CN110045243A - 一种变压器套管热老化状态的评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变压器套管热老化的评估方法，主要包括以下步骤：首先测试待评估套管导杆的尺寸大小，并获取其材料参数，并结合套管历史运行数据及环境温度建立套管导杆电流‑温度方程，根据导杆流经的负荷电流计算导杆运行时的温度，并建立套管绝缘老化评估模型，根据绝缘纸聚合度评估绝缘纸绝缘状态。该评估方法有效提高了变压器套管油纸绝缘状态评估的效率及效果。

Description

一种变压器套管热老化状态的评估方法

技术领域

本发明属于变压器老化状态评估领域，具体涉及一种变压器套管热老化状态的评估方法。

背景技术

变压器套管是变压器的重要组成部分，其运行状态直接影响到变压器及整个电力系统的可靠性与稳定性。变压器套管在运行过程中内绝缘长期受到电场、热场和磁场的影响，其内部的油纸绝缘逐渐老化，套管绝缘性能降低，影响电力系统的安全稳定运行。

当前对套管油纸绝缘状态的评估方法主要包括聚合度测试、糠醛含量测试、油中溶解气体色谱分析和介质损耗正切值测试等，其中聚合度是反应套管油纸绝缘状态最根本的参量，但需套管电容芯子取样困难，且会破坏套管结构，糠醛含量测试和油中溶解气体色谱分析会受到换油的影响，介质损耗正切值测试包含信息量少，且无法准确评估不均匀老化状态下套管的绝缘状态。套管实际运行中，导杆流经大电流产生大量热，其最内层绝缘纸包绕在导杆上导致温度最高，而外层绝缘纸热量向外散导致内外层温度分布不均匀，导杆处绝缘纸老化最严重，套管绝缘状态由导杆处绝缘纸聚合度决定。为研究实际工况下套管电容芯子的绝缘状态，急需一种变压器套管热老化的评估方法。

发明内容

为了准确评估变压器套管的热老化状态，本发明提供了一种变压器套管热老化状态的评估方法，包含以下步骤：

第一步：导杆参数获取

选定需进行老化状态评估的变压器套管，测试套管导杆的内径R₁，单位为m，外径R₂，单位为m，总长度L，单位为m，电阻值R，单位为Ω，并查阅变压器套管出厂资料确定导杆材料及缠绕在导杆上绝缘纸的总厚度l，单位为m，则套管导杆的质量M、外表面积S为：

S＝2πR₂L (1)

式中，变压器导杆密度ρ，单位为kg/m³，与其材料相关，导杆质量M，单位为kg；

第二步：运行参数获取

根据历史运行记录查询变压器套管运行时的电流大小I和环境温度T₀，建立套管导杆电流-温度方程，计算出套管运行电流为I下的导杆温度T：

式中，c为套管导杆的比热容，单位为J/(kg·K)，是与其材料有关的常数，t为流经套管导杆电流为I时的运行时间，单位为s，λ为绝缘纸导热系数，单位为W/(m·K)，l为绝缘纸厚度，单位为m，T₀为环境温度，单位为K；

第三步：绝缘纸聚合度评估模型建立

导杆在负载电流I下运行t时间后，根据热老化时间t和电流热效应产生的导杆温度T，建立绝缘纸聚合度评估模型，采用式(4)估算得到聚合度DP_t：

式中，DP₀为变压器套管绝缘纸的初始聚合度，可通过查阅变压器套管出厂资料获取，DP_t为运行t时间后变压器套管绝缘纸的聚合度，E为活化能，取111kJ/mol，k为理想气体常数，取8.314J/(mol·K)；

第四步：套管绝缘状态评估

若评估得到的绝缘纸聚合度DP_t大于1000时，绝缘纸未老化或轻微老化，套管绝缘状态良好，若评估得到的绝缘纸聚合度DP_t在[500，1000]范围内时，绝缘纸中等程度老化，套管绝缘纸处于寿命中期，若评估得到的绝缘纸聚合度DP_t在[250，500]范围内时，绝缘纸老化严重，套管绝缘纸处于寿命末期，若评估得到的绝缘纸聚合度DP_t小于250时，套管绝缘纸处于危险水平，到达寿命终点。

本发明的有益效果在于，有效提高了变压器套管油纸绝缘状态评估的效率及效果。

附图说明

图1是变压器套管热老化状态的评估方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

由图1，一种变压器套管热老化状态的评估方法，包括以下步骤：

第一步：导杆参数获取

选定需进行老化状态评估的变压器套管，测试套管导杆的内径R₁，单位为m，外径R₂，单位为m，总长度L，单位为m，电阻值R，单位为Ω，并查阅变压器套管出厂资料确定导杆材料及缠绕在导杆上绝缘纸的总厚度l，单位为m，则套管导杆的质量M、外表面积S为：

S＝2πR₂L (1)

式中，套管导杆外表面积S，单位为m²，变压器导杆密度ρ，单位为，kg/m³，与其材料相关，导杆质量M，单位为kg；

第二步：运行参数获取

根据历史运行记录查询变压器套管运行时的电流大小I和环境温度T₀，建立套管导杆电流-温度方程，计算出套管运行电流为I下的导杆温度T：

式中，I为流经导杆的负载电流，单位为A，c为套管导杆的比热容，单位为J/(kg·K)，是与其材料有关的常数，t为流经套管导杆电流为I时的运行时间，单位为s，λ为绝缘纸导热系数，单位为W/(m·K)，l为绝缘纸厚度，单位为m，T₀为环境温度，单位为K；

第三步：绝缘纸聚合度评估模型建立

导杆在负载电流I下运行t时间后，根据热老化时间t和电流热效应产生的导杆温度T，建立绝缘纸聚合度评估模型，采用式(4)估算得到聚合度DP_t：

式中，DP₀为变压器套管绝缘纸的初始聚合度，可通过查阅变压器套管出厂资料获取，DP_t为运行t时间后变压器套管绝缘纸的聚合度，E为活化能，取111kJ/mol，k为理想气体常数，取8.314J/(mol·K)；

第四步：套管绝缘状态评估

若评估得到的绝缘纸聚合度DP_t大于1000时，绝缘纸未老化或轻微老化，套管绝缘状态良好，若评估得到的绝缘纸聚合度DP_t在[500，1000]范围内时，绝缘纸中等程度老化，套管绝缘纸处于寿命中期，若评估得到的绝缘纸聚合度DP_t在[250，500]范围内时，绝缘纸老化严重，套管绝缘纸处于寿命末期，若评估得到的绝缘纸聚合度DP_t小于250时，套管绝缘纸处于危险水平，到达寿命终点。

Claims (1)

1.一种变压器套管热老化状态的评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步：导杆参数获取

选定需进行老化状态评估的变压器套管，测试套管导杆的内径R₁，外径R₂，总长度L，电阻值R，并查阅变压器套管出厂资料确定导杆材料及缠绕在导杆上绝缘纸的总厚度l，则套管导杆的质量M、外表面积S为：

S＝2πR₂L (1)

式中，ρ为变压器导杆密度，与其材料相关；

第二步：运行参数获取

根据历史运行记录查询变压器套管运行时的电流大小I和环境温度T₀，建立套管导杆电流-温度方程，计算出套管负载电流为I下的导杆温度T：

式中，c为套管导杆的比热容，是与其材料有关的常数，t为流经套管导杆电流为I时的运行时间，λ为绝缘纸导热系数，l为绝缘纸厚度，T₀为环境温度；

第三步：绝缘纸聚合度评估模型建立

导杆在负载电流I下运行t时间后，根据热老化时间t和电流热效应产生的导杆温度T，建立绝缘纸聚合度评估模型，采用式(4)估算得到聚合度DP_t：

式中，DP₀为变压器套管绝缘纸的初始聚合度，可通过查阅变压器套管出厂资料获取，DP_t为运行t时间后变压器套管绝缘纸的聚合度，E为活化能，取111kJ/mol，k为理想气体常数，取8.314J/(mol·K)；

第四步：套管绝缘状态评估

若评估得到的绝缘纸聚合度DP_t大于1000时，绝缘纸未老化或轻微老化，套管绝缘状态良好，若评估得到的绝缘纸聚合度DP_t在[500，1000]范围内时，绝缘纸中等程度老化，套管绝缘纸处于寿命中期，若评估得到的绝缘纸聚合度DP_t在[250，500]范围内时，绝缘纸老化严重，套管绝缘纸处于寿命末期，若评估得到的绝缘纸聚合度DP_t小于250时，套管绝缘纸处于危险水平，到达寿命终点。