CN109061115B - 一种变压器绝缘纸水分含量评估研究的实验方法 - Google Patents
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Abstract
由于受老化状态和环境因素的影响，变压器绝缘纸中的水分处于暂态分布状态，工程中通过测量绝缘油中的水分含量推算绝缘纸中水分含量以及测量变压器工频介损的方法均无法准确获取变压器绝缘纸中的水分含量，因此无法有效评估变压器绝缘纸的绝缘性能，本发明公开了一种变压器绝缘纸水分含量评估研究的实验方法，根据本发明公开的评估方法，能获取不同温度下不同老化状态变压器绝缘纸中的水分分布并能计算出变压器绝缘纸中的平均水分含量，从而能有效评估变压器绝缘纸的绝缘性能。
Description
技术领域
本发明属于变压器绝缘状态评估领域，具体涉及一种变压器绝缘纸水分含量评估研究的实验方法。
背景技术
变压器作为电力系统和牵引供电系统的核心设备，其内绝缘性能的好坏决定着电力系统和牵引供电系统运行的安全稳定。
水分是影响变压器内绝缘性能的主要因素，如D.F.Garcia、B.Garcia和J.C.Burgos发表的《Areview of moisture diffusion coefficients in transformersolid insulation-part 1:coefficients for paper and pressboard》(D.F.Garcia,B.Garcia,J.C.Burgos,“Areview of moisture diffusion coefficients intransformer solid insulation-part 1:coefficients for paper and pressboard,”IEEE Electrical Insulation Magazine.Vol.29,no.1,pp.46-54,2013)，水分的存在将加快变压器绝缘纸的老化速率，导致变压器内绝缘介电性能的下降，甚至导致变压器内绝缘发生局部放电，为了能有效评估变压器内绝缘的绝缘性能，需要获取变压器绝缘纸中的水分含量，Li Jian等人发表的《Characteristics of moisture diffusion in vegetableoil-paper insulation》(J.Li；Z.T.Zhan,et.al.,“Characteristics of moisturediffusion in vegetable oil-paper insulation,”IEEE Transactions on Dielectricsand Electrical Insulation.Vol.19,no.5,pp.1650-1656,2012)提出，目前工程现场中常通过测量绝缘油中的水分含量推算绝缘纸中的水分含量或通过测量变压器的工频介损评估变压器内绝缘的受潮状态，但是由于受绝缘纸老化状态以及温度、湿度等环境因素的影响，变压器绝缘纸中的水分含量总是处于暂态分布状态，无法通过绝缘油中的水分含量以及工频介损测量有效评估变压器绝缘纸中的水分含量。为了得到变压器绝缘纸中的水分含量，首先要得到变压器绝缘纸中的水分分布函数，然后计算出绝缘纸中的平均水分含量，最终对变压器绝缘纸中的水分含量进行有效评估。因此为了有效评估变压器绝缘纸中的水分含量，急需研究一种有效的实验方法获取变压器绝缘纸中的水分分布函数，进而得到变压器绝缘纸中的平均水分含量。
发明内容
为了准确评估变压器绝缘纸中的水分含量，本发明提供一种变压器绝缘纸水分含量评估研究的实验方法，包括以下步骤：
第一步：搭建实验平台
变压器绝缘纸水分含量研究实验平台主要由绝缘油箱(1)、绝缘油(2)、托架(3)、支架(4)、变压器绝缘纸(5)、终端机(6)、温度传感器(7)、水分传感器(8)、搅拌器(9)、加热片(10)、温控系统(11)组成，变压器绝缘纸(5)置于托架(3)上，托架(3)由支架(4)固定在绝缘油箱(1)里，绝缘油箱(1)中填充绝缘油(2)，绝缘油(2)没过变压器绝缘纸(5)，搅拌器(9)和加热片(10)安装在绝缘油箱(1)底部，温度传感器(7)安装在绝缘油箱(1)左下方，温度传感器(7)、搅拌器(9)、加热片(10)分别与温控系统(11)相连，温控系统(11)与终端机(6)相连，实现对绝缘油箱(1)的温度控制，水分传感器(8)安装在绝缘油箱(1)右下方，水分传感器(8)与终端机(6)相连，实现对绝缘油(2)中水分含量的监测；
第二步：变压器绝缘纸加速热老化
终端机(6)设置加速热老化温度为130℃控制温控系统(11)开启加热片(10)对绝缘油(2)加热，同时开启搅拌器(9)使绝缘油(2)温度均匀，温度传感器(7)监测绝缘油(2)的温度，并将监测到的温度回传至终端机(6)，终端机(6)通过温度传感器(7)传输的绝缘油(2)的温度实时控制温控系统(11)使得绝缘油(2)的温度保持在预设老化温度130℃，对变压器绝缘纸(5)进行加速热老化；
第三步：测试变压器绝缘纸聚合度
完成变压器绝缘纸(5)的加速热老化后，对绝缘油箱(1)内的绝缘油(2)取样，测试绝缘油(2)的糠醛含量furfural，根据油纸绝缘系统稳态关系获得变压器绝缘纸(5)的聚合度DP，由糠醛含量计算变压器绝缘纸(5)聚合度的表达式为：
第四步：测量绝缘油中的水分含量
开启温控系统(11)使绝缘油箱(1)内的绝缘油(2)保持恒定温度T，根据绝缘油(2)中的水分传感器(8)获取绝缘油中的水分含量Coil；
第五步：计算变压器绝缘纸油纸界面处的水分含量
通过第四步中得到的绝缘油(2)中的水分含量Coil，采用式(2)计算变压器绝缘纸(5)油纸界面处的水分含量Cboundary；
式中，pv为水汽分压，pv表达式为：
第六步：构建变压器绝缘纸水分扩散模型
根据第五步中计算得到的变压器绝缘纸(5)油纸界面处的水分含量Cboundary，设置水分扩散模型边界条件，采用式(4)计算变压器绝缘纸(5)中的水分扩散系数，构建变压器绝缘纸(5)中的水分扩散模型；
式中，l为变压器绝缘纸(5)的厚度，单位为mm，C为变压器绝缘纸(5)中的水分含量，单位为％；
第七步：获取变压器绝缘纸中的水分分布
基于第六步中建立的变压器绝缘纸(5)的水分扩散模型结合式(5)得到t时间后的变压器绝缘纸(5)沿厚度方向的水分分布Cpaper(x,t)；
第八步：计算变压器绝缘纸平均水分含量
根据第七步中得到的变压器绝缘纸(5)的水分分布，采用式(6)计算出变压器绝缘纸(5)中的平均水分含量Cpaper,avg：
本发明的优点在于：
本发明提供了一种变压器绝缘纸水分含量评估研究的实验方法，根据本发明公开的评估方法，能获取不同温度下不同老化状态变压器绝缘纸中的水分分布并能计算出变压器绝缘纸中的平均水分含量，能有效评估变压器绝缘纸的绝缘性能。
附图说明
图1一种变压器绝缘纸水分含量评估研究的实验方法流程图；
图2变压器绝缘纸水分含量研究实验平台示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1所示为一种变压器绝缘纸水分含量评估研究的实验方法流程图，图2所示为变压器绝缘纸水分含量研究实验平台示意图，由图1可以看出一种变压器绝缘纸水分含量评估研究的实验方法主要包括以下步骤：
第一步：搭建实验平台
变压器绝缘纸水分含量研究实验平台主要由绝缘油箱(1)、绝缘油(2)、托架(3)、支架(4)、变压器绝缘纸(5)、终端机(6)、温度传感器(7)、水分传感器(8)、搅拌器(9)、加热片(10)、温控系统(11)组成，变压器绝缘纸(5)置于托架(3)上，托架(3)由支架(4)固定在绝缘油箱(1)里，绝缘油箱(1)中填充绝缘油(2)，绝缘油(2)没过变压器绝缘纸(5)，搅拌器(9)和加热片(10)安装在绝缘油箱(1)底部，温度传感器(7)安装在绝缘油箱(1)左下方，温度传感器(7)、搅拌器(9)、加热片(10)分别与温控系统(11)相连，温控系统(11)与终端机(6)相连，实现对绝缘油箱(1)的温度控制，水分传感器(8)安装在绝缘油箱(1)右下方，水分传感器(8)与终端机(6)相连，实现对绝缘油(2)中水分含量的监测；
第二步：变压器绝缘纸加速热老化
终端机(6)设置加速热老化温度为130℃控制温控系统(11)开启加热片(10)对绝缘油(2)加热，同时开启搅拌器(9)使绝缘油(2)温度均匀，温度传感器(7)监测绝缘油(2)的温度，并将监测到的温度回传至终端机(6)，终端机(6)通过温度传感器(7)传输的绝缘油(2)的温度实时控制温控系统(11)使得绝缘油(2)的温度保持在预设老化温度130℃，对变压器绝缘纸(5)进行加速热老化；
第三步：测试变压器绝缘纸聚合度
完成变压器绝缘纸(5)的加速热老化后，对绝缘油箱(1)内的绝缘油(2)取样，测试绝缘油(2)的糠醛含量furfural，根据油纸绝缘系统稳态关系获得变压器绝缘纸(5)的聚合度DP，由糠醛含量计算变压器绝缘纸(5)聚合度的表达式为：
第四步：测量绝缘油中的水分含量
开启温控系统(11)使绝缘油箱(1)内的绝缘油(2)保持恒定温度T，根据绝缘油(2)中的水分传感器(8)获取绝缘油中的水分含量Coil；
第五步：计算变压器绝缘纸油纸界面处的水分含量
通过第四步中得到的绝缘油(2)中的水分含量Coil，采用式(2)计算变压器绝缘纸(5)油纸界面处的水分含量Cboundary；
式中，pv为水汽分压，pv表达式为：
第六步：构建变压器绝缘纸水分扩散模型
根据第五步中计算得到的变压器绝缘纸(5)油纸界面处的水分含量Cboundary，设置水分扩散模型边界条件，采用式(4)计算变压器绝缘纸(5)中的水分扩散系数，构建变压器绝缘纸(5)中的水分扩散模型；
式中，l为变压器绝缘纸(5)的厚度，单位为mm，C为变压器绝缘纸(5)中的水分含量，单位为％；
第七步：获取变压器绝缘纸中的水分分布
基于第六步中建立的变压器绝缘纸(5)的水分扩散模型结合式(5)得到t时间后的变压器绝缘纸(5)沿厚度方向的水分分布Cpaper(x,t)；
第八步：计算变压器绝缘纸平均水分含量
根据第七步中得到的变压器绝缘纸(5)的水分分布，采用式(6)计算出变压器绝缘纸(5)中的平均水分含量Cpaper,avg：
Claims (1)
1.一种变压器绝缘纸水分含量评估研究的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：搭建实验平台
变压器绝缘纸水分含量研究实验平台主要由绝缘油箱(1)、绝缘油(2)、托架(3)、支架(4)、变压器绝缘纸(5)、终端机(6)、温度传感器(7)、水分传感器(8)、搅拌器(9)、加热片(10)、温控系统(11)组成，变压器绝缘纸(5)置于托架(3)上，托架(3)由支架(4)固定在绝缘油箱(1)里，绝缘油箱(1)中填充绝缘油(2)，绝缘油(2)没过变压器绝缘纸(5)，搅拌器(9)和加热片(10)安装在绝缘油箱(1)底部，温度传感器(7)安装在绝缘油箱(1)左下方，温度传感器(7)、搅拌器(9)、加热片(10)分别与温控系统(11)相连，温控系统(11)与终端机(6)相连，实现对绝缘油箱(1)的温度控制，水分传感器(8)安装在绝缘油箱(1)右下方，水分传感器(8)与终端机(6)相连，实现对绝缘油(2)中水分含量的监测；
第二步：变压器绝缘纸加速热老化
终端机(6)设置加速热老化温度为130℃，控制温控系统(11)开启加热片(10)对绝缘油(2)加热，同时开启搅拌器(9)使绝缘油(2)温度均匀，温度传感器(7)监测绝缘油(2)的温度，并将监测到的温度回传至终端机(6)，终端机(6)通过温度传感器(7)传输的绝缘油(2)的温度实时控制温控系统(11)使得绝缘油(2)的温度保持在预设老化温度130℃，对变压器绝缘纸(5)进行加速热老化；
第三步：测试变压器绝缘纸聚合度
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第四步：测量绝缘油中的水分含量
开启温控系统(11)使绝缘油箱(1)内的绝缘油(2)保持恒定温度T，根据绝缘油(2)中的水分传感器(8)获取绝缘油中的水分含量Coil；
第五步：计算变压器绝缘纸油纸界面处的水分含量
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Legal Events
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