CN105738714A - 一种变压器主绝缘体系空间电荷分布的推演方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种变压器主绝缘体系空间电荷分布的推演方法和装置。该方法对分别对二层结构油纸绝缘混合体系模型和三层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷分布进行测试，输出上述两个模型的空间电荷分布曲线。进而，按照预设的曲线分析策略对上述两个模型的空间电荷分布曲线进行分析，以得到空间电荷分布特征，从而按照所得到的空间电荷分布特征推演出多层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷分布。与现有技术相比，本发明解决了由于测量信号在油纸绝缘体系的衰减，无法对多层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷进行测试的问题。

Description

一种变压器主绝缘体系空间电荷分布的推演方法和装置

技术领域

本申请涉及电力体系领域，更具体地说，涉及一种变压器主绝缘体系空间电荷分布的推演方法和装置。

背景技术

油纸复合绝缘体系被喻为变压器的“心脏”，是变压器内绝缘的重要组成部分。研究表明：油纸绝缘介质内部积聚的空间电荷和油纸绝缘介质的绝缘性能密切相关。它可以导致油浸绝缘纸内部电场分布的畸变，对介质内部局域电场起到削弱或加强的作用，若电场畸变严重，将引起油纸绝缘体系的击穿和老化，直接威胁运行变压器的可靠性和安全性。

在实际变压器中，其主绝缘体系一般由高压绕组、低压绕组及油纸绝缘体系构成。如图1所示。在低压绕组至高压绕组间，有多层结构油隙与油浸绝缘隔板。目前已有的油纸绝缘介质空间电荷特性的研究成果全部基于油浸绝缘纸或油隙与油浸绝缘纸板的组合体系，但由于测量信号在油纸绝缘体系的衰减，目前无法实现对多层结构油隙与油浸绝缘纸板组合而成的油纸绝缘混合体系(如5层、6层、7层等等)的空间电荷分布的分析。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种变压器主绝缘体系空间电荷分布的推演方法和装置，以实现多层结构油隙与油浸绝缘纸板组合而成的油纸绝缘混合体系的空间电荷分布的分析。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种变压器主绝缘体系空间电荷分布的推演方法，包括：

建立二层结构油纸绝缘混合体系模型以及三层结构油纸绝缘混合体系模型，其中所述二层结构油纸绝缘混合体系模型为“油隙+油浸绝缘纸板”模型，所述三层结构油纸绝缘混合体系模型为“油浸纸板+油隙+油浸纸板”模型；

对所述二层结构油纸绝缘混合体系模型和所述三层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷进行测试，以获取所述二层结构油纸绝缘混合体系模型的第一空间电荷分布曲线，以及所述三层结构油纸绝缘混合体系模型的第二空间电荷分布曲线；

按照预设分析策略对所述第一空间电荷分布曲线和所述第二空间电荷分布曲线进行分布，输出空间电荷分布特征；

根据所述空间电荷分布特征，推演待测多层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷分布。

优选的，所述根据所述空点电荷分布特征，推演待测多层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷分布，之前还包括：

根据所述空间电荷分布特征，推演四层结构油纸绝缘混合体系模型的电荷分布，所述四层结构油纸绝缘混合体系模型为“油隙+油浸纸板+油隙+油浸纸板”模型；

判断所述四层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷推演结果是否与所述四层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷实测结果是否一致；

若一致，则执行所述根据所述空点电荷分布特征，推演待测多层结构油纸绝缘混合体系模型的电荷分布。

优选的，所述判断所述四层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷推演结果是否与所述四层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷实测结果是否一致，之前还包括：

建立所述四层结构油纸绝缘混合体系模型；

对所述四层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷进行测试，输出第三空间电荷分布曲线。

优选的，所述空间电荷分布特征包括：

油隙与油浸纸板交界面处积聚的电荷极性与油浸纸板另一测积聚的电荷极性相反；

不与电极接触的油隙，油隙两侧的电荷极性相反；

与电极接触的油隙，油隙两侧的电荷极性与电机电荷极性相同。

一种变压器主绝缘体系空间电荷分布的推演装置，包括：

模型建立单元，用于建立二层结构油纸绝缘混合体系模型以及三层结构油纸绝缘混合体系模型，其中所述二层结构油纸绝缘混合体系模型为“油隙+油浸绝缘纸板”模型，所述三层结构油纸绝缘混合体系模型为“油浸纸板+油隙+油浸纸板”模型；

测试单元，用于对所述二层结构油纸绝缘混合体系模型和所述三层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷进行测试，以获取所述二层结构油纸绝缘混合体系模型的第一空间电荷分布曲线，以及所述三层结构油纸绝缘混合体系模型的第二空间电荷分布曲线；

曲线分析单元，用于按照预设分析策略对所述第一空间电荷分布曲线和所述第二空间电荷分布曲线进行分布，输出空间电荷分布特征；

推演单元，用于根据所述空间电荷分布特征，推演待测多层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷分布。

优选的，所述推演单元还用于根据所述空间电荷分布特征，推演四层结构油纸绝缘混合体系模型的电荷分布，所述四层结构油纸绝缘混合体系模型为“油隙+油浸纸板+油隙+油浸纸板”模型；

所述装置还包括：判断单元；

所述判断单元，用于判断所述四层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷推演结果是否与所述四层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷实测结果是否一致；

若一致，则所述推演单元推演待测多层结构油纸绝缘混合体系模型的电荷分布。

优选的，所述模型建立单元还用于建立所述四层结构油纸绝缘混合体系模型；

所述测试单元，还用于对所述四层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷进行测试，输出第三空间电荷分布曲线。

优选的，所述空间电荷分布特征包括：

油隙与油浸纸板交界面处积聚的电荷极性与油浸纸板另一测积聚的电荷极性相反；

不与电极接触的油隙，油隙两侧的电荷极性相反；

与电极接触的油隙，油隙两侧的电荷极性与电机电荷极性相同。

经由上述技术方案可知，本申请公开了一种变压器主绝缘体系空间电荷分布的推演方法和装置。该方法对分别对二层结构油纸绝缘混合体系模型和三层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷分布进行测试，输出上述两个模型的空间电荷分布曲线。进而，按照预设的曲线分析策略对上述两个模型的空间电荷分布曲线进行分析，以得到空间电荷分布特征，从而按照所得到的空间电荷分布特征推演出多层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷分布。与现有技术相比，本发明可利用二层结构油纸绝缘混合体系模型和三层结构油纸绝缘混合体系的空间电荷分布曲线推演出其他多层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷分布，解决了由于测量信号在油纸绝缘体系的衰减，无法对多层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷进行测试的问题。

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示出了本发明公开的一种变压器主绝缘体系结构示意图；

图2示出了本发明一个实施例公开的一种变压器主绝缘体系空间电荷分布的推演方法的流程示意图；

图3示出了本发明公开的一种二层结构油纸绝缘混合体系模型；

图4示出了本发明公开的一种三层结构油纸绝缘混合体系模型；

图5(a)示出了本发明公开的二层结构油纸绝缘混合体系模型的第一空间电荷分布曲线；

图5(b)示出了本发明公开的二层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷积聚效果图；

图6(a)示出了本发明公开的三层结构油纸绝缘混合体系模型的第二空间电荷分布曲线；

图6(b)示出了本发明公开的三层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷积聚效果图；

图7示出了本发明的另一个实施例公开的一种变压器主绝缘体系空间电荷分布的推演方法的流程示意图；

图8(a)示出了本发明四层结构油纸绝缘混合体系模型空间电荷的实测图；

图8(b)示出了本发明四层结构油纸绝缘混合体系模型空间电荷的推演图；

图9示出了本发明单层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷分布的推演图；

图10示出了本发明双层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷分布的推演图；

图11示出了本发明另一个实施例公开的一种变压器主绝缘体系空间电荷分布的推演装置的结构示意图。

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。

参见图2示出了本发明一个实施例公开的一种变压器主绝缘体系空间电荷分布的推演方法的流程示意图。

由图2可知，该方法包括：

S11：建立二层结构油纸绝缘混合体系模型以及三层结构油纸绝缘混合体系模型。

其中，所述二层结构油纸绝缘混合体系模型为“油隙+油浸绝缘纸板”模型，所述三层结构油纸绝缘混合体系模型为“油浸纸板+油隙+油浸纸板”模型。

参见图3示出了本发明公开的一种二层结构油纸绝缘混合体系模型，参见图4示出了本发明公开的一种三层结构油纸绝缘混合体系模型。该二层结构的“油隙+油浸绝缘纸板”模型和三层“油浸纸板+油隙+油浸纸板”模型中，油隙厚度为0.5mm，油浸绝缘纸板厚度为1mm。

S12：对所述二层结构油纸绝缘混合体系模型和所述三层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷进行测试。

在二层结构油纸绝缘混合体系模型和三层结构油纸绝缘混合体系模型的上、下电极上施加平均场强为12kV/mm的电场，以对混合体系的空间电荷特性进行测试。

参见图5(a)示出了本发明公开的二层结构油纸绝缘混合体系模型的第一空间电荷分布曲线，图5(b)示出了本发明公开的二层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷积聚效果图。

图5(a)为“油隙+油浸纸板”两层结构油纸绝缘混合体系在平均场强12kV/mm下的空间电荷特性(图中负极材料为铝板；正极为半导体薄膜)，图中两侧竖直实线为正负电极所处位置，中间竖直线为绝缘油与油浸纸板的界面位置(下文各图中线条代表意义均如此)。图中箭头曲线从末端指向箭头端的变化方向为测量初期到测量结束过程中箭头附近区域空间电荷密度曲线的运动方向(下文各图中箭头指示代表意义均如此)。图5(a)表明，阴极处的空间电荷密度值在加压过程中逐渐减小，意味着负极性空间电荷向样品内部注入和迁移；在绝缘油与油浸纸板界面处，可观察到明显的同号电荷(负电荷)注入，而在阳极附近区域的油浸纸板内部，可观察到大量正电荷的注入和积聚，且两处电荷密度值随加压时间的增长而增大。

参见图6(a)示出了本发明公开的三层结构油纸绝缘混合体系模型的第二空间电荷分布曲线，图6(b)示出了本发明公开的三层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷积聚效果图。

图6(a)为“油浸纸板+油隙+油浸纸板”三层结构油纸绝缘混合体系在平均场强12kV/mm下的空间电荷特性。阴极处的空间电荷密度值在加压过程中依然逐渐减小，且空间电荷密度曲线逐渐向试品内部移动。在阳极附近区域的油浸纸板内部，可观察到大量正电荷的注入和积聚，且此处电荷密度值随加压时间的增长而增大。而在油浸绝缘纸与油隙交界的两个界面处，积聚的电荷极性相反。靠近阴极的交界面处积聚的电荷极性为正，而靠近阳极的交界面处积聚的电荷极性为负。

S13：按照预设分析策略对所述第一空间电荷分布曲线和所述第二空间电荷分布曲线进行分布，输出空间电荷分布特征。

通过对图5和图6的分析可知，多层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷分布具有以下分布特征：

一是油隙与油浸纸板交界面处积聚的电荷极性与油浸纸板另一侧积聚的电荷极性相反；二是不与电极接触的油隙，油隙两个侧面的电荷极性相反；若油隙与电极接触，则油隙两个侧面的电荷极性与电极电荷极性相同。

S14：根据所述空间电荷分布特征，推演待测多层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷分布。

由以上实施例可知：本实施例公开了一种变压器主绝缘体系空间电荷分布的推演方法。该方法对分别对二层结构油纸绝缘混合体系模型和三层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷分布进行测试，输出上述两个模型的空间电荷分布曲线。进而，按照预设的曲线分析策略对上述两个模型的空间电荷分布曲线进行分析，以得到空间电荷分布特征，从而按照所得到的空间电荷分布特征推演出多层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷分布。与现有技术相比，本发明可利用二层结构油纸绝缘混合体系模型和三层结构油纸绝缘混合体系的空间电荷分布曲线推演出其他多层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷分布，解决了由于测量信号在油纸绝缘体系的衰减，无法对多层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷进行测试的问题。

参见图7示出了本发明的另一个实施例公开的一种变压器主绝缘体系空间电荷分布的推演方法的流程示意图。在本实施例中为了保证推演结果的准确性，需要对其进行验证。

由图7可知，该方法包括：

S21：建立二层结构油纸绝缘混合体系模型以及三层结构油纸绝缘混合体系模型。

S22：对所述二层结构油纸绝缘混合体系模型和所述三层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷进行测试，以获得二层结构油纸绝缘混合体系模型的第一空间电荷分布曲线和三层结构油纸绝缘混合体系模型的第二空间电荷分布曲线。

S23：按照预设分析策略对所述第一空间电荷分布曲线和所述第二空间电荷分布曲线进行分布，输出空间电荷分布特征。

S24：根据所述空间电荷分布特征，推演四层结构油纸绝缘混合体系模型的电荷分布。

其中四层结构油纸绝缘混合体系模型为“油隙+油浸纸板+油隙+油浸纸板”结构油纸绝缘混合体系。

S25：判断所述四层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷推演结果是否与所述四层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷实测结果是否一致。

建立四层结构油纸绝缘混合体系模型，并对四层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷进行测试，输出第三空间电荷分布曲线。

S26若一致，则推演其他待测多层结构油纸绝缘混合体系模型的电荷分布。

参见图8(a)示出了本发明四层结构油纸绝缘混合体系模型空间电荷的实测图。图8(b)示出了本发明四层结构油纸绝缘混合体系模型空间电荷的推演图。

根据图8可知，采用上述空间电荷分布特征推演四层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷分布与实测的空间电荷分布结果一致，则确定上述空间电荷分布特征为多层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷分布的共同特征，因此可采用上述空间电荷分布特征继续推演出5层结构、6层结构乃至更多层结构的油纸绝缘混合体系模型的空间电荷分布。图9示出了本发明单层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷分布的推演图，图10示出了本发明双层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷分布的推演图。

参见图11示出了本发明另一个实施例公开的一种变压器主绝缘体系空间电荷分布的推演装置的结构示意图。

由图11可知，该装置包括：模型建立单元1、测试单元2、曲线分析单元3以及推演单元4。

其中，模型建立单元1用于建立二层结构油纸绝缘混合体系模型以及三层结构油纸绝缘混合体系模型。

所述二层结构油纸绝缘混合体系模型为“油隙+油浸绝缘纸板”模型，所述三层结构油纸绝缘混合体系模型为“油浸纸板+油隙+油浸纸板”模型；

测试单元2用于对所述二层结构油纸绝缘混合体系模型和所述三层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷进行测试，以获取所述二层结构油纸绝缘混合体系模型的第一空间电荷分布曲线，以及所述三层结构油纸绝缘混合体系模型的第二空间电荷分布曲线。

曲线分析单元3用于按照预设分析策略对所述第一空间电荷分布曲线和所述第二空间电荷分布曲线进行分布，输出空间电荷分布特征。

推演单元4用于根据所述空间电荷分布特征，推演待测多层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷分布。

需要说明的是，在本发明公开的其他实施例中为了保证推演结果的准确性，需要对推演结果进行验证，本发明采用四层结构油纸绝缘混合体系模型的推演结果和实测结果进行验证。

为此，所述装置还包括判断单元5，以对四层结构油纸绝缘混合体系模型的推演结果和实测结果进行验证。

具体的，所述模型建立单元建立所述四层结构油纸绝缘混合体系模型。并利用所述测试单元对所述四层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷进行测试，输出第三空间电荷分布曲线。

所述推演单元根据所述空间电荷分布特征，推演四层结构多层结构油纸绝缘混合体系模型的电荷分布。

所述判断单元5判断所述四层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷推演结果是否与所述四层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷实测结果是否一致。

若一致，则所述推演单元继续推演待测其他多层结构油纸绝缘混合体系模型的电荷分布。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

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 (8)

1.一种变压器主绝缘体系空间电荷分布的推演方法，其特征在于，包括：

建立二层结构油纸绝缘混合体系模型以及三层结构油纸绝缘混合体系模型，其中所述二层结构油纸绝缘混合体系模型为“油隙+油浸绝缘纸板”模型，所述三层结构油纸绝缘混合体系模型为“油浸纸板+油隙+油浸纸板”模型；

对所述二层结构油纸绝缘混合体系模型和所述三层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷进行测试，以获取所述二层结构油纸绝缘混合体系模型的第一空间电荷分布曲线，以及所述三层结构油纸绝缘混合体系模型的第二空间电荷分布曲线；

按照预设分析策略对所述第一空间电荷分布曲线和所述第二空间电荷分布曲线进行分布，输出空间电荷分布特征；

根据所述空间电荷分布特征，推演待测多层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷分布。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述空点电荷分布特征，推演待测多层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷分布，之前还包括：

根据所述空间电荷分布特征，推演四层结构油纸绝缘混合体系模型的电荷分布，所述四层结构油纸绝缘混合体系模型为“油隙+油浸纸板+油隙+油浸纸板”模型；

判断所述四层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷推演结果是否与所述四层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷实测结果是否一致；

若一致，则执行所述根据所述空点电荷分布特征，推演待测多层结构油纸绝缘混合体系模型的电荷分布。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述判断所述四层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷推演结果是否与所述四层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷实测结果是否一致，之前还包括：

建立所述四层结构油纸绝缘混合体系模型；

对所述四层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷进行测试，输出第三空间电荷分布曲线。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空间电荷分布特征包括：

油隙与油浸纸板交界面处积聚的电荷极性与油浸纸板另一测积聚的电荷极性相反；

不与电极接触的油隙，油隙两侧的电荷极性相反；

与电极接触的油隙，油隙两侧的电荷极性与电机电荷极性相同。

5.一种变压器主绝缘体系空间电荷分布的推演装置，其特征在于，包括：

模型建立单元，用于建立二层结构油纸绝缘混合体系模型以及三层结构油纸绝缘混合体系模型，其中所述二层结构油纸绝缘混合体系模型为“油隙+油浸绝缘纸板”模型，所述三层结构油纸绝缘混合体系模型为“油浸纸板+油隙+油浸纸板”模型；

测试单元，用于对所述二层结构油纸绝缘混合体系模型和所述三层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷进行测试，以获取所述二层结构油纸绝缘混合体系模型的第一空间电荷分布曲线，以及所述三层结构油纸绝缘混合体系模型的第二空间电荷分布曲线；

曲线分析单元，用于按照预设分析策略对所述第一空间电荷分布曲线和所述第二空间电荷分布曲线进行分布，输出空间电荷分布特征；

推演单元，用于根据所述空间电荷分布特征，推演待测多层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷分布。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述推演单元还用于根据所述空间电荷分布特征，推演四层结构油纸绝缘混合体系模型的电荷分布，所述四层结构油纸绝缘混合体系模型为“油隙+油浸纸板+油隙+油浸纸板”模型；

所述装置还包括：判断单元；

所述判断单元，用于判断所述四层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷推演结果是否与所述四层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷实测结果是否一致；

若一致，则所述推演单元推演待测多层结构油纸绝缘混合体系模型的电荷分布。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述模型建立单元还用于建立所述四层结构油纸绝缘混合体系模型；

所述测试单元，还用于对所述四层结构油纸绝缘混合体系模型的空间电荷进行测试，输出第三空间电荷分布曲线。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述空间电荷分布特征包括：

油隙与油浸纸板交界面处积聚的电荷极性与油浸纸板另一测积聚的电荷极性相反；

不与电极接触的油隙，油隙两侧的电荷极性相反；

与电极接触的油隙，油隙两侧的电荷极性与电机电荷极性相同。