一种绕组模型绝缘受潮和老化评估研究的实验方法与流程

本发明属于变压器绕组绝缘状态评估研究领域，具体涉及一种绕组模型绝缘受潮和老化评估研究的实验方法。

背景技术：

变压器是电力系统中的核心设备，其绝缘性能的好坏影响着电力系统运行的安全与稳定。在变压器运行过程中，变压器绕组长期受到水分、温度、强磁场和电场的影响，导致其绝缘状态不断变化，给电力系统的安全稳定运行带来隐患，因此在变压器运行过程中需对其绕组的受潮程度及老化程度进行准确的状态监测。

目前对变压器绕组内受潮程度及老化程度的检测方法主要包括绝缘电阻、介质损耗因数、局部放电量和油中溶解气体等，但是绝缘电阻、介质损耗因数和局部放电量包含信息量少和对水分敏感度差，不能全面反映油浸式变压器套管的绝缘状态，油中溶解气体分析会受到换油的影响。以电介质响应理论为基础的频域介电谱法是一种新兴的、无损的绝缘诊断方法，并且具有抗干扰能力强，携带信息丰富等优点，广泛应用于变压器绕组状态检测领域。但目前的频域介电谱测试结果只能对变压器绕组绝缘状态进行综合评估，无法区分变压器绕组的受潮程度和老化程度。为了更加有效地对变压器绕组绝缘状态进行评估，需建立不同老化和受潮程度的绕组频域介电谱数据库，该数据库的建立需要一种能实现不同老化和受潮程度绕组频域介电谱测试的实验方法，因此急需一种绕组模型绝缘受潮和老化评估研究的实验方法。

技术实现要素：

为了能够有效评估绕组模型的绝缘受潮程度和老化程度，本发明提供了一种绕组模型绝缘受潮和老化评估研究的实验方法，包括以下步骤：

第一步：搭建实验平台

绕组模型绝缘受潮和老化评估研究的实验平台，包括变压器高压绕组(3)、变压器低压绕组(4)、电热丝(7)、实验箱(1)、温度控制系统(9)、湿度控制系统(13)、介电谱测试仪(8)、终端机(14)，实验箱(1)内的绝缘油(2)液面高于变压器高压绕组(3)和变压器低压绕组(4)，变压器高压绕组(3)和变压器低压绕组(4)可更换为不同老化程度的变压器高压绕组(3)和变压器低压绕组(4)，在绝缘油箱(1)内底部四周缠绕电热丝(7)，第一温度传感器(5a)和第二温度传感器(5b)置于绝缘油箱(1)内实时监控绝缘油(2)温度，并将温度数据传送至温度控制系统(9)，温度控制系统(9)将温度数据上传至终端机(14)，终端机(14)发送指令至温度控制系统(9)，通过温度控制系统(9)控制电热丝(7)的电源开断从而保证绝缘油箱(1)处于恒温状态，第一水分传感器(6a)和第二水分传感器(6b)置于绝缘油箱(1)内实时监控绝缘油(2)内水分含量，将水分数据传送至湿度控制系统(13)，湿度控制系统(13)将湿度数据上传至终端机(14)，通过油纸绝缘稳态微水分布曲线获得绝缘纸水分含量，且终端机(14)发送指令至湿度控制系统(13)，通过湿度控制系统(13)控制加湿器(12)和空气泵(11)将水分经导管(10)输送至实验箱(1)中，达到控制变压器高压绕组(3)和变压器低压绕组(4)内水分含量的目的，介电谱测试仪(8)高压端接变压器高压绕组(3)，低压端接变压器低压绕组(4)，测试的介电谱曲线上传至终端机(14)储存分析；

第二步：制备不同老化和受潮程度的绕组

开启温度控制系统(9)，将实验箱(1)内的温度控制在基准温度t0，单位为℃；开启湿度控制系统(13)，通过实验箱(1)内的第一水分传感器(6a)和第二水分传感器(6b)获得绝缘油(2)中水分含量，将水分数据传送至湿度控制系统(13)，湿度控制系统(13)将水分数据上传至终端机(14)，通过油纸绝缘稳态微水分布曲线获得绝缘纸水分含量，终端机(14)发送指令至湿度控制系统(13)对实验箱(1)内的进行不同程度的加湿处理，获得不同老化和受潮程度的变压器高压绕组(3)和变压器低压绕组(4)；

第三步：建立不同老化和受潮程度的频域介电谱数据库

开启介电谱测试仪(8)，施加电压为1400v，测试频率点为0.001hz，0.0022hz、0.0046hz、0.01hz、0.22hz、0.46hz、1hz、2hz、5hz、10hz、20hz、40hz、70hz、110hz、220hz、470hz和1000hz，测试在基准温度t0下不同老化程度、不同受潮程度的变压器绕组相对复介电常数实部(ε′)与相对复介电常数虚部(ε″)的频域介电谱，将测试结果上传至终端机(14)，建立不同老化程度、不同受潮程度的变压器绕组频域介电谱测试标准数据库；

第四步：频域介电谱测试与归算

开启频域介电谱测试仪(8)，测试未知老化受潮程度的绕组的相对复介电常数实部(ε′)与相对复介电常数虚部(ε″)的频域介电谱，测试环境温度为t，单位为℃，将在环境温度为t的未知老化受潮程度的绕组的频域介电谱测试结果归算至基准温度t0下，首先计算绝缘油弛豫过程活化能e与介电谱归算指前参数α：

式中，r为玻尔兹曼常数，ft为环境温度t下频域介电谱的测试频率，ft0为参考温度t0下对应的频率点，根据上式计算归算至参考温度下的相对复介电常数(ε′)与相对复介电常数虚部(ε″)：

第五步：将在环境温度为t的未知老化受潮程度的绕组的频域介电谱测试结果与标准数据库中的曲线逐一计算相似度，相似度最大值对应的数据库绕组状态为该绕组老化和受潮程度，相似度的计算如下：

式中，f0k为归算至参考温度t0后的频域介电谱的第k点测试值，fik为标准数据库中第i条频域介电谱测试曲线第k点测试值。

本发明的优点在于：

本发明提供了一种绕组模型绝缘受潮和老化评估研究的实验方法，首先搭建实验平台，然后制备不同受潮和老化程度的绕组模型，进而获得绕组模型在基准温度下不同受潮和老化程度的频域介电谱曲线数据库，对未知受潮程度和老化程度的绕组模型进行频域介电谱测试与归算，利用相似度与数据库中的频域介电谱曲线进行对比，最后得出未知绕组模型的受潮程度和老化程度。该实验方法通过建立不同受潮及老化程度的绕组模型频域介电谱数据库对绕组的受潮程度及老化程度进行有效评估，可以为变压器绕组的受潮和老化程度评估研究提供参考。

附图说明

图1一种绕组模型绝缘受潮和老化评估研究的实验平台示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1所示为一种绕组模型绝缘受潮和老化评估研究的实验平台示意图。从图1中可以看出一种绕组模型绝缘受潮和老化评估研究的实验方法主要包括以下步骤：

第一步：搭建实验平台

绕组模型绝缘受潮和老化评估研究的实验平台，包括变压器高压绕组(3)、变压器低压绕组(4)、电热丝(7)、实验箱(1)、温度控制系统(9)、湿度控制系统(13)、介电谱测试仪(8)、终端机(14)，实验箱(1)内的绝缘油(2)液面高于变压器高压绕组(3)和变压器低压绕组(4)，变压器高压绕组(3)和变压器低压绕组(4)可更换为不同老化程度的变压器高压绕组(3)和变压器低压绕组(4)，在绝缘油箱(1)内底部四周缠绕电热丝(7)，第一温度传感器(5a)和第二温度传感器(5b)置于绝缘油箱(1)内实时监控绝缘油(2)温度，并将温度数据传送至温度控制系统(9)，温度控制系统(9)将温度数据上传至终端机(14)，终端机(14)发送指令至温度控制系统(9)，通过温度控制系统(9)控制电热丝(7)的电源开断从而保证绝缘油箱(1)处于恒温状态，第一水分传感器(6a)和第二水分传感器(6b)置于绝缘油箱(1)内实时监控绝缘油(2)内水分含量，将水分数据传送至湿度控制系统(13)，湿度控制系统(13)将湿度数据上传至终端机(14)，通过油纸绝缘稳态微水分布曲线获得绝缘纸水分含量，且终端机(14)发送指令至湿度控制系统(13)，通过湿度控制系统(13)控制加湿器(12)和空气泵(11)将水分经导管(10)输送至实验箱(1)中，达到控制变压器高压绕组(3)和变压器低压绕组(4)内水分含量的目的，介电谱测试仪(8)高压端接变压器高压绕组(3)，低压端接变压器低压绕组(4)，测试的介电谱曲线上传至终端机(14)储存分析；

第二步：制备不同老化和受潮程度的绕组

开启温度控制系统(9)，将实验箱(1)内的温度控制在基准温度t0，单位为℃；开启湿度控制系统(13)，通过实验箱(1)内的第一水分传感器(6a)和第二水分传感器(6b)获得绝缘油(2)中水分含量，将水分数据传送至湿度控制系统(13)，湿度控制系统(13)将水分数据上传至终端机(14)，通过油纸绝缘稳态微水分布曲线获得绝缘纸水分含量，终端机(14)发送指令至湿度控制系统(13)对实验箱(1)内的进行不同程度的加湿处理，获得不同老化和受潮程度的变压器高压绕组(3)和变压器低压绕组(4)；

第三步：建立不同老化和受潮程度的频域介电谱数据库

开启介电谱测试仪(8)，施加电压为1400v，测试频率点为0.001hz，0.0022hz、0.0046hz、0.01hz、0.22hz、0.46hz、1hz、2hz、5hz、10hz、20hz、40hz、70hz、110hz、220hz、470hz和1000hz，测试在基准温度t0下不同老化程度、不同受潮程度的变压器绕组相对复介电常数实部(ε′)与相对复介电常数虚部(ε″)的频域介电谱，将测试结果上传至终端机(14)，建立不同老化程度、不同受潮程度的变压器绕组频域介电谱测试标准数据库；

第四步：频域介电谱测试与归算

开启频域介电谱测试仪(8)，测试未知老化受潮程度的绕组的相对复介电常数实部(ε′)与相对复介电常数虚部(ε″)的频域介电谱，测试环境温度为t，单位为℃，将在环境温度为t的未知老化受潮程度的绕组的频域介电谱测试结果归算至基准温度t0下，首先计算绝缘油弛豫过程活化能e与介电谱归算指前参数α：

式中，r为玻尔兹曼常数，ft为环境温度t下频域介电谱的测试频率，ft0为参考温度t0下对应的频率点，根据上式计算归算至参考温度下的相对复介电常数(ε′)与相对复介电常数虚部(ε″)：

第五步：将在环境温度为t的未知老化受潮程度的绕组的频域介电谱测试结果与标准数据库中的曲线逐一计算相似度，相似度最大值对应的数据库绕组状态为该绕组老化和受潮程度，相似度的计算如下：

式中，f0k为归算至参考温度t0后的频域介电谱的第k点测试值，fik为标准数据库中第i条频域介电谱测试曲线第k点测试值。