本發(fā)明涉及電氣技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于差分電荷分析變壓器絕緣紙電導(dǎo)特性的方法。

背景技術(shù)：

電力變壓器對(duì)電網(wǎng)的正常運(yùn)行十分重要，在運(yùn)行中，由于受到電氣、熱和環(huán)境應(yīng)力的作用，其油紙絕緣系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生變化，變壓器的絕緣老化狀態(tài)診斷是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。大型電力變壓器普遍采用油紙絕緣結(jié)構(gòu)，而固體絕緣具有不可恢復(fù)的老化特性，其性能狀態(tài)對(duì)變壓器的運(yùn)行壽命及維護(hù)策略有著決定性的影響。變壓器在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，絕緣紙受到了電、熱、化學(xué)和機(jī)械等多種外部應(yīng)力的作用，在這些應(yīng)力作用下，導(dǎo)致自身的絕緣性能和機(jī)械強(qiáng)度逐漸下降，進(jìn)而可能造成變壓器的故障。變壓器的壽命主要取決于油紙絕緣系統(tǒng)的老化狀態(tài)，當(dāng)絕緣紙的壽命接近其終點(diǎn)時(shí)，會(huì)對(duì)變壓器的正常運(yùn)行產(chǎn)生很大的影響。

由于固體絕緣材料絕緣性能的衰退所帶來(lái)的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于絕緣油的影響，且由于固體絕緣材料本身的特性，很難通過(guò)脫氣過(guò)濾等方法來(lái)恢復(fù)固體絕緣材料的絕緣性能，固體絕緣材料的電導(dǎo)特性由于在一定程度上可以反映絕緣介質(zhì)的絕緣狀態(tài)，所以目前變壓器固體絕緣介質(zhì)的電導(dǎo)特性受到了廣泛的關(guān)注。傳統(tǒng)的絕緣狀態(tài)評(píng)估方法需要對(duì)變壓器進(jìn)行吊罩取樣，會(huì)對(duì)絕緣紙?jiān)谝欢ǔ潭壬显斐蓳p壞。最近幾十年國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了一些新的診斷方法,這些方法均是以介電響應(yīng)為基礎(chǔ)的。差分電荷法是一種基于介電響應(yīng)理論現(xiàn)場(chǎng)診斷電力變壓器的非破壞性檢測(cè)方法，它能夠表征介質(zhì)的絕緣狀況及老化狀態(tài)，且能大大縮短測(cè)量時(shí)間受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于差分電荷分析變壓器絕緣紙電導(dǎo)特性的方法，不僅可以減少現(xiàn)場(chǎng)噪音干擾，還可以縮短測(cè)量時(shí)間，具有很好的推廣價(jià)值。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種基于差分電荷分析變壓器絕緣紙電導(dǎo)特性的方法，包括以下步驟：

步驟1)：采用6517b型靜電計(jì)分別測(cè)量出老化7天、21天、35天、49天樣品的極化/去極化電流；

步驟2)：根據(jù)電導(dǎo)電荷量與極化/去極化電流之間的關(guān)系式，求出電導(dǎo)電荷的斜率；其次根據(jù)絕緣紙電導(dǎo)率與介質(zhì)響應(yīng)函數(shù)之間的關(guān)系，求出變壓器絕緣紙電導(dǎo)率與電導(dǎo)電荷斜率之間的表達(dá)式；

步驟3)：對(duì)采用電導(dǎo)電流法和采用電荷差分法，求得整體的電導(dǎo)率與idax-300絕緣診斷分析儀測(cè)得的整體的電導(dǎo)率進(jìn)行對(duì)比，比較分析電荷差分法的計(jì)算精度；

步驟4)：采用差分電荷法求取絕緣紙的電導(dǎo)率；

步驟5)：利用最小二乘法對(duì)電荷差分法求得的電導(dǎo)率進(jìn)行擬合，擬合得出電導(dǎo)率與老化天數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。

所述極化/去極化電流、采用電導(dǎo)電流法求油紙系統(tǒng)的電導(dǎo)率、以及采用差分電荷法求油紙系統(tǒng)的電導(dǎo)率，通過(guò)以下公式進(jìn)行計(jì)算：

其中，c0為幾何電容；εr為相對(duì)介電常數(shù)；σr為油紙絕緣系統(tǒng)的電導(dǎo)率；f(t)為時(shí)域響應(yīng)函數(shù)；idc＝ipol-idep；k為差分電荷的斜率。

所述電導(dǎo)電流與變壓器油紙絕緣整體的電導(dǎo)率、以及差分電荷斜率與油紙絕緣系統(tǒng)的電導(dǎo)率通過(guò)以下公式來(lái)計(jì)算：

其中，c0為幾何電容；ε0為真空介電常數(shù)；k為差分電荷的斜率。

所述采用差分電荷法求取絕緣紙的電導(dǎo)率可以通過(guò)以下公式來(lái)計(jì)算：

其中，c0為幾何電容；ε0為真空介電常數(shù)；k為差分電荷的斜率；x＝0.35。

所述通過(guò)差分電荷法分析變壓器絕緣紙的電導(dǎo)特性按以下步驟進(jìn)行：

步驟一：計(jì)算出不用老化時(shí)間下絕緣紙的電導(dǎo)率；

步驟二：擬合電導(dǎo)率與老化時(shí)間的函數(shù)關(guān)系：δ＝a*exp*(b*t)；

步驟三：根據(jù)電導(dǎo)率與老化時(shí)間之間的關(guān)系判斷絕緣紙的老化情況；

其中，δ表示絕緣紙的電導(dǎo)率，a表示擬合曲線所得常數(shù)，b表示擬合曲線所得常數(shù)，t表示老化天數(shù)。

本發(fā)明是一種基于差分電荷分析變壓器絕緣紙電導(dǎo)特性的方法，技術(shù)效果如下：

1)、本發(fā)明通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量得出了隨著老化天數(shù)的增加，紙板中的差分電荷也逐漸增加，同時(shí)差分電荷的斜率也隨老化天數(shù)的增加而遞增。這一重要結(jié)論為分析不同老化狀態(tài)下，油紙絕緣系統(tǒng)中的電荷變化特征提供了依據(jù)。

2)、本發(fā)明所提出的差分電荷法相比其它方法而言具有受噪音干擾小，節(jié)省測(cè)量時(shí)間、計(jì)算精度高的特點(diǎn)。除此之外，差分電荷法不需要對(duì)變壓器絕緣紙進(jìn)行吊罩取樣、不破壞其內(nèi)部結(jié)構(gòu)就能對(duì)其電導(dǎo)特性進(jìn)行分析。

3)、本發(fā)明定量的給出了絕緣紙電導(dǎo)率與老化時(shí)間之間的函數(shù)關(guān)系。由于固體絕緣材料絕緣性能的衰退所帶來(lái)的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于絕緣油的影響，且由于固體絕緣材料本身的特性，很難通過(guò)脫氣過(guò)濾等方法來(lái)恢復(fù)固體絕緣材料的絕緣性能。本發(fā)明所給出的絕緣紙電導(dǎo)率與老化時(shí)間之間的函數(shù)關(guān)系為絕緣紙的老化絕緣狀態(tài)提供了判斷依據(jù)，為變壓器固體絕緣的維護(hù)、正常運(yùn)行提供了新的思路。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的流程示意圖。

圖2為極化/去極化電流測(cè)試連接圖。

圖3為不同老化天數(shù)下的極化/去極化電流曲線圖。

圖4為不同老化天數(shù)下電導(dǎo)電流圖。

圖5為不同老化天數(shù)下的電荷斜率圖。

圖6為電導(dǎo)率與老化天數(shù)的擬合曲線圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述；應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說(shuō)明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于差分電荷分析變壓器絕緣紙電導(dǎo)特性的方法流程圖，如圖所示：本發(fā)明提供的一種基于差分電荷分析變壓器絕緣紙電導(dǎo)特性的方法，包括以下步驟：

步驟(1)：采用6517b型靜電計(jì)分別測(cè)量出老化7天、21天、35天、49天樣品的極化/去極化電流。

步驟(2)：根據(jù)電導(dǎo)電荷量與極化/去極化電流之間的關(guān)系式，求出電導(dǎo)電荷的斜率；其次根據(jù)絕緣紙電導(dǎo)率與介質(zhì)響應(yīng)函數(shù)之間的關(guān)系，求出變壓器絕緣紙電導(dǎo)率與電導(dǎo)電荷斜率之間的表達(dá)式。

步驟(3)：分別對(duì)采用電導(dǎo)電流法求得變壓器油紙絕緣整體的電導(dǎo)率和采用電荷差分法求得的電導(dǎo)率與idax-300絕緣診斷分析儀測(cè)得的整體的電導(dǎo)率進(jìn)行對(duì)比，比較分析電荷差分法的測(cè)量精度。

步驟(4)：利用電荷差分法求得絕緣紙的電導(dǎo)率。本實(shí)施例中的絕緣紙電導(dǎo)率與絕緣紙老化天數(shù)遵循指數(shù)函數(shù)關(guān)系，絕緣紙老化越嚴(yán)重，絕緣紙電導(dǎo)率越大，隨絕緣紙老化程度的增加，絕緣紙電導(dǎo)率呈指數(shù)規(guī)律增大。

步驟(5)：利用最小二乘法對(duì)電荷差分法求得的電導(dǎo)率進(jìn)行擬合，擬合得出電導(dǎo)率與老化天數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。

所述極化/去極化電流、采用電導(dǎo)電流法求油紙系統(tǒng)的電導(dǎo)率；以及采用差分電荷法求油紙系統(tǒng)的電導(dǎo)率以及絕緣紙的電導(dǎo)率通過(guò)以下公式進(jìn)行計(jì)算：

（4）

其中，c0為幾何電容；εr為相對(duì)介電常數(shù)；σr為油紙絕緣系統(tǒng)的電導(dǎo)率；f(t)為時(shí)域響應(yīng)函數(shù)；idc＝ipol-idep；k為差分電荷的斜率；x＝0.35；δq是δt時(shí)間內(nèi)所對(duì)應(yīng)的電荷差。

所述電導(dǎo)電流與變壓器油紙絕緣整體的電導(dǎo)率以及差分電荷斜率與油紙絕緣系統(tǒng)的電導(dǎo)率通過(guò)以下公式來(lái)計(jì)算：

其中，c0為幾何電容；ε0為真空介電常數(shù)；k為差分電荷的斜率。

所述通過(guò)基于差分電荷分析變壓器絕緣紙電導(dǎo)特性的方法按以下步驟來(lái)進(jìn)行：

步驟一：采用差分電荷法計(jì)算出不同老化時(shí)間下絕緣紙的電導(dǎo)率；

步驟二：擬合電導(dǎo)率與老化時(shí)間的函數(shù)關(guān)系：δ＝a*exp*(b*t)；

步驟三：根據(jù)電導(dǎo)率與老化時(shí)間之間的關(guān)系判斷絕緣紙的老化情況；

其中，δ表示絕緣紙的電導(dǎo)率，a表示擬合曲線所得常數(shù)，b表示擬合曲線所得常數(shù)，t表示老化天數(shù)。

圖2為本發(fā)明實(shí)施提供的極化/去極化電流的測(cè)試電路，在0～tc時(shí)間內(nèi)，連接s1，此時(shí)測(cè)得的電流為極化電流，tc時(shí)，撤去外施電壓，斷開(kāi)s1，連接s2，此時(shí)測(cè)得的電流為去極化電流。

圖3為本發(fā)明對(duì)所實(shí)施的樣品所測(cè)得的極化/去極化電流。

由圖3可見(jiàn)：當(dāng)老化天數(shù)增加時(shí)，絕緣紙板的纖維素分子在老化時(shí)將發(fā)生斷裂，聚合度減小，分子間變得松散，還會(huì)伴隨有水分、有機(jī)酸等強(qiáng)極性老化副產(chǎn)物的生成，因此導(dǎo)致極化去極化電流值也會(huì)隨著老化天數(shù)的增加而增大。同時(shí)，由于絕緣紙板的老化降解，紙板的結(jié)構(gòu)的變化將會(huì)引起更多的界面極化，進(jìn)而增大了極化去極化電流。

圖4為本發(fā)明對(duì)所實(shí)施樣品測(cè)得的電導(dǎo)電流。由圖4可見(jiàn)：在同一溫度下老化時(shí)間不同時(shí)，隨著老化時(shí)間的增加，電導(dǎo)電流呈遞增趨勢(shì)，這是因?yàn)殡S著老化程度的加深，油紙絕緣系統(tǒng)因老化產(chǎn)生的水分和雜質(zhì)等使得油紙絕緣系統(tǒng)的絕緣性能逐漸變差，系統(tǒng)的導(dǎo)電性能因此也會(huì)增加。在測(cè)量后期，電導(dǎo)電流逐漸趨于平穩(wěn)，這是因?yàn)殡S著極化去極化時(shí)間測(cè)試時(shí)間的增加，系統(tǒng)的極化去極化過(guò)程逐漸趨于穩(wěn)定，而電導(dǎo)電流是極化電流與去極化電流之差，因此電導(dǎo)電流也逐漸趨向于穩(wěn)定。

圖5為本發(fā)明對(duì)所實(shí)施樣品測(cè)得的電荷量。由圖5可見(jiàn)，不同老化樣本的差分電荷具有較好的區(qū)分度，且噪聲的干擾較小，差分電荷隨著測(cè)量時(shí)間的增加呈遞增狀態(tài)，而且差分電荷的斜率隨老化天數(shù)的增加而增大。

圖6為電導(dǎo)率與老化天數(shù)的擬合曲線圖。由圖6可知，老化絕緣紙電導(dǎo)率與老化天數(shù)之間擬合效果非常好，絕緣紙電導(dǎo)率隨老化時(shí)間的增加呈指數(shù)函數(shù)增長(zhǎng)，電導(dǎo)率這一變化規(guī)律可用于評(píng)估絕緣紙的老化狀態(tài)。