CN104714159A - 干式变压器绝缘材料的老化试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种干式变压器绝缘材料的老化试验方法，其包括制作环氧树脂绝缘材料试验样品、确定试验样品的击穿电压、对试验样品进行湿处理、介电试验筛选合格试验样品、周期性的热老化处理配合机械振动处理、湿处理及介电试验等过程。该干式变压器绝缘材料的老化试验方法通过对试验样品进行机械振动与湿处理使得测量结果更加符合实际情况，同时引入样品热暴露周期的思想，能将样品失效时间控制在一定范围内，可以实现对试品绝缘老化的有效试验，从而试验结果更准确可靠。

Description

干式变压器绝缘材料的老化试验方法

技术领域

本发明涉及变电设备运行状态评估领域，尤其是涉及一种干式变压器绝缘材料的老化试验方法。

背景技术

变压器是电力系统中的重要电力变换设备，关乎电力系统运行的稳定性。干式变压器因为其绝缘强度高、环境性能优越、安装和维护简单等优点被广泛应用于中、低配网中。但干式变压器内部的导热性较差，当绕组的温度上升到一定程度时，就会加速绝缘老化或者绝缘击穿，降低干式变压器的剩余寿命，甚至引起停电事故，造成重大经济损失。因此有必要对干式变压器绝缘材料进行老化试验，从而评估变压器的剩余寿命，这对于保证整个电网的安全可靠运行有重要意义。目前对干式变压器绝缘材料已经开展了很多老化试验研究，取得了一定的研究成果。但传统的试验方法都存在试验模型比较单一、简单，试验考察的影响因素相对单一，不能很好的反映变压器真实运行情况下的绝缘材料的老化特性。

发明内容

基于此，有必要提供一种能准确的模拟变压器真实运行情况的干式变压器绝缘材料的老化试验方法。

一种干式变压器绝缘材料的老化试验方法，包括如下步骤：

根据试验样品的预估的热老化时间，将该预估的热老化时间均分成10个周期，在每个周期中，将所述试验样品暴露在温度为160℃的环境中进行热老化处理；

称量每个周期的热老化处理之后的所述试验样品的质量，并与所述试验样品的原始质量进行比较，若达到预定的质量损失，则为热质量损失失效，记录此时所述试验样品经历的热老化处理时间L_{热质量失效}即为试验样品的热质量损失失效测定的寿命时间；

在每个周期的热老化处理之后对所述试验样品进行机械振动处理和湿处理，并对湿处理后的试验样品进行介电试验，若所述试验样品在第四个周期有介电试验失效的趋势，则后续各个热老化处理周期的处理时间减半，若所述试验样品在第七个周期未发生介电试验失效，则后续各个热老化处理周期的处理时间延长一倍；

其中，所述机械振动处理是将热老化处理后的所述试验样品置于频率为50Hz、加速度为1.5g的环境中进行机械振动5分钟；

所述湿处理是将机械振动处理后的所述试验样品置于相对湿度95％±2％、室温环境中进行湿处理48小时；

所述介电试验是将湿处理后的所述试验样品以步进加压的方式、以原始试验样品的最高放电电压的75％为最高试验电压对所述试验样品进行耐压试验，若试验电压达到所述最高试验电压时，所述试验样品未发生介电试验失效，则进行下一周期的热老化处理，若所述试验样品在试验电压未超过所述最高试验电压时发生介电试验失效，则结束老化试验，记录介电试验失效的所述试验样品经历的热老化处理时间t_z及最后一个周期的热老化处理时间h_l，则所述试验样品的介电试验测定的寿命时间L_{介电试验失效}＝t_z-0.5*h_l，其中，所述介电试验失效是指在相应的试验电压下，所述试验样品发生闪络、放电或击穿现象；

所述试验样品的老化总寿命时间L_总＝L_{热质量失效}+L_{介电试验失效}。

在其中一个实施例中，所述预定的质量损失是指经所述热老化处理之后的所述试验样品损失的质量达到所述原始质量的3.4％。

在其中一个实施例中，所述耐压试验需要在湿处理后两小时内进行。

在其中一个实施例中，所述耐压试验指以所述最高放电电压的10％为初始试验电压，在所述试验电压达到所述最高放电电压的70％之前每一步增加所述最高放电电压的10％，在达到所述最高放电电压的70％后每一步增加所述最高放电电压的5％，每一步所述试验样品的耐压时间达到2秒或2秒以上为有效。

在其中一个实施例中，每一步所述试验样品的耐压时间达到3秒或3秒以上为有效。

在其中一个实施例中，所述介电试验失效的趋势是指在相应的试验电压下，所述试验样品的耐压时间达到4秒，4秒后失效。

在其中一个实施例中，所述老化试验方法还包括所述试验样品的制作步骤，具体包括如下步骤：

将环氧树脂原料在90℃下加热30分钟，然后将该环氧树脂原料与固化剂、增韧剂和促进剂按照质量比为100:100:15:0.2～0.5的质量比混合并搅拌均匀，再将得到的混合物放入70℃的真空环境中处理60分钟，将除去气泡的粗产品倒入涂覆有脱模剂的模具中，所述模具的长、宽和厚度分别为80mm、10mm和4mm，将盛有所述粗产品的模具放入烤箱中并抽真空，在100℃下进行固化600分钟，固化后自然冷却脱模即得所述试验样品。

在其中一个实施例中，所述老化试验方法还包括对所述试验样品进行电压耐压试验，确定所述试验样品能够承受的所述最高放电电压的步骤，具体是以预计击穿电压的10％为初始测试电压，以步进式升压的方式，在达到所述预计击穿电压的70％之前，每一步增加预计击穿电压的10％，在达到预计击穿电压的70％后，每一步增加预计击穿电压的5％，在每一步测试中，所述试验样品的耐压时间应达到2秒或2秒以上，记录击穿时的电压，即为制作的所述试验样品能够承受的最高放电电压。

在其中一个实施例中，在确定所述试验样品能够承受的最高放电电压的过程中，采用多个试验样品分别测试，最终取平均值得到所述最高放电电压。

在其中一个实施例中，所述老化试验方法还包括对制作的所述试验样品进行筛选的步骤，具体是将所述试验样品置于相对湿度95％±2％、温度20～35℃的环境中进行湿处理45～50小时，然后对湿处理后的试验样品以测试得到的所述最高放电电压的75％为试验电压对试验样品进行耐压测试，若试验样品不发生闪络、放电或击穿，即为有效样品，进行后续试验，否则弃用。

在其中一个实施例中，所述老化试验方法还包括对制作的所述试验样品进行筛选的步骤，具体是将所述试验样品置于相对湿度95％±2％、温度20～35℃的环境中进行湿处理45～50小时，然后对湿处理后的试验样品以测试得到的所述最高放电电压的75％为试验电压对试验样品进行耐压测试，若试验样品不发生闪络、放电或击穿，即为有效样品，进行后续试验，否则弃用。

本发明的干式变压器绝缘材料的老化试验方法通过对试验样品进行机械振动与湿处理使得测量结果更加符合实际情况，同时引入样品热暴露周期的思想，能将样品失效时间控制在一定范围内，可以实现对试品绝缘老化的有效试验，从而试验结果更准确可靠。

附图说明

图1为一实施方式的干式变压器绝缘材料的老化试验方法流程示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

如图1所示，一实施方式的干式变压器绝缘材料的老化试验方法包括制作环氧树脂绝缘材料试验样品、确定试验样品的击穿电压、对试验样品进行湿处理、介电试验筛选合格试验样品、周期性的热老化处理配合机械振动处理、湿处理及介电试验等过程。在其他实施方式中，该干式变压器绝缘材料的老化试验方法可以直接对市售或干式变压器使用的绝缘材料(不限于环氧树脂绝缘材料)进行老化试验，以确定该绝缘材料的老化寿命时间。

以下实施例提供了一种干式变压器绝缘材料的老化试验方法，具体步骤如下：

1、制作试验样品

将环氧树脂原料在90℃下加热30分钟以降低其粘度，然后将该环氧树脂原料与固化剂、增韧剂和促进剂按照质量比为100:100:15:0.2～0.5的质量比混合并搅拌均匀，再将得到的混合物放入70℃的真空环境中处理60分钟，将除去气泡的粗产品倒入涂覆有脱模剂的模具中，模具的长、宽和厚度分别为80mm、10mm和4mm，将盛有粗产品的模具放入烤箱中并抽真空，在100℃下进行固化600分钟，固化后自然冷却脱模即得试验样品。

对各个试验样品进行编号标记。

2、确定试验样品的击穿电压

选取至少4组试验样品，对其进行未老化处理之前的电压耐压试验，确定试验样品能够承受的最高放电电压U0，具体是：以制作的试验样品的预计击穿电压的10％为初始测试电压，以步进式升压的方式，在达到预计击穿电压的70％之前，每一步增加预计击穿电压的10％，在达到预计击穿电压的70％后，每一步增加预计击穿电压的5％，在每一步测试中，试验样品的耐压时间应达到2秒或2秒以上，优选3秒或3秒以上为合格，一直加压直至击穿，记录击穿时的电压，对各组试验样品的击穿电压取均值，确定为制作的试验样品能够承受的最高放电电压U0。

选用75％U0作为后续介电试验的工频耐压的电压值。

3、筛选合格的试验样品

先对试验样品进行湿处理，即将试验样品置于相对湿度95％±2％、温度20～35℃的环境中进行湿处理45～50小时；然后对湿处理后的试验样品以75％U0为试验电压对试验样品进行耐压测试，若试验样品不发生闪络、放电或击穿，即为有效样品，进行后续试验，否则弃用。

4、热老化处理

根据试验样品的预估的热老化时间，将该预估的热老化时间均分成10个周期，在每个周期中，将试验样品暴露在温度为160℃的老化烘箱中进行热老化处理，在每个周期结束后进行机械振动处理和湿处理，并结合介电试验判断是否失效，以此循环试验的方法来确定最终的失效时间。在热老化处理过程中，应当控制暴露时间和暴露温度的关系，使所有试验样品都在5～7个周期内失效为宜，若在第四个周期发现有失效的趋势，则后续热老化周期的时间减半；若在第七个周期未发生失效，则后续各个热老化周期时间延长一倍。在试验样品的取出与放入过程中要保证每组试验样品承受相同的热冲击。

5、测量热质量损失

称量每个周期的热老化处理之后的试验样品的质量，并与试验样品的原始质量进行比较，记录每个周期的热老化处理之后的试验样品的质量损失情况，若达到预定的质量损失，则为热质量损失失效，记录此时试验样品经历的热老化处理时间L_{热质量失效}即为试验样品的热质量损失失效测定的寿命时间。

在本实施例中，预定的质量损失是指经热老化处理之后的试验样品损失的质量达到原始质量的3.4％。

6、机械振动处理

将热老化处理后的试验样品置于机械振动台上，使试验样品承受5分钟、频率为50Hz、加速度为1.5g(即1.5倍的重力加速度)的机械振动处理。

7、湿处理

湿处理是将机械振动处理后的试验样品冷却后置于受潮箱中，置于相对湿度95％±2％、室温下(如20～35℃)的环境中进行湿处理48小时。

8、介电试验

将湿处理后的试验样品在两个小时内进行介电试验，具体是以步进加压的方式、以原始试验样品的最高放电电压的75％为最高试验电压对试验样品进行耐压试验，若试验电压达到最高试验电压时，试验样品未发生介电试验失效，则进行下一周期的热老化处理，若试验样品在试验电压未超过最高试验电压时发生介电试验失效，则结束老化试验，记录介电试验失效的试验样品经历的热老化处理时间t_z及最后一个周期的热老化处理时间h_l，则试验样品的介电试验测定的寿命时间L_{介电试验失效}＝t_z-0.5*h_l，其中，介电试验失效是指在相应的试验电压下，试验样品发生闪络、放电或击穿现象。

其中，在本实施例中，步进加压的方式是以最高放电电压的10％为初始试验电压，在试验电压达到最高放电电压的70％之前每一步增加最高放电电压的10％，在达到最高放电电压的70％后每一步增加最高放电电压的5％，每一步试验样品的耐压时间达到2秒或2秒以上为有效。进一步，优选的，每一步试验样品的耐压时间达到3秒或3秒以上为有效。上述判断具有介电试验失效的趋势是指在相应的试验电压下，试验样品的耐压时间达到4秒，4秒后失效。

9、计算热老化时间

试验样品经过周期性的循环热老化处理都达到失效之后，获取各试验样品的失效时间数据。在本实施例中，得到两组试验数据，一是通过介电试验判断的试验样品的寿命时间，二是通过测量试验样品的热质量损失判断试验样品失效的寿命时间。试验样品的总的寿命时间为两个寿命时间之和，即试验样品的老化总寿命时间L_总＝L_{热质量失效}+L_{介电试验失效}。

其中，热质量损失的寿命时间可通过对不同热老化处理时间与热质量损失的百分比数据进行曲线拟合得到的绝缘失效时的热质量损失所对应的老化时间即为试验样品的终点寿命时间，具体是：若原质量是m₀，现在的质量是m_i,则比较计算质量损失Δm_i＝m₀-m_i，每次测量一个m_i，相应的测量对应的时间t_i，计算相应的Δm_i，计算η_i＝(m₀-m_i)/m₀，若取η_i＝3.4％为失效标准，每一个时间t_i对应一个η_i，拟合得到t_i-η_i的曲线，当η_i达到失效标准时，得到相应的时间t_i，即为热质量损失的寿命时间。

上述实施例中各步骤的数据不限于上面所述，也可以在适当范围内变动。该干式变压器绝缘材料的老化试验方法通过对试验样品进行机械振动与湿处理使得测量结果更加符合实际情况，同时引入样品热暴露周期的思想，能将样品失效时间控制在一定范围内，可以实现对试品绝缘老化的有效试验，从而试验结果更准确可靠。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种干式变压器绝缘材料的老化试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

根据试验样品的预估的热老化时间，将该预估的热老化时间均分成10个周期，在每个周期中，将所述试验样品暴露在温度为160℃的环境中进行热老化处理；

称量每个周期的热老化处理之后的所述试验样品的质量，并与所述试验样品的原始质量进行比较，若达到预定的质量损失，则为热质量损失失效，记录此时所述试验样品经历的热老化处理时间L_{热质量失效}即为试验样品的热质量损失失效测定的寿命时间；

在每个周期的热老化处理之后对所述试验样品进行机械振动处理和湿处理，并对湿处理后的试验样品进行介电试验，若所述试验样品在第四个周期有介电试验失效的趋势，则后续各个热老化处理周期的处理时间减半，若所述试验样品在第七个周期未发生介电试验失效，则后续各个热老化处理周期的处理时间延长一倍；

其中，所述机械振动处理是将热老化处理后的所述试验样品置于频率为50Hz、加速度为1.5g的环境中进行机械振动5分钟；

所述湿处理是将机械振动处理后的所述试验样品置于相对湿度95％+2％、室温环境中进行湿处理48小时；

所述介电试验是将湿处理后的所述试验样品以步进加压的方式、以原始试验样品的最高放电电压的75％为最高试验电压对所述试验样品进行耐压试验，若试验电压达到所述最高试验电压时，所述试验样品未发生介电试验失效，则进行下一周期的热老化处理，若所述试验样品在试验电压未超过所述最高试验电压时发生介电试验失效，则结束老化试验，记录介电试验失效的所述试验样品经历的热老化处理时间t_z及最后一个周期的热老化处理时间h_l，则所述试验样品的介电试验测定的寿命时间L_{介电试验失效}＝t_z-0.5*h_l，其中，所述介电试验失效是指在相应的试验电压下，所述试验样品发生闪络、放电或击穿现象；

所述试验样品的老化总寿命时间L_总＝L_{热质量失效}+L_{介电试验失效}。

2.如权利要求1所述的干式变压器绝缘材料的老化试验方法，其特征在于，所述预定的质量损失是指经所述热老化处理之后的所述试验样品损失的质量达到所述原始质量的3.4％。

3.如权利要求1所述的干式变压器绝缘材料的老化试验方法，其特征在于，所述耐压试验需要在湿处理后两小时内进行。

4.如权利要求1所述的干式变压器绝缘材料的老化试验方法，其特征在于，所述耐压试验指以所述最高放电电压的10％为初始试验电压，在所述试验电压达到所述最高放电电压的70％之前每一步增加所述最高放电电压的10％，在达到所述最高放电电压的70％后每一步增加所述最高放电电压的5％，每一步所述试验样品的耐压时间达到2秒或2秒以上为有效。

5.如权利要求4所述的干式变压器绝缘材料的老化试验方法，其特征在于，每一步所述试验样品的耐压时间达到3秒或3秒以上为有效。

6.如权利要求4或5所述的干式变压器绝缘材料的老化试验方法，其特征在于，所述介电试验失效的趋势是指在相应的试验电压下，所述试验样品的耐压时间达到4秒，4秒后失效。

7.如权利要求1所述的干式变压器绝缘材料的老化试验方法，其特征在于，还包括所述试验样品的制作步骤，具体包括如下步骤：

将环氧树脂原料在90℃下加热30分钟，然后将该环氧树脂原料与固化剂、增韧剂和促进剂按照质量比为100:100:15:0.2～0.5的质量比混合并搅拌均匀，再将得到的混合物放入70℃的真空环境中处理60分钟，将除去气泡的粗产品倒入涂覆有脱模剂的模具中，所述模具的长、宽和厚度分别为80mm、10mm和4mm，将盛有所述粗产品的模具放入烤箱中并抽真空，在100℃下进行固化600分钟，固化后自然冷却脱模即得所述试验样品。

8.如权利要求7所述的干式变压器绝缘材料的老化试验方法，其特征在于，还包括对所述试验样品进行电压耐压试验，确定所述试验样品能够承受的所述最高放电电压的步骤，具体是以预计击穿电压的10％为初始测试电压，以步进式升压的方式，在达到所述预计击穿电压的70％之前，每一步增加预计击穿电压的10％，在达到预计击穿电压的70％后，每一步增加预计击穿电压的5％，在每一步测试中，所述试验样品的耐压时间应达到2秒或2秒以上，记录击穿时的电压，即为制作的所述试验样品能够承受的最高放电电压。

9.如权利要求8所述的干式变压器绝缘材料的老化试验方法，其特征在于，在确定所述试验样品能够承受的最高放电电压的过程中，采用多个试验样品分别测试，最终取平均值得到所述最高放电电压。

10.如权利要求9所述的干式变压器绝缘材料的老化试验方法，其特征在于，还包括对制作的所述试验样品进行筛选的步骤，具体是将所述试验样品置于相对湿度95％+2％、温度20～35℃的环境中进行湿处理45～50小时，然后对湿处理后的试验样品以测试得到的所述最高放电电压的75％为试验电压对试验样品进行耐压测试，若试验样品不发生闪络、放电或击穿，即为有效样品，进行后续试验，否则弃用。