专利名称：一种评估油纸绝缘的老化状态的方法
技术领域：
本发明涉及一种输电检测技术领域，尤其涉及的是一种评估油纸绝缘的老化状态的方法。
背景技术：
换流变压器是特高压直流输电系统中的重要设备之一，其运行可靠性直接影响整个系统的安全运行。换流变压器的严重事故既会导致自身的损坏，还会中断电力供应，造成巨大的经济损失。运行中的换流变压器除承受交流电压、雷电冲击和操作过电压外，还要承受直流、交流叠加直流及极性反转电压的作用。在这些电压作用下，变压器内部电场分布、绝缘材料击穿特性、空间电荷的积聚与分布等都与普通变压器存在很大的差异。换流变的主绝缘更容易在长期承受电场、热等作用下发生劣化，引起换流变压器绝缘性能下降；此外换流变压器在直流电压长期作用下，绝缘纸板会积聚大量的空间电荷，引起内部场强的畸变，严重时将导致绝缘的异常放电与击穿。因此，利用现代测试技术和分析手段，深入研究能有效反映换流变压器内部油纸绝缘老化状态的特征参量，进而对变压器预期寿命进行评估；以及研究主绝缘在老化过程中，由直流电场作用下引发的绝缘纸板内部空间电荷积聚和消散特性，了解换流变压器老化过程中空间电荷的形成和发展，提高换流变压器安全运行可靠性，减小事故发生率，已经成为电力行业和相关研究部门关注的热点和迫切需要解决的技术难题。现有的工程上通常采用测量由绝缘系统老化而引起的理化和电气性能参数的变化来对变压器绝缘老化状态进行评估。理化参量主要包括绝缘纸聚合度或拉伸强度、油中溶解CO、CO2生成总量及其比值、油中糠醛含量等，但这些方法在实际操作中都存在着不同的缺点及局限性，在实际工作中带来很大的不便。而对于电气参量，通常认为变压器绝缘老化后只会直接导致其机械性能的下降，而诸如工频介质损耗、工频、脉冲击穿电压强度等电气性能不会发生太大的变化。除此之外，国内外很多电力运行部门将绕组的热点温升作为评估变压器寿命的主要依据[15]。但变压器的老化状态和剩余寿命绝不仅仅取决于绕组的热点温度。到目前为止，还没有形成一套在现场实用的，能够有效、真实并综合地判断电力变压器主绝缘老化程度和剩余寿命的评估方法和系统。近20年来，随着计算机、自动化及测量技术的发展，基于介电响应的频域介电谱法(frequency domain spectroscopy, FDS)作为一种无损的电气诊断技术,能够弥补现有传统化学参量诊断方法的不足，适合变压器绝缘老化状态的现场诊断，成为目前国内外学者研究的热点。关于变压器油纸绝缘FDS的研究，目前国内外学者尚处于水分、测试温度和老化对绝缘油或绝缘纸FDS特性影响的研究阶段，对如何提取油纸绝缘系统FDS测试结果的有效信息，进而有效评估油纸绝缘的老化状态，鲜见报道，然而这是将FDS应用于现场诊断变压器老化状态需要解决的关键问题
发明内容
本发明的目的在于提供一种评估油纸绝缘的老化状态的方法，旨在解决现有技术不能提取油纸绝缘系统FDS测试结果的有效信息进行有效评估的问题。本发明的技术方案如下:一种评估油纸绝缘的老化状态的方法，其特征在于，包括以下步骤:步骤1:采用频域介电谱法测量出油纸绝缘试品的相对介电常数和介质损耗因数；步骤2:建立油纸绝缘试品的相对介电常数与绝缘纸聚合度复合指数函数关系式，以及油纸绝缘试品的介质损耗因数与绝缘纸聚合度复合指数函数关系式；步骤3:用上述关系式评估油纸绝缘系统的老化状态。所述的评估油纸绝缘的老化状态的方法，其特征在于，油纸绝缘试品的相对介电常数与绝缘纸聚合度复合指数函数关系式为:KDP (t) = (Ae-t/B+C) ε r-f (t),式中，KDP(t)表示绝缘纸聚合度；ε r-f(t)表示相对介电常数；t为老化时间，单位为天;A、B、C为与老化温度和测试温度有关的常数。所述的评估油纸绝缘的老化状态的方法，其特征在于，油纸绝缘试品的介质损耗因数与绝缘纸聚合度复合指数函数关系式为:KDP (t) = (De-t/E+F) tan δ -f (t)式中tanS-f(t)为介质损耗因数；KDP(t)表示绝缘纸聚合度；t为老化时间，单位为天；D、E、F为与老化温度和测试温度有关的常数；所述的评估油纸绝缘的老化状态的方法，其特征在于，所述相对介电常数和介质损耗因数的测量温度为110°C和130°C，特征频率为10-1Ηζ、10-2Ηζ及10_3Ηζ。所述的评估油纸绝缘的老化状态的方法，其特征在于，利用频温平移因子将不同测试温度下的频域介电特征量进行归算。所述的评估油纸绝缘的老化状态的方法，其特征在于，所述频温平移因子的计算公式为:aT=fT/f；rf，其中，aT表示频温平移因子；fT表示测试温度T下相对介电常数曲线上某点平移前对应的频率；fref表示测试温度T下相对介电常数曲线上某点平移后在主曲线上对应的频率。本发明的有益效果:本发明通过采用频域介电谱法测量出油纸绝缘测试品的相对介电常数(ε r)和介质损耗因数(tan δ )评估油纸绝缘系统的老化状态f ;并利用频温平移因子可将不同测试温度下的频域介电特征量进行归算，解决测试温度不同对FDS结果带来的影响。本发明提供的装置结构简单，容易实施，且准确效果有很大提高。
图1为评估油纸绝缘的老化状态的方法流程图；图2为FDS测量电路原理；图3为110和130°C下老化油纸试品的绝缘纸聚合度变化规律；图4为110和130°C下老化油纸试品的绝缘纸聚合度倒数变化规律；图5为110°C下不同老化程度油纸绝缘试品的ε r ；图6为130°C下不同老化程度油纸绝缘试品的ε r ；
图7为110°C下油纸绝缘试品的tan δ与老化时间的关系；图8为130°C下油纸绝缘试品的tan δ与老化时间的关系；图9为油浸绝缘纸的爲P ( t) /s7f{ )与老化时间的关系；图10为油浸绝缘纸的Kdp (t)/tan δ _f (t)与老化时间的关系；图11为单绕组变压器油纸绝缘系统结构；图12为变压器油纸绝缘系统的X-Y模型；图13为110°C下老化油纸绝缘试品(DP=420)的ε r与测试温度的关系；图14为130°C下老化油纸绝缘试品(DP=660)的ε r与测试温度的关系；图15为110°C下老化油纸绝缘试品(DP=420)的tan δ与测试温度的关系；图16为130°C下老化油纸绝缘试品(DP=660)的tan δ与测试温度的关系；图17为频温平移因子计算示意图；图18为频温平移因子与温度的关系；图19 为 1ητ 与 1/Τ3(Γ1/Τ 的关系。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。参见图1，本发明提供的评估油纸绝缘的老化状态的方法，其主要包括以下步骤:步骤1:采用频域介电谱法测量出油纸绝缘试品的相对介电常数L和介质损耗因数tan δ ；步骤2:建立油纸绝缘试品的相对介电常数与绝缘纸聚合度KDP(t)复
合指数函数关系式rDP(i)= (Ac-f 9+ 以及油纸绝缘试品的介质损耗因数
tan δ _f (t)与绝缘纸聚合度Kdp (t)复合指数函数关系式Kdp (t) = (Dft/E+F) tan δ _f (t)；步骤3:用上述关系式评估油纸绝缘系统的老化状态f。其中，相对介电常数和介质损耗因数tanS的测量温度为110°C和130°C，特征频率为 KT1Hz、1(Γ2Ηζ 及 1(Γ3Ηζ。本发明还利用频温平移因子将不同测试温度下的频域介电特征量进行归算，用于消除测试温度不同对FDS结果带来的影响。所述频温平移因子的计算公式为:aT=fT/f；rf。其中，aT表示频温平移因子；fT表示测试温度T下ε r曲线 上某点平移前对应的频率士#表示测试温度T下L曲线上某点平移后在主曲线S2上对应的频率。本发明还提供了变压器油纸绝缘试品的加速热老化及其频域介电特性测试实施例。试验材料为变压器用纤维素绝缘纸板(厚度0.3mm)和25#变压器油。将油纸绝缘试品在110°c、130°c下进行加速热老化。油纸绝缘试品在进行老化试验前,绝缘纸初始含水量为0.44%，绝缘油初始水分含量约为9mg/Kg。油纸绝缘试品的FDS测试采用Concept 80宽带介电谱测试系统(N0V0C0NTR0LGMBH-GERMANY)，测试设备的电极结构如图2所示。为使FDS测试不过分费时，选择测试频率范围为10-3 106Hz，测试温度28V。测试选用直径30mm的镀金电极。
针对热老化对油纸绝缘理化特性和频域介质响应特性的影响，本发明还提供了针对老化变压器油浸绝缘纸的水分及聚合度的分析。在温度、水分、氧气等的作用下，绝缘油会逐渐氧化生成醇、酸等氧化物及酸性化合物，同时生成少量的CO和C02。绝绝缘纸则发生水解、热解和氧化降解反应，聚合度不断降低，生成糠醛、水分、有机酸以及C0、C02气体等老化产物。这些老化产物将对油纸系统的介电性能造成极大影响，因此在分析FDS特性之前，首先给出各个老化阶段的理化参量变化情况，便于后期FDS的分析。①老化油纸绝缘试品的水分含量为更加准确地建立老化过程中油纸绝缘试品频域介电特征量和油浸绝缘纸老化状态的量化关系，对老化过程中油浸绝缘纸的含水量进行测试，如表I所示。可以看出，由于老化温度较高，在老化过程中油浸绝缘纸板的水分含量一直保持在较低的水平。表I为110和130°C下老化油浸绝缘纸试品的绝缘纸水分含量
权利要求
1.一种评估油纸绝缘的老化状态的方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:采用频域介电谱法测量出油纸绝缘试品的相对介电常数和介质损耗因数；步骤2:建立油纸绝缘试品的相对介电常数与绝缘纸聚合度复合指数函数关系式，以及油纸绝缘试品的介质损耗因数与绝缘纸聚合度复合指数函数关系式； 步骤3:用上述关系式评估油纸绝缘系统的老化状态。
2.根据权利要求1所述的评估油纸绝缘的老化状态的方法，其特征在于，油纸绝缘试品的相对介电常数与绝缘纸聚合度复合指数函数关系式为:
3.根据权利要求2所述的评估油纸绝缘的老化状态的方法，其特征在于，油纸绝缘试品的介质损耗因数与绝缘纸聚合度复合指数函数关系式为: Kdp (t) = (De_t/E+F) tan δ _f (t) 式中tan δ _f (t)为介质损耗因数；KDP(t)表示绝缘纸聚合度；t为老化时间，单位为天；D、E、F为与老化温度和测试温度有关的常数。
4.根据权利要求3所述的评估油纸绝缘的老化状态的方法，其特征在于，所述相对介电常数和介质损耗因数的测量温度为110°C和130°C，特征频率为K^Hz、KT2Hz及KT3Hz。
5.根据权利要求4所述的评估油纸绝缘的老化状态的方法，其特征在于，利用频温平移因子将不同测试温度下的频域介电特征量进行归算。
6.根据权利要求5所述的评估油纸绝缘的老化状态的方法，其特征在于，所述频温平移因子的计算公式为:a T=fT/fMf，其中，aT表示频温平移因子；fT表示测试温度T下相对介电常数曲线上某点平移前对应的频率；fMf表示测试温度T下相对介电常数曲线上某点平移后在主曲线上对应的频率。
全文摘要
本发明公开了一种评估油纸绝缘的老化状态的方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1采用频域介电谱法测量出油纸绝缘试品的相对介电常数和介质损耗因数；步骤2建立油纸绝缘试品的相对介电常数与绝缘纸聚合度复合指数函数关系式，以及油纸绝缘试品的介质损耗因数与绝缘纸聚合度复合指数函数关系式；步骤3用上述关系式评估油纸绝缘系统的老化状态。采用本发明提供的装置结构简单，容易实施，且准确效果有很大提高。
文档编号G01R27/26GK103149452SQ20131006651
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月1日 优先权日2013年3月1日
发明者吕刚 申请人:中国南方电网有限责任公司超高压输电公司贵阳局