CN104793113A - 一种变压器主绝缘系统老化状态评估方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种变压器主绝缘系统老化状态评估方法和系统,对各个预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板进行频域介电响应测试,分别得到一条基准介质损耗特性曲线,其中,方法包括:对变压器进行频域介电响应测试,得到所述变压器主绝缘系统的水分含量和其油浸绝缘纸板的介质损耗曲线;计算所述水分含量与各个预定水分含量间差值,确定与所述水分含量间差值最小的最小差值水分含量;计算所述最小差值水分含量下各个油浸绝缘纸板相对应的基准介质损耗特性曲线与所述介质损耗曲线间的重合度,将重合度最高的基准介质损耗特性曲线相对应的预定老化状态作为所述变压器主绝缘系统的老化状态。实施方便简洁,具有更高的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电气设备性能评估领域,特别是涉及一种变压器主绝缘系统老化状态评估方法和系统。
背景技术
电气设备是电力系统的基本元件,其性能的好坏直接影响到电力系统是否能安全可靠地运行。电力变压器是各种高压电气设备中最重要的设备之一,是电网中能量转换、传输的核心。目前,国内的许多变压器已运行多年,有的运行状况良好,有的已经维修多次,究竟一台变压器的老化状态如何,是应该继续运行还是需要停电维修,都需要对该台变压器的主绝缘系统老化状态进行准确地评估。
目前,国际公认的诊断变压器主绝缘系统老化状态的传统判据有3种:油中溶解气体分析、油中糠醛含量和绝缘纸聚合度。首先,由于变压器中途滤油等各种因素的影响,油品化学参量测试结果无法可靠反映绝缘状况,因此,将油中溶解气体分析和油中糠醛含量作为诊断变压器主绝缘系统老化状态判断的依据,可靠性较低;而将绝缘纸聚合度作为诊断变压器主绝缘系统老化状态判断的依据,虽然绝缘纸的聚合度最能真实反映变压器内油浸绝缘纸板的老化程度,具有较高的可靠性,但是,由于对变压器内油浸绝缘纸板的聚合度进行测量需要对变压器进行放油吊罩,再在变压器绕组中若干有代表性的部位进行取样,才能得到可靠的结果,实施起来困难较大,操作繁琐,还会对变压器绝缘造成损伤;另外,由于变压器在运行过程中会受水分等因素的作用影响,使用国际公认的诊断变压器主绝缘系统老化状态的传统判据来评估不同受潮程度变压器的老化状态较为困难,也使得对变压器主绝缘系统老化状态的评估可靠性较低。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例提供一种变压器主绝缘系统老化状态评估方法和系统,以解决现有技术中使用油溶解气体分析、油中糠醛含量和绝缘纸聚合度传统判据对变压器主绝缘系统老化状态进行评估而造成的可靠性较低和实施困难的问题。
为实现上述目的,本发明实施例提供如下技术方案:
一种变压器主绝缘系统老化状态评估方法,对各个预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板进行频域介电响应测试,分别得到一条基准介质损耗特性曲线,包括:
对变压器进行频域介电响应测试,得到所述变压器主绝缘系统的水分含量和其油浸绝缘纸板的介质损耗曲线;
计算所述水分含量与各个预定水分含量间差值,确定与所述水分含量间差值最小的最小差值水分含量;
计算所述最小差值水分含量下各个油浸绝缘纸板相对应的基准介质损耗特性曲线与所述介质损耗曲线间的重合度,将重合度最高的基准介质损耗特性曲线相对应的预定老化状态作为所述变压器主绝缘系统的老化状态。
其中,所述对各个预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板进行频域介电响应测试前还包括:获取预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板。
其中,所述获取预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板包括:
建立模拟变压器主绝缘系统;
在预定温度下对所述模拟变压器主绝缘系统的油纸绝缘纸板进行加速热老化试验,得到预定老化状态的油浸绝缘纸板;
将所述预定老化状态的油浸绝缘纸板在预定温度干燥箱中干燥预定时间后,置于空气中自然吸潮,得到预定水分含量下预定老化程序的油浸绝缘纸板。
其中,所述对各个预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板进行频域介电响应测试,分别得到一条基准介质损耗特性曲线包括:
对各个预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板进行频域介电响应测试,得到介质损耗数据;
通过线性插值法对所述介质损耗数据中预订频域区段数据进行处理,得到处理后介质损耗数据;
根据所述处理后介质损耗数据得到基准介质损耗特性曲线。
其中,所述对变压器进行频域介电响应测试,得到所述变压器主绝缘系统的水分含量和其油浸绝缘纸板的介质损耗曲线包括:
通过频域介电谱设备对变压器主绝缘系统在预定温度T下进行测试,得到所述变压器主绝缘系统的复电容C*r(ω,T)和水分含量;
建立所述变压器油纸绝缘系统的XY模型:
其中,B为变压器隔板总厚度,n为变压器主绝缘扇形区的个数,s为变压器垫片宽度,r1为变压器低压绕组外侧与铁芯圆心的距离,r2为变压器中压绕组内侧与铁芯圆心的距离,d为变压器主绝缘厚度,d=r2-r1;
计算所述变压器油浸绝缘纸板介电常数频域谱
其中,为变压器主绝缘系统的复相对介电常数在温度T下随测试频率ω的变化规律;为变压器油的复相对介电常数在温度T下随频率ω的变化规律;为组成隔板的复相对介电常数在温度T下随测试频率ω的关系、为屏障材料的复相对介电常数在温度T下随测试频率的关系;
其中,C0=2πhε0/ln(r2/r1),h为被变压器油浸绝缘纸板环绕的中低压绕组高度;通过取油样测试得到;
计算所述变压器油浸绝缘纸板介电损耗在温度T下随测试频率的关系tanδ(ω,T):
tanδ(ω,T)=ε″r-pressboard(ω,T)/ε′r-pressboard(ω,T);
其中,ε″r-pressboard(ω,T)和ε′r-pressboard(ω,T)分别为的虚部和实部;
对tanδ(ω,T)进行温度修正,并通过线性插值法对tanδ(ω,T)中预订频域区段数据进行处理,得到所述变压器油浸绝缘纸板在预定温度T0下预定频域区域内的介质损耗曲线I-tanδ(f,T0)。
一种变压器主绝缘系统老化状态评估系统,包括:第一测试模块、第一计算模块和第二计算模块;其中,
所述第一测试模块,用于对变压器进行频域介电响应测试,得到所述变压器主绝缘系统的水分含量和其油浸绝缘纸板的介质损耗曲线;
所述第一计算模块,用于计算所述水分含量与各个预定水分含量间差值,确定与所述水分含量间差值最小的最小差值水分含量;
所述第二计算模块,用于计算所述最小差值水分含量下各个油浸绝缘纸板相对应的基准介质损耗特性曲线与所述介质损耗曲线间的重合度,将重合度最高的基准介质损耗特性曲线相对应的预定老化状态作为所述变压器主绝缘系统的老化状态。
其中,所述变压器主绝缘系统老化状态评估系统还包括:第二测试模块,用于对各个预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板进行频域介电响应测试,分别得到一条基准介质损耗特性曲线。
其中,所述第二测试模块包括:测试单元、数据处理单元和曲线获取单元;其中,
所述测试单元,用于对各个预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板进行频域介电响应测试,得到介质损耗数据;
所述数据处理单元,用于通过线性插值法对所述介质损耗数据中预订频域区段数据进行处理,得到处理后介质损耗数据;
所述曲线获取单元,用于根据所述处理后介质损耗数据得到基准介质损耗特性曲线。
其中,所述变压器主绝缘系统老化状态评估系统还包括:获取模块,用于获取预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板。
其中,所述获取模块包括:建模单元、热老化单元和吸潮单元;其中,
所述建模单元,用于建立模拟变压器主绝缘系统;
所述热老化单元,用于在预定温度下对所述模拟变压器主绝缘系统的油纸绝缘纸板进行加速热老化试验,得到预定老化状态的油浸绝缘纸板;
所述吸潮单元,用于将所述预定老化状态的油浸绝缘纸板在预定温度干燥箱中干燥预定时间后,置于空气中自然吸潮,得到预定水分含量下预定老化程序的油浸绝缘纸板。
基于上述技术方案,本发明实施例提供一种变压器主绝缘系统老化状态评估方法和系统,在对变压器主绝缘系统老化状态进行评估前,先获取一定数目的预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板,对各个预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板进行频域介电响应测试,分别得到一条基准介质损耗特性曲线;在对变压器主绝缘系统老化状态进行评估时,通过对变压器进行频域介电响应测试,得到该变压器内主绝缘系统的水分含量和该变压器油浸绝缘纸板的介质损耗曲线,然后计算得到的该变压器内主绝缘系统的水分含量与各个预定水分含量间的差值,确定与该变压器内主绝缘系统的水分含量间差值最小的最小差值水分含量,计算在该最小差值水分含量下各个油浸绝缘纸板相对应的基准介质损耗特性曲线与该变压器介质损耗曲线间的重合度,将重合度最高的基准介质损耗特性曲线相对应的预定老化状态作为该变压器主绝缘系统的老化状态。因为变压器在运行过程中受到水分等因素的作用影响后,其内油纸绝缘复合电介质的微观结构将会发生变化,进而导致其介电特性也发生变化,因此,可以通过测量变压器主绝缘系统内油浸绝缘纸板的介电响应来评估绝缘的老化状态,因此,本发明实施例提供的变压器主绝缘系统老化状态评估方法和系统,通过对变压器进行频域介电响应检测来评估变压器主绝缘系统的老化状态,提高了评估结果的可靠性,且实施方便简洁;另外,本发明实施例提供的变压器主绝缘系统老化状态评估方法和系统在对变压器进行频域介电响应测试时,得到被评估变压器主绝缘系统内水分含量,通过水分含量来选取与该被评估变压器油浸绝缘纸板介质损耗曲线相比对的基准介质损耗特性曲线,最后得到该被评估变压器主绝缘系统的老化状态,可以有效地解决了不同受潮程度变压器老化状态评估较为困难的问题,进一步地提高了评估结果的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的变压器主绝缘系统老化状态评估方法的流程图;
图2为变压器油纸绝缘系统的XY模型;
图3为不同水分含量下不同老化状态油浸绝缘纸板在10-2~108频段的介质损耗特性曲线;
图4为不同水分含量下不同老化状态油浸绝缘纸板在10-1~102频段的介质损耗特性曲线;
图5为本发明实施例提供的变压器主绝缘系统老化状态评估方法中获取预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板的方法流程图;
图6为变压器中低压绕组间采用传统的油隙、纸筒绝缘的主绝缘系统的结构示意图;
图7为本发明实施例提供的变压器主绝缘系统老化状态评估方法中得到基准介质损耗特性曲线的方法流程图;
图8为本发明实施例提供的变压器主绝缘系统老化状态评估方法中得到变压器主绝缘系统的水分含量和其油浸绝缘纸板的介质损耗曲线的方法流程图;
图9为本发明实施例提供的变压器主绝缘系统老化状态评估系统的系统框图;
图10为本发明实施例提供的变压器主绝缘系统老化状态评估系统的另一系统框图;
图11为本发明实施例提供的变压器主绝缘系统老化状态评估系统中第二测试模块的结构框图;
图12为本发明实施例提供的变压器主绝缘系统老化状态评估系统的又一系统框图;
图13为本发明实施例提供的变压器主绝缘系统老化状态评估系统中获取模块500的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的变压器主绝缘系统老化状态评估方法的流程图,该变压器主绝缘系统老化状态评估方法通过对变压器进行频域介电响应检测来评估变压器主绝缘系统的老化状态,提高了评估结果的可靠性,实施方便简洁;且,由于在对变压器进行频域介电响应测试时,可以得到变压器主绝缘系统内水分含量,有效地解决了不同受潮程度变压器老化状态评估较为困难的问题,进一步地提高了变压器主绝缘系统老化状态评估结果的可靠性。参照图1,该变压器主绝缘系统老化状态评估方法可以包括:
步骤S100:对变压器进行频域介电响应测试,得到所述变压器主绝缘系统的水分含量和其油浸绝缘纸板的介质损耗曲线;
可选的,可以通过频域介电谱设备来对变压器进行频域介电响应测试,得到被测试变压器主绝缘系统的水分含量和该被测试变压器油浸绝缘纸板的介质损耗曲线,通过对变压器主绝缘系统的水分含量的测量,通过水分含量来选取与该被评估变压器油浸绝缘纸板介质损耗曲线相比对的基准介质损耗特性曲线,最后得到该被评估变压器主绝缘系统的老化状态,可以有效防止变压器因受潮而影响对该变压器主绝缘系统老化状态评估的准确性,确保结果的可靠性。
可选的,可以通过建立被评估变压器油纸绝缘系统的XY模型,变压器油纸绝缘系统的XY模型如图2所述,确定被评估变压器的X值和Y值后,计算该被评估变压器油浸绝缘纸板介电常数频域谱计算所述变压器油浸绝缘纸板介电损耗在温度T下随测试频率的关系tanδ(ω,T),对tanδ(ω,T)进行温度修正,并通过线性插值法对tanδ(ω,T)中预订频域区段数据进行处理,来得到所述变压器油浸绝缘纸板在预定温度T0下预定频域区域内的介质损耗曲线I-tanδ(f,T0)。
步骤S110:计算所述水分含量与各个预定水分含量间差值,确定与所述水分含量间差值最小的最小差值水分含量;
在对变压器进行频域介电响应测试之前,需要对各个预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板进行频域介电响应测试,即对各个已知水分含量且已知老化状态的油浸绝缘纸板进行频域介电响应测试,分别得到一条基准介质损耗特性曲线,也就是说,每一个不同水分含量下不同老化状态的油浸绝缘纸板均有其相对应的一条基准介质损耗特性曲线,两块油浸绝缘纸板,两者的水分含量相同老化状态不相同,两者得到的基准介质损耗特性曲线不同;两者的老化状态相同水分含量不相同,两者得到的基准介质损耗特性曲线不同;当然,两者的老化状态和水分含量均不相同,两者得到的基准介质损耗特性曲线也不相同。
其中,需要注意的是,在对变压器进行频域介电响应测试之前,需要对各个预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板进行频域介电响应测试,分别得到一条基准介质损耗特性曲线,但是,并不是每次对变压器进行频域介电响应测试之前均需要需要对各个预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板进行频域介电响应测试分别得到一条基准介质损耗特性曲线,在同一个变压器主绝缘系统老化状态评估装置中,只需要进行一次对各个预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板进行频域介电响应测试的操作即可。
可选的,若没有现存的进行频域介电响应测试的预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板,还应该对各个预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板进行频域介电响应测试前获取预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板。
可选的,可以通过先建立模拟变压器主绝缘系统,然后在预定的温度下对该模拟变压器主绝缘系统的油纸绝缘纸板进行加速热老化试验,得到预定老化状态的油浸绝缘纸板,最后将得到的预定老化状态的油浸绝缘纸板在预定温度干燥箱中干燥预定时间后,置于空气中自然吸潮,来得到预定水分含量下预定老化程序的油浸绝缘纸板。
可选的,可以通过对各个预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板进行频域介电响应测试,得到介质损耗数据,通过线性插值法对所述介质损耗数据中预订频域区段数据进行处理,得到处理后介质损耗数据,再根据所述处理后介质损耗数据得到基准介质损耗特性曲线。
可选的,可以通过线性插值法对介质损耗数据中10-1~102Hz频域区段的数据进行处理,得到处理后介质损耗数据。
参照图3,不同水分含量下不同老化状态油浸绝缘纸板在10-2~108Hz频段的介质损耗特性曲线,和图4,不同水分含量下不同老化状态油浸绝缘纸板在10-1~102Hz频段的介质损耗特性曲线。
在图3和图4中,均给出了1.22%、2.06%、3.02%和3.87%四种水分含量下,无老化、7天老化、14天老化、21天老化和28天老化五种老化状态的油浸绝缘纸板的介质损耗特性曲线,可以看出,图4中各条介质损耗特性曲线之间较图3中各条介质损耗特性曲线之间具有更宽的距离间隔,图4各条介质损耗特性曲线彼此间重合度较小,各条介质损耗特性曲线间更容易被区分,因此,当将图4中的各条介质损耗特性曲线作为基准介质损耗特性曲线时,可以使当各条基准介质损耗特性曲线与需要比对的基准介质损耗特性曲线进行比对时,可以使得到的重合度结果间具有更大的差距,增加重合度计算结果的准确性,更利于选出重合度最高的基准介质损耗特性曲线,因此,通过线性插值法对所述介质损耗数据中预订频域区段数据进行处理,得到处理后介质损耗数据,在根据得到的处理后介质损耗数据得到基准介质损耗特性曲线,比直接根据频域介电响应测试得到的介质损耗数据得到基准介质损耗特性曲线具有更高的精确性。
步骤S120:计算所述最小差值水分含量下各个油浸绝缘纸板相对应的基准介质损耗特性曲线与所述介质损耗曲线间的重合度,将重合度最高的基准介质损耗特性曲线相对应的预定老化状态作为所述变压器主绝缘系统的老化状态。
具有相同预定水分含量的油浸绝缘纸板可能彼此间具有不同的预定老化状态,在选出最小差值水分含量后,选出所有具有该最小差值水分含量的不同预定老化状态的油浸绝缘纸板,将这些选出的油浸绝缘纸板相对应的基准介质损耗特性曲线与被评估变压器通过频域介电响应测试测得的介质损耗曲线进行比对,计算得到这些选出的油浸绝缘纸板相对应的基准介质损耗特性曲线与被评估变压器通过频域介电响应测试测得的介质损耗曲线间的重合度,确定一条重合度最高的基准介质损耗特性曲线,确定重合度最高的基准介质损耗特性曲线后将该条重合度最高的基准介质损耗特性曲线相对应的预定老化状态作为该被评估变压器主绝缘系统的老化状态。
其中,需要说明的是,确定重合度最高的基准介质损耗特性曲线后将该条重合度最高的基准介质损耗特性曲线相对应的预定老化状态作为该被评估变压器主绝缘系统的老化状态,是在一定误差允许的范围内的将重合度最高的基准介质损耗特性曲线相对应的预定老化状态作为该被评估变压器主绝缘系统的老化状态。
基于上述技术方案,本发明实施例提供一种变压器主绝缘系统老化状态评估方法和系统,在对变压器主绝缘系统老化状态进行评估前,先获取一定数目的预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板,对各个预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板进行频域介电响应测试,分别得到一条基准介质损耗特性曲线;在对变压器主绝缘系统老化状态进行评估时,通过对变压器进行频域介电响应测试,得到该变压器内主绝缘系统的水分含量和该变压器油浸绝缘纸板的介质损耗曲线,然后计算得到的该变压器内主绝缘系统的水分含量与各个预定水分含量间的差值,确定与该变压器内主绝缘系统的水分含量间差值最小的最小差值水分含量,计算在该最小差值水分含量下各个油浸绝缘纸板相对应的基准介质损耗特性曲线与该变压器介质损耗曲线间的重合度,将重合度最高的基准介质损耗特性曲线相对应的预定老化状态作为该变压器主绝缘系统的老化状态。因为变压器在运行过程中受到水分等因素的作用影响后,其内油纸绝缘复合电介质的微观结构将会发生变化,进而导致其介电特性也发生变化,因此,可以通过测量变压器主绝缘系统内油浸绝缘纸板的介电响应来评估绝缘的老化状态,因此,本发明实施例提供的变压器主绝缘系统老化状态评估方法和系统,通过对变压器进行频域介电响应检测来评估变压器主绝缘系统的老化状态,提高了评估结果的可靠性,且实施方便简洁;另外,本发明实施例提供的变压器主绝缘系统老化状态评估方法和系统在对变压器进行频域介电响应测试时,得到被评估变压器主绝缘系统内水分含量,通过水分含量来选取与该被评估变压器油浸绝缘纸板介质损耗曲线相比对的基准介质损耗特性曲线,最后得到该被评估变压器主绝缘系统的老化状态,可以有效地解决了不同受潮程度变压器老化状态评估较为困难的问题,进一步地提高了评估结果的可靠性。
可选的,图5示出了本发明实施例提供的变压器主绝缘系统老化状态评估方法中获取预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板的方法流程图,参照图5,该获取预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板的方法可以包括:
步骤S200:建立模拟变压器主绝缘系统;
变压器绝缘结构由紧绕在铁芯上的低压绕组和绕在铁芯外的高压绕组以及高低压绕组之间的主绝缘系统组成,变压器主绝缘系统又由一系列纸筒压板、油隙及对纸筒起支撑作用的撑条构成,图6示出了变压器中低压绕组间采用传统的油隙、纸筒绝缘的主绝缘系统的结构示意图,其中,s为变压器垫片宽度,r1为变压器低压绕组外侧与铁芯圆心的距离,r2为变压器中压绕组内侧与铁芯圆心的距离,d为变压器主绝缘厚度,且d=r2-r1,bn为第n个变压器隔板的厚度。
因为油浸绝缘纸板位于变压器主绝缘系统内部,因此,在实验室中,可以先模拟变压器绝缘系统,建立拟变压器主绝缘系统,得到仿真度较高的不同老化状态不同水分含量的油浸绝缘纸板,以提高对变压器主绝缘系统老化状态评估的准确性和可靠性。
步骤S210:在预定温度下对所述模拟变压器主绝缘系统的油纸绝缘纸板进行加速热老化试验,得到预定老化状态的油浸绝缘纸板;
在一定的温度下对模拟变压器主绝缘系统内油纸绝缘纸板进行加速热老化试验,可以得到具有一定老化状态的油浸绝缘纸板,在预定温度下,对模拟变压器主绝缘系统内的油纸绝缘纸板进行加速热老化试验,根据改变加速热老化试验的时间等因素,可以得到多个不同老化状态的油浸绝缘纸板。
可选的,可以在130°的温度下模拟变压器主绝缘系统内油纸绝缘纸板进行加速热老化试验。
可选的,可以在对模拟变压器主绝缘系统内油纸绝缘纸板进行加速热老化试验后,得到无老化、7天老化、14天老化、21天老化和28天老化五种老化状态的油浸绝缘纸板。
步骤S220:将所述预定老化状态的油浸绝缘纸板在预定温度干燥箱中干燥预定时间后,置于空气中自然吸潮,得到预定水分含量下预定老化程序的油浸绝缘纸板。
将油浸绝缘纸板置于预定温度的干燥箱中干燥预定时间后,再置于空气中自然吸潮,可以得到具有预定水分含量的油浸绝缘纸板。而将得到的预定老化状态的油浸绝缘纸板在预定温度干燥箱中干燥预定时间后,置于空气中自然吸潮,则可以得到预定水分含量下预定老化程序的油浸绝缘纸板。
将得到的预定老化状态的油浸绝缘纸板先在预定温度的干燥箱中干燥预定时间后,再置于空气中自然吸潮,便于控制油浸绝缘纸板内水分含量。而将得到的预定老化状态的油浸绝缘纸板置于空气中自然吸潮,可以较好地模拟实际变压器内油浸绝缘纸板的自然受潮。
可选的,可以在130°的干燥箱中对得到的预定老化状态的油浸绝缘纸板进行干燥。
可选的,可以在干燥箱中对得到的预定老化状态的油浸绝缘纸板进行10分钟干燥。
可选的,由于实际变压器在运行的过程中,其主绝缘系统的水分含量可能在0.5%~5%的范围内发生变化,因此,可以将得到的预定老化状态的油浸绝缘纸板在预定温度干燥箱中干燥预定时间后,置于空气中自然吸潮,得到水分含量在1%到4%之间的四中不同水分含量的油浸绝缘纸板,例如,得到水分含量分别为1.22%、2.06%、3.02%和3.87%的四种水分含量的油浸绝缘纸板。
可选的,图7示出了本发明实施例提供的变压器主绝缘系统老化状态评估方法中得到基准介质损耗特性曲线的方法流程图,参照图7,该得到基准介质损耗特性曲线的方法可以包括:
步骤S300:对各个预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板进行频域介电响应测试,得到介质损耗数据;
对各个预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板进行频域介电响应测试,得到介质损耗数据,通过这些得到的介质损耗数据,可以得到如图4所示的不同水分含量下不同老化状态油浸绝缘纸板在10-2~108频段的介质损耗特性曲线。
步骤S310:通过线性插值法对所述介质损耗数据中预订频域区段数据进行处理,得到处理后介质损耗数据;
可选的,通过图3和图4,可以看出,图4中曲线在具有更宽的距离间隔,具有较小的重合度,更容易被区分,因此,可以通过线性插值法对介质损耗数据中10-1~102频域区段的数据进行处理,得到处理后介质损耗数据。
步骤S320:根据所述处理后介质损耗数据得到基准介质损耗特性曲线。
通过线性插值法得到预定频域区段的处理后介质损耗数据后,可以通过这些处理后介质损耗数据得到基准介质损耗特性曲线,使用这些处理后介质损耗数据得到的基准介质损耗特性曲线,可以使当各条基准介质损耗特性曲线与需要比对的基准介质损耗特性曲线进行比对时,可以使得到的重合度结果间具有更大的差距,增加重合度计算结果的准确性,更利于选出重合度最高的基准介质损耗特性曲线,提高评估结果的精确性。
可选的,图8示出了本发明实施例提供的变压器主绝缘系统老化状态评估方法中得到变压器主绝缘系统的水分含量和其油浸绝缘纸板的介质损耗曲线的方法流程图,参照图8,该得到所述变压器主绝缘系统的水分含量和其油浸绝缘纸板的介质损耗曲线的方法可以包括:
步骤S400:通过频域介电谱设备对变压器主绝缘系统在预定温度T下进行测试,得到所述变压器主绝缘系统的复电容C*r(ω,T)和水分含量;
步骤S410:建立所述变压器油纸绝缘系统的XY模型;
将变压器主绝缘系统的所有纸板、油道和撑条分别集成,简化得到变压器油纸绝缘系统的XY模型,如图2所示。变压器油纸绝缘系统的XY模型能够既简单又直接地和变压器主绝缘构造相联系,被广泛用来诊断变压器主绝缘系统的状态。
可选的,计算变压器油纸绝缘系统的XY模型内X值和Y值的公式可以为:
其中,B为变压器隔板总厚度,n为变压器主绝缘扇形区的个数,s为变压器垫片宽度,r1为变压器低压绕组外侧与铁芯圆心的距离,r2为变压器中压绕组内侧与铁芯圆心的距离,d为变压器主绝缘厚度,d=r2-r1;
步骤S420:计算所述变压器油浸绝缘纸板介电常数频域谱
根据变压器绝缘结构设计,确定某台变压器的X和Y值后,变压器主绝缘系统在温度T下的介电常数频域谱便可以通过一定的计算公式计算获得。
可选的,计算变压器主绝缘系统在温度T下的介电常数频域谱的计算公式可以为:
其中,为变压器主绝缘系统的复相对介电常数在温度T下随测试频率ω的变化规律;为变压器油的复相对介电常数在温度T下随频率ω的变化规律;为组成隔板的复相对介电常数在温度T下随测试频率ω的关系、为屏障材料的复相对介电常数在温度T下随测试频率的关系;
由于隔板和屏障均由油浸绝缘纸板组成,因此,油浸绝缘纸板的复相对介电常数在温度T下随测试频率的关系和具有相同的变化规律,因此,在该计算公式中,
可选的,式中可以通过以下公式计算得到:
C0=2πhε0/ln(r2/r1);
其中,h为被变压器油浸绝缘纸板环绕的中低压绕组高度。
可选的,可以通过取油样测试得到。
步骤S430:计算所述变压器油浸绝缘纸板介电损耗在温度T下随测试频率的关系tanδ(ω,T);
计算得到变压器油浸绝缘纸板介电常数频域谱后,便可根据计算得到该变压器油浸绝缘纸板介电损耗在温度T下随测试频率的关系tanδ(ω,T)。
可选的,计算变压器油浸绝缘纸板介电损耗在温度T下随测试频率的关系tanδ(ω,T)的公式可以为:
tanδ(ω,T)=ε″r-pressboard(ω,T)/ε′r-pressboard(ω,T);
其中,其中,ε″r-pressboard(ω,T)和ε′r-pressboard(ω,T)分别为的虚部和实部;
步骤S440:对tanδ(ω,T)进行温度修正,并通过线性插值法对tanδ(ω,T)中预订频域区段数据进行处理,得到所述变压器油浸绝缘纸板在预定温度T0下预定频域区域内的介质损耗曲线。
通过步骤S400至步骤S430可以得到变压器油浸绝缘纸板介电损耗在温度T下随测试频率的关系tanδ(ω,T),通过对tanδ(ω,T)进行温度修正,可以得到变压器油浸绝缘纸板介电损耗在温度T0下随测试频率的关系tanδ(ω,T0)。而通过线性插值法对tanδ(ω,T)中预订频域区段数据进行处理可以得到该变压器油浸绝缘纸板在预定频域区域内的介质损耗数据,从而得到该变压器油浸绝缘纸板在预定频域区域内的介质损耗曲线。因此,对tanδ(ω,T)进行温度修正,并通过线性插值法对tanδ(ω,T)中预订频域区段数据进行处理,可以得到该变压器油浸绝缘纸板在预定温度T0下预定频域区域内的介质损耗曲线I-tanδ(f,T0)。
可选的,可以通过对tanδ(ω,T)进行温度修正,得到该变压器油浸绝缘纸板在常温25°下的介质损耗曲线。
可选的,可以通过线性插值法对tanδ(ω,T)中10-1~100Hz频域区段数据进行处理,得到该变压器油浸绝缘纸板在10-1~100Hz频域区域内的介质损耗曲线。
为便于理解本发明实施例提供的变压器主绝缘系统老化状态评估方法,下面假设预定水分含量为1.22%、2.06%、3.02%和3.87%四种,预定老化状态为无老化、7天老化、14天老化、21天老化和28天老化五种,通过线性插值法对介质损耗数据中10-1~102频域区段的数据进行处理,对变压器进行频域介电响应测试的测试温度为常温25℃,测得的变压器主绝缘系统的水分含量为1.10%。
则根据设定,各个预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板包括,1.22%水分含量下无老化、7天老化、14天老化、21天老化和28天老化五种老化状态的油浸绝缘纸板,2.06%水分含量下无老化、7天老化、14天老化、21天老化和28天老化五种老化状态的油浸绝缘纸板,3.02%水分含量下无老化、7天老化、14天老化、21天老化和28天老化五种老化状态的油浸绝缘纸板,和3.87%水分含量下无老化、7天老化、14天老化、21天老化和28天老化五种老化状态的油浸绝缘纸板。对各个预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板分别进行频域介电响应测试,通过线性插值法对介质损耗数据中10-1~102频域区段的数据进行处理,可以得到如图4所示的各条基准介质损耗特性曲线。
计算测得的变压器主绝缘系统的水分含量1.10%与各个预定水分含量1.22%、2.06%、3.02%和3.87%之间的差值,各个差值分别为0.12%、0.96%、1.92%和2.77%,预定水分含量1.22%与变压器主绝缘系统的水分含量1.10%之间差值最小,因此,可以确定最小差值水分含量为1.22%。
在对变压器进行频域介电响应测试后将会得到一条其油浸绝缘纸板的介质损耗曲线,而在1.22%的水分含量下,具有无老化、7天老化、14天老化、21天老化和28天老化五种老化状态的油浸绝缘纸板,这五种老化状态的油浸绝缘纸板在图4中分别对应着一条基准介质损耗特性曲线,将这五条基准介质损耗特性曲线分别与变压器频域介电响应测试后得到的介质损耗曲线进行比对,得到该五条基准介质损耗特性曲线与该介质损耗曲线间的重合度,将重合度最高的基准介质损耗特性曲线相对应的预定老化状态作为所述变压器主绝缘系统的老化状态。例如,若测试得到的介质损耗曲线与1.22%的水分含量下21天老化的油浸绝缘纸板对应的基准介质损耗特性曲线间的重合度最高,则,认为该变压器主绝缘系统的老化状态为21天老化。
可选的,在确定该被评估变压器主绝缘系统的老化状态为21天老化后,还可以测量该1.22%的水分含量下21天老化的油浸绝缘纸板的聚合度,将该1.22%的水分含量下21天老化的油浸绝缘纸板的聚合度作为该被评估变压器的聚合度。例如,若该1.22%的水分含量下21天老化的油浸绝缘纸板的聚合度为700,则在误差允许的范围内,可以认为该被评估变压器的聚合度即为700。
本发明实施例提供一种变压器主绝缘系统老化状态评估方法,通过对变压器进行频域介电响应检测来评估变压器主绝缘系统的老化状态,提高了评估结果的可靠性,实施方便简洁;且由于在对变压器进行频域介电响应测试时,可以得到变压器主绝缘系统内水分含量,有效地解决了不同受潮程度变压器老化状态评估较为困难的问题,进一步地提高了变压器主绝缘系统老化状态评估结果的可靠性。
下面对本发明实施例提供的变压器主绝缘系统老化状态评估方系统进行介绍,下文描述的变压器主绝缘系统老化状态评估方系统与上文描述的变压器主绝缘系统老化状态评估方方法可相互对应参照。
图9为本发明实施例提供的变压器主绝缘系统老化状态评估系统的系统框图,参照图9,该变压器主绝缘系统老化状态评估系统可以包括:第一测试模块100、第一计算模块200和第二计算模块300;其中,
第一测试模块100,用于对变压器进行频域介电响应测试,得到所述变压器主绝缘系统的水分含量和其油浸绝缘纸板的介质损耗曲线;
第一计算模块200,用于计算所述水分含量与各个预定水分含量间差值,确定与所述水分含量间差值最小的最小差值水分含量;
第二计算模块300,用于计算所述最小差值水分含量下各个油浸绝缘纸板相对应的基准介质损耗特性曲线与所述介质损耗曲线间的重合度,将重合度最高的基准介质损耗特性曲线相对应的预定老化状态作为所述变压器主绝缘系统的老化状态。
可选的,图10示出了本发明实施例提供的变压器主绝缘系统老化状态评估系统的另一系统框图,参照图10,该变压器主绝缘系统老化状态评估系统还可以包括:第二测试模块400;
第二测试模块400,用于对各个预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板进行频域介电响应测试,分别得到一条基准介质损耗特性曲线。
对应的,图11示出了本发明实施例提供的变压器主绝缘系统老化状态评估系统中第二测试模块400的结构框图,参照图11,该第二测试模块400可以包括:测试单元410、数据处理单元420和曲线获取单元430;其中,
测试单元410,用于对各个预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板进行频域介电响应测试,得到介质损耗数据;
数据处理单元420,用于通过线性插值法对所述介质损耗数据中预订频域区段数据进行处理,得到处理后介质损耗数据;
曲线获取单元430,用于根据所述处理后介质损耗数据得到基准介质损耗特性曲线。
可选的,图12示出了本发明实施例提供的变压器主绝缘系统老化状态评估系统的又一系统框图,参照图12,该变压器主绝缘系统老化状态评估系统还可以包括:获取模块500;
获取模块500,用于获取预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板。
对应的,图13示出了本发明实施例提供的变压器主绝缘系统老化状态评估系统中获取模块500的结构框图,参照图13,该获取模块500可以包括:建模单元510、热老化单元520和吸潮单元530;其中,
建模单元510,用于建立模拟变压器主绝缘系统;
热老化单元520,用于在预定温度下对所述模拟变压器主绝缘系统的油纸绝缘纸板进行加速热老化试验,得到预定老化状态的油浸绝缘纸板;
吸潮单元530,用于将所述预定老化状态的油浸绝缘纸板在预定温度干燥箱中干燥预定时间后,置于空气中自然吸潮,得到预定水分含量下预定老化程序的油浸绝缘纸板。
本发明实施例提供一种变压器主绝缘系统老化状态评估系统,通过对变压器进行频域介电响应检测来评估变压器主绝缘系统的老化状态,提高了评估结果的可靠性,实施方便简洁;且,由于在对变压器进行频域介电响应测试时,可以得到变压器主绝缘系统内水分含量,有效地解决了不同受潮程度变压器老化状态评估较为困难的问题,进一步地提高了变压器主绝缘系统老化状态评估结果的可靠性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块,或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种变压器主绝缘系统老化状态评估方法,对各个预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板进行频域介电响应测试,分别得到一条基准介质损耗特性曲线,其特征在于,包括:
对变压器进行频域介电响应测试,得到所述变压器主绝缘系统的水分含量和其油浸绝缘纸板的介质损耗曲线;
计算所述水分含量与各个预定水分含量间差值,确定与所述水分含量间差值最小的最小差值水分含量;
计算所述最小差值水分含量下各个油浸绝缘纸板相对应的基准介质损耗特性曲线与所述介质损耗曲线间的重合度,将重合度最高的基准介质损耗特性曲线相对应的预定老化状态作为所述变压器主绝缘系统的老化状态。
2.根据权利要求1所述的变压器主绝缘系统老化状态评估方法,其特征在于,所述对各个预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板进行频域介电响应测试前还包括:获取预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板。
3.根据权利要求2所述的变压器主绝缘系统老化状态评估方法,其特征在于,所述获取预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板包括:
建立模拟变压器主绝缘系统;
在预定温度下对所述模拟变压器主绝缘系统的油纸绝缘纸板进行加速热老化试验,得到预定老化状态的油浸绝缘纸板;
将所述预定老化状态的油浸绝缘纸板在预定温度干燥箱中干燥预定时间后,置于空气中自然吸潮,得到预定水分含量下预定老化程序的油浸绝缘纸板。
4.根据权利要求1所述的变压器主绝缘系统老化状态评估方法,其特征在于,所述对各个预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板进行频域介电响应测试,分别得到一条基准介质损耗特性曲线包括:
对各个预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板进行频域介电响应测试,得到介质损耗数据;
通过线性插值法对所述介质损耗数据中预订频域区段数据进行处理,得到处理后介质损耗数据;
根据所述处理后介质损耗数据得到基准介质损耗特性曲线。
5.根据权利要求1所述的变压器主绝缘系统老化状态评估方法,其特征在于,所述对变压器进行频域介电响应测试,得到所述变压器主绝缘系统的水分含量和其油浸绝缘纸板的介质损耗曲线包括:
通过频域介电谱设备对变压器主绝缘系统在预定温度T下进行测试,得到所述变压器主绝缘系统的复电容C*r(ω,T)和水分含量;
建立所述变压器油纸绝缘系统的XY模型:
其中,B为变压器隔板总厚度,n为变压器主绝缘扇形区的个数,s为变压器垫片宽度,r1为变压器低压绕组外侧与铁芯圆心的距离,r2为变压器中压绕组内侧与铁芯圆心的距离,d为变压器主绝缘厚度,d=r2-r1;
计算所述变压器油浸绝缘纸板介电常数频域谱
其中,为变压器主绝缘系统的复相对介电常数在温度T下随测试频率ω的变化规律;为变压器油的复相对介电常数在温度T下随频率ω的变化规律;为组成隔板的复相对介电常数在温度T下随测试频率ω的关系、为屏障材料的复相对介电常数在温度T下随测试频率的关系;
其中,C0=2πhε0/ln(r2/r1),h为被变压器油浸绝缘纸板环绕的中低压绕组高度;通过取油样测试得到;
计算所述变压器油浸绝缘纸板介电损耗在温度T下随测试频率的关系tanδ(ω,T):
tanδ(ω,T)=ε″r-pressboard(ω,T)/ε′r-pressboard(ω,T);
其中,ε″r-pressboard(ω,T)和ε′r-pressboard(ω,T)分别为的虚部和实部;
对tanδ(ω,T)进行温度修正,并通过线性插值法对tanδ(ω,T)中预订频域区段数据进行处理,得到所述变压器油浸绝缘纸板在预定温度T0下预定频域区域内的介质损耗曲线I-tanδ(f,T0)。
6.一种变压器主绝缘系统老化状态评估系统,其特征在于,包括:第一测试模块、第一计算模块和第二计算模块;其中,
所述第一测试模块,用于对变压器进行频域介电响应测试,得到所述变压器主绝缘系统的水分含量和其油浸绝缘纸板的介质损耗曲线;
所述第一计算模块,用于计算所述水分含量与各个预定水分含量间差值,确定与所述水分含量间差值最小的最小差值水分含量;
所述第二计算模块,用于计算所述最小差值水分含量下各个油浸绝缘纸板相对应的基准介质损耗特性曲线与所述介质损耗曲线间的重合度,将重合度最高的基准介质损耗特性曲线相对应的预定老化状态作为所述变压器主绝缘系统的老化状态。
7.根据权利要求6所述的变压器主绝缘系统老化状态评估系统,其特征在于,还包括:第二测试模块,用于对各个预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板进行频域介电响应测试,分别得到一条基准介质损耗特性曲线。
8.根据权利要求6所述的变压器主绝缘系统老化状态评估系统,其特征在于,所述第二测试模块包括:测试单元、数据处理单元和曲线获取单元;其中,
所述测试单元,用于对各个预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板进行频域介电响应测试,得到介质损耗数据;
所述数据处理单元,用于通过线性插值法对所述介质损耗数据中预订频域区段数据进行处理,得到处理后介质损耗数据;
所述曲线获取单元,用于根据所述处理后介质损耗数据得到基准介质损耗特性曲线。
9.根据权利要求6所述的变压器主绝缘系统老化状态评估系统,其特征在于,还包括:获取模块,用于获取预定水分含量下预定老化状态的油浸绝缘纸板。
10.根据权利要求9所述的变压器主绝缘系统老化状态评估系统,其特征在于,所述获取模块包括:建模单元、热老化单元和吸潮单元;其中,
所述建模单元,用于建立模拟变压器主绝缘系统;
所述热老化单元,用于在预定温度下对所述模拟变压器主绝缘系统的油纸绝缘纸板进行加速热老化试验,得到预定老化状态的油浸绝缘纸板;
所述吸潮单元,用于将所述预定老化状态的油浸绝缘纸板在预定温度干燥箱中干燥预定时间后,置于空气中自然吸潮,得到预定水分含量下预定老化程序的油浸绝缘纸板。
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