CN112051311A - 一种电力变压器套管受潮缺陷模拟方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电力变压器套管受潮缺陷模拟方法及装置，所述受潮缺陷模拟方法包括如下步骤：建立变压器套管正常模型，确定套管正常模型电容芯子电场分布；根据所述变压器套管正常模型电容芯子电场分布，按照电场等效原则制作套管缩比试验模型；按照潮气入侵、水分渗入和干燥不良三种缺陷类型分别对所述套管缩比试验模型进行处理，分别获得潮气入侵缺陷模型、水分渗入缺陷模型和干燥不良缺陷模型三种缺陷模型；对所述缺陷模型进行受潮程度判断；本发明能够获得不同缺陷类型的套管受潮模型，受潮程度可控，受潮方式和实际情况接近，能够方便进行不同受潮程度下各种类型受潮缺陷套管状态的研究，从而为套管受潮缺陷提供更高效的诊断方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力变压器套管受潮缺陷模拟方法及装置，属于高电压与绝缘技术技术领域。
背景技术
套管是电力变压器关键组件中较为脆弱的部位，主要起绝缘、引流和支撑作用，其绝缘结构分内绝缘和外绝缘，内绝缘为圆柱形电容芯子由油浸纸和铝箔极板组成，外绝缘为瓷套。在实际运行中，细长的套管要长期承受高电压、大电流和强机械负荷作用，同时还要承受内外温度变化，雨、雾、污染等环境因素影响，其绝缘性能受到严苛的考验。
绝缘受潮是电力变压器套管主要绝缘缺陷类型，给电力系统安全运行构成了极大威胁，套管因密封结构不合理、密封材料失效、运维不当等原因导致进水受潮事故屡见不鲜。套管的油纸绝缘吸潮会使介质损耗增加、绝缘电阻降低、局部放电和击穿强度也随之下降。并且水分是促使纤维素热降解老化的要素，因此套管受潮后的运行寿命也会受到严重影响。常见的套管受潮缺陷有潮气入侵、水分渗入、干燥不良等。
现有的试验规程中标准及方法在套管缺陷检测的灵敏度方面仍然存在不足，并不能有效发现受潮套管，套管受潮特征量及控制指标亟待研究和补充。运行中的变压器套管绝缘纸含水量不容易直接获取，因此间接测量手段被广泛研究。套管受潮相关研究需要在套管受潮缺陷模型上进行，目前已公开的套管受潮缺陷设计方法中，缺少针对不同类型受潮缺陷的设计方法，因此设计出不同类型的受潮缺陷套管模型对套管受潮状态诊断研究具有重要意义。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出一种考虑不同受潮类型的变压器套管受潮缺陷模拟方法及装置，为套管受潮缺陷特征及套管绝缘状态诊断方法的研究提供基础。
本发明的技术方案如下：
技术方案一：
一种电力变压器套管受潮缺陷模拟方法，包括如下步骤：
建立变压器套管正常模型，确定套管正常模型电容芯子电场分布；
根据所述变压器套管正常模型电容芯子电场分布，按照电场等效原则制作套管缩比试验模型；
按照潮气入侵、水分渗入和干燥不良三种缺陷类型分别对所述套管缩比试验模型进行处理，分别获得潮气入侵缺陷模型、水分渗入缺陷模型和干燥不良缺陷模型三种缺陷模型；
对所述缺陷模型进行受潮程度判断；
其中，所述潮气入侵缺陷模型的处理方法为：对若干个干燥浸渍良好的套管缩比试验模型进行潮气加湿，加湿流量为210～230mL/h，水汽颗粒为4～6微米，加湿时长为20～40min，潮气加湿结束后，将若干个套管缩比试验模型进行静置，得到若干个潮气入侵缺陷模型；
所述水分渗入缺陷模型的处理方法为：利用大气压和液体静压原理，采用输液针管，从套管缩比试验模型的套管头部外套壁上注入去离子水分，直到去离子水分侵入套管内部的底部，并没过芯子底部纸头，得到水分渗入缺陷模型；
所述干燥不良缺陷模型的处理方法为：对套管缩比试验模型进行干燥烘干处理，对若干个套管缩比试验模型分别设置不同的干燥烘干的时间，在干燥烘干结束后进行装配、真空浸油24小时，得到若干个干燥烘干时间不同的干燥不良缺陷模型。
进一步的，对所述缺陷模型进行受潮程度判断的具体步骤为：
对潮气入侵缺陷模型进行受潮程度判断：
每隔一定时间取一个套管模型进行频域介电谱测试，获得复电容实部比C1mHz/C10kHz；
C1mHz/C10kHz值小于2时属于轻度受潮，C1mHz/C10kHz值在2～4范围内属于中度受潮，C1mHz/C10kHz值大于4时属于严重受潮；
对水分渗入缺陷模型进行受潮程度判断：当水分渗入套管内部后，以液态水的形式沉积到套管尾部，水分逐渐向电容芯子及油中扩散，水分渗入缺陷模型受潮程度属于严重受潮；
对干燥不良缺陷模型进行受潮程度判断：对不同干燥烘干时间的干燥不良缺陷模型进行频域介电谱测试，获得复电容实部比C1mHz/C10kHz；
所述干燥不良缺陷模型干燥程度通过单位时间复电容实部比的衰减率CS确定，公式为：
式中d1、d2分别为干燥时间，单位为时h；Cd1、Cd2分别为干燥时间d1、d2时的复电容实部比C1mHz/C10kHz；CS单位为1/h；
所述干燥不良缺陷干燥程度分三个阶段：干燥初期S1、干燥阶段中期S2和干燥末期S；在干燥初期S1阶段，C1mHz/C10kHz的值在105℃时大于10，复电容实部比的衰减率CS值大于2.5。在干燥阶段中期S2阶段，衰减率CS值介于2.5和0.1之间；在完全干燥阶段S3，衰减率CS值到达局部极小值，并在极小值附近波动，套管内电容芯子处于完全干燥的状态。
进一步的，所述套管缩比试验模型电场等效设计原则包括电容芯子按照不等电容、不等台阶、分段等厚方法设计，保持绝缘裕度在1.05～1.26之间，绝缘厚度分为0.9mm、1mm、1.2mm、1.4mm以及1.6mm五个梯度，与变压器套管正常模型相比径向及轴向场强的最大值偏差值在5％以内。
进一步的，所述套管缩比试验模型包括内绝缘部和外绝缘部，所述内绝缘部包括内部芯子、连接法兰、均压环和储油柜，所述外绝缘部由透明有机玻璃制成。
进一步的，所述储油柜顶部及底部设置有便于注油或注水的接口。
技术方案二：
一种电力变压器套管受潮缺陷模拟装置，包括套管缩比试验模型、试验箱体、油循环装置、温控装置、加湿装置、加压装置、频域介电谱测试装置；
所述套管缩比试验模型根据变压器套管的电容芯子电场分布，按照电场等效原则制作，包括内绝缘部和外绝缘部，所述内绝缘部包括内部芯子、连接法兰、均压环和储油柜，所述外绝缘部由透明有机玻璃制成以便观测试验现象；
所述试验箱体由透明有机玻璃制成以便观测试验现象，试验箱体的盖子上设置有泄压阀；
通过所述油循环装置、温控装置、加湿装置和加压装置对所述套管缩比试验模型进行物理处理以获取用于模拟变压器套管受潮后状态的缺陷模型；
通过所述频域介电谱测试装置对所述缺陷模型进行测试，以判断所述缺陷模型的受潮程度。
本发明具有如下有益效果：
本发明能够获得不同缺陷类型的套管受潮模型，受潮程度可控，受潮方式和实际情况接近，能够方便进行不同受潮程度下各种类型受潮缺陷套管状态的研究，从而为套管受潮缺陷提供更高效的诊断方法。
附图说明
图1为本发明实施例中套管受潮缺陷模拟方法的流程图；
图2为本发明实施例中套管缩比试验模型结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。
实施例一
参见图1，一种电力变压器套管受潮缺陷模拟方法，包括如下步骤：
建立变压器套管正常模型，确定套管正常模型电容芯子电场分布；本实施例变压器套管正常模型采用某实际500kV参数，采用有限元法分析套管模型电场分布，为了便于比较芯子径向场强值，在芯子中部从导电杆表面到芯子末屏之间，芯子每层取径向上的一个点，共取70个点，获取了芯子径向场强分布值，其中径向场强最大值为4.48kV/mm，位于导电杆表面，最小值为3.22kV/mm，位于芯子的42～46层。
根据所述变压器套管正常模型电容芯子电场分布，按照电场等效原则制作套管缩比试验模型；套管缩比试验模型额定电压为40.5kV，电容芯子由套管生产厂家芯子卷绕机绕制而成，生产工艺与实际变压器套管完全一致。干燥、真空浸油工艺参照实际40.5kV套管的工艺，保证套管模型的电气性能满足GB/T4109-2008《交流电压高于1000V的绝缘套管》的要求；
按照潮气入侵、水分渗入和干燥不良三种缺陷类型分别对所述套管缩比试验模型进行处理，分别获得潮气入侵缺陷模型、水分渗入缺陷模型和干燥不良缺陷模型三种缺陷模型；
对所述缺陷模型进行受潮程度判断；
本实施例中，所述潮气入侵缺陷模型的处理方法为：对若干个干燥浸渍良好的套管缩比试验模型进行潮气加湿，加湿流量为220mL/h，水汽颗粒为5微米，加湿时长为30min，潮气加湿结束后，将若干个套管缩比试验模型进行静置，得到若干个潮气入侵缺陷模型；
所述水分渗入缺陷模型的处理方法为：利用大气压和液体静压原理，采用输液针管，从套管缩比试验模型的套管头部外套壁上注入去离子水分，直到去离子水分侵入套管内部的底部，并没过芯子底部纸头，得到水分渗入缺陷模型；
所述干燥不良缺陷模型的处理方法为：对套管缩比试验模型进行干燥烘干处理，对若干个套管缩比试验模型分别设置未干燥、干燥0.5小时、1小时、3小时、6小时、9小时、12小时、24小时等不同的干燥烘干的时间，在干燥烘干结束后进行装配、真空浸油24小时，得到若干个干燥烘干时间不同的干燥不良缺陷模型。
进一步的，对所述缺陷模型进行受潮程度判断的具体步骤为：
对潮气入侵缺陷模型进行受潮程度判断：
在静置1到5天过程中，每天取一个套管模型进行频域介电谱测试，获得复电容实部比C1mHz/C10kHz；
C1mHz/C10kHz值小于2时属于轻度受潮，C1mHz/C10kHz值在2～4范围内属于中度受潮，C1mHz/C10kHz值大于4时属于严重受潮；
对水分渗入缺陷模型进行受潮程度判断：当水分渗入套管内部后，以液态水的形式沉积到套管尾部，水分逐渐向电容芯子及油中扩散，水分渗入缺陷模型受潮程度属于严重受潮；
对干燥不良缺陷模型进行受潮程度判断：对不同干燥烘干时间的干燥不良缺陷模型进行频域介电谱测试，获得复电容实部比C1mHz/C10kHz；
所述干燥不良缺陷模型干燥程度通过单位时间复电容实部比的衰减率CS确定，公式为：
式中d1、d2分别为干燥时间，单位为时h；Cd1、Cd2分别为干燥时间d1、d2时的复电容实部比C1mHz/C10kHz；CS单位为1/h；
所述干燥不良缺陷干燥程度分三个阶段：干燥初期S1、干燥阶段中期S2和干燥末期S；在干燥初期S1阶段，C1mHz/C10kHz的值在105℃时大于10，复电容实部比的衰减率CS值大于2.5。在干燥阶段中期S2阶段，衰减率CS值介于2.5和0.1之间；在完全干燥阶段S3，衰减率CS值到达局部极小值，并在极小值附近波动，套管内电容芯子处于完全干燥的状态。
进一步的，所述套管缩比试验模型电场等效设计原则包括电容芯子按照不等电容、不等台阶、分段等厚方法设计，保持绝缘裕度在1.05～1.26之间，绝缘裕度分为7个阶段，每个阶段裕度基本处于单调递增或递减的趋势，绝缘裕度偏差控制在5％以内。极板间局放起始电压为：
式中，k为系数，对于油纸绝缘套管，有害局部放电系数为4.5，滑闪放电系数可取13.5。绝缘裕度S的计算公式为：
式中，ΔUi为第i层绝缘层分压。
绝缘厚度分为0.9mm、1mm、1.2mm、1.4mm以及1.6mm五个梯度，同时控制缩比试验套管模型的径向及轴向场强与套管径向及轴向场强的最大值偏差值在5％以内。
在本实施例中，套管缩比试验模型几何参数取值如下表：
进一步的，参见图2；套管缩比试验模型的设计分为内绝缘部和外绝缘部两个部分，其中外绝缘部为透明的有机玻璃，便于试验现象的观测、可以拍摄到芯子油纸界面的产气及放电现象，并可以利用光电效应测量油中的电场。内绝缘部包括内部芯子、连接法兰、均压环和储油柜。
进一步的，所述储油柜顶部及底部设置有便于注油或注水的接口。
实施例二：
一种电力变压器套管受潮缺陷模拟装置，包括套管缩比试验模型、试验箱体、油循环装置、温控装置、加湿装置、加压装置、频域介电谱测试装置；
所述套管缩比试验模型根据变压器套管的电容芯子电场分布，按照电场等效原则制作，包括内绝缘部和外绝缘部，所述内绝缘部包括内部芯子、连接法兰、均压环和储油柜，所述外绝缘部由透明有机玻璃制成以便观测试验现象；
所述试验箱体由透明有机玻璃制成以便观测试验现象，试验箱体的盖子上设置有泄压阀；
通过所述油循环装置、温控装置、加湿装置和加压装置对所述套管缩比试验模型进行物理处理以获取用于模拟变压器套管受潮后状态的缺陷模型；温控装置可以升温到80℃，加压装置可以提供额定120kV交流电压，频域介电谱测试装置测试电压为200V，测试频率范围为1mHz～10kHz。
通过所述频域介电谱测试装置对所述缺陷模型进行测试，以判断所述缺陷模型的受潮程度。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种电力变压器套管受潮缺陷模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
建立变压器套管正常模型，确定套管正常模型电容芯子电场分布；
根据所述变压器套管正常模型电容芯子电场分布，按照电场等效原则制作套管缩比试验模型；
按照潮气入侵、水分渗入和干燥不良三种缺陷类型分别对所述套管缩比试验模型进行处理，分别获得潮气入侵缺陷模型、水分渗入缺陷模型和干燥不良缺陷模型三种缺陷模型；
对所述缺陷模型进行受潮程度判断；
其中，所述潮气入侵缺陷模型的处理方法为：对若干个干燥浸渍良好的套管缩比试验模型进行潮气加湿，加湿流量为210～230mL/h，水汽颗粒为4～6微米，加湿时长为20～40min，潮气加湿结束后，将若干个套管缩比试验模型进行静置，得到若干个潮气入侵缺陷模型；
所述水分渗入缺陷模型的处理方法为：利用大气压和液体静压原理，采用输液针管，从套管缩比试验模型的套管头部外套壁上注入去离子水分，直到去离子水分侵入套管内部的底部，并没过芯子底部纸头，得到水分渗入缺陷模型；
所述干燥不良缺陷模型的处理方法为：对套管缩比试验模型进行干燥烘干处理，对若干个套管缩比试验模型分别设置不同的干燥烘干的时间，在干燥烘干结束后进行装配、真空浸油24小时，得到若干个干燥烘干时间不同的干燥不良缺陷模型。
2.根据权利要求1所述的一种电力变压器套管受潮缺陷模拟方法，其特征在于，对所述缺陷模型进行受潮程度判断的具体步骤为：
对潮气入侵缺陷模型进行受潮程度判断：
每隔一定时间取一个套管模型进行频域介电谱测试，获得复电容实部比C1mHz/C10kHz；
C1mHz/C10kHz值小于2时属于轻度受潮，C1mHz/C10kHz值在2～4范围内属于中度受潮，C1mHz/C10kHz值大于4时属于严重受潮；
对水分渗入缺陷模型进行受潮程度判断：当水分渗入套管内部后，以液态水的形式沉积到套管尾部，水分逐渐向电容芯子及油中扩散，水分渗入缺陷模型受潮程度属于严重受潮；
对干燥不良缺陷模型进行受潮程度判断：对不同干燥烘干时间的干燥不良缺陷模型进行频域介电谱测试，获得复电容实部比C1mHz/C10kHz；
所述干燥不良缺陷模型干燥程度通过单位时间复电容实部比的衰减率CS确定，公式为：
式中d1、d2分别为干燥时间，单位为时h；Cd1、Cd2分别为干燥时间d1、d2时的复电容实部比C1mHz/C10kHz；CS单位为1/h；
所述干燥不良缺陷干燥程度分三个阶段：干燥初期S1、干燥阶段中期S2和干燥末期S；在干燥初期S1阶段，C1mHz/C10kHz的值在105℃时大于10，复电容实部比的衰减率CS值大于2.5。在干燥阶段中期S2阶段，衰减率CS值介于2.5和0.1之间；在完全干燥阶段S3，衰减率CS值到达局部极小值，并在极小值附近波动，套管内电容芯子处于完全干燥的状态。
3.根据权利要求1所述的一种电力变压器套管受潮缺陷模拟方法，其特征在于：所述套管缩比试验模型电场等效设计原则包括电容芯子按照不等电容、不等台阶、分段等厚方法设计，保持绝缘裕度在1.05～1.26之间，绝缘厚度分为0.9mm、1mm、1.2mm、1.4mm以及1.6mm五个梯度，与变压器套管正常模型相比径向及轴向场强的最大值偏差值在5％以内。
4.根据权利要求1所述的一种电力变压器套管受潮缺陷模拟方法，其特征在于：所述套管缩比试验模型包括内绝缘部和外绝缘部，所述内绝缘部包括内部芯子、连接法兰、均压环和储油柜，所述外绝缘部由透明有机玻璃制成。
5.根据权利要求3所述的一种电力变压器套管受潮缺陷模拟方法，其特征在于：所述储油柜顶部及底部设置有便于注油或注水的接口。
6.一种电力变压器套管受潮缺陷模拟装置，包括套管缩比试验模型、试验箱体、油循环装置、温控装置、加湿装置、加压装置、频域介电谱测试装置，其特征在于：
所述套管缩比试验模型根据变压器套管的电容芯子电场分布，按照电场等效原则制作，包括内绝缘部和外绝缘部，所述内绝缘部包括内部芯子、连接法兰、均压环和储油柜，所述外绝缘部由透明有机玻璃制成以便观测试验现象；
所述试验箱体由透明有机玻璃制成以便观测试验现象，试验箱体的盖子上设置有泄压阀；
通过所述油循环装置、温控装置、加湿装置和加压装置对所述套管缩比试验模型进行物理处理以获取用于模拟变压器套管受潮后状态的缺陷模型；
通过所述频域介电谱测试装置对所述缺陷模型进行测试，以判断所述缺陷模型的受潮程度。
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