CN108061825B - 一种不同老化油浸式套管的介电谱测试实验方法 - Google Patents
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Abstract
本申请属于油浸式套管绝缘评估与诊断领域，具体涉及一种不同老化油浸式套管的介电谱测试实验方法，所述方法各步骤分别为：搭建油浸式套管老化平台；对油浸式套管进行老化处理；测量油浸式套管上瓷套、法兰以及下瓷套的温度；根据测量的温度估算油浸式套管内部热点温度；根据内部热点温度估算油浸式套管内绝缘的聚合度；测试油浸式套管的介电谱。本发明能够有效研究频域介电谱测试结果与油浸式套管老化之间的关系，从而提高频域介电谱法诊断油浸式套管内绝缘老化程度的准确性，同时提高频域介电谱法在现场测试的适用性以及油浸式套管运行的安全稳定性。
Description
技术领域
本申请属于油浸式套管绝缘评估与诊断领域，具体涉及一种不同老化油浸式套管的介电谱测试实验方法。
背景技术
油浸式套管是电力变压器的重要构件，起到连接变压器高低压引线与外部电力系统的作用，同时起到使引线与变压器金属外壳绝缘的作用，是电力系统的重要组成部分，其内绝缘性能的好坏严重影响电力系统的安全稳定。油浸式套管的内绝缘由绝缘纸和绝缘油构成，在油浸式套管的运行过程中，其中心导管长期有大电流通过，使得中心导管会产生大量的热，由于油浸式套管内绝缘没有油道，不能有效散热，导致油浸式套管内绝缘发生老化。
目前，基于介电响应的频域介电谱法作为一种无损的电气诊断技术，能够有效地诊断油纸绝缘老化状态，适合变压器绝缘老化状态的现场诊断。频域介电谱法测量交流电场刺激下的极化响应，可获得介电常数、介质损耗因数等极化参数，通过极化参数的特征判断油浸式套管内绝缘的老化状态。
但是，目前的诊断方法主要是针对变压器的老化诊断，而油浸式套管的内绝缘是由多层绝缘纸和铝箔交替绕制而成，其内绝缘结构与变压器不同，对如何有效诊断油浸式套管内绝缘老化程度鲜见报道，这是介电谱法应用于现场诊断油浸式套管内绝缘老化程度需要解决的关键问题。
发明内容
本申请提供了一种不同老化油浸式套管的介电谱测试实验方法，能够有效运用频域介电谱准确判断油浸式套管内绝缘的老化程度。
本申请提供了一种不同老化油浸式套管的介电谱测试实验方法，所述方法包括以下步骤：
S1搭建油浸式套管的老化平台；
油浸式套管的老化平台由油浸式套管、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、油管、第一油泵、第二油泵、油箱、加热装置、绝缘油、温度控制器、温度箱、介电谱测试仪、终端机构成；其中油箱通过油管与油浸式套管的中心导管连接，形成绝缘油的流动通道；油管为隔热绝缘材质，通过第一油泵和第二油泵实现绝缘油在油浸式套管的中心导管和油箱中的循环；温度控制器控制加热装置对绝缘油进行加热，并通过绝缘油对油浸式套管进行老化；油浸式套管的下瓷套放置于温度箱中，温度箱保持恒温；介电谱测试仪的输出端与油浸式套管的中心导管连接，介电谱测试仪的输入端与油浸式套管的末屏端子连接；介电谱测试仪与终端机连接，实现油浸式套管的介电谱测试，并把测试结果传输回终端机；第一温度传感器放置于油浸式套管的上瓷套处，第二温度传感器放置于油浸式套管的法兰处，第三温度传感器放置于油浸式套管的下瓷套处；第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器与终端机连接，实现对油浸式套管上瓷套、法兰以及下瓷套的温度测量，并把温度测量值传输回终端机；
S2对油浸式套管进行老化处理；
通过温度控制器控制加热装置对绝缘油进行加热，开启第一油泵和第二油泵使绝缘油在油浸式套管的中心导管和油箱中循环，通过绝缘油对油浸式套管进行老化处理；
S3测量油浸式套管上瓷套、法兰以及下瓷套的温度；
对油浸式套管老化一段时间后，通过第一温度传感器测量油浸式套管上瓷套的温度，第二温度传感器测量油浸式套管法兰的温度，第三温度传感器测量油浸式套管下瓷套的温度，并将测量结果传回终端机；
S4根据测量的温度估算油浸式套管内部热点温度；
根据测得的油浸式套管的上瓷套、法兰和下瓷套的温度，根据下式估算油浸式套管内绝缘的热点温度：
式中，T热点表示油浸式套管内绝缘的热点温度，单位为℃；T上瓷套表示油浸式套管上瓷套的温度，单位为℃；T法兰表示油浸式套管法兰的温度，单位为℃；T下瓷套表示油浸式套管下瓷套的温度，单位为℃；
S5根据内部热点温度估算油浸式套管内绝缘的聚合度；
根据下式估算在热点温度下老化一段时间后的油浸式套管内绝缘的聚合度：
DPt＝1100-1.21×106Atexp[-E/R(T热点+273.15)]+
1.331×109{Atexp[-E/R(T热点+273.15)]}2
式中，T热点表示油浸式套管内绝缘的热点温度，单位为℃；t为老化时间，单位为天；DPt表示老化时间t下油浸式套管内绝缘的聚合度；A为指前因子，A＝5.74×108；E为活化能，E＝113kJ/mol；R为常量，R＝8.314J/(mol·K)；
S6测试油浸式套管的介电谱；
开启介电谱测试仪测试油浸式套管的介电谱，并将测试结果传回终端机。
可选的，根据计算得出的所述油浸式套管内绝缘聚合度，判断所述油浸式套管内绝缘老化状态；其中，
如果DPt≥800，则推断所述油浸式套管处于正常状态；或者，
如果300≤DPt＜800，则推断所述油浸式套管处于注意状态；或者，
如果DPt＜300，则推断所述油浸式套管处于危险状态。
由以上技术方案，本申请提供了一种不同老化油浸式套管的介电谱测试实验方法，能够有效地运用频域介电谱判断油浸式套管内绝缘的老化程度，研究频域介电谱测试结果与油浸式套管老化之间的关系，从而提高频域介电谱法诊断油浸式套管内绝缘老化程度的准确性，同时提高频域介电谱法在现场测试的适用性以及油浸式套管运行的安全稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的一种不同老化油浸式套管的介电谱测试实验方法流程图；
图2为本申请实施例提供的油浸式套管老化平台示意图。
其中，1、油浸式套管；2、末屏端子；3、中心导管；4、第一温度传感器；41、第二温度传感器；42、第三温度传感器；5、油管；6、第一油泵；61、第二油泵；7、油箱；8、加热装置；9、绝缘油；10、温度控制器；11、温度箱；12、介电谱测试仪；13、终端机；14、上瓷套；15、法兰；16、下瓷套。
具体实施方式
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
参见图1，为本申请提供的一种不同老化油浸式套管的介电谱测试实验方法流程图。
本申请提供了一种不同老化油浸式套管的介电谱测试实验方法，所述方法包括以下步骤：
S1搭建油浸式套管的老化平台。
参见图2，为本申请实施例提供的油浸式套管老化平台示意图。
油浸式套管的老化平台由油浸式套管1、第一温度传感器4、第二温度传感器41、第三温度传感器42、油管5、第一油泵6、第二油泵61、油箱7、加热装置8、绝缘油9、温度控制器10、温度箱11、介电谱测试仪12、终端机13构成；其中油箱7通过油管5与油浸式套管1的中心导管3连接，形成绝缘油9的流动通道；油管5为隔热绝缘材质，通过第一油泵6和第二油泵61实现绝缘油9在油浸式套管1的中心导管3和油箱7中的循环；温度控制器10控制加热装置8对绝缘油9进行加热，并通过绝缘油9对油浸式套管1进行老化；油浸式套管1的下瓷套16放置于温度箱11中，温度箱11保持恒温；介电谱测试仪12的输出端与油浸式套管1的中心导管3连接，介电谱测试仪12的输入端与油浸式套管1的末屏端子2连接；介电谱测试仪12与终端机13连接，实现油浸式套管1的介电谱测试，并把测试结果传输回终端机13；第一温度传感器4放置于油浸式套管1的上瓷套14处，第二温度传感器41放置于油浸式套管1的法兰15处，第三温度传感器42放置于油浸式套管1的下瓷套16处；第一温度传感器4、第二温度传感器41、第三温度传感器42与终端机13连接，实现对油浸式套管1上瓷套14、法兰15以及下瓷套16的温度测量，并把温度测量值传输回终端机13。
温度箱11采用复合结构，内层为环氧树脂材料，环氧树脂材料具有良好的物理、化学性能，它对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度，介电性能良好，变形收缩率小，制品尺寸稳定性小，柔韧性较好，对碱及大部分溶剂稳定。温度箱11外层为新型陶瓷材料，新型陶瓷材料坚硬、致密，进而保证所述温度箱11整体机构稳定。
S2对油浸式套管进行老化处理。
通过温度控制器10控制加热装置8对绝缘油9进行加热，开启第一油泵6和第二油泵61使绝缘油9在油浸式套管1的中心导管3和油箱7中循环，通过绝缘油9对油浸式套管1进行老化处理。
通过油浸式套管的老化平台对油浸式套管1进行老化处理。油浸式套管1内绝缘介质主要是绝缘纸和绝缘油。油浸式套管1内绝缘老化涉及到固体绝缘纸的老化和绝缘油的老化。油浸式套管1在老化处理时，过热的温度导致绝缘纸的纤维链断裂，当温度大于200℃时，绝缘纸发生热解反应，引起绝缘纸纤维素结构链改变，即长链分子断裂成短链分子，造成绝缘纸的化学性质劣化，并主要产生CO、CO2气体和水，CO和CO2是由绝缘纸纤维焦化所致。绝缘油是碳氢化合物，由化学键不同的C-O、C-H及H-H组成，具有不同的键能。温度引起绝缘油烃类碳键断裂或脱氢反应过程需要能量(活化能)，使化学键断裂。不同化学键结构的碳氢化合物有不同的热稳定性，绝缘油随温度升高使C-H键和C-C键断裂，生成氢原子和不稳定的碳氢化学物自由基；氢原子或碳氢化合物自由基重新组合，形成大量的氢气和低分子烃类气体和少量的CO和CO2。
S3测量油浸式套管上瓷套、法兰以及下瓷套的温度。
对油浸式套管1老化一段时间后，通过第一温度传感器4测量油浸式套管1上瓷套14的温度，第二温度传感器41测量油浸式套管1法兰15的温度，第三温度传感器42测量油浸式套管1下瓷套16的温度，并将测量结果传回终端机13。由于油浸式套管1内部热点温度无法直接测得，因此，可通过测油浸式套管1上瓷套14、法兰15以及下瓷套16的温度，从而估算油浸式套管1内部热点温度。
S4根据测量的温度估算油浸式套管内部热点温度。
根据测得的油浸式套管1的上瓷套14、法兰15和下瓷套16的温度，根据下式估算油浸式套管1内绝缘的热点温度：
式中，T热点表示油浸式套管1内绝缘的热点温度，单位为℃；T上瓷套14表示油浸式套管1上瓷套14的温度，单位为℃；T法兰15表示油浸式套管1法兰15的温度，单位为℃；T下瓷套16表示油浸式套管1下瓷套16的温度，单位为℃。
S5根据内部热点温度估算油浸式套管内绝缘的聚合度。
根据下式估算在热点温度下老化一段时间后的油浸式套管1内绝缘的聚合度：
DPt＝1100-1.21×106Atexp[-E/R(T热点+273.15)]+
1.331×109{Atexp[-E/R(T热点+273.15)]}2
式中，T热点表示油浸式套管1内绝缘的热点温度，单位为℃；t为老化时间，单位为天；DPt表示老化时间t下油浸式套管1内绝缘的聚合度；A为指前因子，A＝5.74×108；E为活化能，E＝113kJ/mol；R为常量，R＝8.314J/(mol·K)。
S6根据聚合度确定油浸式套管内绝缘老化状态，并根据老化状态测试油浸式套管的介电谱。
开启介电谱测试仪12测试油浸式套管1的介电谱，并将测试结果传回终端机13。
油浸式套管1在运行过程中收到热、水分、氧气等因素的作用，油纸绝缘复合电介质的微观结构会发生变化，进而导致其介电特性也发生变化，因此可通过测试油浸式套管1的介电谱来评估油浸式套管1的内绝缘老化状态。通过介电谱测试仪12测量油浸式套管1内绝缘油9纸在不同老化程度下的介电谱，终端机13接收介电谱测试仪12上传的数据，并做相应的存储与分析。
可选的，根据计算得出的所述油浸式套管1内绝缘聚合度，判断所述油浸式套管1内绝缘老化状态；其中，
如果DPt≥800，则推断所述油浸式套管1处于正常状态；或者，
如果300≤DPt＜800，则推断所述油浸式套管1处于注意状态；或者，
如果DPt＜300，则推断所述油浸式套管1处于危险状态。
由以上技术方案，本申请提供了一种不同老化油浸式套管的介电谱测试实验方法，能够有效地运用频域介电谱判断油浸式套管内绝缘的老化程度，研究频域介电谱测试结果与油浸式套管老化之间的关系，从而提高频域介电谱法诊断油浸式套管内绝缘老化程度的准确性，同时提高频域介电谱法在现场测试的适用性以及油浸式套管运行的安全稳定性。
需要说明的是，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。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (2)
1.一种不同老化油浸式套管的介电谱测试实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1搭建油浸式套管的老化平台；
油浸式套管的老化平台由油浸式套管(1)、第一温度传感器(4)、第二温度传感器(41)、第三温度传感器(42)、油管(5)、第一油泵(6)、第二油泵(61)、油箱(7)、加热装置(8)、绝缘油(9)、温度控制器(10)、温度箱(11)、介电谱测试仪(12)、终端机(13)构成；其中油箱(7)通过油管(5)与油浸式套管(1)的中心导管(3)连接，形成绝缘油(9)的流动通道；油管(5)为隔热绝缘材质，通过第一油泵(6)和第二油泵(61)实现绝缘油(9)在油浸式套管(1)的中心导管(3)和油箱(7)中的循环；温度控制器(10)控制加热装置(8)对绝缘油(9)进行加热，并通过绝缘油(9)对油浸式套管(1)进行老化；油浸式套管(1)的下瓷套(16)放置于温度箱(11)中，温度箱(11)保持恒温；介电谱测试仪(12)的输出端与油浸式套管(1)的中心导管(3)连接，介电谱测试仪(12)的输入端与油浸式套管(1)的末屏端子(2)连接；介电谱测试仪(12)与终端机(13)连接，实现油浸式套管(1)的介电谱测试，并把测试结果传输回终端机(13)；第一温度传感器(4)放置于油浸式套管(1)的上瓷套(14)处，第二温度传感器(41)放置于油浸式套管(1)的法兰(15)处，第三温度传感器(42)放置于油浸式套管(1)的下瓷套(16)处；第一温度传感器(4)、第二温度传感器(41)、第三温度传感器(42)与终端机(13)连接，实现对油浸式套管(1)上瓷套(14)、法兰(15)以及下瓷套(16)的温度测量，并把温度测量值传输回终端机(13)；
S2对油浸式套管进行老化处理；
通过温度控制器(10)控制加热装置(8)对绝缘油(9)进行加热，开启第一油泵(6)和第二油泵(61)使绝缘油(9)在油浸式套管(1)的中心导管(3)和油箱(7)中循环，通过绝缘油(9)对油浸式套管(1)进行老化处理；
S3测量油浸式套管上瓷套、法兰以及下瓷套的温度；
对油浸式套管老化一段时间后，通过第一温度传感器(4)测量油浸式套管(1)上瓷套(14)的温度，第二温度传感器(41)测量油浸式套管(1)法兰(15)的温度，第三温度传感器(42)测量油浸式套管(1)下瓷套(16)的温度，并将测量结果传回终端机(13)；
S4根据测量的温度估算油浸式套管内部热点温度；
根据测得的油浸式套管(1)的上瓷套(14)、法兰(15)和下瓷套(16)的温度，根据下式估算油浸式套管(1)内绝缘的热点温度：
式中，T热点表示油浸式套管(1)内绝缘的热点温度，单位为℃；T上瓷套表示油浸式套管(1)上瓷套(14)的温度，单位为℃；T法兰表示油浸式套管(1)法兰(15)的温度，单位为℃；T下瓷套表示油浸式套管(1)下瓷套(16)的温度，单位为℃；
S5根据内部热点温度估算油浸式套管内绝缘的聚合度；
根据下式估算在热点温度下老化一段时间后的油浸式套管(1)内绝缘的聚合度：
DPt＝1100-1.21×106Atexp[-E/R(T热点+273.15)]+1.331×109{Atexp[-E/R(T热点+273.15)]}2
式中，T热点表示油浸式套管(1)内绝缘的热点温度，单位为℃；t为老化时间，单位为天；DPt表示老化时间t下油浸式套管(1)内绝缘的聚合度；A为指前因子，A＝5.74×108；E为活化能，E＝113kJ/mol；R为常量，R＝8.314J/(mol·K)；
S6根据聚合度确定油浸式套管内绝缘老化状态，并根据老化状态测试油浸式套管的介电谱；
开启介电谱测试仪(12)测试油浸式套管(1)的介电谱，并将测试结果传回终端机(13)。
2.根据权利要求1所述的不同老化油浸式套管的介电谱测试实验方法，其特征在于，根据计算得出的所述油浸式套管(1)内绝缘聚合度，判断所述油浸式套管(1)内绝缘老化状态；其中，
如果DPt≥800，则推断所述油浸式套管(1)处于正常状态；或者，
如果300≤DPt＜800，则推断所述油浸式套管(1)处于注意状态；或者，
如果DPt＜300，则推断所述油浸式套管(1)处于危险状态。
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