CN105699864A - 基于极化去极化电荷差的评估油纸绝缘老化状态的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电气设备绝缘诊断技术领域，提供了一种基于极化去极化电荷差的评估油纸绝缘老化状态的方法。通过检测电气设备内部油纸绝缘的极化电流和油纸绝缘的去极化电流就可以算出油纸绝缘的极化去极化电荷差，通过油纸绝缘的极化去极化电荷差表征绝缘纸绝缘状态的聚合度，对油纸绝缘的绝缘状态进行评判，由此将聚合度对油纸绝缘的有损评估方法变为结合极化去极化电流法和聚合度法的无损评估方法。对于以油纸绝缘作为绝缘层的电气设备无需拆装，例如变压器无需吊罩，高压套管无需拆卸，就能对其内部的油纸绝缘的绝缘状态进行无损、准确、快速的评估，为电气设备内部油纸绝缘的绝缘老化状态检测和更换提供依据和参考。

Description

基于极化去极化电荷差的评估油纸绝缘老化状态的方法

技术领域

本发明属于电气设备绝缘诊断技术领域，主要对以油纸绝缘作为绝缘层的电气设备内部的油纸绝缘进行绝缘状态评估，涉及基于极化去极化电荷差的评估油纸绝缘老化状态的方法。

背景技术

近年来我国输变电产业发展迅猛，油纸绝缘是电力变压器、高压套管等电气设备内部的主要绝缘结构。在电气设备正常使用和运行中，由于受到电场、磁场和温度等多种因素的作用，油纸绝缘会发生老化、劣化甚至击穿，使其绝缘性能降低，对电气设备的安全运行造成极大的影响，所以对电气设备内部的油纸绝缘进行绝缘状态评估是保证电力系统安全稳定运行的关键。

针对油纸绝缘的绝缘状态检测与评估，国内外各高校和科研机构提出了许多试验方法和检测手段，主要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法、油中糠醛法、油中溶解气体分析法；电气评估方法有频域介电谱法、极化去极化电流法、回复电压法。但上述几种对油纸绝缘的检测评估方法存在以下问题：

(1)化学方法中的油中溶解气体和糠醛含量会因变压器换油检修而发生变化，不能准确表征油纸绝缘的绝缘状态。聚合度被公认是表征绝缘纸绝缘状态的最基本特征量，但实施聚合度检测需要对变压器进行吊罩处理，对高压套管进行拆卸，这对聚合度法的应用带来了一定的困难。

(2)电气评估方法目前只能定性的对油纸绝缘的绝缘状态进行评价，回复电压法容易受油纸绝缘的形状、尺寸以及老化均匀程度的影响。

(3)目前缺少一种能定量的对油纸绝缘的老化状态进行评估，甚至对其寿命进行预测的实用方法。

发明内容

本发明围绕电气设备内部油纸绝缘老化状态评估这一技术难题，发明一种基于极化去极化电荷差的评估油纸绝缘老化状态的方法，该方法将聚合度法和极化去极化电流法相结合，通过实验室试验与数据分析拟合，将油纸绝缘的极化去极化电荷差和绝缘纸的聚合度进行指数函数拟合，通过油纸绝缘的极化电流和油纸绝缘的去极化电流无损地对电气设备内部的油纸绝缘进行绝缘状态评估。

本发明的技术方案：

基于极化去极化电荷差的评估油纸绝缘老化状态的方法，步骤如下：

(1)加速油纸绝缘老化试验：模拟以油纸绝缘作为绝缘层的电气设备运行时的内部环境，对油纸绝缘进行电热联合加速老化试验，试验过程中每隔固定时间，测量油纸绝缘的极化电流、油纸绝缘的去极化电流和绝缘纸的聚合度；

(2)计算油纸绝缘的极化去极化电荷差：对步骤(1)测得的油纸绝缘的极化电流和油纸绝缘的去极化电流分别积分得到极化电荷q_pol(t)和去极化电荷q_dep(t)：

$q_{pol}\left(t\right)={\∫}_0^T{i}_{pol}\left(t\right)dt---\left(1\right)$

$q_{dep}\left(t\right)={\∫}_0^T{i}_{dep}\left(t\right)dt---\left(2\right)$

其中，i_pol(t)表示极化电流，i_dep(t)表示去极化电流，T为测量时间；

极化电荷和去极化电荷作差得到油纸绝缘的极化去极化电荷差q_CDM(t)：

$\begin{array}{c}{q}_{CDM}\left(t\right)=q_{pol}\left(t\right)-q_{dep}\left(t\right)\\ ={\∫}_0^T\[i_{pol}\left(t\right)-i_{dep}\left(t\right)\]dt\end{array}---\left(3\right)$

(3)油纸绝缘的极化去极化电荷差和绝缘纸的聚合度的指数函数拟合：将不同老化时间下油纸绝缘的极化去极化电荷差和绝缘纸的聚合度进行指数函数拟合，具体指数函数如下：

$f\left(q_{CDM}\right)=a\×e^{b\·q_{CDM}}+c\×e^{d\·q_{CDM}}---\left(4\right)$

其中，f(q_CDM)为绝缘纸的聚合度，a、b、c、d均为常数。

通过检测电气设备内部油纸绝缘的极化电流和油纸绝缘的去极化电流就可以算出油纸绝缘的极化去极化电荷差，油纸绝缘的极化去极化电荷差通过公式(4)即可得到表征绝缘纸绝缘状态的聚合度，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》对油纸绝缘的绝缘状态进行评判，由此将聚合度对油纸绝缘的有损评估方法变为结合极化去极化电流法和聚合度法的无损评估方法。

本发明的有益效果：对于以油纸绝缘作为绝缘层的电气设备无需拆装，例如变压器无需吊罩，高压套管无需拆卸，就能对其内部的油纸绝缘的绝缘状态进行无损、准确、快速的评估，为电气设备内部油纸绝缘的绝缘老化状态检测和更换提供依据和参考。

附图说明

图1为油纸绝缘的复合电压波形，U_ac为交流电压，U_dc为直流电压。

图2为油纸绝缘的极化去极化电流波形。

图3为油纸绝缘的极化去极化电荷差和绝缘纸的聚合度的指数拟合函数曲线。

图中：1油纸绝缘的极化电流曲线；2油纸绝缘的去极化电流曲线；3极化去极化电荷差曲线。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

针对换流变压器阀侧主绝缘的油纸绝缘进行加速老化试验。

选用3层厚度为0.12mm的纤维素绝缘纸和25#变压器油作为油纸绝缘。首先将绝缘纸在温度为90℃、真空度为20Pa下抽真空干燥24h；其次将绝缘纸在变压器油中浸渍、干燥48h，除去变压器油中的水分和气体。

试验温度为50℃，相对湿度为30％，对油纸绝缘施加交流、直流、交直流复合电压作用，通过交流电压百分数n来表示复合电压的变化，n＝0％时为直流电压，n＝100％时为交流电压，试验电压波形如图1所示，采用表1所示的复合电压，每种复合电压老化60h，每10h测量一次油纸绝缘的极化电流、油纸绝缘的去极化电流和绝缘纸的聚合度。

$n=\frac{U_{ac}}{U_{ac}+U_{dc}}\×100\%---\left(5\right)$

表1复合电老化试验电压

Uac/kV	Udc/kV	n/％
			0	8	0
2	6	25
			4	4	50
6	2	75
			8	0	100

求取不同复合电压不同老化时间油纸绝缘的极化去极化电荷差，油纸绝缘的极化去极化电流波形如图2所示，具体试验数据如表2所示，DP表示油纸绝缘的聚合度。

表2复合电压不同老化时间油纸绝缘的极化去极化电荷差和绝缘纸的聚合度

将油纸绝缘的极化去极化电荷差和绝缘纸的聚合度进行指数函数拟合，拟合结果如表3所示，5个拟合函数都具有0.90以上的拟合优度，其中一条指数拟合函数曲线如图3所示。

表3复合电压极化/去极化电荷差和聚合度函数关系

故通过检测换流变压器内部油纸绝缘的极化电流和油纸绝缘的去极化电流就可以算出油纸绝缘的极化去极化电荷差，油纸绝缘的极化去极化电荷差通过指数拟合函数即可得到表征绝缘纸绝缘状态的聚合度，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》就可以对换流变压器内部的油纸绝缘的绝缘状态进行评判。

Claims (1)

1.一种基于极化去极化电荷差的评估油纸绝缘老化状态的方法，其特征在于，步骤如下：

1)加速油纸绝缘老化试验：模拟以油纸绝缘作为绝缘层的电气设备运行时的内部环境，对油纸绝缘进行电热联合加速老化试验，试验过程中每隔固定时间，测量油纸绝缘的极化电流、油纸绝缘的去极化电流和绝缘纸的聚合度；

2)计算油纸绝缘的极化去极化电荷差：对步骤(1)测得的油纸绝缘的极化电流和油纸绝缘的去极化电流分别积分得到极化电荷q_pol(t)和去极化电荷q_dep(t)：

$q_{pol}\left(t\right)={\∫}_0^T{i}_{pol}\left(t\right)dt---\left(1\right)$

$q_{dep}\left(t\right)={\∫}_0^T{i}_{dep}\left(t\right)dt---\left(2\right)$

其中，i_pol(t)表示极化电流，i_dep(t)表示去极化电流，T为测量时间；

极化电荷和去极化电荷作差得到油纸绝缘的极化去极化电荷差q_CDM(t)：

$\begin{array}{c}{q}_{CDM}\left(t\right)=q_{pol}\left(t\right)-q_{dep}\left(t\right)\\ ={\∫}_0^T\[i_{pol}\left(t\right)-i_{dep}\left(t\right)\]dt\end{array}---\left(3\right)$

3)油纸绝缘的极化去极化电荷差和绝缘纸的聚合度的指数函数拟合：将不同老化时间下油纸绝缘的极化去极化电荷差和绝缘纸的聚合度进行指数函数拟合，具体指数函数如下：

$f\left(q_{\mathrm{CDM}}\right)=a\×e^{b\·q_{\mathrm{CDM}}}+c\×e^{d\·q_{\mathrm{CDM}}}---\left(4\right)$

其中，f(q_CDM)为绝缘纸的聚合度，a、b、c、d均为常数；

根据电力行业标准DL/T984-2005《油浸式变压器绝缘老化判断导则》对油纸绝缘的绝缘状态进行评判，将聚合度对油纸绝缘的有损评估方法变为结合极化去极化电流法和聚合度法的无损评估方法。