CN105424890B - 一种改进的变压器绝缘纸水分评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改进的变压器绝缘纸水分评估方法，主要包括以下操作步骤：检测变压器油中糠醛含量，基于糠醛—聚合度方程评估变压器绝缘纸老化；检测绝缘油中水分含；根据绝缘纸老化情况选择合适的改进的油纸绝缘水分平衡曲线；根据油中水分含量评估绝缘纸中水分含量。该方法首次将老化对油纸绝缘水分平衡曲线的影响考虑到绝缘纸水分评估中，可以提高不同老化状态变压器水分评估的准确性。同时，本方法可以实现对变压器的在线取样，取样方法简单，不受现场变压器电磁干扰的影响，具备推广的潜力。

Description

一种改进的变压器绝缘纸水分评估方法
技术领域
本发明属于变压器绝缘纸老化评估领域，具体涉及一种改进的变压器绝缘纸水分评估方法。
背景技术
变压器是电力系统最关键、最昂贵的核心部件，电网的可靠工作，要求变压器能够长时间安全地运行。变压器的剩余寿命主要取决于其绝缘系统的老化状态。绝缘油老化后可以使用新油更换，但绝缘纸老化后难以更换，因此绝缘纸的使用寿命直接决定了变压器的使用寿命。
绝缘纸中的水分会极大地加速绝缘纸的老化：纸中水分含量每上升0.5％，绝缘纸的寿命将减少一半。因此，及时、准确地监测绝缘纸中的水分含量，在其达到危险值时迅速对变压器采取干燥措施，降低绝缘纸水分含量，对于减慢变压器绝缘纸的老化，进而延长变压器的使用寿命，降低电力系统的运行成本具有重要意义。由于变压器中的绝缘纸主要被缠绕在绕组上，因此难以对其直接取样检测水分；另外，从绕组上取样需要对变压器停电吊芯，中断供电会造成巨大的经济损失；并且，直接取绝缘纸样品会损害变压器绝缘，给变压器的运行带来安全隐患。因此，目前对于变压器绝缘纸中水分含量的监测主要采用间接评估而非直接检测的方法。
现有的绝缘纸水分评估方法主要有水分平衡曲线法和介电响应法。水分平衡曲线法是基于T.V.Oommen提出的油纸绝缘系统水分平衡分布曲线，根据油中糠醛含量推测绝缘纸中水分含量，该方法具有重大缺陷，即Oommen提出的水分平衡曲线只能适用于新油新纸组成的绝缘系统，而变压器在老化过程中，绝缘油和绝缘纸都会老化。老化后的油纸绝缘系统水分平衡曲线与新油新纸组成的绝缘系统水分平衡曲线具有明显的差异，因此使用Oommen曲线评估老化变压器的绝缘纸水分会造成很大误差。介电响应法是根据油纸绝缘系统的介电特性评估绝缘纸水分含量，该方法具有以下几点缺陷：1)目前的介电响应方法无法区分水分和老化对介电响应曲线的影响；2)某些介电响应方法应用在现场变压器时容易受到干扰；3)目前的介电响应方法主要基于实验室数据，尚缺乏现场数据的验证。
因此，评估绝缘纸中水分含量的最佳方法是采用油纸绝缘水分平衡曲线法，但是要首先克服该方法的不足，即消除老化对于绝缘纸水分含量评估的影响。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种改进的变压器绝缘纸水分评估方法，该方法综合考虑变压器绝缘老化和水分评估，首先判断变压器的老化状况，通过构建和选择不同老化状况下的油纸绝缘系统水分平衡曲线，再进一步评估绝缘纸的水分含量。该方法可以实现对变压器水分含量的在线评估，且取样方便，操作简单，检测成本低，具备推广的潜力。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种改进的变压器绝缘纸水分评估方法，包括以下步骤：步骤一：建立糠醛—聚合度方程，检测绝缘油中糠醛含量，将其代入所述糠醛—聚合度方程，得到绝缘纸聚合度值，评估变压器绝缘系统老化状态；步骤二：检测变压器温度和绝缘油中水分含量；步骤三：构建不同温度、不同老化状态的油纸绝缘系统水分平衡曲线，根据步骤一中得到的绝缘纸聚合度和步骤二中得到的变压器温度，选择合适的油纸绝缘系统水分平衡曲线；步骤四：将步骤二中得到的绝缘油中水分含量代入步骤三中选定的油纸绝缘系统水分平衡曲线，得到绝缘纸中水分含量。
进一步，步骤一中的糠醛—聚合度方程是通过如下方法建立的：将油纸绝缘系统进行加速热老化实验，老化过程中按一定时间间隔取样，检测不同老化阶段绝缘油中糠醛含量和绝缘纸聚合度，建立油中糠醛与绝缘纸聚合度的定量关系，从而得到糠醛—聚合度方程。
进一步，步骤三所述的不同温度、不同老化状态的油纸绝缘系统水分平衡曲线是通过如下方法构建的：将油纸绝缘系统进行加速热老化实验，在不同老化时间阶段对油纸绝缘样品进行吸潮，并将吸潮后的样品在不同温度下进行水分平衡，平衡状态达到后，分别检测绝缘油和绝缘纸中的水分含量和绝缘纸聚合度，绘制不同温度和不同聚合度下的水分平衡曲线。
进一步，糠醛含量的检测是按照IEC 61198标准检测油中糠醛含量，绝缘纸聚合度的检测是按照IEC 60450-am1标准检测绝缘纸聚合度，水分含量的检测是按照IEC 60814标准检测绝缘油或绝缘纸中的水分含量。
本发明的有益效果为在于：本发明提出的改进的变压器绝缘纸水分评估方法，综合了变压器老化评估手段，提出了适用于不同老化阶段(即绝缘纸不同聚合度下)的油纸绝缘水分平衡曲线，可以更准确地对变压器绝缘纸中水分含量进行评估，及时发现变压器受潮趋势以采取措施，延缓变压绝缘老化，增加变压器使用寿命。该方法取样方便，不需对变压器进行停运，检测方法简单且成本较低，具备推广潜力。
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为糠醛—聚合度关系图；
图3为不同老化阶段的绝缘纸聚合度曲线；
图4为不同老化阶段的油纸绝缘水分平衡曲线。
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，本发明所述方法包括以下几个步骤：1)建立糠醛—聚合度方程，检测绝缘油中糠醛含量，将其代入所述糠醛—聚合度方程，得到绝缘纸聚合度值，评估变压器绝缘系统老化状态；2)检测变压器温度和绝缘油中水分含量；3)构建不同温度、不同老化状态的油纸绝缘系统水分平衡曲线，根据步骤一中得到的绝缘纸聚合度和步骤二中得到的变压器温度，选择合适的油纸绝缘系统水分平衡曲线；4)将步骤二中得到的绝缘油中水分含量代入步骤三中选定的油纸绝缘系统水分平衡曲线，得到绝缘纸中水分含量。
在本实施例中，首先建立油中糠醛与绝缘纸聚合度的定量关系方程：在实验室进行油纸绝缘系统的加速热老化实验，油纸质量比设置为10:1，老化温度设置为130℃，老化时间设置为35天，每隔5天取样，按照IEC 61198标准检测油中糠醛含量，按照IEC 60450-am1标准检测绝缘纸聚合度，得到不同老化阶段测定油中糠醛含量和绝缘纸聚合度的数据，如表1所示。
表1不同老化时间对应的油中糠醛含量和绝缘纸聚合度
将绝缘纸聚合度与油中糠醛含量的对数值建立定量关系，如图2所示。建立的糠醛—聚合度定量关系式如下：
log10(2-FAL)＝1.56-0.0033DP
其中，FAL为油中糠醛含量((mg/L)，DP为绝缘纸聚合度。
然后，检测样品绝缘油中糠醛含量：取变压器绝缘油样品30mL，装在棕色细口玻璃瓶中避光保存，按照IEC 61198标准检测所述绝缘油样品中的糠醛含量。将测得的糠醛含量代入上述的糠醛—聚合度公式，计算得到绝缘纸聚合度。
进一步，检测不同老化时间的绝缘纸样品聚合度，得到不同老化阶段测定绝缘纸聚合度数据，如表2所示。绘制绝缘纸聚合度随老化时间变化的曲线，如图3所示。
表2.不同老化阶段的绝缘纸聚合度
其次，检测样品变压器温度，检测样品绝缘油中水分含量：用10mL针筒抽取变压器绝缘油样品10mL，用橡胶塞封住针筒头部，按照IEC 60814标准检测绝缘油样品中的水分含量。
再次，构建不同温度、不同老化状态的油纸绝缘系统水分平衡曲线：在实验室进行油纸绝缘系统的加速热老化实验，油纸质量比设置为10:1，老化温度设置为130℃，分别在老化0天、10天、25天、50天、80天取样，对油纸绝缘样品进行吸潮实验，吸潮之后的样品分别在55℃，70℃和85℃进行水分平衡实验，平衡时间设定为30天，平衡完成后，按照IEC 60814标准检测绝缘油和绝缘纸中的水分含量，按照IEC 60450-am1标准检测绝缘纸聚合度，得到数据如表3所示。根据实验结果，绘制不同温度、不同老化状态下的油纸绝缘系统水分平衡曲线，如图4所示。
表3不同老化阶段绝缘油和绝缘纸中水分含量的测试结果
最后，根据所测得的样品绝缘油中水分含量、变压器温度和绝缘纸聚合度值(老化状态)，从图4所示水分平衡曲线中选择合适的油纸绝缘系统水分平衡曲线，评估绝缘纸中的水分含量。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (4)

1.一种改进的变压器绝缘纸水分评估方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：建立糠醛—聚合度方程，检测绝缘油中糠醛含量，将其代入所述糠醛—聚合度方程，得到绝缘纸聚合度值，评估变压器绝缘系统老化状态；
步骤二：检测变压器温度和绝缘油中水分含量；
步骤三：构建不同温度、不同老化状态的油纸绝缘系统水分平衡曲线，根据步骤一中得到的绝缘纸聚合度和步骤二中得到的变压器温度，选择合适的油纸绝缘系统水分平衡曲线；
步骤四：将步骤二中得到的绝缘油中水分含量代入步骤三中选定的油纸绝缘系统水分平衡曲线，得到绝缘纸中水分含量。
2.根据权利要求 1所述的一种改进的变压器绝缘纸水分评估方法，其特征在于：步骤一中的糠醛—聚合度方程是通过如下方法建立的：将油纸绝缘系统进行加速热老化实验，老化过程中按一定时间间隔取样，检测不同老化阶段绝缘油中糠醛含量和绝缘纸聚合度，建立油中糠醛与绝缘纸聚合度的定量关系，从而得到糠醛—聚合度方程。
3.根据权利要求 1所述的一种改进的变压器绝缘纸水分评估方法，其特征在于：步骤三所述的不同温度、不同老化状态的油纸绝缘系统水分平衡曲线是通过如下方法构建的：将油纸绝缘系统进行加速热老化实验，在不同老化时间阶段对油纸绝缘样品进行吸潮，并将吸潮后的样品在不同温度下进行水分平衡，平衡状态达到后，分别检测绝缘油和绝缘纸中的水分含量和绝缘纸聚合度，绘制不同温度和不同聚合度下的水分平衡曲线。
4.根据权利要求 1所述的一种改进的变压器绝缘纸水分评估方法，其特征在于：糠醛含量的检测是按照IEC 61198标准检测油中糠醛含量，绝缘纸聚合度的检测是按照IEC60450-am1标准检测绝缘纸聚合度，水分含量的检测是按照IEC 60814标准检测绝缘油或绝缘纸中的水分含量。
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