一種基于頻域介電理論的變壓器油紙絕緣老化狀態(tài)評(píng)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于變壓器油紙絕緣的絕緣狀態(tài)診斷與壽命評(píng)估領(lǐng)域，涉及一種基于電介 質(zhì)響應(yīng)理論中頻域介電理論的油紙絕緣老化狀態(tài)的特征參量評(píng)估法。
【背景技術(shù)】
[0002] 油紙復(fù)合絕緣系統(tǒng)常用于電力設(shè)備中，如變壓器、電纜等。變壓器作為電網(wǎng)中重要 的部分，其正常運(yùn)行保證了電網(wǎng)的可靠性，油浸式變壓器的絕緣系統(tǒng)主要由內(nèi)絕緣和外絕 緣組成，內(nèi)絕緣是整個(gè)絕緣的重要部分，如果能夠檢測內(nèi)絕緣的狀態(tài)，就可以直接判定變壓 器能否正常運(yùn)行，成為油紙絕緣電力設(shè)備狀態(tài)維護(hù)的前提和基礎(chǔ)。
[0003] 為了維護(hù)油紙絕緣設(shè)備的安全運(yùn)行，長期以來電力系統(tǒng)通過定期進(jìn)行常規(guī)預(yù)防性 試驗(yàn)的方法對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測（DL/T596-1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》），該 方法在幾十年的應(yīng)用過程中發(fā)揮了重要的作用。但今年來隨著能源短缺、負(fù)荷增加以及維 修費(fèi)用減少等因素的影響，原來的預(yù)防性試驗(yàn)由于檢修周期長、缺乏真實(shí)性，存在維修不足 或超量現(xiàn)象，逐漸向狀態(tài)維修體制轉(zhuǎn)化，但在實(shí)際執(zhí)行中，如何對(duì)設(shè)備的絕緣狀況和剩余壽 命進(jìn)行很好的評(píng)估，仍存在不少問題。
[0004] -直被用來判斷油紙絕緣系統(tǒng)的方法主要有：糠醛分析法、張力測量、聚合度測量 等，但由于方法本身以及操作起來容易產(chǎn)生較大誤差，所以結(jié)果的精確度比較低。近幾年， 以電介質(zhì)響應(yīng)理論為基礎(chǔ)的回復(fù)電壓法、計(jì)劃去極化電流法和頻域介電譜法作為一種無損 的診斷方法受到國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，將更好地用來檢測電力設(shè)備的油紙絕緣系統(tǒng)。
[0005] 引起電力設(shè)備絕緣能力下降的主要因素有兩個(gè)，溫度和水分。變壓器運(yùn)行時(shí)內(nèi)部 溫度較高，在高場強(qiáng)下絕緣油紙、絕緣油等發(fā)生極化，產(chǎn)生雜質(zhì)和水分，破壞絕緣。所以水分 含量和溫度是破壞絕緣的兩個(gè)最重要原因。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所需要解決的技術(shù)問題在于，提供一種基于電介質(zhì)響應(yīng)理論中頻域介電理 論的油紙絕緣油浸式變壓器的絕緣老化狀態(tài)的特征參量評(píng)估法，操作簡單方便，無需破壞 變壓器絕緣，且誤差小。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種基于電介質(zhì)響應(yīng)理論中頻域介 電理論的油紙絕緣油浸式變壓器的絕緣老化狀態(tài)的特征參量評(píng)估法，具體如下：
[0008] 步驟一：將冷卻至常溫的變壓器高、中和低壓側(cè)的三相套管短接，并充分接地；
[0009] 步驟二：將頻域譜儀和變壓器連接，測量得到變壓器的介電損耗tg δ (f)和損耗 電容C (f)隨頻率變化的值，f為頻率，單位Hz ;
[0010] 步驟三：將上述步驟二所測介電損耗和損耗電容的具體數(shù)值帶入公式
得到復(fù)介電常數(shù)的實(shí)部^和虛部ε "，并繪出曲線；
[0011] 步驟四：通過建立的極化雙弛豫模型使用MATLAB擬合出復(fù)介電常數(shù)曲線，得到絕 緣表征參數(shù)τ 1;
[0012] 步驟五：將參數(shù)T1與絕緣表征參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值τ _進(jìn)行對(duì)比，就可以判斷油紙絕緣 結(jié)構(gòu)的絕緣狀況的情況，若大于標(biāo)準(zhǔn)值5%及以上，則絕緣復(fù)合繼續(xù)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，若低于或等 于標(biāo)準(zhǔn)值τ_，則應(yīng)該立刻停運(yùn)維修，若大于τ_ 5%以下則視具體情況安排檢修。
[0013] 進(jìn)一步，所述步驟一中的充分接地時(shí)間為20分鐘以上。
[0014] 進(jìn)一步，所述雙弛豫模型方程為：
[0015]
[0016]
[0017] 其中
分布表示由于界面極化和離子極化兩種弛豫現(xiàn) 象導(dǎo)致的絕緣破壞，參數(shù)T1的變化反應(yīng)了由于界面極化所導(dǎo)致的絕緣能力下降，τ 2表示 由于離子極化導(dǎo)致的絕緣能力下降。極化電導(dǎo)表示絕緣結(jié)構(gòu)中離子導(dǎo)電能力，油紙絕 緣復(fù)合系統(tǒng)發(fā)生極化后產(chǎn)生大量的正、負(fù)離子等帶電粒子，隨著絕緣能力下降，系統(tǒng)中的離 子數(shù)量急劇增加，使得導(dǎo)電能力加強(qiáng)，A為常數(shù)，通過擬合可以求得。
[0018] 本發(fā)明的有益效果為：步驟一中將變壓器冷卻后并短接，這樣測量時(shí)避免了由于 溫度或者殘余電荷對(duì)測試結(jié)果的影響；步驟二采用基于介電質(zhì)理論為基礎(chǔ)頻域譜分析法， 是一種新型的電氣測量方法，也是目前油紙絕緣研究最主要的方法，無需吊芯，不用取樣的 前提下分析油紙絕緣老化狀態(tài)，為評(píng)估電力設(shè)備油紙絕緣性能和預(yù)測剩余壽命提供可靠依 據(jù)；步驟三中通過得到的復(fù)介電常數(shù)實(shí)部和虛部隨頻率變化曲線，復(fù)介電常數(shù)能有效地反 應(yīng)電介質(zhì)在發(fā)生極化后材料性質(zhì)的變化，能夠準(zhǔn)備反應(yīng)極化中損耗對(duì)材料的絕緣性能的影 響；步驟四中采用極化雙弛豫模型，模型前后部分能分別反應(yīng)界面極化和離子極化兩種主 要極化方式對(duì)油紙絕緣系統(tǒng)的破壞。模型中的特征參量^能夠有效的反應(yīng)變壓器油紙絕 緣系統(tǒng)絕緣狀態(tài)；步驟五中將計(jì)算得到的特征參量與特征參量標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比，直觀反映 所測變壓器的油紙絕緣狀態(tài)，并及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的維修措施，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，避免不必要的損 失。
[0019] 本發(fā)明分為五個(gè)步驟，對(duì)變壓器油紙絕緣系統(tǒng)絕緣狀態(tài)能夠做出有效的診斷，是 一種先進(jìn)的無損非破壞性檢測方法，可以對(duì)長久運(yùn)行的油浸式變壓器的油紙絕緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行 絕緣狀況的評(píng)估診斷，為電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供保障。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明思路步驟圖；
[0021] 圖2為油紙絕緣結(jié)構(gòu)隨絕緣狀況降低的復(fù)介電常數(shù)實(shí)、虛部曲線圖；
[0022] 圖3為絕緣表征參數(shù)τ i隨變壓器運(yùn)行年限變化圖；
[0023] 圖4為復(fù)介電常數(shù)實(shí)部隨頻率變化圖；
[0024] 圖5為復(fù)介電常數(shù)虛部隨頻率變化圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述。
[0026] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0027] 圖1示意了本發(fā)明的思路步驟；圖2示意了隨著絕緣能力下降的復(fù)介電常數(shù)實(shí)部 和虛部隨頻率的變化；圖3為不同運(yùn)行年限的變壓器的絕緣表征參數(shù)^的變化圖。圖4和 圖5分別為介電常數(shù)虛部和實(shí)部隨頻率的變化。
[0028] 一種基于電介質(zhì)響應(yīng)理論頻域介電譜分析法的油紙絕緣電力設(shè)備絕緣老化狀態(tài) 的特征參量評(píng)估法，包括如下步驟：
[0029] 步驟一：將冷卻至常溫的待測油浸式變壓器高、中和低壓側(cè)的三相套管短接，并充 分接地，接地時(shí)間為20分鐘以上。
[0030] 步驟二：將頻域譜儀和變壓器連接，測量電力設(shè)備油紙絕緣系統(tǒng)的介電損耗 tg δ (f)和損耗電容C(f)隨頻率變化的值，f為頻率，單位Hz。
[0031] 步驟三：將所測得的介電損耗和損耗電容帶入公式
4導(dǎo) 到所測電力設(shè)備的油紙絕緣系統(tǒng)的復(fù)介電常數(shù)實(shí)部ε '和虛部ε "并繪制隨頻率變化的 曲線圖，如圖4、圖5所示。式中c。為變壓器的真空電容，與變壓器結(jié)構(gòu)有關(guān)，
h表示變壓器線圈高度，rHV表