油中微水含量以及变压器实时油温数据是用来导出绝缘纸中水分含量，根据拟合的油中水分和纸中水分的关系，绝缘纸中水分含量按照以下公式计算：

$W_{\mathrm{paper}}(\%)={2.06915e}^{-0.02970t}\×{W_{\mathrm{oil}}}^{0.40489t^{0.09733}}$

其中W_paper是纸中水分含量，单位是％；W_oil是油中水分含量，单位是mgH₂O/kgOil；t是温度，单位是℃。

本发明的有益效果在于：本发明提供的基于时温水叠加方法的油纸绝缘热老化寿命评估方法可以将高温高初始水分含量下的加速老化数据外推至低温度低水分含量的运行条件下的数据，可以克服以往时温叠加模型中的不足，并提供了更加准确、全面的寿命评估方法。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明所述方法的流程示意图；

图2为不同含水量油纸绝缘样品的制备流程图；

图3为通过实验室测得的试品数据构造拟合的时温水叠加的主曲线图；

图4为通过实验室测得的试品数据下拟合出α_M与M/M_ref的关系曲线。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1所示，本方法包括以下步骤：1)将绝缘纸预处理后，选择并控制不同初始水分含量的试品进行加速热老化试验，老化过程中按照一定时间间隔取样后测得聚合度值；2)遵循时温叠加方法假设前提及纤维素聚合度累计损失的动力学方程，绘出不同温度下的性能参数变化曲线，获得主曲线及时温平移因子α_T，得到Arrhenius方程的活化能并建立任意热老化温度下的外推寿命模型；3)遵循时温叠加的方法，绘出不同初始水分含量下的性能参数变化曲线，获得主曲线和水分平移因子α_M，将传统的Arrhenius方程进行改进，并建立任意热老化温度及任意初始水分含量下的外推寿命模型；4)现场测量运行并收集变压器绕组的热点温度、油中微水含量以及变压器实时油温数据，进行数据处理后代入外推的基于时温水叠加方法的热老化寿命模型计算变压器的剩余寿命。

在本实施例中，采用普通硫酸盐木浆牛皮绝缘纸和25号克拉玛依变压器矿物油，为了控制油浸渍绝缘纸板样品的初始水分含量，便于制备不同水分含量的绝缘纸板，对纸板进行预处理：首先将绝缘纸剪成长95cm、宽8cm的纸带，每条质量约为5g；其次将其置于温度25℃、湿度50％的湿度箱中晾置一个月，采用DL32卡尔费休滴定仪测量得到绝缘纸中平均水分含量为8.5％；最后将晾置好的纸带在环境可控实验室下固定放置。

不同含水量油纸绝缘样品的制备按照图2流程：首先将预处理后的纸板置于90℃/50Pa真空浸油箱中干燥72h；其次，将干燥脱气后的矿物绝缘油加热至40℃并注入纸板所在真空浸油箱，纸板在40℃/50Pa环境中浸渍48h；最后，采用DL32卡尔费休水分仪对预处理后随机取出的纸板分别测量其不同部位的水分含量；为了消除人为因素对纸板水分试结果的影响，每个纸板样品的水分重复测量三次；最后，将其它样品放置于空气中自然吸潮的方式获得不同水分含量的实验样品。经过上述流程制备出的油浸渍绝缘纸板样品的水分含量分别为0.5％、1％、3％、5％。

不同老化程度油纸绝缘样品的制备按照图2流程：得到不同水分含量的绝缘纸试品后，将其同初始含水量为10mg/kg的矿物油以质量比1:20放入磨口碘量瓶中，在40℃/50Pa下真空浸油24h后充入干燥氮气达到一个标准大气压并密封；之后分别放入90、110、130℃的老化箱中进行加速热老化试验，并按照一定的时间间隔取样。

取样后的不同老化程度样品按照ASTMD4243-99标准测量绝缘纸聚合度：首先称取适量绝缘纸试品并烘干后撕碎，溶解于实现配置的铜乙二胺溶液中，在(25±1)℃下测量水和纤维素通过标准毛细管粘度计的流出时间，并计算出纤维素溶液的相对粘度，根据待测溶液的已知浓度和相对粘度求出特性粘度值，根据聚合度和粘度特性的关系式求得聚合度值。对同一试品的不同部位反复测量3次，取其平均值作为聚合度值。

进一步，在处理得到的3个温度和4个初始水分含量下的试品中选定最低温度和最低水分含量作为参考温度和参考水分含量，即T_ref＝T₁＝90℃、M_ref＝M₁＝0.5％；在(1/DP_t-1/DP₀)-t坐标平面上作出不同水分含量M₁、M₂、M₃、M₄下的3×4条不同温度老化数据曲线。

进一步，分别在不同水分含量的坐标平面下将非参考温度下曲线的时间轴分别乘以时温平移因子α_T，从而实现其它温度下的曲线沿着时间轴水平移动，并与参考温度下的曲线形成一光滑连接的整体，如下图3所示。

进一步，按照公式：对平移后的数据进行拟合，计算拟合优度R²；不断调整时温平移因子α_T使得拟合优度尽量接近1，最终形成n条不同水分含量下的TTSP主曲线C_M1～C_M4，记录不同水分含量下的时温平移因子矩阵α_T和TTSP主曲线参数矩阵ω_DP*、k_DP，如表1所示：

表1试验数据的拟合参数

进一步，按照公式 $\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_T=\exp \left(\frac{E_a}{R}(\frac{1}{T_{\mathrm{ref}}}-\frac{1}{T})\right)\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{DPt}}=1-\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{DPt}}}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{DP}0}}\\ t_{\mathrm{Tref}}=-\ln (1-\frac{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{DPt}}}{{{\mathrm{\ω}}^{*}}_{\mathrm{DP}}})/k_{\mathrm{DP}}\\ t_T=\frac{t_{\mathrm{Tref}}}{{\mathrm{\α}}_T}\end{array}\right..$ 分别计算出不同水分含量下的活化能E_a，并取平均值作为表观活化能

进一步，将4条不同水分含量下的TTSP主曲线C_M1～C_M4绘制在同一个(1/DP_t-1/DP₀)-t坐标平面上，再将非参考水分含量对应的主曲线时间轴分别乘以时间-水分平移因子α_M，从而实现其它水分含量下的曲线沿着时间轴水平移动，并与参考水分含量下的曲线连成一条光滑连接的二次主曲线，如图3所示。

进一步，按照公式：对平移后的数据进行拟合，通过不断调整后得到最优时间-水分平移因子矩阵以及主曲线参数并建立起α_M＝(M/M_ref)^b的拟合关系，如图4所示，拟合求出参数b＝0.773、R²＝0.96。通过已得参数，将变压器寿命终结时的λ_DPend代入，按照公式：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_T=\exp \left(\frac{{\stackrel{\‾}{E}}_a}{R}(\frac{1}{T_{\mathrm{ref}}}-\frac{1}{T})\right)\\ {\mathrm{\α}}_M={\left(\frac{M}{M_{\mathrm{ref}}}\right)}^b\\ {\mathrm{\α}}_{T,M}={\mathrm{\α}}_T{\mathrm{\α}}_M\\ {\mathrm{\ω}}_{{\mathrm{DP}}_t}=1-\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{DPt}}}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{DP}0}}\\ t_{T_{\mathrm{ref}},M_{\mathrm{ref}}}=\ln (1-\frac{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{DPt}}}{{{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}^{*}}_{\mathrm{DP}}})/{\stackrel{\‾}{k}}_{\mathrm{DP}}\\ t_{T,M}=\frac{t_{T_{\mathrm{ref}},M_{\mathrm{ref}}}}{{\mathrm{\α}}_{T,M}}\end{array}\right..$

可以最终推导出任意温度T和任意初始水分含量M下的变压器可靠性寿命。

进一步，通过光纤测温技术测量运行并收集变压器绕组的热点温度，通过变压器运行中记录的油中微水含量以及变压器实时油温数据，按照公式推算出绝缘纸中水分含量：

$W_{\mathrm{paper}}(\%)={2.06915e}^{-0.02970t}\×{W_{\mathrm{oil}}}^{0.40489t^{0.09733}}$

将所述热点温度和绝缘纸中水分含量共同代入外推的基于时温水叠加方法的热老化寿命模型计算变压器的剩余寿命。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种基于时温水叠加方法的油纸绝缘热老化寿命评估方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：将绝缘纸预处理后，选择并控制不同初始水分含量的试品进行加速热老化试验，老化过程中按照一定时间间隔取样后测得聚合度值；

步骤二：遵循时温叠加方法假设前提及纤维素聚合度累计损失的动力学方程，绘出不同温度下的性能参数变化曲线，获得主曲线及时温平移因子αT，得到Arrhenius方程的活化能并建立任意热老化温度下的外推寿命模型；

步骤三：遵循时温叠加的方法，绘出不同初始水分含量下的性能参数变化曲线，获得主曲线和水分平移因子α_M，将传统的Arrhenius方程进行改进，并建立任意热老化温度及任意初始水分含量下的外推寿命模型；

步骤四：现场测量运行并收集变压器绕组的热点温度、油中微水含量以及变压器实时油温数据，进行数据处理后代入外推的基于时温水叠加方法的热老化寿命模型计算变压器的剩余寿命。

2.根据权利要求1所述的基于时温水叠加方法的油纸绝缘热老化寿命评估方法，其特征在于：在步骤一中，所述预处理主要包括：形状处理、晾置处理、滴定校正并固定放置在可控环境中；所述选择并控制不同初始水分含量的方法是将预处理后的试品放入真空干燥箱，通过真空干燥法控制干燥时间、干燥温度和真空度来实现绝缘纸试品中不同初始水分含量；所述加速热老化试验是将不同水分含量的绝缘纸试品同矿物油以一定比例置入磨口碘量瓶中，真空浸油后充入干燥氮气并密封，然后将油浸后的试品放入不同温度下的老化箱中进行加速热老化试验。

3.根据权利要求1所述的基于时温水叠加方法的油纸绝缘热老化寿命评估方法，其特征在于：在步骤一中，所述聚合度值的测量是按照ASTMD4243-99标准测量绝缘纸聚合度，对同一试品的不同部位取样测量3次，使用其平均值作为聚合度值；所述ASTMD4243-99标准是首先称取适量绝缘纸试品并烘干后撕碎，溶解于实现配置的铜乙二胺溶液中，在(25±1)℃下测量水和纤维素通过标准毛细管粘度计的流出时间，并计算出纤维素溶液的相对粘度，根据待测溶液的已知浓度和相对粘度求出特性粘度值，根据聚合度和粘度特性的关系式求得聚合度值。

4.根据权利要求1所述的基于时温水叠加方法的油纸绝缘热老化寿命评估方法，其特征在于：在步骤二中，所述时温叠加方法假设前提是指假设在高温下加速老化过程中，表征材料微结构的参数变化规律与较低温度下较长时间内的变化规律基本一致；所述纤维素聚合度累积损失的动力学方程如下式所述：

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{DP}}=1-\frac{\mathrm{DP}}{{\mathrm{DP}}_0}={{\mathrm{\ω}}^{*}}_{\mathrm{DP}}(1-e^{{-k}_{\mathrm{DP}}t})$

其中：DP₀表示绝缘纸初始聚合度，ω_DP表示聚合度累积损失率，表征绝缘纸的降解状态，当所述ω_DP＝0时为未降解状态，ω_DP＝1时为完全降解状态，DP_t表示经历老化时间t后的聚合度值，ω^* _DP表征聚合度降解储蓄的能力，所述的聚合度降解储蓄值根据ω_DP(t＝t_f)＝1确定，其中t_f表示达到失效的时间；k_DP表示纤维素聚合度降解的速率；

所述的主曲线是通过选取任意一个温度作为参考温度T_ref，将非参考温度下的曲线图沿时间轴水平移动，使之与参考温度下的曲线图连成一光滑连接的整体，从而得到主曲线图；所述的平移因子α_T是指对某个温度T下的性能参数随时间变化曲线在形成主曲线前后的时间之比的倒数，按照以下公式计算：

α_T＝t_ref/t_T

其中，t_T表示温度T下曲线上某点平移前的时间，t_ref表示曲线平移并构成主曲线的一部分后该点对应的的时间值；同一绝缘材料的曲线平移因子是试验绝对温度T的函数，并满足Arrehenius方程：

${\mathrm{\α}}_T=\exp \left(\frac{E_a}{R}(\frac{1}{T_{\mathrm{ref}}}-\frac{1}{T})\right)$

其中：Ea为Arrhenius活化能，R为气体常数；当所述TTSP假设前提下的老化机理不发生改变，不同温度下得到的平移因子都不应该发生改变；

所述Arrhenius方程的活化能是指分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量；当所述的平移因子α_T在相同热老化机理遵循式：时，lnα_T与1/T_ref-1/T组成的坐标平面上表现为一条直线，直线斜率为E_a/R；所述Arrhenius活化能E_a通过用斜率乘以气体常数得到后，用以计算相同老化机理下任意温度的平移因子；

所述建立任意热老化温度下的外推寿命模型为： $\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_T=\exp \left(\frac{E_a}{R}(\frac{1}{T_{\mathrm{ref}}}-\frac{1}{T})\right)\\ {\mathrm{\ω}}_{\mathrm{DPt}}=1-\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{DPt}}}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{DP}0}}\\ t_{\mathrm{Tref}}=-\ln (1-\frac{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{DPt}}}{{{\mathrm{\ω}}^{*}}_{\mathrm{DP}}})/k_{\mathrm{DP}}\\ t_T=\frac{t_{\mathrm{Tref}}}{{\mathrm{\α}}_T}\end{array}\right..$

5.根据权利要求1所述的基于时温水叠加方法的油纸绝缘热老化寿命评估方法，其特征在于：在步骤三中，所述不同初始水分含量下的性能参数变化曲线是按照步骤二所述分别对不同初始水分含量下的试验数据进行了时温叠加主曲线构造和拟合；所述主曲线是通过任意选取一个水分含量作为参考水分含量Mref，将非参考水分含量下的曲线图沿时间轴水平移动，使之与参考水分含量下的曲线图连成一光滑连接的整体，而得到主曲线图；

所述水分平移因子α_M指对某个水分含量M与参考水分含量M_ref之比的指数关系，按照以下公式计算：

α_M＝(M/M_ref)^b

式中参数b表征α_M和M/M_ref关系，根据平移后的数据进行拟合得到；

所述将传统的Arrhenius方程进行改进是指在传统的Arrhenius方程中加入了水分的影响，将水分含量的影响考虑到指前因子中，使高温加速老化的试验数据能够外推至不同温度和水分含量，改进的Arrhenius方程按照以下公式计算：

$k_{\mathrm{DP}}={\mathrm{AM}}^b\exp (-\frac{E_a}{\mathrm{RT}});$

所述任意热老化温度及任意初始水分含量下的外推寿命模型如下：

根据变压器油纸绝缘聚合度下降与运行的时间存在的一阶动力学模型，计及温度、水分的运行环境下变压器的剩余寿命按照以下公式计算：

$t=(\frac{1}{{\mathrm{DP}}_{\mathrm{end}}}-\frac{1}{{\mathrm{DP}}_t})/M^b{\mathrm{Ae}}^{-\frac{\mathrm{Ea}}{\mathrm{RT}}}$

其中：DP_end表示变压器寿命终止时聚合度值，DPt为变压器当前聚合度值；T为变压器运行时间内的平均热点温度值；M为由绝缘纸水分含量决定的加速因子；参数A和Ea与材料性能相关，根据变压器所用绝缘油和绝缘纸在实验室中通过加速老化试验获得；在TTSP寿命模型的方法上对上述公式进行扩展，借助时–温–水分平移因子为α_T,M将剩余寿命模型流程化；所述时–温–水分平移因子为α_T,M是由温度平移因子α_T和水分平移因子α_M的乘积组成，等效于在TTSP的主曲线基础上进行二次平移，故记为时–温–水分平移因子为α_T,M，按照以下公式计算：

${\mathrm{\α}}_{T,M}=\frac{t_{\mathrm{ref}}}{t_{T,M}}=\frac{k_{T,M}}{k_{\mathrm{ref}}}=\frac{{\mathrm{AM}}^b\exp (-\frac{E_a}{\mathrm{RT}})}{{{\mathrm{AM}}_{\mathrm{ref}}}^b\exp (-\frac{E_a}{{\mathrm{RT}}_{\mathrm{ref}}})}$

$={\left(\frac{M}{M_{\mathrm{ref}}}\right)}^b\exp \left(\frac{E_a}{R}(\frac{1}{T_{\mathrm{ref}}}-\frac{1}{T})\right)={\mathrm{\α}}_M{\mathrm{\α}}_T$

在此基础上可得初始聚合度为DP₀，任意温度T及水分含量M下聚合度下降至λ_DPt所需时间t_T,M的一般外推公式即寿命模型为： $\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_T=\exp \left(\frac{{\stackrel{\‾}{E}}_a}{R}(\frac{1}{T_{\mathrm{ref}}}-\frac{1}{T})\right)\\ {\mathrm{\α}}_M={\left(\frac{M}{M_{\mathrm{ref}}}\right)}^b\\ {\mathrm{\α}}_{T,M}={\mathrm{\α}}_T{\mathrm{\α}}_M\\ {\mathrm{\ω}}_{{\mathrm{DP}}_t}=1-\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{DPt}}}{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{DP}0}}\\ t_{T_{\mathrm{ref}},M_{\mathrm{ref}}}=\ln (1-\frac{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{DPt}}}{{{\stackrel{\‾}{\mathrm{\ω}}}^{*}}_{\mathrm{DP}}})/{\stackrel{\‾}{k}}_{\mathrm{DP}}\\ t_{T,M}=\frac{t_{T_{\mathrm{ref}},M_{\mathrm{ref}}}}{{\mathrm{\α}}_{T,M}}\end{array}\right..$

6.根据权利要求1所述的基于时温水叠加方法的油纸绝缘热老化寿命评估方法，其特征在于：在步骤四中，所述测得的油中微水含量以及变压器实时油温数据是用来导出绝缘纸中水分含量，根据拟合的油中水分和纸中水分的关系，绝缘纸中水分含量按照以下公式计算：

$W_{\mathrm{paper}}(\%)={2.06915e}^{-0.02970t}\×{W_{\mathrm{oil}}}^{0.40489t^{0.09733}}$

其中W_paper是纸中水分含量，单位是％；W_oil是油中水分含量，单位是mgH₂O/kgOil；t是温度，单位是℃。