CN104914364A - 电容式油纸变压器套管绝缘状态评估的方法 - Google Patents

Abstract

本发明电容式油纸变压器套管绝缘状态评估的方法属于电气设备绝缘诊断技术领域，涉及电容式油纸套管的绝缘诊断，特别涉及到一种电容式油纸套管绝缘状态评估的方法。该方法通过数学建模仿真与实验室试验相结合的方式，对套管电容量频域谱曲线进行数学指数函数拟合，并应用拟合函数的积分对不同绝缘状态下频域谱曲线变化量进行描述，从而达到应用频域介电谱法对套管的绝缘状态进行准确而无损的评估。本方法无须对套管进行拆装检测，就能够对其绝缘状态进行准确评估，方法简单易行。可以在现场对电容式油纸套管的绝缘状态做出准确而有效的评估，为套管的检修和更换提供准确的依据。

Description

电容式油纸变压器套管绝缘状态评估的方法

技术领域

本发明属于电气设备绝缘诊断技术领域，涉及电容式油纸套管的绝缘诊断，特别涉及到一种电容式油纸套管绝缘状态评估的方法。

技术背景

电力变压器作为电能传输和配送过程中能量转换的核心，是电网能够安全稳定运行的最关键设备之一。高压变压器的套管是变压器的关键组件。套管在运行过程中，会受到高压电场、磁场及温度等运行环境的作用，其绝缘会发生劣化，绝缘性能下降，甚至会完全失去绝缘作用，导致套管及电力变压器发生故障。套管电容芯子为套管的主绝缘结构，其电容层老化及电场畸变会导致绝缘纸击穿，导致变压器事故的发生。所以对套管的绝缘进行检测状态评估是电力设备检修保障电网安全运行的重点之一。

针对电容式油纸绝缘套管的绝缘状态检测与状态评估，国内外研究机构和实验室提出了众多的试验方法和检测手段，可分为化学评估方法和电气评估方法。其中化学评估方法有聚合度评估、油中糠醛评估、油中溶解气评估；电气方法有套管电容量和介质损耗因数评估以及三相电流矢量和评估。但是上述用于电容式油纸绝缘套管的评估检测存在以下问题：

(1)化学方法中的油中溶解气和糠醛含量会因为变压器换油检修而发生变化，不能够准确表征套管油纸绝缘结构的绝缘状态。绝缘纸聚合度被国内外广泛认为是油纸绝缘的状态评估最基本特征量，但对设备进行聚合度测试要对套管进行拆装取样，对聚合度评估绝缘状态的应用带来了一定的困难。

(2)电气方法评估的介质损耗因数和电容量评估方法，二者发现套管绝缘故障的灵敏度对套管的缺陷与绝缘体积比减小而降低，甚至不能够及时发现绝 缘状态的变化与缺陷；

(3)三相套管矢量和的方法受信号采集以及变压器运行环境的影响较大，在实际应用中没能够得到广泛应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，发明一种电容式油纸变压器套管绝缘状态评估的方法,该方法通过数学建模仿真与实验室试验相结合的方式，对套管电容量频域谱曲线进行数学指数函数拟合，并应用拟合函数的积分对不同绝缘状态下频域谱曲线变化量进行描述，从而达到应用频域介电谱法对套管的绝缘状态进行准确而无损的评估。

本发明采用的技术方案是一种电容式油纸变压器套管绝缘状态评估的方法，其特征是，该方法通过数学建模仿真与实验室试验相结合的方式，对套管电容量频域谱曲线进行数学指数函数拟合，并应用拟合函数的积分对不同绝缘状态下频域谱曲线变化量；方法具体步骤如下：

(1)实验室试验 

先对电容式油纸套管进行加速老化试验，快速模拟电容式油纸套管老化过程，以绝缘油纸老化状态指标—绝缘纸聚合度为判据，随着加速老化时间的增长，绝缘纸聚合度将逐渐降低，获得绝缘纸聚合度与老化时间关系公式(1)：

$\frac{1}{{\mathrm{DP}}_t}-\frac{1}{{\mathrm{DP}}_0}=\mathrm{at}---\left(1\right)$

式中，t为老化时间，DP_t为老化t时间后的绝缘纸聚合度，DP₀为绝缘纸初始聚合度，a为常数；

(2)对套管进行电容量频域谱曲线测量，并对曲线进行数学指数函数拟合，拟合函数如下：

f(x)＝a·exp(b·x)+c·exp(d·x)   (2)

其中，f(x)为不同频率下套管电容量C，x为频率f以10为底的对数log₁₀(f)；

将电容式油纸套管进行加速老化试验和仿真所得电容式油纸绝缘套管电容量C的频域谱曲线应用拟合函数(2)进行拟合；

(3)通过拟合函数，计算拟合频域谱曲线的积分S_C，S_C分别与老化时间t和绝缘纸聚合度的倒数差k成二次函数关系；

S_c＝a·t²+b·t+c   (3)

S_c＝a·k²+b·k+c   (4)

其中，S_C为电容量频域谱曲线的积分值，a、b、c均为常数；

依据电力行业标准DL/T984-2005《油浸式变压器绝缘老化判断导则》给出的新纸聚合度值DP₀，以及测量的频域谱曲线S_C，通过公式(4)即可得到表征套管绝缘状态的聚合度DP_t，从而对套管的绝缘状态进行准确评估，将聚合度对高压套管评估绝缘状态的有损方法变为应用频域介电谱的无损方法。

本发明的效果和益处是电容式油纸套管绝缘状态评估的方法，无须对套管进行拆装检测，就能够对其绝缘状态进行准确评估，方法简单易行。可以在现场对电容式油纸套管的绝缘状态做出准确而有效的评估，为套管的检修和更换提供准确的依据。

附图说明

图1为电容式油纸绝缘套管被试品,其中：1-被试品；2-电容芯子。

图2为不同老化状态电容频率谱曲线，横轴为频率，单位Hz；纵轴为电容量，单位F，1-老化0小时被试品电容量频域谱曲线；2-老化121小时被试品电容量频域谱曲线；3-老化249小时被试品电容量频域谱曲线；4-老化377小时被试品电容量频域谱曲线；5-老化506小时被试品电容量频域谱曲线；6-老化630 小时被试品电容量频域谱曲线；7-老化776小时被试品电容量频域谱曲线；8-老化904小时被试品电容量频域谱曲线。

图3为拟合曲线及积分S_C，横轴为频率f以10为底的对数log₁₀(f)，纵轴为电容量，单位F，其中，1-电容量频域谱拟合曲线；2-电容量测试点；3-电容量频域谱曲线积分面积S_C。

具体实施方式

首先按照电容式油纸绝缘套管的设计加工出电容式套管被试品实物，如图1所示，并对其进行130℃加速热老化试验，每5天为一个老化周期；在不同老化周期在室温25℃环境下，应用IDAX300绝缘测试仪测量被试品套管的电容量和介质损耗因数10^-3～10³Hz的频域谱曲线，并根据国家标准GB/T1548-2004《纸浆粘度的测定》测定绝缘纸的聚合度。

实际测量聚合度值如表1所示：

表1不同老化时间试品的绝缘纸聚合度

测得聚合度能够很好符合公式(1)的聚合度与老化时间关系，即： 就能够表征被试品老化绝缘状态。

试验测量电容量频域谱曲线如图2所示，对不同老化周期下的电容量C频 域谱曲线应用拟合函数(2)f(x)＝a·exp(b·x)+c·exp(d·x)进行拟合，拟合数据如表2所示：

表2不同老化时间试品的电容量频域谱拟合函数

注：f(x)为电容量C，x为频率f以10为底的对数(log10(f))

通过频域谱曲线与频域轴之间的面积来描述不同老化时间的电容量频谱曲线的变化量，设参量S_C为电容量的频谱曲线与频域轴的面积，即频域谱曲线对log₁₀(f)的积分。

获得不同老化周期的S_C与不同周期绝缘纸聚合度数据如表3所示：

表3不同老化时间试品的油纸聚合度倒数差及S_C

对S_C和老化时间t应用公式(3)S_c＝a·t²+b·t+c进行拟合，拟合结果为：S_C＝-1.066e-015*t²+1.504e-012*t+4.589e-010，拟合优度为0.99。

对S_C与聚合度倒数差应用公式(4)S_c＝a·k²+b·k+c进行拟合， 拟合结果为：S_C＝-1.416e-3*k²+1.731e-6*k+4.512e-10，拟合优度0.979。

通过试验可知，本发明电容式油纸套管的频域谱曲线与绝缘老化状态之间的对应规律。依据电力行业标准DL/T984-2005《油浸式变压器绝缘老化判断导则》给出的新纸聚合度值DP₀，以及测量的频域谱曲线S_C，通过公式(4)即可得到表征套管绝缘状态的聚合度DP_t，从而对套管的绝缘状态进行准确评估，将聚合度对高压套管评估绝缘状态的有损方法变为应用频域介电谱法的无损方法，为套管绝缘的评估提供一种有效的评估方法。

Claims (1)

1.一种电容式油纸变压器套管绝缘状态评估的方法，其特征是，该方法通过数学建模仿真与实验室试验相结合的方式，对套管电容量频域谱曲线进行数学指数函数拟合，并应用拟合函数的积分对不同绝缘状态下频域谱曲线变化量进行描述，从而达到应用频域介电谱法对套管的绝缘状态进行准确而无损的评估；方法具体步骤如下：

(1)实验室试验

先对电容式油纸套管进行加速老化试验，快速模拟电容式油纸套管老化过程，以绝缘油纸老化状态指标—绝缘纸聚合度为判据，随着加速老化时间的增长，绝缘纸聚合度将逐渐降低，获得绝缘纸聚合度与老化时间关系公式(1)：

$\frac{1}{{\mathrm{DP}}_t}-\frac{1}{{\mathrm{DP}}_0}=\mathrm{at}---\left(1\right)$

式中，t为老化时间，DP_t为老化t时间后的绝缘纸聚合度，DP₀为绝缘纸初始聚合度，a为常数；

(2)对套管进行电容量频域谱曲线测量，并对曲线进行数学指数函数拟合，拟合函数如下：

f(x)＝a·exp(b·x)+c·exp(d·x)       (2)

其中，f(x)为不同频率下套管电容量C，x为频率f以10为底的对数log₁₀(f)；

将电容式油纸套管进行加速老化试验和仿真所得电容式油纸绝缘套管电容量C的频域谱曲线应用拟合函数(2)进行拟合；

(3)通过拟合函数，计算拟合频域谱曲线的积分S_C，S_C分别与老化时间t和绝缘纸聚合度倒数差k成二次函数关系：

S_c＝a·t²+b·t+c         (3)

S_c＝a·k²+b·k+c        (4)

其中，S_C为电容量频域谱曲线的积分值，a、b、c均为常数；

依据标准给出的新纸聚合度值DP₀，以及测量的频域谱曲线S_C，通过公式(4)得到表征套管绝缘状态的聚合度DP_t，从而对套管的绝缘状态进行准确评估，将聚合度对高压套管评估绝缘状态的有损方法变为应用频域介电谱的无损方法。