CN112595939A - 一种低温环境下油纸绝缘频域介电谱温度效应消除方法 - Google Patents

一种低温环境下油纸绝缘频域介电谱温度效应消除方法 Download PDF

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Abstract

频域介电谱是对油纸绝缘进行绝缘检测的一种有效手段。本发明公开了一种低温环境下油纸绝缘频域介电谱温度效应消除方法，使用频率介电响应分析仪进行参数测定，确定油纸绝缘系统的绝缘参量与频率的关系谱图，并确定关系谱图斜率为1时所对应的频率和绝缘参量，计算实时温度T、参考温度Tr下绝缘参量的弛豫速率，得到平移因子，最后基于平移因子消除温度效应。该方法能有效直观的将实时温度T下的频域介电谱归一到参考温度Tr下。

Description

一种低温环境下油纸绝缘频域介电谱温度效应消除方法
技术领域
本发明属于变压器绝缘状态评估领域，具体涉及一种低温环境下油纸绝缘频域介电谱温度效应消除方法。
背景技术
电力变压器作为电力系统的核心设备，其性能的好坏对电网的安全运行起到了关键作用。电力变压器的故障多数是油纸绝缘系统缺陷造成的，频域介电谱是对油纸绝缘系统进行绝缘检测的一种有效手段，它具有抗干扰能力强、适用于现场测试等优点。研究发现，在现场对变压器进行频域介电谱测试时，环境温度对频域介电谱的影响较大，且随着温度的改变，频域介电谱的形状基本一致。目前，关于油纸绝缘频域介电谱低温环境下的温度效应消除方法较少，如基于电导率提出的一种油隙频域介电谱的温度归算方法，此方法仅适用于常温及高温；基于各介电过程谱线在不同温度下频域特性的观察和定量分析而建立的一种温度归算方法，此方法不直观且不适用于低温。因此，现需一种针对低温环境下的油纸绝缘频域介电谱温度效应的消除方法。
发明内容
为了克服上述背景技术的缺陷，本发明提供一种低温环境下油纸绝缘频域介电谱温度效应消除方法，该方法直观有效，其方法步骤如下：
第一步：参数测定
在10-3Hz～103Hz频率范围内，对变压器油纸绝缘在实时温度T下和参考温度Tr下通过频域介电响应分析仪扫频测试，得到实时温度T下的油隙电阻RTi,f、油隙电容CTi,f和油浸纸电阻RTp,f、油浸纸电容CTp,f，以及参考温度Tr下的油隙电阻RTri,f、油隙电容CTri,f和油浸纸电阻RTrp,f、油浸纸电容CTrp,f这些参数，其中，电阻的单位均为Ω，电容的单位均为nF；所述实时温度T为实时测量时的温度，其范围为-50℃～10℃，参考温度Tr是在实时温度T的范围内且不等于实时温度T的一个温度；
第二步：确定油纸绝缘的绝缘参量与频率的关系谱图
根据所述参数，计算10-3Hz～103Hz对应频率油纸绝缘在实时温度T下的绝缘参量IPT,f和在参考温度Tr下的绝缘参量IPTr,f，绝缘参量的单位为(Ω·nF)-1，计算公式如下：
Figure BDA0002812014910000011
Figure BDA0002812014910000012
以频率为横坐标，以对应的频率计算得到的绝缘参量IPT,f为纵坐标，得到实时温度T下的IPT,f与频率的关系谱图；以频率为横坐标，对应的频率计算得到的绝缘参量IPTr,f为纵坐标，得到参考温度Tr下的IPTr,f与频率的关系谱图；
第三步：确定关系谱图斜率为1时的坐标
确定在实时温度T下的IPT,f与频率关系谱图斜率为1时所对应的频率fT0和在频率fT0下的绝缘参量
Figure BDA0002812014910000013
以及在参考温度Tr下的IPTr,f与频率关系谱图斜率为1时所对应的频率fTr0和在频率fTr0下的绝缘参量
Figure BDA0002812014910000014
第四步：计算实时温度T下绝缘参量的弛豫速率
实时温度T下绝缘参量沿横向弛豫过程所需要的能量ETh和沿纵向弛豫过程所需要的能量ETz，能量的单位为J，计算公式如下：
Figure BDA0002812014910000021
Figure BDA0002812014910000022
其中，k为Boltzman常数，k＝1.38×10-23J/K；
实时温度T下绝缘参量沿横向弛豫过程所需要的弛豫时间τTh和沿纵向弛豫过程所需要的弛豫时间τTz，弛豫时间的单位为s，计算公式如下：
Figure BDA0002812014910000023
Figure BDA0002812014910000024
其中，εr为电介质在工频下的相对介电常数，ε0为真空介电常数，介电常数均取单位为法拉/米时的值，绝缘参量均取单位为(Ω·nF)-1时的值；
得到实时温度T下绝缘参量沿横向的弛豫速率vTh和沿纵向的弛豫速率vTz，弛豫速率的单位为J/s，计算公式如下：
Figure BDA0002812014910000025
Figure BDA0002812014910000026
第五步：计算参考温度Tr下绝缘参量的弛豫速率
参考温度Tr下绝缘参量弛豫过程所需要的能量ETr以及弛豫过程所需要的弛豫时间τTr，能量的单位为J，弛豫时间的单位为s，计算公式如下：
Figure BDA0002812014910000027
Figure BDA0002812014910000028
其中，εr为电介质在工频下的相对介电常数，ε0为真空介电常数，介电常数均取单位为法拉/米时的值，绝缘参量取单位为(Ω·nF)-1时的值；
得到参考温度Tr下绝缘参量的弛豫速率vTr，弛豫速率的单位为J/s，计算公式如下：
Figure BDA0002812014910000029
第六步：确定平移因子γ，消除温度效应
确定频域介电谱的横向平移因子γh和纵向平移因子γz，其计算公式如下：
Figure BDA00028120149100000210
Figure BDA0002812014910000031
其中，λ为温度系数，取值为：
Figure BDA0002812014910000032
如果参考温度Tr高于实时温度T时，计算得到的横向平移因子γh和纵向平移因子均为正数，则将实时温度T下的频域介电谱沿着横轴向右平移γh个单位，再沿着纵轴向上平移γz个单位；如果参考温度Tr低于实时温度T时，计算得到的横向平移因子γh和纵向平移因子均为负数，则将实时温度T下的频域介电谱沿着横轴向左平移|γh|个单位，再沿着纵轴向下平移|γz|个单位。
附图说明
图1一种低温环境下油纸绝缘频域介电谱温度效应消除方法的流程图
具体实施方式
下面结合附图进一步详述，具体方法步骤如下：
第一步：参数测定
在10-3Hz～103Hz频率范围内，对变压器油纸绝缘在实时温度T下和参考温度Tr下通过频域介电响应分析仪扫频测试，得到实时温度T下的油隙电阻RTi,f、油隙电容CTi,f和油浸纸电阻RTp,f、油浸纸电容CTp,f，以及参考温度Tr下的油隙电阻RTri,f、油隙电容CTri,f和油浸纸电阻RTrp,f、油浸纸电容CTrp,f这些参数，其中，电阻的单位均为Ω，电容的单位均为nF；所述实时温度T为实时测量时的温度，其范围为-50℃～10℃，参考温度Tr是在实时温度T的范围内且不等于实时温度T的一个温度；
第二步：确定油纸绝缘的绝缘参量与频率的关系谱图
根据所述参数，计算10-3Hz～103Hz对应频率油纸绝缘在实时温度T下的绝缘参量IPT,f和在参考温度Tr下的绝缘参量IPTr,f，绝缘参量的单位为(Ω·nF)-1，计算公式如下：
Figure BDA0002812014910000033
Figure BDA0002812014910000034
以频率为横坐标，以对应的频率计算得到的绝缘参量IPT,f为纵坐标，得到实时温度T下的IPT,f与频率的关系谱图；以频率为横坐标，对应的频率计算得到的绝缘参量IPTr,f为纵坐标，得到参考温度Tr下的IPTr,f与频率的关系谱图；
第三步：确定关系谱图斜率为1时的坐标
确定在实时温度T下的IPT,f与频率关系谱图斜率为1时所对应的频率fT0和在频率fT0下的绝缘参量
Figure BDA0002812014910000035
以及在参考温度Tr下的IPTr,f与频率关系谱图斜率为1时所对应的频率fTr0和在频率fTr0下的绝缘参量
Figure BDA0002812014910000036
第四步：计算实时温度T下绝缘参量的弛豫速率
计算实时温度T下绝缘参量沿横向弛豫过程所需要的能量ETh和沿纵向弛豫过程所需要的能量ETz，能量的单位为J，横向弛豫过程是沿频率轴(横轴)方向变化到稳态的过程，纵向弛豫过程是沿绝缘参量轴(纵轴)方向变化到稳态的过程，公式如下：
Figure BDA0002812014910000041
Figure BDA0002812014910000042
其中，k为Boltzman常数，k＝1.38×10-23J/K；
实时温度T下绝缘参量沿横向弛豫过程所需要的弛豫时间τTh和沿纵向弛豫过程所需要的弛豫时间τTz，弛豫时间的单位为s，计算公式如下：
Figure BDA0002812014910000043
Figure BDA0002812014910000044
其中，εr为电介质在工频下的相对介电常数，ε0为真空介电常数，介电常数均取单位为法拉/米时的值，绝缘参量均取单位为(Ω·nF)-1时的值；
得到实时温度T下绝缘参量沿横向的弛豫速率vTh和沿纵向的弛豫速率vTz，弛豫速率的单位为J/s，计算公式如下：
Figure BDA0002812014910000045
Figure BDA0002812014910000046
第五步：计算参考温度Tr下绝缘参量的弛豫速率
参考温度Tr下绝缘参量弛豫过程所需要的能量ETr以及弛豫过程所需要的弛豫时间τTr，能量的单位为J，弛豫时间的单位为s，计算公式如下：
Figure BDA0002812014910000047
Figure BDA0002812014910000048
其中，εr为电介质在工频下的相对介电常数，ε0为真空介电常数，介电常数均取单位为法拉/米时的值，绝缘参量取单位为(Ω·nF)-1时的值；
得到参考温度Tr下绝缘参量的弛豫速率vTr，弛豫速率的单位为J/s，计算公式如下：
Figure BDA0002812014910000049
第六步：确定平移因子γ，消除温度效应
确定频域介电谱的横向平移因子γh和纵向平移因子γz，其计算公式如下：
Figure BDA00028120149100000410
Figure BDA0002812014910000051
其中，λ为温度系数，取值为：
Figure BDA0002812014910000052
如果参考温度Tr高于实时温度T时，计算得到的横向平移因子γh和纵向平移因子均为正数，则将实时温度T下的频域介电谱沿着横轴向右平移γh个单位，再沿着纵轴向上平移γz个单位；如果参考温度Tr低于实时温度T时，计算得到的横向平移因子γh和纵向平移因子均为负数，则将实时温度T下的频域介电谱沿着横轴向左平移|γh|个单位，再沿着纵轴向下平移|γz|个单位。

Claims (1)

1.一种低温环境下油纸绝缘频域介电谱温度效应消除方法，其特征在于，方法步骤如下：
第一步：参数测定
在10-3Hz～103Hz频率范围内，对变压器油纸绝缘在实时温度T下和参考温度Tr下通过频域介电响应分析仪扫频测试，得到实时温度T下的油隙电阻RTi,f、油隙电容CTi,f和油浸纸电阻RTp,f、油浸纸电容CTp,f，以及参考温度Tr下的油隙电阻RTri,f、油隙电容CTri,f和油浸纸电阻RTrp,f、油浸纸电容CTrp,f这些参数，其中，电阻的单位均为Ω，电容的单位均为nF；所述实时温度T为实时测量时的温度，其范围为-50℃～10℃，参考温度Tr是在实时温度T的范围内且不等于实时温度T的一个温度；
第二步：确定油纸绝缘的绝缘参量与频率的关系谱图
根据所述参数，计算10-3Hz～103Hz对应频率油纸绝缘在实时温度T下的绝缘参量IPT,f和在参考温度Tr下的绝缘参量IPTr,f，绝缘参量的单位为(Ω·nF)-1，计算公式如下：
Figure FDA0002812014900000011
Figure FDA0002812014900000012
以频率为横坐标，以对应的频率计算得到的绝缘参量IPT,f为纵坐标，得到实时温度T下的IPT,f与频率的关系谱图；以频率为横坐标，对应的频率计算得到的绝缘参量IPTr,f为纵坐标，得到参考温度Tr下的IPTr,f与频率的关系谱图；
第三步：确定关系谱图斜率为1时的坐标
确定在实时温度T下的IPT,f与频率关系谱图斜率为1时所对应的频率fT0和在频率fT0下的绝缘参量
Figure FDA0002812014900000013
以及在参考温度Tr下的IPTr,f与频率关系谱图斜率为1时所对应的频率fTr0和在频率fTr0下的绝缘参量
Figure FDA0002812014900000014
第四步：计算实时温度T下绝缘参量的弛豫速率
实时温度T下绝缘参量沿横向弛豫过程所需要的能量ETh和沿纵向弛豫过程所需要的能量ETz，能量的单位为J，计算公式如下：
Figure FDA0002812014900000015
Figure FDA0002812014900000016
其中，k为Boltzman常数，k＝1.38×10-23J/K；
实时温度T下绝缘参量沿横向弛豫过程所需要的弛豫时间τTh和沿纵向弛豫过程所需要的弛豫时间τTz，弛豫时间的单位为s，计算公式如下：
Figure FDA0002812014900000017
Figure FDA0002812014900000018
其中，εr为电介质在工频下的相对介电常数，ε0为真空介电常数，介电常数均取单位为法拉/米时的值，绝缘参量均取单位为(Ω·nF)-1时的值；
得到实时温度T下绝缘参量沿横向的弛豫速率vTh和沿纵向的弛豫速率vTz，弛豫速率的单位为J/s，计算公式如下：
Figure FDA0002812014900000021
Figure FDA0002812014900000022
第五步：计算参考温度Tr下绝缘参量的弛豫速率
参考温度Tr下绝缘参量弛豫过程所需要的能量ETr以及弛豫过程所需要的弛豫时间τTr，能量的单位为J，弛豫时间的单位为s，计算公式如下：
Figure FDA0002812014900000023
Figure FDA0002812014900000024
其中，εr为电介质在工频下的相对介电常数，ε0为真空介电常数，介电常数均取单位为法拉/米时的值，绝缘参量取单位为(Ω·nF)-1时的值；
得到参考温度Tr下绝缘参量的弛豫速率vTr，弛豫速率的单位为J/s，计算公式如下：
Figure FDA0002812014900000025
第六步：确定平移因子γ，消除温度效应
确定频域介电谱的横向平移因子γh和纵向平移因子γz，其计算公式如下：
Figure FDA0002812014900000026
Figure FDA0002812014900000027
其中，λ为温度系数，取值为：
Figure FDA0002812014900000028
如果参考温度Tr高于实时温度T时，计算得到的横向平移因子γh和纵向平移因子均为正数，则将实时温度T下的频域介电谱沿着横轴向右平移γh个单位，再沿着纵轴向上平移γz个单位；如果参考温度Tr低于实时温度T时，计算得到的横向平移因子γh和纵向平移因子均为负数，则将实时温度T下的频域介电谱沿着横轴向左平移|γh|个单位，再沿着纵轴向下平移|γz|个单位。
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