CN110716032A - 基于油中糠醛的变压器绕组热点老化评估方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于油中糠醛的变压器绕组热点老化评估方法及系统，老化评估系统包括第一模块、第二模块，具体老化评估方法包括通过检测油中的糠醛含量，根据糠醛‑聚合度定量关系和绕组绝缘纸平均聚合度与热点绝缘纸聚合度的对应关系，得到绕组热点聚合度，评估变压器绕组热点，即为绝缘薄弱点的老化程度。本发明可实现在运变压器绕组热点绝缘纸聚合度的定量计算，从而提升变压器固体绝缘老化评估的可靠性，及时发现变压器潜在的绝缘老化故障风险，增加变压器使用寿命；该方法取样方便，无需对变压器进行停运，检测方法简单、无损，且成本较低，具备推广潜力。

Description

基于油中糠醛的变压器绕组热点老化评估方法及系统
技术领域
本发明涉及一种新型变压器绕组绝缘纸老化评估方法及系统，特别是涉及一种基于油中糠醛的变压器绕组热点老化评估方法及系统。
背景技术
变压器是电力系统中的关键设备，其安全稳定运行直接关系到电网的供电可靠性。变压器在长期运行过程中，由绝缘油和绝缘纸组成的内绝缘在电、热、机械应力的联合作用下逐渐老化。老化的绝缘油可以通过换油更新，但是绝缘纸老化后难以更换。绝缘纸老化后微观上体现为聚合度下降，宏观上体现为机械强度下降。当绝缘纸老化到一定程度后，由于无法承受变压器突发短路等异常工况下的机械应力而破裂，引起匝间短路进而导致变压器故障。因此，变压器寿命直接取决于其内部绝缘纸的老化程度，准确评估变压器绝缘纸老化程度，可以为变压器的运行维护、检修及置换提供可靠的依据。
检测变压器固体绝缘老化程度最直接的方法是从变压器内部取绝缘纸样，检测聚合度。但是这种方法要求对变压器停电吊芯，会造成供电中断，另外，直接对绝缘纸取样也会对绝缘造成损伤，是一种有损的检测方法，因此并不实用。糠醛是绝缘纸老化过程中，纤维素分子链断裂生成的小分子化合物，糠醛生成后扩散到绝缘油中。因此油中糠醛含量和绝缘纸老化程度密切相关，绝缘纸老化越严重，油中糠醛含量越高，通过检测油中糠醛含量可以间接评估变压器固体绝缘老化程度。
现有的基于油中糠醛的变压器固体绝缘老化评估方法是通过糠醛-聚合度定量方程完成的。检测油中糠醛含量，代入糠醛-聚合度方程计算绝缘纸聚合度，再通过聚合度评估绝缘老化程度。但是这种方法存在缺陷，现有的糠醛-聚合度方程是通过实验室油纸绝缘加速热老化实验建立的。对于现场变压器，使用油中糠醛含量只能评估变压器绝缘纸的平均老化程度。而现场变压器在运行过程中，不同高度的绕组温度并不相同，上层绕组温度高，下层绕组温度低。绕组温度分布的差异性导致绕组不同部位绝缘纸老化程度的不均匀性，上层绕组绝缘纸的老化程度更严重。而使用现有的糠醛-聚合度方程，根据油中糠醛含量计算出的绝缘纸聚合度只能反映绕组绝缘纸的平均老化程度，而绕组热点处绝缘纸的实际老化程度要比该评估结果更加严重。这就使评估结果不能及时预警变压器潜在的绝缘老化风险。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种基于油中糠醛的变压器绕组热点老化评估方法，使用油中糠醛含量更准确地评估变压器绕组热点处绝缘纸的聚合度，建立绝缘油中糠醛含量与绕组热点绝缘纸聚合度的对应关系，通过油中糠醛含量能够直接预估绝缘热点老化程度，从而提升变压器固体绝缘老化评估的可靠性；本发明还提供了一种一种基于油中糠醛的变压器绕组热点老化评估系统。
技术方案：本发明的基于油中糠醛的变压器绕组热点老化评估方法，包括如下步骤：
(1)建立糠醛-聚合度定量关系；
(2)建立不均匀温度场下绕组绝缘纸平均聚合度与热点绝缘纸聚合度的对应关系；
(3)检测油中的糠醛含量，根据糠醛-聚合度定量关系和绕组绝缘纸平均聚合度与热点绝缘纸聚合度的对应关系，得到绕组热点聚合度，评估变压器绕组热点，即为绝缘薄弱点的老化程度。
优选地，所述建立糠醛-聚合度关系包括如下步骤：
(1)通过控制老化时间获取不同老化程度的油纸绝缘样品；
(2)对于不同老化程度的油纸绝缘样品，分别取绝缘油和绝缘纸样，检测绝缘油中糠醛含量和绝缘纸聚合度；
(3)将油中糠醛含量和绝缘纸聚合度对应起来，从而建立糠醛-聚合度定量关系。
优选地，所述建立不均匀温度场下绕组绝缘纸平均聚合度与热点绝缘纸聚合度的对应关系包括如下步骤：
(1)根据变压器绕组温度传感器的数量、分布，建立绕组的温度场分布模型；
(2)根据温度场分布模型，得到绕组的热点温度和平均温度；
(3)将绕组的热点温度和平均温度分别代入纤维素降解的一阶动力学方程，获得相同运行时间下，绕组热点绝缘纸聚合度与平均聚合度的定量关系。
进一步地，所述步骤(3)中，当热点聚合度小于250时，则认为绝缘处于严重老化状态。
优选地，所述建立糠醛-聚合度关系的步骤(1)中，通过开展油纸绝缘样品加速热老化实验，进而获取不同老化程度的油纸绝缘样品。
优选地，所述建立不均匀温度场下绕组绝缘纸平均聚合度与热点绝缘纸聚合度的对应关系的步骤(1)中的温度场分布采用多项式拟合模型。
优选地，所述步骤(3)中，通过拟合得到的糠醛-聚合度定量方程如下式所示：
log10C2-FAL＝1.51-0.0033DP；
其中，式中C2-FAL表示油中糠醛含量，DP表示绝缘纸聚合度。
优选地，为了提高检测的准确性，所述步骤(3)中的油，在取现场变压器绝缘油样时，将绝缘油样避光保存。
本发明还提供了一种基于油中糠醛的变压器绕组热点老化评估系统，该老化评估系统包括：
第一模块：建立糠醛-聚合度定量关系，并将建立的糠醛-聚合度定量关系发送给第三模块；
第二模块：建立不均匀温度场下绕组绝缘纸平均聚合度与热点绝缘纸聚合度的对应关系，并将所述对应关系发送给第三模块；
第三模块：根据糠醛-聚合度定量关系和绕组平均聚合度与热点聚合度的对应关系，得到绕组热点聚合度，评估变压器绕组热点。
发明原理：本发明的基于油中糠醛的变压器绕组热点老化评估方法，首先建立油中糠醛含量和绝缘纸聚合度的对应关系：①开展油纸绝缘样品加速热老化实验，通过控制老化时间获取不同老化程度的油纸绝缘样品；②对于不同老化程度的油纸绝缘样品，分别取绝缘油和绝缘纸样，检测绝缘油中糠醛含量和绝缘纸聚合度；③将油中糠醛含量和绝缘纸聚合度对应起来，建立糠醛-聚合度方程。
接着建立变压器非均匀温度场下绕组平均聚合度与热点聚合度的对应关系：①根据变压器绕组温度传感器的数量、分布，选择合适的多项式拟合模型获得绕组的温度场分布模型；②根据绕组温度分布模型，获得绕组的热点温度和平均温度。③将绕组的平均温度和热点温度分别代入纤维素降解的一阶动力学方程，获得相同运行时间下，绕组热点绝缘纸聚合度与平均聚合度的定量关系。
最后，通过检测油中糠醛含量，计算变压器绕组平均聚合度，进而推算出绕组热点聚合度，即可准确判断变压器固体绝缘状态：①检测油中糠醛含量，代入已建立的糠醛-聚合度方程，计算绕组绝缘纸的平均聚合度；②根据已建立的绕组绝缘纸平均聚合度与绕组热点绝缘纸聚合度的对应关系，获得绕组热点绝缘纸聚合度；③根据计算得到的绕组热点聚合度，评估变压器绕组热点，即绝缘薄弱点的老化程度。
本发明用于现场变压器固体绝缘老化评估应按以下步骤进行：
(1)记录变压器绕组埋设的温度传感器的位置和温度读数，拟合绕组温度场分布；
(2)根据绕组温度场获得绕组平均温度和热点温度，代入纤维素降解的一阶动力学方程获得绕组平均聚合度与热点聚合度的对应关系；
(3)取变压器绝缘油样，装在棕色细口玻璃瓶中避光保存；
(4)检测绝缘油中糠醛含量；
(5)根据油中糠醛含量计算绕组平均聚合度，并推算绕组热点绝缘纸聚合度。
有益效果：本发明与现有技术相比，
(1)本发明提出的基于油中糠醛的变压器绕组热点老化评估方法，可实现在运变压器绕组热点绝缘纸聚合度的定量计算，从而提升变压器固体绝缘老化评估的可靠性，及时发现变压器潜在的绝缘老化故障风险，增加变压器使用寿命；
(2)该方法取样方便，不需对变压器进行停运，检测方法简单、无损，且成本较低，具备推广潜力，可应用于现场变压器固体绝缘的老化评估；
(3)本发明提供的变压器热点老化评估方法及系统可以实现对变压器固体绝缘老化的准确评估。
附图说明
图1是油中糠醛含量和绝缘纸聚合度的对应关系图；
图2是变压器温度分布图；
图3是变压器绕组绝缘纸聚合度分布图；
图4是变压器绕组热点聚合度与平均聚合度的对应关系图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细描述。
实施例1：
本实施例的变压器绕组热点老化评估方法包括如下步骤：
(1)建立糠醛-聚合度定量方程
①开展油纸绝缘样品加速热老化实验，通过控制老化时间获取不同老化程度的油纸绝缘样品；
②对于不同老化程度的油纸绝缘样品，分别取绝缘油和绝缘纸样，检测绝缘油中糠醛含量和绝缘纸聚合度；
③将油中糠醛含量和绝缘纸聚合度对应起来。
如图1所示，横坐标为绝缘纸聚合度，纵坐标为油中糠醛含量，将测得的绝缘油中糠醛含量和绝缘纸聚合度数据汇总，按照横纵坐标添加至图中，后对数据值进行拟合曲线。
通过拟合得到糠醛-聚合度定量方程，如下式(1)所示，
log10C2-FAL-1.51-0.0033DP (1)
其中，式(1)中C2-FAL表示油中糠醛含量，DP表示绝缘纸聚合度。
(2)建立不均匀温度场下绕组平均聚合度与热点聚合度的对应关系：
①根据变压器绕组温度传感器的数量、分布，选择合适的多项式拟合模型获得绕组的温度场分布模型；某变压器在绕组不同高度安装温度传感器，获得该变压器的温度场分布如图2所示。采用多项式拟合的方法获得温度场分布模型如式(2)所示。
T(h)＝72.6+22.9h+133h2-1003h3+3089.2h4-4612.3h5+3318.7h6-930.8h7 (2)
②根据温度分布模型，可以获得绕组的热点温度Tmax为92.1℃，平均温度Tave为84.5℃；
③将绕组的平均温度和热点温度分别代入纤维素降解的一阶动力学方程，如下式(3)所示：
Figure BDA0002200198020000051
其中DP(t)为运行了时间t的变压器绝缘纸聚合度，DP0为初始绝缘纸聚合度，A为常数，值为1.07×108h-1，E为反应活化能，值为111000J/mol，R为阿伦尼乌斯常数，值为8.314J/(mol×K)。
根据变压器温度分布和纤维素降解的一阶动力学方程，可以获得运行了不同年限的变压器绕组绝缘纸聚合度分布，如图3所示。每条曲线即是一条聚合度分布曲线，取某一条曲线上聚合度最小的值即为热点聚合度，取曲线上所有值求平均即为平均聚合度。从而根据图3所示的变压器绕组绝缘纸聚合度分布，可以得到绕组热点聚合度与平均聚合度的对应关系，如图4所示。
(3)基于油中糠醛的变压器绕组热点老化评估方法
①取变压器绝缘油样60ml，装在棕色细口玻璃瓶中避光保存；检测油中糠醛含量，代入已建立的糠醛-聚合度方程，如式(1)所示，计算绕组绝缘纸的平均聚合度；
②后根据已建立的绕组绝缘纸平均聚合度与绕组热点绝缘纸聚合度的对应关系，获得绕组热点绝缘纸聚合度；
③然后根据计算得到的绕组热点聚合度，评估变压器绕组热点，即绝缘薄弱点的老化程度，当聚合度小于250时，认为绝缘处于严重老化状态。
实施例2：
本实施例的基于油中糠醛的变压器绕组热点老化评估系统，该老化评估系统包括第一模块、第二模块、第三模块；第一模块用于建立糠醛-聚合度定量关系，并将建立的糠醛-聚合度定量关系发送给第三模块；第二模块用于建立不均匀温度场下绕组绝缘纸平均聚合度与热点绝缘纸聚合度的对应关系，并将所述对应关系发送给第三模块；第三模块根据糠醛-聚合度定量关系和绕组平均聚合度与热点聚合度的对应关系，得到绕组热点聚合度，评估变压器绕组热点。
具体地，首先开展油纸油纸绝缘样品加速热老化实验，通过控制老化时间获取不同老化程度的油纸绝缘样品；对于不同老化程度的油纸绝缘样品，分别取绝缘油和绝缘纸样，检测绝缘油中糠醛含量和绝缘纸聚合度；然后将测得的数据输入老化评估系统的第一模块中，建立糠醛-聚合度定量关系，并将该定量关系转发给第三模块；
然后将实际测得的变压器绕组温度传感器的数量、分布数据输入第二模块，第二模块拟合温度场分布模型，根据温度场分布模型得到绕组的平均温度和热点温度，将平均温度和热点温度分别代入纤维素降解的一阶动力学方程，最终得到绕组热点聚合度与平均聚合度的对应关系，并将该对应关系转发给第三模块；
第三模块接收到第一模块、第二模块的数据信息后，根据糠醛-聚合度定量关系，计算绕组绝缘纸的平均聚合度；后根据绕组绝缘纸平均聚合度与绕组热点绝缘纸聚合度的对应关系，获得绕组热点绝缘纸聚合度；根据绕组热点绝缘纸聚合度评估变压器绕组热点，当聚合度小于250时，认为绝缘处于严重老化状态。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于油中糠醛的变压器绕组热点老化评估方法，其特征在于包括如下步骤：
建立糠醛-聚合度定量关系；并建立不均匀温度场下绕组平均聚合度与热点聚合度的对应关系；检测油中的糠醛含量，根据糠醛-聚合度定量关系和绕组平均聚合度与热点聚合度的对应关系，得到绕组热点聚合度，评估变压器绕组热点。
2.根据权利要求1所述的基于油中糠醛的变压器绕组热点老化评估方法，其特征在于所述建立糠醛-聚合度定量关系包括如下步骤：通过控制老化时间获取不同老化程度的油纸绝缘样品；对于不同老化程度的油纸绝缘样品，分别取绝缘油和绝缘纸样，检测绝缘油中糠醛含量和绝缘纸聚合度；将油中糠醛含量和绝缘纸聚合度对应起来，建立糠醛-聚合度定量关系。
3.根据权利要求1所述的基于油中糠醛的变压器绕组热点老化评估方法，其特征在于所述建立不均匀温度场下绕组平均聚合度与热点聚合度的对应关系包括如下步骤：根据变压器绕组温度传感器的数量、分布，建立绕组的温度场分布模型；根据温度场分布模型，得到绕组的热点温度和平均温度；将绕组的热点温度和平均温度分别代入纤维素降解的一阶动力学方程，获得相同运行时间下，绕组热点绝缘纸聚合度与平均聚合度的定量关系。
4.根据权利要求1所述的基于油中糠醛的变压器绕组热点老化评估方法，其特征在于：所述根据糠醛-聚合度定量关系和绕组平均聚合度与热点聚合度的对应关系，得到绕组热点聚合度，评估变压器绕组热点，当热点聚合度小于250时，确定绝缘处于严重老化状态。
5.根据权利要求2所述的基于油中糠醛的变压器绕组热点老化评估方法，其特征在于：所述通过控制老化时间获取不同老化程度的油纸绝缘样品为通过开展油纸绝缘样品加速热老化实验，获取不同老化程度的油纸绝缘样品。
6.根据权利要求3所述的基于油中糠醛的变压器绕组热点老化评估方法，其特征在于：根据变压器绕组温度传感器的数量、分布，采用多项式拟合模型建立绕组的温度场分布模型。
7.根据权利要求2所述的基于油中糠醛的变压器绕组热点老化评估方法，其特征在于：通过拟合得到的糠醛-聚合度定量方程如下式所示：
log10C2-FAL-1.51-0.0033DP；
其中，式中C2-FAL表示油中糠醛含量，DP表示绝缘纸聚合度。
8.根据权利要求1所述的基于油中糠醛的变压器绕组热点老化评估方法，其特征在于：所述步骤(3)中的油，在取现场变压器绝缘油样时，将绝缘油样避光保存。
9.一种基于油中糠醛的变压器绕组热点老化评估系统，其特征在于该老化评估系统包括：
第一模块：建立糠醛-聚合度定量关系，并将建立的糠醛-聚合度定量关系发送给第三模块；
第二模块：建立不均匀温度场下绕组绝缘纸平均聚合度与热点绝缘纸聚合度的对应关系，并将所述对应关系发送给第三模块；
第三模块：根据糠醛-聚合度定量关系和绕组平均聚合度与热点聚合度的对应关系，得到绕组热点聚合度，评估变压器绕组热点。
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