CN116840634A - 一种基于水分迁移的油纸绝缘老化评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于水分迁移的油纸绝缘老化评估方法，涉及变压器性能评估技术领域，该方法包括：构建不同油温、不同老化程度下的油纸绝缘水分平衡曲线；利用油纸绝缘水分平衡曲线构建油中含水量变化值与老化程度的关系曲线；实时检测变压器的油中含水量，并根据测得的油中含水量与基值之间的差值作为油中含水量变化值，从关系曲线中获得油纸绝缘的相应老化程度。本发明利用油中的水分迁移，无需计算绝缘纸中的水分含量，也能实现对实际运行工况下的变压器中油纸绝缘老化程度的评估。
Description
技术领域
本发明涉及变压器性能评估技术领域，尤其是一种基于水分迁移的油纸绝缘老化评估方法。
背景技术
油纸绝缘是变压器内非常重要的绝缘组合方式，在电场、温度、机械振动及水分和氧气等影响下，其电气性能和机械性能逐渐下降，会导致绝缘寿命的降低，最终会加大变压器的运行风险，不利于变压器的安全运行。目前判定油纸绝缘老化程度的方法主要包括：介电响应法、糠醛含量、聚合度测量、溶解气体法等，虽然有利用油中水分来进行油纸绝缘老化评估的方法，但是这些方法基本都是将水分因素与其他因素相结合来判定，或者通过得出油中的水分含量，再计算出纸中的水分含量，最终获得绝缘中的总水分含量来判定，缺乏利用油纸之间水分迁移对老化进行评定的方法。
发明内容
本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种基于水分迁移的油纸绝缘老化评估方法，能够实现对变压器油纸绝缘老化状态的有效评估。本发明的技术方案如下：
一种基于水分迁移的油纸绝缘老化评估方法，包括如下步骤：
构建不同油温、不同老化程度下的油纸绝缘水分平衡曲线；
利用油纸绝缘水分平衡曲线构建油中含水量变化值与老化程度的关系曲线；
实时检测变压器的油中含水量，并根据测得的油中含水量与基值之间的差值作为油中含水量变化值，从关系曲线中获得油纸绝缘的相应老化程度；
其中，基值为油纸绝缘未老化条件下测得的油中初始含水量。
其进一步的技术方案为，构建不同油温、不同老化程度下的油纸绝缘水分平衡曲线，包括：
将油纸绝缘试样放置在老化箱中进行不同程度的热老化试验，然后将热老化的油纸绝缘试样和未老化的油纸绝缘试样分别放置于恒温恒湿箱中，设置不同的温度，并在每个温度下设置不同的湿度，当油纸绝缘试样中水分达到平衡时，分别绘制出恒定温度下不同老化程度的油纸绝缘水分平衡曲线和未老化的油纸绝缘水分平衡曲线。
其进一步的技术方案为，将油纸绝缘试样放置在老化箱中进行不同程度的热老化试验，包括：
根据油纸绝缘试样的寿命损失按6度法则估算，在设定的温度下设计多种油纸绝缘老化时间，在油纸绝缘未老化和设计的每一油纸绝缘老化时间下分别获得油纸绝缘水分平衡曲线图，用以将老化时间和温度相关联。
其进一步的技术方案为，设计多种油纸绝缘老化时间的公式为：
其中，Di表示设计的第i个油纸绝缘老化时间，Yi表示变压器在设定工作温度Ti条件下的规定运行年数，T0表示油纸绝缘试样的老化试验的设定温度。
其进一步的技术方案为，利用油纸绝缘水分平衡曲线构建油中含水量变化值与老化程度的关系曲线，包括：
获取变压器在运行过程中的油温和油中含水量，根据测得的油温选择在该温度下对应的不同老化程度的油纸绝缘水分平衡曲线；从不同老化程度的油纸绝缘水分平衡曲线中，确定油中含水量从基值变化到测得的油中含水量时对应的油纸绝缘水分平衡曲线的老化程度，从而建立测量的油中含水量和基值之间的差值与老化程度的关系曲线。
其进一步的技术方案为，获取变压器在运行过程中的油温和油中含水量，包括：
利用温度传感器和微水传感器分别对变压器的油温以及油中含水量进行检测。
其进一步的技术方案为，设置两组温度传感器和微水传感器，一组用于实时监测变压器油箱出油管道的油中含水量和油温，另一组用于实时监测变压器油箱回油管道的油中含水量和油温；选取两组中同类型传感器测得数据在设定误差范围内的油温和油中含水量，分别取平均值用于构建关系曲线。
其进一步的技术方案为，该方法还包括：
当实时测得的油中含水量大于标准值时，认为变压器的油纸绝缘开始老化，开始执行根据测得的油中含水量与基值之间的差值，从关系曲线中获得油纸绝缘的相应老化程度。
本发明的有益技术效果是：
本发明是基于水分迁移的油纸绝缘老化评估方法，充分考虑了油纸之间的水分迁移，只需实时监测油中的水分含量，无需利用油中的水分来计算纸中的水分进而获得油纸绝缘的总含水量，符合变压器的实际运行工况，该方法不仅为评定油纸绝缘的老化程度提供了一种新的思路，也有可能为变压器中油纸绝缘等电力设备的故障诊断提供良好的应用前景。
附图说明
图1是本申请提供的基于水分迁移的油纸绝缘老化评估方法流程图。
图2是本申请提供的不同油温、不同老化程度下的油纸绝缘水分平衡曲线。其中：(a)表示不同温度下的油纸绝缘水分平衡曲线，(b)表示在恒定温度下不同老化程度的油纸绝缘水分平衡曲线。
图3是本申请提供的微水传感器与油温传感器安装示意图。
图4是本申请提供的油中含水量的差值与老化程度的关系曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
如图1所示，本申请提供了一种基于水分迁移的油纸绝缘老化评估方法，该方法包括如下步骤：
步骤1：构建不同油温、不同老化程度下的油纸绝缘水分平衡曲线。具体包括如下分步骤：
步骤1-1：将油纸绝缘试样放置在于恒温恒湿箱中，设置不同的温度，并在每个温度下设置不同的湿度。
在本实施例中，恒温恒湿箱中的温度分别设置为35℃、50℃、70℃和85℃，每个恒定温度下分别设置四个湿度值，分别为20％RH、40％RH、60％RH和80％RH。如图2-(a)所示，得到的未老化的变压器油纸绝缘水分平衡曲线为：
式(1)中，[H2O]paper为纸板中水分含量，[H2O]oil为油中水分含量，T为油温。
步骤1-2：然后取新的油纸绝缘试样并放置在老化箱中进行不同程度的热老化试验，将得到的不同老化程度的油纸绝缘试样按照步骤1-1分别进行操作，当油纸绝缘试样中水分达到平衡时，分别绘制出恒定温度下不同老化程度的油纸绝缘水分平衡曲线。
具体的，根据IEEE标准，选择130℃作为对油纸绝缘试样的老化试验温度；基于GBT15164-1994油浸式电力变压器负载导则，我国油浸式变压器的工作温度在80℃～140℃范围内变化，油纸绝缘试样的寿命损失按6度法则估算，则根据6度法则在设定的变压器工作温度下设计多种油纸绝缘老化时间，在油纸绝缘未老化和设计的每一油纸绝缘老化时间下分别获得油纸绝缘水分平衡曲线图，用以将老化时间和温度相关联。以步骤1-1中85℃的油纸绝缘试样放置在老化箱中为例，得到的油纸绝缘水分平衡曲线如图2-(b)所示，其余温度均按照步骤1-2的方式操作，得到的平衡曲线图相似，因此不再列举展示。
其中，设计多种油纸绝缘老化时间的公式为：
其中，Di表示设计的第i个油纸绝缘老化时间，单位为天，Yi表示变压器在设定工作温度Ti条件下的规定运行年数，单位为年，T0表示油纸绝缘试样的老化试验的设定温度，在本例中取T0＝130℃。
在本实施例中，单纯考虑热老化因素，变压器在Ti＝80℃条件下运行Yi＝20年后其油纸绝缘的老化程度与T0＝130℃条件下加速热老化Di＝22.6天的老化程度相同，按照式(2)的计算方式为：
因此，图2-(b)中示意的其余三种老化时间则为变压器在Ti＝80℃条件下分别运行Yi＝5年、10年、15年的油纸绝缘老化程度，与T0＝130℃条件下加速热老化Di＝5.65天、11.3天、16.95天的老化程度相同。
步骤2：利用油纸绝缘水分平衡曲线构建油中含水量变化值与老化程度的关系曲线。具体包括如下分步骤：
步骤2-1：获取变压器在运行过程中的油温和油中含水量。
在本实施例中，利用温度传感器和微水传感器分别对变压器的油温以及油中含水量进行检测。如图3所示，主要包括：变压器油箱、出油管道和出油阀门、回油管道和回油阀门、油泵和油泵阀门、微水传感器1和油温传感器1、微水传感器2和油温传感器2、数据存储模块。其中，微水传感器1和油温传感器1用于实时监测变压器油箱出油管道的油中含水量M1和油温T1，微水传感器2和油温传感器2用于实时监测变压器油箱回油管道的油中含水量M2和油温T2，并将采集到的数据保存至数据存储模块中。
在后续步骤需要从数据存储模块中选取测量数据时，应选取M1与M2，T1与T2的误差分别同时控制在0.5％以内时的微水含量值M和油温值T，这样尽可能减小因出油侧和回油侧不稳定而造成的测量误差，且分别取平均值：
用于构建关系曲线。
步骤2-2：根据测得的油温选择在该温度下对应的不同老化程度的油纸绝缘水分平衡曲线。可选的，若平衡曲线中不存在该油温/>可以利用步骤1得到相应温度下的不同老化程度的油纸绝缘水分平衡曲线。
步骤2-3：由于油纸绝缘老化，纸板中的水分会向油中进行迁移，导致油中微水含量发生变化。从不同老化程度的油纸绝缘水分平衡曲线中，确定油中含水量从基值M0变化到测得的油中含水量时对应的油纸绝缘水分平衡曲线的老化程度，则变压器实际运行过程中的某一时刻t油中含水量的差值为/>从而建立油中含水量的差值ΔM与老化程度的关系曲线，如图4所示。其中，基值M0为测得的油温T对应的油纸绝缘未老化条件下测得的油中初始含水量。
步骤3：实时检测变压器的油中含水量，并根据测得的油中含水量与基值之间的差值ΔM作为油中含水量变化值，从关系曲线中获得油纸绝缘的相应老化程度。
可选的，根据GB/T14542-2017变压器油维护管理导则，电压等级在330kV～1000kV时，运行中的油的水分含量≤15mg/L。当检测到的油中含水量＞15mg/L时，变压器的油纸绝缘已经开始老化。因此当实时测得的油中含水量大于标准值15mg/L时，执行步骤3获得时刻t下油纸绝缘的相应老化程度。
基于上述方法步骤可知，本申请只需对变压器油中的水分含量进行测量，创造性的提出了利用油纸之间水分迁移的方法对变压器油纸老化进行评定，无需利用油中的水分来计算纸中的水分进而获得油纸绝缘的总含水量，符合变压器的实际运行工况，该方法不仅为评定油纸绝缘的老化程度提供了一种新的思路，也有可能为变压器中油纸绝缘等电力设备的故障诊断提供良好的应用前景。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于水分迁移的油纸绝缘老化评估方法，其特征在于，所述方法包括：
构建不同油温、不同老化程度下的油纸绝缘水分平衡曲线；
利用所述油纸绝缘水分平衡曲线构建油中含水量变化值与老化程度的关系曲线；
实时检测变压器的油中含水量，并根据测得的油中含水量与基值之间的差值作为所述油中含水量变化值，从所述关系曲线中获得油纸绝缘的相应老化程度；
其中，所述基值为油纸绝缘未老化条件下测得的油中初始含水量。
2.根据权利要求1所述的基于水分迁移的油纸绝缘老化评估方法，其特征在于，所述构建不同油温、不同老化程度下的油纸绝缘水分平衡曲线，包括：
将油纸绝缘试样放置在老化箱中进行不同程度的热老化试验，然后将热老化的油纸绝缘试样和未老化的油纸绝缘试样分别放置于恒温恒湿箱中，设置不同的温度，并在每个温度下设置不同的湿度，当所述油纸绝缘试样中水分达到平衡时，分别绘制出恒定温度下不同老化程度的油纸绝缘水分平衡曲线和未老化的油纸绝缘水分平衡曲线。
3.根据权利要求2所述的基于水分迁移的油纸绝缘老化评估方法，其特征在于，将油纸绝缘试样放置在老化箱中进行不同程度的热老化试验，包括：
根据油纸绝缘试样的寿命损失按6度法则估算，在设定的温度下设计多种油纸绝缘老化时间，在油纸绝缘未老化和设计的每一油纸绝缘老化时间下分别获得油纸绝缘水分平衡曲线图，用以将老化时间和温度相关联。
4.根据权利要求3所述的基于水分迁移的油纸绝缘老化评估方法，其特征在于，设计多种油纸绝缘老化时间的公式为：
其中，Di表示设计的第i个油纸绝缘老化时间，Yi表示变压器在设定工作温度Ti条件下的规定运行年数，T0表示所述油纸绝缘试样的老化试验的设定温度。
5.根据权利要求1所述的基于水分迁移的油纸绝缘老化评估方法，其特征在于，利用所述油纸绝缘水分平衡曲线构建油中含水量变化值与老化程度的关系曲线，包括：
获取变压器在运行过程中的油温和油中含水量，根据测得的油温选择在该温度下对应的不同老化程度的油纸绝缘水分平衡曲线；从所述不同老化程度的油纸绝缘水分平衡曲线中，确定油中含水量从所述基值变化到测得的油中含水量时对应的油纸绝缘水分平衡曲线的老化程度，从而建立测量的油中含水量和基值之间的差值与老化程度的关系曲线。
6.根据权利要求5所述的基于水分迁移的油纸绝缘老化评估方法，其特征在于，所述获取变压器在运行过程中的油温和油中含水量，包括：
利用温度传感器和微水传感器分别对变压器的油温以及油中含水量进行检测。
7.根据权利要求6所述的基于水分迁移的油纸绝缘老化评估方法，其特征在于，设置两组温度传感器和微水传感器，一组用于实时监测变压器油箱出油管道的油中含水量和油温，另一组用于实时监测变压器油箱回油管道的油中含水量和油温；选取两组中同类型传感器测得数据在设定误差范围内的油温和油中含水量，分别取平均值用于构建关系曲线。
8.根据权利要求1-7任一所述的基于水分迁移的油纸绝缘老化评估方法，其特征在于，所述方法还包括：
当实时测得的油中含水量大于标准值时，认为变压器的油纸绝缘开始老化，开始执行所述根据测得的油中含水量与基值之间的差值，从所述关系曲线中获得油纸绝缘的相应老化程度。
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|---|---|---|---|---|
| CN117589976B (zh) * | 2024-01-18 | 2024-04-05 | 华北电力科学研究院有限责任公司 | 电缆终端的硅橡胶水分测定方法及装置 |
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2023
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