CN109001598B - 一种应用去极化电量增长率评估变压器油纸绝缘老化状态的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种应用去极化电量增长率评估变压器油纸绝缘老化状态的方法，属于油纸绝缘老化状态评估技术领域，包含如下步骤：S1：制备不同老化状态的油纸绝缘样品；S2：定期对油纸绝缘样品进行聚合度测定；S3：进行油纸绝缘样品的极化/去极化电流测试并分析计算出油纸绝缘样品的去极化电量增长率；S4：将油纸绝缘样品的去极化电量增长率与对应的聚合度进行拟合，划分油纸绝缘样品的老化状态阶段。本发明方法划分了去极化电量增长率与油纸绝缘聚合度区间的对应关系，使得工程实际中评估变压器油纸绝缘老化状态更加便捷。
Description
技术领域
本发明属于油纸绝缘老化状态评估技术领域，涉及一种应用去极化电量增长率评估变压 器油纸绝缘老化状态的方法。
背景技术
变压器是各种高压电气设备中最重要的设备，也是变电站的核心设备,它的运行状况直接 关系到电力系统的安全运行。由于电力变压器自身的造价十分昂贵,因此电力变压器事故所带 来的损失往往是巨大的。据统计，由变压器内部绝缘劣化导致的故障占变压器故障总数的一 半以上。因此，利用现代技术和分析手段对变压器的绝缘老化状态进行评估，可对电网的安 全、稳定运行具有重要意义。
变压器内绝缘主要由绝缘油和绝缘纸或纸板构成的复合绝缘组成，在长期运行过程中受 到各种老化因素的影响逐渐发生老化，导致绝缘的电气和机械性能下降。目前变压器内使用 的绝缘油主要分为矿物油、天然酯、混合油这三大类，使用的绝缘纸主要是天然纤维素绝缘 纸。矿物油为电力变压器中应用最广泛的绝缘油，但其闪点、燃点和水饱和度低，生物降解 性差。天然酯具有高闪点、高生物降解率以及良好的电气性能等优点，用天然酯代替矿物油 作为电力设备的绝缘油越来越受到国内外研究者的关注。
自上世纪90年代起，美国、西欧和日本等国家和地区相继开发出天然酯产品，并成功 应用于变压器。据不完全统计，天然酯变压器在国外已有超过十年、五十万台的应用经验， 单台天然酯变压器电压等级和容量最大达到420kV/300MVA。国内于本世纪初开始天然酯的 研究，目前已有110kV天然酯变压器研制成功并挂网试运行。随着天然酯相关研究的深入和 绿色电网发展水平的提升，天然酯变压器将会逐渐得到推广应用。与矿物油变压器同等重要， 天然酯变压器也急需一种有效的方法针对其油纸绝缘老化状态进行评估。
针对油纸绝缘老化状态的检测与评估，目前国际公认的传统判据有：油中溶解气体分析、 油中糠醛含量和绝缘纸聚合度。由于变压器中途滤油等各种因素的影响，油品化学参量测试 结果无法可靠反映绝缘状况。虽然聚合度最能真实反映油纸绝缘的老化程度，但测量聚合度 需要对变压器进行放油吊罩，在绕组中几处有代表性的部位进行取样，实施起来困难较大， 还会对绝缘造成损伤。考虑到上述几种方法在诊断变压器绝缘老化状态时存在不足，寻找能 够有效反映变压器绝缘老化状态的新特征量及评估技术日渐受到国内外学者和工程技术人员 的重视。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种应用去极化电量增长率评估变压器油纸绝缘老化 状态的方法，划分了去极化电量增长率与聚合度的对应区间，用于对变压器的绝缘老化状态 进行评估。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种应用去极化电量增长率评估变压器油纸绝缘老化状态的方法，该方法包含如下步骤：
S1：制备不同老化状态的油纸绝缘样品；
S2：定期对油纸绝缘样品进行聚合度测定；
S3：进行油纸绝缘样品的极化/去极化电流测试并分析计算出油纸绝缘样品的去极化电量 增长率；
S4：将油纸绝缘样品的去极化电量增长率与对应的聚合度进行拟合，划分油纸绝缘样品 的老化状态阶段。
进一步，步骤S1具体为：
S11：对油纸绝缘样品进行真空干燥；
S12：将油纸绝缘样品装入装有绝缘油的热容量瓶中，并装入经过干燥后的绝缘纸板；
S13：将热容量瓶放在氮气操作箱中进行抽真空，并填充氮气至一个标准大气压并对热容 量瓶进行密封；
S14：将密封好的热容量瓶放入老化箱中进行加速老化。
进一步，所述油纸绝缘样品包含铜条，所述铜条上绕有10层厚度为75μm的绝缘纸，绕 制在铜条上的绝缘纸与所述绝缘纸板为同种绝缘纸。
进一步，步骤S12中，干燥后的油纸绝缘样品的绝缘纸的初始水分含量为2％，绝缘油的 初始水分含量为13mg/kg，所述绝缘纸板用于调节热容量瓶中的油纸比例，装入经过干燥后 的绝缘纸板后满足，油纸比例达到10:1。
进一步，步骤S14中，老化箱加速老化的温度为110℃。
进一步，步骤S3中，包含如下步骤：
S31：定期取出老化好的油纸绝缘样品在常温下密封静止两个月；
S32：取出油纸绝缘样品，并在油纸绝缘样品绕有绝缘纸的外层绕制三段铝箔，其中中间 段铝箔作为测量低压电极，剩下两段作为地电极；
S33：将制作好的油纸绝缘样品放入1000mL玻璃筒中，并加入400mL的与油纸绝缘样 品一起老化的绝缘油；
S34：将各电极连接至测量仪器，进行测量；
S35：计算油纸绝缘样品在测试时间内的去极化电量，并根据去极化电量计算出去极化电 量的增长率。
进一步，所述测量仪器为PDC-Analyser-1MOD测量仪，极化/去极化的测试时间设定为 5000s，测量电压值设定U0＝200V，测试温度满足T＝27±0.1℃。
进一步，步骤S35中，所述去极化电量按照公式：
其中，Q(t)表示老化t时间后油纸绝缘样品的去极化电量，Idep(t)为老化t时间后油纸绝 缘样品的去极化电流。
进一步，步骤S35中，去极化电量的增长率满足：
其中，DPt表示油浸渍绝缘纸老化时间t时的聚合度，DP0是油浸绝缘纸聚合度的初始值， QDPt表示在聚合度DPt处的去极化电量，QDP0表示DP0处的去极化电量。
本发明的有益效果在于：本发明方法划分了去极化电量增长率与油纸绝缘聚合度区间的 对应关系，使得工程实际中评估变压器油纸绝缘老化状态更加便捷。
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为本发明流程图；
图2为本发明实施例油纸绝缘试品加速热老化流程图；
图3为本发明实施例油纸绝缘样品绕制铝箔示意图；
图4为本发明实施例油纸绝缘样品的去极化电流曲线，其中a为矿物油，b为天然脂；
图5为本发明实施例油纸绝缘样品的去极化电荷量曲线，其中a为矿物油，b为天然脂；
图6为本发明实施例油纸绝缘样品的老化状态阶段划分示意图。
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，本发明具体包含如下步骤：
1、为了获得不同老化状态的油纸绝缘样品，根据图2所示热老化流程图进行制备。首先 在绝缘油中装入绕组，绕组的铜条两侧，绕有10层厚度为75μm的普通纤维素绝缘纸，绕组 的长宽依次为12cm×2.8cm，如图3所示；并装入预先干燥好的纸板，使油纸比例达到10:1。 然后，将样品在氮气操作箱中先抽真空再进行充氮至一个标准大气压密封；将密封后的烧瓶 放入110℃老化箱中进行加速热老化(测得的油浸绝缘纸初始水分含量2％，绝缘油初始水分 含量13mg/kg)。
室温下密封静置两个月的老化绕组在进行极化/去极化电流的测试前，如图3所示，在绕 组外层缠绕3段铝箔，中间段铝箔作为PDC测量的低压电极，两边的铝箔用铜线连接作为地 电极，裸露的铜板作为高压电极。将制作好的试品放入1000ml圆柱形玻璃筒中，装入400ml 与绕组试品共同老化的绝缘油，然后将绕组试品的各电极分别由铜线引出连接到PDC仪器上 进行测量。
2、进行油纸绝缘样品老化状态表征
本实施例选用聚合度来表征绝缘纸的老化程度，它具有测量精度高，重复性好以及反映 老化程度精确等优点，是描述绝缘纸老化的最理想的参数。本实施例进过定期去老化绝缘油 纸样品测得矿物油浸纸和天然酯浸纸的聚合度(DP)为表1所示。
表1不同老化阶段油纸绝缘样品的聚合度(DP)
3、进行油纸绝缘样品极化/去极化电流测试及分析
对不同老化状态的绝缘样品进行极化/去极化电流的测量，测量极化/去极化电流的仪器是 PDC-Analyser-1MOD测量仪。极化/去极化的测试时间选择为5000s，测量电压值为U0＝200V， 测试温度T＝27±0.1℃。测量结果显示不同老化状态的绝缘样品的去极化电流与老化状态之 间比极化电流与老化状态之间更具有规律可循，因此选择去极化电流进行分析。不同老化状 态的矿物油-纸和植物油-纸样品的去极化电流如图4所示，其中a表示矿物油-纸绝缘样品，b 表示天然酯-纸绝缘样品。
4、进行油纸绝缘样品的去极化电量计算及分析
根据式(1)计算t(1≤t≤5000s)时间段内的去极化电量，该量的变化率能够有效地反映绝 缘样品的老化状态。
不同老化状态的矿物油-纸绝缘和植物油-纸绝缘样品的去极化电量如图5所示，其中，a 表示矿物油-纸绝缘样品，b表示天然酯-纸绝缘样品。
5、进行油纸绝缘样品的去极化电量增长率的计算
去极化电量的增长率可由式(2)计算获得，
其中,DPt是油浸渍绝缘纸老化时间t时的聚合度(DP)值，DP0是油浸绝缘纸聚合度的 初始值，QDPt表示在聚合度DPt处的去极化电量(5000s)，QDP0表示DP0处的去极化电量(5000s)。
6、进行去极化电量增长率划分老化状态阶段
根据去极化电量增长率，绘制去极化电量增长率与油浸绝缘纸聚合度之间的关系曲线， 将老化阶段分为四个阶段，即第一阶段DP＞800，第二阶段800＞DP＞600，第三阶段600＞ DP＞400，第四阶段DP＜400。绘制去极化电量增长率与矿物油-纸和天然酯-纸样品的老化状 态区间的关系曲线，如图6所示，去极化电量增长率(DTCQG)可以用来划分油纸绝缘的老 化区间，本实施例进一步编制了矿物油-纸和天然酯-纸的去极化电荷增长率与绝缘老化状态 的对应表，如表2所示。
表2矿物油-纸绝缘和天然酯-纸绝缘的去极化电量增长率与绝缘老化状态区间的对应关系
本发明首先制备不同老化状态的油纸绝缘样品，对其进行去极化电流测试。其次，根据 去极化电流计算不同老化状态的油纸绝缘样品的去极化电量，并计算去极化电量增长率 (DTCQG)；最后绘制去极化电量增长率与变压器油纸绝缘老化状态的关系曲线，以此得到 去极化电量增长率与变压器油纸绝缘老化状态等级的对应关系。本发明方法划分了去极化电 量增长率与油纸绝缘聚合度区间的对应关系，使得工程实际中评估变压器油纸绝缘老化状态 更加便捷。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优 选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细 节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (3)
1.一种应用去极化电量增长率评估变压器油纸绝缘老化状态的方法，其特征在于：该方法包含如下步骤：
S1：制备不同老化状态的油纸绝缘样品；步骤S1具体为：
S11：对油纸绝缘样品进行真空干燥；
S12：将油纸绝缘样品装入装有绝缘油的热容量瓶中，并装入经过干燥后的绝缘纸板；
S13：将热容量瓶放在氮气操作箱中进行抽真空，并填充氮气至一个标准大气压并对热容量瓶进行密封；
S14：将密封好的热容量瓶放入老化箱中进行加速老化；
S2：定期对油纸绝缘样品进行聚合度测定；
S3：进行油纸绝缘样品的极化/去极化电流测试并分析计算出油纸绝缘样品的去极化电量增长率；包含如下步骤：
S31：定期取出老化好的油纸绝缘样品在常温下密封静止两个月；
S32：取出油纸绝缘样品，并在油纸绝缘样品绕有绝缘纸的外层绕制三段铝箔，其中中间段铝箔作为测量低压电极，剩下两段作为地电极；
S33：将制作好的油纸绝缘样品放入1000mL玻璃筒中，并加入400mL的与油纸绝缘样品一起老化的绝缘油；
S34：将各电极连接至测量仪器，进行测量；
S35：计算油纸绝缘样品在测试时间内的去极化电量，并根据去极化电量计算出去极化电量的增长率；所述去极化电量按照公式：
其中，Q(t)表示老化t时间后油纸绝缘样品的去极化电量，Idep(t)为老化t时间后油纸绝缘样品的去极化电流；
去极化电量的增长率满足：
其中，DPt表示油浸渍绝缘纸老化时间t时的聚合度，DP0是油浸绝缘纸聚合度的初始值，QDPt表示在聚合度DPt处的去极化电量，QDP0表示DP0处的去极化电量；
S4：将油纸绝缘样品的去极化电量增长率与对应的聚合度进行拟合，划分油纸绝缘样品的老化状态阶段；
所述油纸绝缘样品包含铜条，所述铜条上绕有10层厚度为75μm的绝缘纸，绕制在铜条上的绝缘纸与所述绝缘纸板为同种绝缘纸；
所述测量仪器为PDC-Analyser-1MOD测量仪，极化/去极化的测试时间设定为5000s，测量电压值设定U0＝200V，测试温度满足T＝27±0.1℃。
2.根据权利要求1所述的一种应用去极化电量增长率评估变压器油纸绝缘老化状态的方法，其特征在于：步骤S12中，干燥环境设定为90℃/50Pa，干燥后的油纸绝缘样品的绝缘纸的初始水分含量为2％，绝缘油的初始水分含量为13mg/kg，所述绝缘纸板用于调节热容量瓶中的油纸比例，装入经过干燥后的绝缘纸板后满足，油纸比例达到10:1。
3.根据权利要求1所述的一种应用去极化电量增长率评估变压器油纸绝缘老化状态的方法，其特征在于：步骤S14中，老化箱加速老化的温度为110℃。
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