CN111310355B - 一种车载牵引变压器nomex纸寿命衰减的试验与分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载牵引变压器NOMEX纸寿命衰减的试验与分析方法，主要包括以下步骤：首先对n组车载牵引变压器NOMEX纸进行样品处理，按相同时间间隔进行不同程度的热老化，各组老化结束后分别取样，测试各组样品的NOMEX纸聚合度以及油中水分含量，从而确定车载牵引变压器NOMEX纸聚合度以及油中水分含量的函数关系式，然后利用Wiener过程建立油中水分含量的轨迹模型，并由Wiener过程得到其特征参数的估计值进而得到车载牵引变压器NOMEX纸的寿命衰减模型，最后可根据油中水分含量得到车载牵引变压器NOMEX纸寿命衰减曲线，从而可对车载牵引变压器NOMEX纸进行寿命衰减分析。该方法有效地提高了车载牵引变压器NOMEX纸寿命衰减分析的准确性。

Description

一种车载牵引变压器NOMEX纸寿命衰减的试验与分析方法

技术领域

本发明属于牵引供电设备绝缘状态评估领域，具体涉及一种车载牵引变压器NOMEX纸寿命衰减的试验与分析方法。

背景技术

油纸绝缘作为车载牵引变压器的主绝缘，其绝缘状态的优劣直接关系到车载牵引变压器的正常稳定运行，一旦绝缘系统故障，列车能量供给将出现中断，从而直接影响列车的安全稳定运行。目前，NOMEX绝缘纸由于其良好的耐热性和较高的强度，已被用于车载牵引变压器的油纸绝缘中，用以提高车载牵引变压器的过负荷能力以及降低其安装容量。另外，这种绝缘纸的造价较为昂贵，缺乏对其寿命衰减的准确分析使得许多超过设计年限的、但绝缘状态仍然良好的变压器被强行更换，从而造成很大的经济损失。因此，研究车载牵引变压器NOMEX纸进行寿命衰减分析对监测车载牵引变压器绝缘系统的绝缘状态具有十分重要的工程意义和经济效益。

一般通过取样NOMEX纸测试其聚合度大小，可以直接判断车载牵引变压器NOMEX纸的绝缘寿命。一般认为未老化NOMEX纸的聚合度一般在1000～1200左右，当平均聚合度下降到500左右时，绝缘处于寿命中期，当NOMEX纸平均聚合度下降到250左右时，认为绝缘到达寿命终点。但是在实际工况中，车载牵引变压器NOMEX纸聚合度测试时取样困难且具有破坏性。在车载牵引变压器的实际运行中，NOMEX纸由于老化会发生水解反应产生水分扩散至绝缘油中，油中水分含量通过提取少量油样就可以测得，获取过程不具有破坏性且操作方便，可通过油中水分含量来对车载变压器NOMEX纸进行寿命衰减的试验与分析。对车载牵引变压器NOMEX纸进行寿命衰减分析可以提高车载变牵引压器绝缘状态评估的准确性，因此急需一种车载牵引变压器NOMEX纸寿命衰减的试验与分析方法。

发明内容

为了准确分析车载牵引变压器NOMEX纸的寿命衰减，本发明提供了一种车载牵引变压器NOMEX纸寿命衰减的试验与分析方法。

一种车载牵引变压器NOMEX纸寿命衰减的试验与分析方法，包括以下步骤：

第一步：样品处理

在实验室内制备n+1组车载牵引变压器NOMEX纸试样，将NOMEX纸试样真空浸油并密封，变压器绝缘油和NOMEX纸的质量比例为20:1，然后对以上n+1组油纸试样按相同时间间隔进行不同程度的加速热老化处理，到达各组热老化时间后，对各组油纸试样进行取样，然后测试分别各组NOMEX纸的聚合度DP_k以及油中水分含量C_k，k＝0，1，2，3，…，n；

第二步：分析车载牵引变压器NOMEX纸聚合度与油中水分含量的函数关系

使用最小二乘法对第一步获取的n+1组不同的NOMEX纸聚合度DP_k以及油中水分含量C_k，k＝0，1，2，3，…，n进行拟合，得到车载牵引变压器NOMEX纸聚合度与油中水分含量之间的关系式：

DP_N＝γ-βlnC_N (1)

式中，DP_N表示车载牵引变压器NOMEX纸聚合度向量，DP_N＝[DP₀，DP₁，DP₂，…，DP_n]，C_N表示油中水分含量向量，C_N＝[C₀，C₁，C₂，…，C_n]，γ、β为拟合参数；

第三步：建立油中水分含量的轨迹模型

根据第一步得到不同老化程度的油中水分含量数据序列C₀，C₁，C₂，…，C_n，即NOMEX纸老化过程中油中水分含量特征数据序列C₀，C₁，C₂，…，C_n，记这个特征数据序列对应的时刻为t₀，t₁，t₂，…，t_n，基于Wiener过程，油中水分含量的轨迹模型为：

C_N＝at+hB(t) (2)

式中，C_N＝[C₀，C₁，C₂，…，C_n]，a为漂移系数，h为扩散系数，B(t)为标准布朗运动，t为时间；

定义增量ΔC_i：

ΔC_i＝C_i-C_i-1 (3)

ΔC_i满足正态分布：

ΔC_i～N(aΔt_i,h²Δt_i) (4)

式中，Δt_i＝t_i-t_i-1，i＝1，2，3，…，n；

使用极大似然法可得：

第四步：车载牵引变压器NOMEX纸的寿命衰减模型

当车载牵引变压器NOMEX纸的聚合度降到250时认为NOMEX纸达到寿命终点，根据第二步公式(1)可知，当油中水分含量为exp[(γ-250)/β]时认为车载牵引变压器NOMEX纸达到寿命终点，因此，基于油中水分含量的车载牵引变压器NOMEX纸的寿命衰减模型为：

式中，C_t为实际测得的t时刻油中水分含量；

第五步：车载牵引变压器NOMEX纸的寿命衰减曲线

测得t时刻油中水分含量C_t后，代入公式(7)，最后可得到车载牵引变压器NOMEX纸的寿命衰减曲线。

本发明的优点在于：

本发明提供一种车载牵引变压器NOMEX纸寿命衰减的试验与分析方法，根据本发明公开的方法，通过获取油中水分含量以及车载牵引变压器NOMEX纸的聚合度，确定NOMEX纸聚合度与油中水分含量的函数关系，利用Wiener过程建立油中水分含量的轨迹模型，进而得到车载牵引变压器NOMEX纸的寿命衰减模型，从而能直接根据油中水分含量得到车载牵引变压器NOMEX纸的寿命衰减曲线。该方法可以对车载牵引变压器NOMEX纸的寿命衰减分析方法提供有益补充。

附图说明

图1是一种车载牵引变压器NOMEX纸寿命衰减的试验与分析方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步说明：

图1所示为一种车载牵引变压器NOMEX纸寿命衰减的试验与分析方法的流程图。

第一步：样品处理

在实验室内制备n组车载牵引变压器NOMEX纸试样，将NOMEX纸试样真空浸油并密封，变压器绝缘油和NOMEX纸的质量比例为20:1，然后对以上n组油纸试样按相同时间间隔进行不同程度的加速热老化处理，到达各组热老化时间后，对各组油纸试样进行取样，然后测试分别各组NOMEX纸的聚合度DP_k以及油中水分含量C_k，k＝0，1，2，3，…，n；

第二步：分析车载牵引变压器NOMEX纸聚合度与油中水分含量的函数关系

使用最小二乘法对第一步获取的n组不同的NOMEX纸聚合度DP_k以及油中水分含量C_k，k＝0，1，2，3，…，n进行拟合，得到车载牵引变压器NOMEX纸聚合度与油中水分含量之间的关系式：

DP_N＝γ-βlnC_N (1)

式中，DP_N表示车载牵引变压器NOMEX纸聚合度向量，DP_N＝[DP₀，DP₁，DP₂，…，DP_n]，C_N表示油中水分含量向量，C_N＝[C₀，C₁，C₂，…，C_n]，γ、β为拟合参数；

第三步：建立油中水分含量的轨迹模型

根据第一步得到不同老化程度的油中水分含量数据序列C₀，C₁，C₂，…，C_n，即NOMEX纸老化过程中油中水分含量特征数据序列C₀，C₁，C₂，…，C_n，记这个特征数据序列对应的时刻为t₀，t₁，t₂，…，t_n，基于Wiener过程，油中水分含量的轨迹模型为：

C_N＝at+hB(t) (2)

式中，C_N＝[C₀，C₁，C₂，…，C_n]，a为漂移系数，h为扩散系数，B(t)为标准布朗运动，t为时间；

定义增量ΔC_i：

ΔC_i＝C_i-C_i-1 (3)

ΔC_i满足正态分布：

ΔC_i～N(aΔt_i,h²Δt_i) (4)

式中，Δt_i＝t_i-t_i-1，i＝1，2，3，…，n；

使用极大似然法可得：

第四步：车载牵引变压器NOMEX纸的寿命衰减模型

当车载牵引变压器NOMEX纸的聚合度降到250时认为NOMEX纸达到寿命终点，根据第二步公式(1)可知，当油中水分含量为exp[(γ-250)/β]时认为车载牵引变压器NOMEX纸达到寿命终点，因此，基于油中水分含量的车载牵引变压器NOMEX纸的寿命衰减模型为：

式中，C_t为实际测得的t时刻油中水分含量；

第五步：车载牵引变压器NOMEX纸的寿命衰减曲线

测得t时刻油中水分含量C_t后，代入公式(7)，最后可得到车载牵引变压器NOMEX纸的寿命衰减曲线。

Claims (1)

1.一种车载牵引变压器NOMEX纸寿命衰减的试验与分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：样品处理

在实验室内制备n+1组车载牵引变压器NOMEX纸试样，将NOMEX纸试样真空浸油并密封，变压器绝缘油和NOMEX纸的质量比例为20:1，然后对以上n+1组油纸试样按相同时间间隔进行不同程度的加速热老化处理，到达各组热老化时间后，对各组油纸试样进行取样，然后测试分别各组NOMEX纸的聚合度DP_k以及油中水分含量C_k，k＝0，1，2，3，…，n；

第二步：分析车载牵引变压器NOMEX纸聚合度与油中水分含量的函数关系

使用最小二乘法对第一步获取的n+1组不同的NOMEX纸聚合度DP_k以及油中水分含量C_k，k＝0，1，2，3，…，n进行拟合，得到车载牵引变压器NOMEX纸聚合度与油中水分含量之间的关系式：

DP_N＝γ-βlnC_N (1)

式中，DP_N表示车载牵引变压器NOMEX纸聚合度向量，DP_N＝[DP₀，DP₁，DP₂，…，DP_n]，C_N表示油中水分含量向量，C_N＝[C₀，C₁，C₂，…，C_n]，γ、β为拟合参数；

第三步：建立油中水分含量的轨迹模型

根据第一步得到不同老化程度的油中水分含量数据序列C₀，C₁，C₂，…，C_n，即NOMEX纸老化过程中油中水分含量特征数据序列C₀，C₁，C₂，…，C_n，记这个特征数据序列对应的时刻为t₀，t₁，t₂，…，t_n，基于Wiener过程，油中水分含量的轨迹模型为：

C_N＝at+hB(t) (2)

式中，C_N＝[C₀，C₁，C₂，…，C_n]，a为漂移系数，h为扩散系数，B(t)为标准布朗运动，t为时间；

定义增量ΔC_i：

ΔC_i＝C_i-C_i-1 (3)

ΔC_i满足正态分布：

ΔC_i～N(aΔt_i,h²Δt_i) (4)

式中，Δt_i＝t_i-t_i-1，i＝1，2，3，…，n；

使用极大似然法可得：

第四步：车载牵引变压器NOMEX纸的寿命衰减模型

当车载牵引变压器NOMEX纸的聚合度降到250时认为NOMEX纸达到寿命终点，根据第二步公式(1)可知，当油中水分含量为exp[(γ-250)/β]时认为车载牵引变压器NOMEX纸达到寿命终点，因此，基于油中水分含量的车载牵引变压器NOMEX纸的寿命衰减模型为：

式中，C_t为实际测得的t时刻油中水分含量；

第五步：车载牵引变压器NOMEX纸的寿命衰减曲线

测得t时刻油中水分含量C_t后，代入公式(7)，最后可得到车载牵引变压器NOMEX纸的寿命衰减曲线。

Images