CN116430182B - 一种干式配电变压器绕组绝缘抗老化性能的评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种干式配电变压器绕组绝缘抗老化性能的评估方法，包括以下步骤：构建干式配电变压器绕组绝缘抗老化性能评估试验平台、老化环境及变压器运行参数设定、获取局部放电信号数据和变压器温度数据、计算不同输入电流下的绕组温升因子K_i、计算不同输入电流下的绝缘老化因子S_i、计算绕组绝缘抗老化性能评估因子η，从而评估干式配电变压器绕组绝缘抗老化性能。本发明考虑了环境温度、环境湿度以及干式配电变压器负载电流大小的影响，可准确评估干式配电变压器绕组绝缘抗老化性能，能够为干式配电变压器绕组绝缘优化设计提供一定依据。

Description

一种干式配电变压器绕组绝缘抗老化性能的评估方法

技术领域

本发明属于电气绝缘在线监测与故障诊断领域，具体涉及一种干式配电变压器绕组绝缘抗老化性能的评估方法。

技术背景

配电变压器作为电力系统的关键设备，担负着分配电能的重要作用，其安全可靠运行直接关系到电力系统的稳定性。在最近30年，干式变压器在配电变压器中所占比重快速提升：据不完全统计，在世界发达国家及地区，干式变压器已经占到配电变压器的40％-50％。目前我国干式变压器在北京、上海、广州等大城市的使用比例也达到50％以上，并且仍有继续上升的趋势。干式变压器绕组绝缘浇筑层担负着电气绝缘以及散发热量的关键作用，变压器绕组在运行过程中由于绕组电阻的存在，导体因电流热效应持续向外释放焦耳热，这些热量若不能被及时散去，绝缘系统将遭受异常老化甚至直接失效，导致变压器寿命终结，而干式变压器绕组依靠空气作为冷却介质，散热能力远不如以绝缘油作为冷却介质的油浸式变压器，并且干式变压器通常直接暴露在包含有大量水汽的空气中运行，给绕组绝缘提出了更高的要求。同时，由于绝缘材料的介电常数比空气大很多，在交流电压作用下，气隙或气泡中场强按介电常数成反比分配，所以其中的电场强度比树脂中的电场强度要高，容易引起局部放电，对绝缘结构造成极大的侵蚀作用，最终可能导致绝缘击穿。综上所述，干式配电变压器绕组绝缘性能极其重要，若是能够快速准确地评估干式配电变压器绕组绝缘抗老化性能，将对干式配电变压器的优化设计提供重要参考，极大提升干式配电变压器的可靠性，因此急需一种新型的干式配电变压器绕组绝缘抗老化性能的评估方法。

发明内容

针对以上技术问题，本发明的目的是提出一种干式配电变压器绕组绝缘抗老化性能的评估方法，能够实现干式配电变压器绕组绝缘抗老化性能的准确评估。

一种干式配电变压器绕组绝缘抗老化性能的评估方法，包括以下步骤：

第一步、构建干式配电变压器绕组绝缘抗老化性能评估试验平台

一种干式配电变压器绕组绝缘抗老化性能的评估方法，其特征在于，恒温试验箱、试验用三相干式配电变压器、A相绕组、B相绕组、C相绕组、终端机、可调三相交流电源、环境湿度控制器1、环境湿度控制器2、环境湿度控制器3、环境湿度控制器4、左侧局部放电超声波监测器、前侧局部放电超声波监测器、后侧局部放电超声波监测器、右侧局部放电超声波监测器、A相绕组表面温度传感器阵列、B相绕组表面温度传感器阵列、C相绕组表面温度传感器阵列、高压绕组、低压绕组、高压绕组导体表面温度传感器阵列、低压绕组导体表面温度传感器阵列、气道、浇筑绝缘层；

在恒温试验箱顶部安装有与终端机相连接的环境湿度控制器1、环境湿度控制器2、环境湿度控制器3和环境湿度控制器4，用于控制恒温试验箱内部的空气湿度；在恒温试验箱四个内壁上分别安装有与终端机相连接的左侧局部放电超声波监测器、前侧局部放电超声波监测器、后侧局部放电超声波监测器以及右侧局部放电超声波监测器，用于实时监测浇筑绝缘层内部局部放电现象；紧贴着A相绕组、B相绕组和C相绕组表面分别安装有与终端机相连接的A相绕组表面温度传感器阵列、B相绕组表面温度传感器阵列和C相绕组表面温度传感器阵列，用于实现对A相绕组、B相绕组和C相绕组表面温度监测；在B相绕组内部紧贴着高压绕组和低压绕组导体表面分别安装有与终端机相连接的高压绕组导体表面温度传感器阵列和低压绕组导体表面温度传感器阵列，用于实现对高压绕组和低压绕组导体表面温度监测；A相绕组表面温度传感器阵列、B相绕组表面温度传感器阵列、C相绕组表面温度传感器阵列、高压绕组导体表面温度传感器阵列以及低压绕组导体表面温度传感器阵列包含的传感器个数均为M，从底部向上依次标号为1、2、3、…、m，m∈[1,M]；可调三相交流电源给试验用三相干式配电变压器提供可调三相交流电；

第二步、老化环境及变压器运行参数设定

设置恒温试验箱内部温度为T，单位℃；通过终端机控制环境湿度控制器1、环境湿度控制器2、环境湿度控制器3和环境湿度控制器4，使恒温试验箱内部环境湿度为A，单位％；试验用三相干式配电变压器额定运行电流有效值为I，单位A，调整可调三相交流电源，依次输出有效值为I₁＝1.0I、I₂＝1.1I、I₃＝1.2I的电流通入试验用三相干式配电变压器；

第三步、获取局部放电信号数据和变压器温度数据

试验用三相干式配电变压器在电流I₁、I₂、I₃的工况下均运行24h，中途持续进行局部放电信号监测，记录下左侧局部放电超声波监测器、前侧局部放电超声波监测器、后侧局部放电超声波监测器、右侧局部放电超声波监测器出现局部放电信号的次数，分别记为E_{i_L}、E_{i_F}、E_{i_B}、E_{i_R}，并且记录下各个监测器检测到的局部放电信号的最高幅值，分别记为H_{i_L_max}、H_{i_F_max}、H_{i_B_max}、H_{i_R_max}，单位mV，i对应三个电流有效值I₁、I₂、I₃，i＝1，2，3；在试验用三相干式配电变压器运行24h之后记录A相绕组表面温度传感器阵列、B相绕组表面温度传感器阵列、C相绕组表面温度传感器阵列、高压绕组导体表面温度传感器阵列、低压绕组导体表面温度传感器阵列测得的温度值，分别记录为T_{i_m_A}、T_{i_m_B}、T_{i_m_C}、T_{i_m_H}、T_{i_m_L}，单位℃，提取各个传感器阵列记录的温度的最大值分别记录为T_{i_max_A}、T_{i_max_B}、T_{i_max_C}、T_{i_max_H}、T_{i_max_L}，单位℃；

第四步、计算不同输入电流I_i(i＝1，2，3)下的绕组温升因子K_i

第五步、计算不同输入电流I_i(i＝1，2，3)下的绝缘老化因子S_i

第六步、计算抗老化性能评估因子η

第七步、评估干式配电变压器绕组绝缘抗老化性能

若0＜η≤1，则说明该干式配电变压器绕组绝缘抗老化性能优良；若η>1，则说明该干式配电变压器绕组绝缘抗老化性能需改善。

本发明具有以下优点：综合考虑了环境温度、环境湿度以及干式配电变压器负载电流大小的影响，可准确计算出干式配电变压器绕组绝缘抗老化性能评估因子，能够为干式配电变压器绕组绝缘优化设计提供一定依据。

附图说明

图1表示的是一种干式配电变压器绕组绝缘抗老化性能评估试验平台。

图2表示的是一种干式配电变压器绕组绝缘抗老化性能评估方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施过程对本发明进行进一步说明。需要强调的是，此处所描述的具体实施案例仅仅用于解释本发明，并不限定本发明构思及其权利要求之范围。

第一步、构建干式配电变压器绕组绝缘抗老化性能评估试验平台

一种干式配电变压器绕组绝缘抗老化性能的评估方法，其特征在于，恒温试验箱1、试验用三相干式配电变压器2、A相绕组3、B相绕组4、C相绕组5、终端机6、可调三相交流电源7、环境湿度控制器1(8)、环境湿度控制器2(9)、环境湿度控制器3(10)、环境湿度控制器4(11)、左侧局部放电超声波监测器12、前侧局部放电超声波监测器13、后侧局部放电超声波监测器14、右侧局部放电超声波监测器15、A相绕组表面温度传感器阵列16、B相绕组表面温度传感器阵列17、C相绕组表面温度传感器阵列18、高压绕组19、低压绕组20、高压绕组导体表面温度传感器阵列21、低压绕组导体表面温度传感器阵列22、气道23、浇筑绝缘层24；

在恒温试验箱1顶部安装有与终端机6相连接的环境湿度控制器1(8)、环境湿度控制器2(9)、环境湿度控制器3(10)和环境湿度控制器4(11)，用于控制恒温试验箱1内部的空气湿度；在恒温试验箱1四个内壁上分别安装有与终端机6相连接的左侧局部放电超声波监测器12、前侧局部放电超声波监测器13、后侧局部放电超声波监测器14以及右侧局部放电超声波监测器15，用于实时监测浇筑绝缘层24内部局部放电现象；紧贴着A相绕组3、B相绕组4和C相绕组5表面分别安装有与终端机6相连接的A相绕组表面温度传感器阵列16、B相绕组表面温度传感器阵列17和C相绕组表面温度传感器阵列18，用于实现对A相绕组3、B相绕组4和C相绕组5表面温度监测；在B相绕组4内部紧贴着高压绕组19和低压绕组20导体表面分别安装有与终端机6相连接的高压绕组导体表面温度传感器阵列21和低压绕组导体表面温度传感器阵列22，用于实现对高压绕组19和低压绕组20导体表面温度监测；A相绕组表面温度传感器阵列16、B相绕组表面温度传感器阵列17、C相绕组表面温度传感器阵列18、高压绕组导体表面温度传感器阵列21以及低压绕组导体表面温度传感器阵列22包含的传感器个数均为M＝24，从底部向上依次标号为1、2、3、…、m，m∈[1,M]；可调三相交流电源7给试验用三相干式配电变压器2提供可调三相交流电；

第二步、老化环境及变压器运行参数设定

设置恒温试验箱1内部温度为T＝60℃；通过终端机6控制环境湿度控制器1(8)、环境湿度控制器2(9)、环境湿度控制器3(10)和环境湿度控制器4(11)，使恒温试验箱1内部环境湿度为A＝90％；试验用三相干式配电变压器2额定运行电流有效值为I，单位A，调整可调三相交流电源7，依次输出有效值为I₁＝1.0I、I₂＝1.1I、I₃＝1.2I的电流通入试验用三相干式配电变压器2；

第三步、获取局部放电信号数据和变压器温度数据

试验用三相干式配电变压器2在电流I₁、I₂、I₃的工况下均运行24h，中途持续进行局部放电信号监测，记录下左侧局部放电超声波监测器12、前侧局部放电超声波监测器13、后侧局部放电超声波监测器14、右侧局部放电超声波监测器15出现局部放电信号的次数，分别记为E_{i_L}、E_{i_F}、E_{i_B}、E_{i_R}，并且记录下各个监测器检测到的局部放电信号的最高幅值，分别记为H_{i_L_max}、H_{i_F_max}、H_{i_B_max}、H_{i_R_max}，单位mV，i对应三个电流有效值I₁、I₂、I₃，i＝1，2，3；在试验用三相干式配电变压器2运行24h之后记录A相绕组表面温度传感器阵列16、B相绕组表面温度传感器阵列17、C相绕组表面温度传感器阵列18、高压绕组导体表面温度传感器阵列21、低压绕组导体表面温度传感器阵列22测得的温度值，分别记录为T_{i_m_A}、T_{i_m_B}、T_{i_m_C}、T_{i_m_H}、T_{i_m_L}，单位K，提取各个传感器阵列记录的温度的最大值分别记录为T_{i_max_A}、T_{i_max_B}、T_{i_max_C}、T_{i_max_H}、T_{i_max_L}，单位K；

第四步、计算不同输入电流I_i(i＝1，2，3)下的绕组温升因子K_i

将第三步获取的温度数据代入式(1)，计算得到绕组温升因子K₁＝41.822、K₂＝49.382、K₃＝54.195；

第五步、计算不同输入电流I_i(i＝1，2，3)下的绝缘老化因子S_i

将第三步获取的局部放电信号数据以及第四步计算得到的绕组温升因子代入式(2)，计算得到老化因子S₁＝0.0427、S₂＝0.0335、S₃＝0.0298；

第六步、计算抗老化性能评估因子η

将第五步计算得到的老化因子代入式(3)，计算得到抗老化性能评估因子η＝0.548；

第七步、评估干式配电变压器绕组绝缘抗老化性能

计算所得0＜η≤1，说明该干式配电变压器绕组绝缘抗老化性能优良。

上述实例仅服务于本发明的介绍说明，并非其所有保护范围，任何基于本发明的非创造性修改、改进等，均属于其权利要求的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种干式配电变压器绕组绝缘抗老化性能的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、构建干式配电变压器绕组绝缘抗老化性能评估试验平台

恒温试验箱(1)、试验用三相干式配电变压器(2)、A相绕组(3)、B相绕组(4)、C相绕组(5)、终端机(6)、可调三相交流电源(7)、环境湿度控制器1(8)、环境湿度控制器2(9)、环境湿度控制器3(10)、环境湿度控制器4(11)、左侧局部放电超声波监测器(12)、前侧局部放电超声波监测器(13)、后侧局部放电超声波监测器(14)、右侧局部放电超声波监测器(15)、A相绕组表面温度传感器阵列(16)、B相绕组表面温度传感器阵列(17)、C相绕组表面温度传感器阵列(18)、高压绕组(19)、低压绕组(20)、高压绕组导体表面温度传感器阵列(21)、低压绕组导体表面温度传感器阵列(22)、气道(23)、浇筑绝缘层(24)；

在恒温试验箱(1)顶部安装有与终端机(6)相连接的环境湿度控制器1(8)、环境湿度控制器2(9)、环境湿度控制器3(10)和环境湿度控制器4(11)，用于控制恒温试验箱(1)内部的空气湿度；在恒温试验箱(1)四个内壁上分别安装有与终端机(6)相连接的左侧局部放电超声波监测器(12)、前侧局部放电超声波监测器(13)、后侧局部放电超声波监测器(14)以及右侧局部放电超声波监测器(15)，用于实时监测浇筑绝缘层(24)内部局部放电现象；紧贴着A相绕组(3)、B相绕组(4)和C相绕组(5)表面分别安装有与终端机(6)相连接的A相绕组表面温度传感器阵列(16)、B相绕组表面温度传感器阵列(17)和C相绕组表面温度传感器阵列(18)，用于实现对A相绕组(3)、B相绕组(4)和C相绕组(5)表面温度监测；在B相绕组(4)内部紧贴着高压绕组(19)和低压绕组(20)导体表面分别安装有与终端机(6)相连接的高压绕组导体表面温度传感器阵列(21)和低压绕组导体表面温度传感器阵列(22)，用于实现对高压绕组(19)和低压绕组(20)导体表面温度监测；A相绕组表面温度传感器阵列(16)、B相绕组表面温度传感器阵列(17)、C相绕组表面温度传感器阵列(18)、高压绕组导体表面温度传感器阵列(21)以及低压绕组导体表面温度传感器阵列(22)包含的传感器个数均为M，从底部向上依次标号为1、2、3、…、m，m∈[1,M]；可调三相交流电源(7)给试验用三相干式配电变压器(2)提供可调三相交流电；

第二步、老化环境及变压器运行参数设定

设置恒温试验箱(1)内部温度为T，单位℃；通过终端机(6)控制环境湿度控制器1(8)、环境湿度控制器2(9)、环境湿度控制器3(10)和环境湿度控制器4(11)，使恒温试验箱(1)内部环境湿度为A，单位％；试验用三相干式配电变压器(2)额定运行电流有效值为I，单位A，调整可调三相交流电源(7)，依次输出有效值为I₁＝1.0I、I₂＝1.1I、I₃＝1.2I的电流通入试验用三相干式配电变压器(2)；

第三步、获取局部放电信号数据和变压器温度数据

试验用三相干式配电变压器(2)在电流I₁、I₂、I₃的工况下均运行24h，中途持续进行局部放电信号监测，记录下左侧局部放电超声波监测器(12)、前侧局部放电超声波监测器(13)、后侧局部放电超声波监测器(14)、右侧局部放电超声波监测器(15)出现局部放电信号的次数，分别记为E_{i_L}、E_{i_F}、E_{i_B}、E_{i_R}，并且记录下各个监测器检测到的局部放电信号的最高幅值，分别记为H_{i_L_max}、H_{i_F_max}、H_{i_B_max}、H_{i_R_max}，单位mV，i对应三个电流有效值I₁、I₂、I₃，i＝1，2，3；在试验用三相干式配电变压器(2)运行24h之后记录A相绕组表面温度传感器阵列(16)、B相绕组表面温度传感器阵列(17)、C相绕组表面温度传感器阵列(18)、高压绕组导体表面温度传感器阵列(21)、低压绕组导体表面温度传感器阵列(22)测得的温度值，分别记录为T_{i_m_A}、T_{i_m_B}、T_{i_m_C}、T_{i_m_H}、T_{i_m_L}，单位℃，提取各个传感器阵列记录的温度的最大值分别记录为T_{i_max_A}、T_{i_max_B}、T_{i_max_C}、T_{i_max_H}、T_{i_max_L}，单位℃；

第四步、计算不同输入电流I_i(i＝1，2，3)下的绕组温升因子K_i

第五步、计算不同输入电流I_i(i＝1，2，3)下的绝缘老化因子S_i

第六步、计算抗老化性能评估因子η

第七步、评估干式配电变压器绕组绝缘抗老化性能

若0＜η≤1，则说明该干式配电变压器绕组绝缘抗老化性能优良；若η>1，则说明该干式配电变压器绕组绝缘抗老化性能需改善。