專利名稱：一種基于頻域介電譜的油紙絕緣電力設(shè)備絕緣老化狀態(tài)評估方法
一種基于頻域介電譜的油紙絕緣電力設(shè)備絕緣老化狀態(tài)評 估方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于油紙絕緣電力設(shè)備的絕緣狀態(tài)診斷與壽命評估領(lǐng)域，涉及一種基于頻 域介電譜的油紙絕緣電力設(shè)備絕緣老化狀態(tài)的評估方法。
背景技術(shù)：
油紙復(fù)合絕緣是一種重要和優(yōu)良的絕緣組合方式，一直被成功用于大型變壓器、 套管、互感器、電容器、電纜等電力設(shè)備。在油紙絕緣電力設(shè)備行過程中，其油紙絕緣長期 承受熱、電、機(jī)械、化學(xué)等多種外部應(yīng)力作用，導(dǎo)致自身絕緣和機(jī)械性能逐漸下降并可能造 成故障。因此，準(zhǔn)確診斷油紙絕緣系統(tǒng)的老化狀態(tài)，對預(yù)測油紙絕緣電力設(shè)備的壽命至關(guān)重 要，也是實現(xiàn)油紙絕緣電力設(shè)備狀態(tài)維護(hù)的前提和基礎(chǔ)。
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 試驗的方法對設(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。但近年來隨著能源短缺、負(fù)荷增加以及維修 費用減少等因素的影響，原有的預(yù)防性試驗由于檢修周期長、缺乏真實性，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，但在實際執(zhí)行中，如何對設(shè)備的絕緣狀況和剩余壽命 進(jìn)行很好的評估，仍存在不少問題。
目前判斷油紙絕緣電力設(shè)備絕緣老化的方法主要有張應(yīng)力測量、聚合度(DP)測 量、溶解氣體分析(DGA)檢測法、糠醛判據(jù)等。其中，DGA檢測法和糖醛判據(jù)等方法均存在不 同的不足之處；而張應(yīng)力測量、聚合度測量都需要停電采集紙樣(例如，需要將變壓器進(jìn)行 吊芯處理才能提取絕緣紙樣)，操作程序復(fù)雜且可能破壞變壓器絕，另外當(dāng)絕緣紙樣選取的 區(qū)域不同會帶來老化評估的誤差，無法及時發(fā)現(xiàn)固體絕緣的老化趨勢。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種基于頻域介電譜的油紙絕緣電力設(shè)備 絕緣老化狀態(tài)評估方法，無需破壞變壓器絕緣，即可以方便地獲得油紙絕緣電力設(shè)備絕緣 老化狀態(tài)，且誤差小。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實施例的一方面提供一種基于頻域介電譜的油 紙絕緣電力設(shè)備絕緣老化狀態(tài)評估方法，包括如下步驟
將待測油紙絕緣電力設(shè)備與電力線路斷開連接，將頻域介電譜測試儀可靠接地， 并將頻域介電譜測試儀與待測油紙絕緣電力設(shè)備進(jìn)行連接；
為所述頻域介電譜測試儀進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，包括變頻電壓UJf)的峰值Utlmax，最高測 試頻率fH和最低測試頻率4 ;
測量獲得所述油紙絕緣層復(fù)電容的頻率特性曲線，每一頻率所對應(yīng)的復(fù)電容包括 電容實部C和電容虛部C "；
對所述復(fù)電容的頻率特性曲線進(jìn)行解譜處理，獲得解譜后的復(fù)電容的頻率特性曲線，并獲得對應(yīng)的特征頻率fp ;
通過下述公式計算獲得當(dāng)前油浸紙板平均聚合度DP
Z= (p1+p2lnx+p3ln2x+p4ln3x+p5y+p6y2) / (l+p7lnx+p8ln2x+p9y)
其中，x=lgDP, DP表示油浸紙板的聚合度；y表示油紙絕緣層的溫度，單位為。C ； z=lgfp, fp為特征頻率，單位為Hz !P1-P9為給定參數(shù)；
根據(jù)所述獲得的DP值所處的范圍區(qū)間，獲得所述待測油紙絕緣電力設(shè)備的老化狀況。
其中，所述變頻電壓峰值Utlmax設(shè)定為200V，將充放電時間設(shè)定為相等，即fH設(shè)定為 IkHz, fL 設(shè)定為 ImHz。
其中，所述對所述復(fù)電容的頻率特性曲線進(jìn)行解譜處理，獲得解譜后的復(fù)電容的頻率特性曲線，并獲得對應(yīng)的特征頻率fp的步驟為
將所述測量獲得的復(fù)電容頻率特性曲線中每一頻率所對應(yīng)的復(fù)電容的電容實部 C'減去所述頻率對應(yīng)的穩(wěn)定值，電容虛部C"不變；獲得解譜后的復(fù)電容的頻率特性曲線.
將所述解譜后的復(fù)電容的頻率特性曲線上電容實部與電容虛部相等處對應(yīng)的頻率作為所述特征頻率fp。
其中，所述公式中
P1= . 54 X 103，p2=-2. 35 X 104，p3=2. 47 X 104，ρ4=-8· 69 X 103，ρ5=-5. 3 X 100, ρ6=6. 57Χ 1(Γ2，P7=-L 04Χ 1(Γ2，ρ8=8. 74Χ101, ρ9=1. 5Χ ΙΟ0。
其中，所述根據(jù)DP值所處的范圍區(qū)間，獲得所述待測油紙絕緣電力設(shè)備的老化狀況的步驟為
若所述DP值處于120(Γ1800區(qū)間時，判定所述待測油紙絕緣電力設(shè)備的整體絕緣處于壽命初期；
若所述DP值處于50(Γ1200區(qū)間時，判定所述待測油紙絕緣電力設(shè)備的整體絕緣處于壽命早期；
若所述DP值處于25(Γ500區(qū)間時，判定所述油紙絕緣電力設(shè)備的整體絕緣處于壽命中期；
若所述DP值處于15(Γ250區(qū)間時，判定所述油紙絕緣電力設(shè)備的整體絕緣處于壽命末期；
所述DP值處于150以下時，判定所述油紙絕緣電力設(shè)備的整體絕緣無絕緣能力。
其中，所述頻域介電譜測試儀為瑞典PAX公司生產(chǎn)的FDS IDAX-206絕緣診斷分析儀。
其中，對于每一特定的變壓器類型，所述每頻率對應(yīng)的穩(wěn)定值為恒定值，其可預(yù)先通過測量獲得并存儲。
實施本發(fā)明的實施例，具有如下有益效果
本發(fā)明基于頻域介電譜的油紙絕緣電力設(shè)備絕緣老化狀態(tài)評估方法，可以在不吊芯、不破壞絕緣材料，不用取樣的前提下分析油紙絕緣老化狀態(tài)，為準(zhǔn)確評估油紙絕緣電力設(shè)備絕緣性能和預(yù)測剩余壽命提供可靠依據(jù)。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本發(fā)明中采用頻域介電譜測試原理圖2是本發(fā)明油紙絕緣電力設(shè)備絕緣老化狀態(tài)評估方法的一個實施例中的流程 圖3是本發(fā)明一個實施例中的測試油紙絕緣變壓器的試驗接線圖4是本發(fā)明一個實施例中測試得到的油紙絕緣變壓器的復(fù)電容頻率特性曲線 圖5是對圖4中的復(fù)電容頻率曲式線圖進(jìn)行解譜后的油紙絕緣變壓器的復(fù)電容曲 線頻率圖。
具體實施方式
下面參考附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行描述。
本發(fā)明提供一種下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
如圖1所示，是本發(fā)明采用的頻域介電譜測試原理圖。其具體操作為給被測試絕 緣層施加變頻電壓激勵，同時測量電流，然后根據(jù)不同頻率下的電壓和電流計算得到對應(yīng) 頻率下的復(fù)電容。當(dāng)電場作用在電介質(zhì)上時，可觀察到兩種介電響應(yīng)現(xiàn)象電導(dǎo)和極化。電 導(dǎo)是由于載流子即電子和離子的不斷移動而形成的，而極化是由于電介質(zhì)內(nèi)部沿電場方向 出現(xiàn)宏觀偶極矩而形成。介質(zhì)的極化過程相當(dāng)復(fù)雜，它與介質(zhì)的老化、劣化和受潮等狀態(tài)密 不可分。極化去極化電流法通過測量絕緣介質(zhì)的去極化電流，并進(jìn)行分析處理以判斷油紙 絕緣系統(tǒng)的絕緣狀況。
如圖2所示，是本發(fā)明一種基于頻域介電譜的油紙絕緣電力設(shè)備絕緣老化狀態(tài)評 估方法的流程圖。從中可以看出，本發(fā)明的方法包括如下步驟
步驟S20，將待測油紙絕緣電力設(shè)備與電力線路斷開連接，將頻域介電譜測試儀可 靠接地，并將頻域介電譜與待測油紙絕緣電力設(shè)備的油紙絕緣層連接；
步驟S21，為所述頻域介電譜測試儀進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，包括變頻電壓UJf)的峰值 U0max,最高測試頻率fH和最低測試頻率4;其中，在一些實施例中，所述變頻電壓峰值U0max設(shè) 定為200V，將充放電時間設(shè)定為相等，即fH設(shè)定為1kHz，fL設(shè)定為ImHz。
步驟S22，測量獲得所述油紙絕緣層的復(fù)電容的頻率特性曲線，每一頻率所對應(yīng)的 復(fù)電容包括電容實部C和電容虛部C "；
步驟S23，對所述復(fù)電容的頻率特性曲線進(jìn)行解譜處理，獲得解譜后的復(fù)電容的頻 率特性曲線，并獲得對應(yīng)的特征頻率fp ;具體地，在一個實施例中，是將所述測量獲得的復(fù) 電容的頻率特性曲線中每一頻率所對應(yīng)的復(fù)電容的電容實部C減去所述頻率對應(yīng)的穩(wěn)定 值，電容虛部C"不變；獲得解譜后的復(fù)電容的頻率特性曲線；將所述解譜后的復(fù)電容的頻 率特性曲線上電容實部與電容虛部相等處對應(yīng)的頻率作為所述特征頻率fp。
需要進(jìn)行解譜處理是基于如下的原因
因為，根據(jù)普適弛豫理論，電介質(zhì)的介電弛豫主要分為偶極子主導(dǎo) (DipolarSystem, DS)的極化和載流子主導(dǎo)(Charge Carrier System, CCS)的極化。對于變壓器油紙絕緣而言，一般現(xiàn)場試驗可以測量到的極化主要涉及纖維素、水分等極性物質(zhì)的偶極子主導(dǎo)的極化(DS極化)以及夾層介質(zhì)的載流子主導(dǎo)的界面極化(CCS極化)。其中， DS極化難以測量到其特征頻率，但是卻會對評估絕緣老化狀態(tài)有重要作用的夾層介質(zhì)界面極化(CCS極化)產(chǎn)生影響，因此需要將測到的界面極化(CCS極化)的頻率特性曲線從受到偶極子極化(DS極化)影響的初始的測量狀態(tài)中分離出來，尤其是其特征頻率附近的頻段， 該過程即為前述解譜處理過程。
經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，對于一確定的變壓器類型的油紙絕緣層，測量得到油紙間CCS極化的頻率特性曲線中每一頻率所對應(yīng)的C'受到的DS極化的C'的影響為一個穩(wěn)定值。所述穩(wěn)定值為恒定值，其可以預(yù)先根據(jù)多次實驗測量得出并存儲。
由于，對于一確定的變壓器類型，油紙間CCS極化的C'受到的DS極化的C'的影響為一個穩(wěn)定值，通過將實測得到的CCS極化的頻率特征曲線中的各Ci值減去其對應(yīng)的穩(wěn)定值，就可以將油紙絕緣的油紙CCS極化從DS極化影響中分離出來，得到解譜后的頻率特性曲線；同時得到特征頻率fp。
步驟S24，通過下述公式計算獲得當(dāng)前油浸紙板平均聚合度DP
Z= (p1+p2lnx+p3ln2x+p4ln3x+p5y+p6y2) / (l+p7lnx+p8ln2x+p9y)
其中，X=IgDP, DP表示油浸紙板的聚合度；y表示油紙絕緣層的溫度，單位為。C ； z=lgfp, fp為特征頻率，單位為Hz !P1-P9為給定參數(shù)；
其中，所述公式中
P1= . 54 X 103，p2=-2. 35 X 104，ρ3=2· 47 X 104，ρ4=-8· 69 X 103，ρ5=-5. 3 X 100, ρ6=6. 57Χ 1(Γ2，P7=-L 04Χ 1(Γ2，ρ8=8. 74Χ101, ρ9=1. 5Χ ΙΟ0。
步驟S25，根據(jù)所述獲得的DP值所處的范圍區(qū)間，獲得所述待測油紙絕緣電力設(shè)備的老化狀況。具體地為
若所述DP值處于120(Γ1800區(qū)間時，判定所述待測油紙絕緣電力設(shè)備的整體絕緣處于壽命初期；
若所述DP值處于50(Γ1200區(qū)間時，判定所述待測油紙絕緣電力設(shè)備的整體絕緣處于壽命早期；
若所述DP值處于25(Γ500區(qū)間時，判定所述油紙絕緣電力設(shè)備的整體絕緣處于壽命中期；
若所述DP值處于15(Γ250區(qū)間時，判定所述油紙絕緣電力設(shè)備的整體絕緣處于壽命末期；
所述DP值處于150以下時，判定所述油紙絕緣電力設(shè)備的整體絕緣無絕緣能力。
其中，在一個實施例中，所述頻域介電譜測試儀為瑞典PAX公司生產(chǎn)的 FDSIDAX-206絕緣診斷分析儀。
如圖3所示，是本發(fā)明的一個實施例中測試變壓器高壓繞組對低壓繞組的頻域介電譜試驗接線圖。
對于套管接線已分離的情況，將每相變壓器的高中壓短接，然后將儀器的第一測試鉗(OUTPUT)夾在高中壓套管出線端，第二測試鉗(CHl)則夾在低壓套管出線端；
對于套管接線未分離的，則將高中壓和地短接，然后將儀器的第一測試鉗和第二測試鉗(CH2)分別夾在低壓套管和地線上。
例如，以一實際的例子進(jìn)行說明。
某正在運(yùn)行的IlOkV主變壓器Tl，其相關(guān)設(shè)計參數(shù)及FDS試驗條件如表I所示。
表I T1主變相關(guān)參數(shù)
電壓等級容量聯(lián)結(jié)組別出廠曰期試驗曰期油 、、曰極化電壓 (峰值)目標(biāo)絕緣110/38.5/1 IkV20000k VAΥ/Υ/Δ1977201222°C200V高壓-中壓
對其采用如圖2的測試過程，獲得油紙絕緣變壓器的復(fù)電容頻率特征曲線圖如圖 4所示。
從附圖4上，每一頻率所對應(yīng)的復(fù)電容包括電容實部CT (實線所示)和電容虛部 C"(虛線所示)；
然后對圖4的復(fù)電容的頻率特性曲線進(jìn)行解譜處理，具體地將圖4中測量獲得的復(fù)電容的頻率特性曲線中每一頻率所對應(yīng)的復(fù)電容的電容實部C減去所述頻率對應(yīng)的穩(wěn)定值(所述穩(wěn)定值被預(yù)先存儲)，電容虛部C"不變；獲得解譜后的復(fù)電容的頻率特性曲線。
解譜后的復(fù)電容的頻率特性曲線如圖5所示，將所述解譜后的復(fù)電容的頻率特性曲線上電容實部與電容虛部相等處對應(yīng)的頻率作為所述特征頻率fp，即圖5中電容實部C’ (實線所示)和電容虛部C”(虛線所示)交點處所對應(yīng)的頻率，此處的fp為O. 095Hz。將該特征頻率fp值代入下述公式中，
Z= (p1+p2lnx+p3ln2x+p4ln3x+p5y+p6y2) / (l+p7lnx+p8ln2x+p9y)
其中，X=IgDP, DP表示油浸紙板的聚合度；y表示油紙絕緣層的溫度，單位為。C ； z=lgfp, fp為特征頻率，單位為Hz !P1-P9為給定參數(shù)；
其中，所述公式中
權(quán)利要求
1.一種基于頻域介電譜的油紙絕緣電力設(shè)備絕緣老化狀態(tài)評估方法，其特征在于，包括如下步驟將待測油紙絕緣電力設(shè)備與電力線路斷開連接，將頻域介電譜測試儀可靠接地，并將頻域介電譜測試儀與待測油紙絕緣電力設(shè)備進(jìn)行連接；為所述頻域介電譜測試儀進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，包括變頻電壓U0 (f)的峰值Utlmax，最高測試頻率fH和最低測試頻率4;測量獲得所述油紙絕緣層復(fù)電容的頻率特性曲線，每一頻率所對應(yīng)的復(fù)電容包括電容實部CT和電容虛部C"；對所述復(fù)電容的頻率特性曲線進(jìn)行解譜處理，獲得解譜后的復(fù)電容的頻率特性曲線， 并獲得對應(yīng)的特征頻率fp;通過下述公式計算獲得當(dāng)前油浸紙板平均聚合度DP Z= (p1+p2lnx+p3ln2x+p4ln3x+p5y+p6y2) / (l+p7lnx+p8ln2x+p9y)其中，X=IgDP, DP表示油浸紙板的聚合度；y表示油紙絕緣層的溫度，單位為° C ； z=lgfp, fp為特征頻率,單位為Hz !P1 p9為給定參數(shù)；根據(jù)所述獲得的DP值所處的范圍區(qū)間，獲得所述待測油紙絕緣電力設(shè)備的老化狀況。
2.如權(quán)利要求1所述的基于頻域介電譜的油紙絕緣電力設(shè)備絕緣老化狀態(tài)評估方法， 其特征在于所述變頻電壓峰值Utlmax設(shè)定為200V，將充放電時間設(shè)定為相等，即fH設(shè)定為1kHz，fL 設(shè)定為ImHz。
3.如權(quán)利要求2所述的基于頻域介電譜的油紙絕緣電力設(shè)備絕緣老化狀態(tài)評估方法， 其特征在于，所述對所述復(fù)電容的頻率特性曲線進(jìn)行解譜處理，獲得解譜后的復(fù)電容的頻率特性曲線，并獲得對應(yīng)的特征頻率fp的步驟為將所述測量獲得的復(fù)電容的頻率特性曲線中每一頻率所對應(yīng)的復(fù)電容的電容實部C 減去所述頻率對應(yīng)的穩(wěn)定值，電容虛部C"不變；獲得解譜后的復(fù)電容的頻率特性曲線； 將所述解譜后的復(fù)電容的頻率特性曲線上電容實部與電容虛部相等處對應(yīng)的頻率作為所述特征頻率fp。
4.如權(quán)利要求1至3任一項所述的基于介電譜的油紙絕緣電力設(shè)備絕緣老化狀態(tài)評估方法，其特征在于，所述公式中P1= .54 X 103，ρ2=-2·35 X 104，ρ3=2·47 X 104，ρ4=-8.69 X 103，ρ5=-5.3 X100， ρ6=6. 57Χ 1(Γ2，P7=-L 04Χ 1(Γ2，ρ8=8. 74Χ101, ρ9=1. 5Χ ΙΟ0。
5.如權(quán)利要求4所述的所述的基于介電譜的油紙絕緣電力設(shè)備絕緣老化狀態(tài)評估方法，其特征在于，所述根據(jù)的范圍區(qū)間，獲得所述待測油紙絕緣電力設(shè)備的老化狀況的步驟為若所述DP值處于120(Γ1800區(qū)間時，判定所述待測油紙絕緣電力設(shè)備的整體絕緣處于壽命初期；若所述DP值處于50(Γ1200區(qū)間時，判定所述待測油紙絕緣電力設(shè)備的整體絕緣處于壽命早期；若所述DP值處于25(Γ500區(qū)間時，判定所述油紙絕緣電力設(shè)備的整體絕緣處于壽命中期；若所述DP值處于15(Γ250區(qū)間時，判定所述油紙絕緣電力設(shè)備的整體絕緣處于壽命末期；所述DP值處于150以下時，判定所述油紙絕緣電力設(shè)備無絕緣能力。
6.如權(quán)利要求5所述的基于頻域介電譜的油紙絕緣電力設(shè)備絕緣老化狀態(tài)評估方法， 其特征在于所述頻域介電譜測試儀為瑞典PAX公司生產(chǎn)的FDSIDAX-206絕緣診斷分析儀。
7.如權(quán)利要求3所述的基于頻域介電譜的油紙絕緣電力設(shè)備絕緣老化狀態(tài)評估方法， 其特征在于對于每一特定的變壓器類型，所述每頻率對應(yīng)的穩(wěn)定值為恒定值，其可預(yù)先通過測量獲得并存儲。
全文摘要
一種基于頻域介電譜的油紙絕緣電力設(shè)備絕緣老化狀態(tài)評估方法，包括如下步驟將待測油紙絕緣電力設(shè)備與電力線路斷開連接，將頻域介電譜測試儀可靠接地，并將頻域介電譜測試儀與待測油紙絕緣電力設(shè)備進(jìn)行連接；測量獲得所述油紙絕緣層復(fù)電容的頻率特性曲線；對所述復(fù)電容的頻率特性曲線進(jìn)行解譜處理，獲得解譜后的復(fù)電容的頻率特性曲線，并獲得對應(yīng)的特征頻率fp；通過下述公式計算獲得當(dāng)前油浸紙板平均聚合度DP；根據(jù)所述獲得的DP值所處的范圍區(qū)間，獲得所述待測油紙絕緣電力設(shè)備的老化狀況。本發(fā)明的實施例不用吊芯、不破壞絕緣材料，不用取樣，就可以準(zhǔn)確評估絕緣紙平均聚合度DP值，判斷油紙絕緣老化狀態(tài)。
文檔編號G01R31/12GK103018639SQ20121047509
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月21日
發(fā)明者田杰, 呂啟深, 張冠軍, 湯明杰, 雷敏, 白帆 申請人:深圳供電局有限公司