專利名稱：一種減緩油紙絕緣變壓器固體絕緣老化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種減緩油紙絕緣變壓器固體絕緣老化的方法，用于減緩變壓器固體絕緣老化，屬于電力變壓器絕緣技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
根據(jù)國(guó)內(nèi)外各種研究及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，油浸變壓器中絕緣故障是造成變壓器損壞的重要原因。油浸變壓器中絕緣系統(tǒng)一般采用油紙絕緣。油紙絕緣變壓器的使用壽命基本上決定于絕緣系統(tǒng)，其絕緣系統(tǒng)由變壓器油和絕緣紙構(gòu)成。其中絕緣油即使使用了 30年時(shí)間，絕緣擊穿性能的下降也只有10%左右。而且在變壓器的運(yùn)行過程中，檢修人員還可以通過凈化或者換油的方式來改善油的絕緣性能。因此，運(yùn)行 中的油浸式電力變壓器的使用壽命主要取決于固體絕緣，尤其是絕緣紙。構(gòu)成絕緣紙的主要成分為纖維素，纖維素是由葡萄糖基組成的聚合度很高的鏈狀高聚合碳?xì)浠衔?。絕緣紙的老化實(shí)際上是纖維素分子鏈不斷斷裂，鏈長(zhǎng)不斷變小的過程。國(guó)內(nèi)外對(duì)纖維素老化有著幾十年的研究，基本確認(rèn)運(yùn)行的變壓器中，水、溫度、酸、氧氣、高電場(chǎng)等因素對(duì)纖維素老化有著重要的影響，通常認(rèn)為水分的存在和高溫對(duì)纖維素老化的加速作用最為明顯?；谧儔浩鞴腆w絕緣老化的考慮，溫度是影響變壓器絕緣老化的重要因素。在較高的溫度環(huán)境里，纖維素?zé)峤饬训乃俣茸裱瑼rrhenius化學(xué)反應(yīng)定律h乙=h J + 5/7。在大約80 - 140度的溫度范圍內(nèi)，溫度每增加6度，變壓器固體絕緣(纖維素)的老化速率將增加一倍，因此我們必須對(duì)運(yùn)行中變壓器內(nèi)部的溫度給予關(guān)注。特別是 變壓器內(nèi)部溫度最高的地方往往對(duì)應(yīng)著固體絕緣老化最嚴(yán)重的位置。出現(xiàn)在變壓器繞組某個(gè)部位的變壓器內(nèi)的最高溫度叫做“熱點(diǎn)溫度”。熱點(diǎn)溫度被假設(shè)為代表變壓器負(fù)載的熱極限值。變壓器內(nèi)部最熱點(diǎn)位置一般處在靠近繞組上端的部位。這是因?yàn)檫@個(gè)地方作為繞組冷卻介質(zhì)的變壓器油溫度基本上是最高，而且渦流損耗往往比較集中，并可能還要特殊加強(qiáng)電氣絕緣，從而減弱了散熱效果。水分對(duì)纖維素老化而言是一個(gè)重要因素，表現(xiàn)為正反饋式的老化反應(yīng)，絕緣紙含水量與老化速度基本上成正比。另外，已被證明油紙絕緣變壓器中隨著溫度的變化，水分會(huì)在油紙間動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移，以期達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。溫度增加，變壓器油對(duì)水分的溶解度增加，水分從固體絕緣中脫離，進(jìn)入變壓器油中，絕緣紙中水分減少；溫度降低，變壓器油中水分的溶解度降低，水分從變壓器油中向絕緣紙中移動(dòng)，絕緣紙含水率增加。這種水分在油紙間的往復(fù)運(yùn)動(dòng)伴隨著變壓器運(yùn)行重溫度的變化持續(xù)發(fā)生，并對(duì)構(gòu)成纖維素重聯(lián)系各葡萄糖基的化學(xué)鍵的穩(wěn)定性造成破壞，從而可以加速纖維素，也就是變壓器固體絕緣的老化。現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示運(yùn)行中的變壓器溫度較低且水分含量極低，因此溫度和水分對(duì)變壓器固體絕緣老化的加速作用不明顯。而變壓器運(yùn)行溫度卻隨著環(huán)境溫度、負(fù)荷情況以及冷卻系統(tǒng)工作情況的不同而不斷變化，造成水分在油紙之間持續(xù)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)變壓器固體絕緣的老化加速作用則相對(duì)明顯。變壓器內(nèi)部最熱點(diǎn)位置一般處在靠近繞組上端的部位。因構(gòu)成變壓器繞組的材料(銅或鋁)的時(shí)間常數(shù)較變壓器油的時(shí)間常數(shù)而言很小，因此變壓器繞組熱點(diǎn)溫度變化較變壓器油溫度變化更加頻繁和劇烈。由于固體絕緣材料一般緊鄰繞組，因此繞組熱點(diǎn)溫度的變化對(duì)變壓器固體絕緣老化的影響最為直接和明顯。變壓器運(yùn)行溫度由發(fā)熱和散熱情況共同決定。變壓器內(nèi)部發(fā)熱主要由各種損耗引起，而散熱主要由變壓器殼體表面、散熱片、風(fēng)扇等元件通過對(duì)流、輻射等方式完成，相關(guān)的散熱元件可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。以自然風(fēng)冷變壓器(以下簡(jiǎn)稱風(fēng)冷變壓器)為例，其散熱元件主要為散熱片以及相應(yīng)的風(fēng)扇，兩者配合實(shí)現(xiàn)散熱功能。風(fēng)冷變壓器一般設(shè)置風(fēng)冷控制系統(tǒng)，通過投入或退出不同的風(fēng)扇數(shù)量控制散熱的容量。其控制原則相對(duì)簡(jiǎn)單，比如國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)布的《110 (66) kV 500kV油浸式變壓器(電抗器)運(yùn)行規(guī)范》中規(guī)定油浸風(fēng)冷變壓器的控制箱必須滿足當(dāng)上層油溫達(dá)到55°C時(shí)或運(yùn)行電流達(dá)到規(guī)定值時(shí)，自動(dòng)投入風(fēng)扇；當(dāng)油溫降低至45°C，且運(yùn)行電流降到規(guī)定值時(shí)，風(fēng)扇退出運(yùn)行。這些控制原則相對(duì)粗糙和簡(jiǎn)單，也僅僅考慮了變壓器運(yùn)行中變壓器油溫度對(duì)變壓器固體絕緣老化的影響，而對(duì)變壓器繞組熱點(diǎn)溫度缺乏監(jiān)視和反映，從而無法控制水分在油紙間動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)而造成的變壓器固體絕緣老化加速
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種減緩油紙絕緣變壓器固體絕緣老化的方法，通過對(duì)變壓器散熱系統(tǒng)的控制，追求變壓器繞組熱點(diǎn)溫度的近似恒定，以減少水分在變壓器油紙絕緣間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而延緩運(yùn)行中電力變壓器的固體絕緣老化，解決背景技術(shù)存在的上述問題。本發(fā)明目的是通過下面的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種減緩油紙絕緣變壓器固體絕緣老化的方法，包含如下步驟①設(shè)定變壓器繞組熱
點(diǎn)溫度恒定值的控制目標(biāo)值T土AT ;②測(cè)量變壓器運(yùn)行中繞組熱點(diǎn)溫度$ ;③根據(jù)測(cè)量得
到的變壓器繞組熱點(diǎn)溫度4，計(jì)算繞組熱點(diǎn)溫度變化率D & /Dt，確定繞組熱點(diǎn)溫度的變
化趨勢(shì)；④根據(jù)測(cè)量得到的變壓器繞組熱點(diǎn)溫度&與預(yù)先設(shè)定的變壓器繞組熱點(diǎn)溫度恒
定值的控制目標(biāo)值T土 A T進(jìn)行比較，結(jié)合計(jì)算得到變壓器繞組熱點(diǎn)溫度變化率D & /Dt，確定冷卻控制系統(tǒng)投入或推出冷卻用風(fēng)扇。所說的設(shè)定變壓器繞組熱點(diǎn)溫度恒定值的控制目標(biāo)值T土 A T :根據(jù)在背景技術(shù)部分的分析，變壓器繞組熱點(diǎn)溫度的變化會(huì)造成水分在油紙間動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)，從而加速變壓器固體絕緣的老化。因此為減緩這一原因造成變壓器固體絕緣老化加速，將變壓器繞組熱點(diǎn)溫度盡量控制在一個(gè)相對(duì)恒定溫度T，為防止由于測(cè)量過程中存在的各種誤差以及溫度的短時(shí)、輕微波動(dòng)的影響出現(xiàn)頻繁調(diào)節(jié)的弊病，設(shè)置恒定溫度T的允許偏差值A(chǔ)T，這樣變壓器繞組熱點(diǎn)溫度恒定溫度控制目標(biāo)值最終為T± AT這一溫度范圍；通過控制變壓器的冷卻系統(tǒng)力爭(zhēng)將變壓器繞組熱點(diǎn)溫度控制在T 一 AT彡繞組熱點(diǎn)溫度彡T+ AT范圍內(nèi)。本發(fā)明中，T土 A T是一個(gè)整體數(shù)值，表示T土 A T的結(jié)果數(shù)值。所說的根據(jù)測(cè)量得到的變壓器繞組熱點(diǎn)溫度&與預(yù)先設(shè)定的變壓器繞組熱點(diǎn)溫度恒定值的控制目標(biāo)值T土 A T進(jìn)行比較，結(jié)合計(jì)算得到變壓器繞組熱點(diǎn)溫度變化率D %/Dt，確定冷卻控制系統(tǒng)投入或推出冷卻用風(fēng)扇，其判定原則如下I、若& -T彡AT且D ^ /Dt彡O，則冷卻控制系統(tǒng)動(dòng)作，投入一組風(fēng)扇；2、若名-T彡AT且D ^ /Dt〈0，則冷卻控制系統(tǒng)不動(dòng)作；3、若T-AT〈 $〈T+AT，則冷卻控制系統(tǒng)不動(dòng)作；4、若、-T彡-A T且D巧/Dt>0,則冷卻控制系統(tǒng)不動(dòng)作；5、若巧-T彡-A T且D巧/Dt ^ 0,則冷卻控制系統(tǒng)動(dòng)作，退出一組風(fēng)扇；6、若變壓器繞組熱點(diǎn)溫度&〈T-AT，且全部風(fēng)扇已經(jīng)退
出運(yùn)行，則維持變壓器自冷狀態(tài)；7、若變壓器繞組熱點(diǎn)溫度$ >T+AT，且全部風(fēng)扇已經(jīng)投
入運(yùn)行，則維持此狀態(tài)；8、變壓器由運(yùn)行轉(zhuǎn)為備用，或是因外部故障跳閘后，將全部風(fēng)扇退出。 變壓器由運(yùn)行轉(zhuǎn)為備用，或是因外部故障跳閘后，將全部風(fēng)扇退出。其目的是減緩溫度下降，防止因?yàn)闇囟认陆颠^快造成變壓器油中的水分析出形成游離水，破壞絕緣。因?yàn)楣收蠒r(shí)可能對(duì)應(yīng)著大電流引起的繞組溫度稿，因此這一原則可以自由選擇。
所說的測(cè)量變壓器運(yùn)行中繞組熱點(diǎn)溫度& :變壓器繞組熱點(diǎn)溫度的測(cè)量方法有三種，熱模擬法、預(yù)設(shè)傳感器法和間接計(jì)算法。本發(fā)明可以采用間接計(jì)算法。《油浸式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則》(GB/T 1094.7 —2008)給出的間接計(jì)算法，計(jì)算公式見式(I)至式(5)。(I)
權(quán)利要求
1.一種減緩油紙絕緣變壓器固體絕緣老化的方法，其特征在于包含如下步驟①設(shè)定變壓器繞組熱點(diǎn)溫度恒定值的控制目標(biāo)值T 土 AT;②測(cè)量變壓器運(yùn)行中繞組熱點(diǎn)溫度^ ;③根據(jù)測(cè)量得到的變壓器繞組熱點(diǎn)溫度&，計(jì)算繞組熱點(diǎn)溫度變化率D @ /Dt，確定繞組熱點(diǎn)溫度的變化趨勢(shì)；④根據(jù)測(cè)量得到的變壓器繞組熱點(diǎn)溫度&與預(yù)先設(shè)定的變壓器繞組熱點(diǎn)溫度恒定值的控制目標(biāo)值T土 △ T進(jìn)行比較，結(jié)合計(jì)算得到變壓器繞組熱點(diǎn)溫度變化率D ^ /Dt，確定冷卻控制系統(tǒng)投入或推出冷卻用風(fēng)扇。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述之一種減緩油紙絕緣變壓器固體絕緣老化的方法，其特征在于所說的設(shè)定變壓器繞組熱點(diǎn)溫度恒定值的控制目標(biāo)值T土 AT:將變壓器繞組熱點(diǎn)溫度盡量控制在一個(gè)相對(duì)恒定溫度T，為防止由于測(cè)量過程中存在的各種誤差以及溫度的短時(shí)、輕微波動(dòng)的影響出現(xiàn)頻繁調(diào)節(jié)的弊病，設(shè)置恒定溫度T的允許偏差值A(chǔ)T，這樣變壓器繞組熱點(diǎn)溫度恒定溫度控制目標(biāo)值最終為T土AT這一溫度范圍；通過控制變壓器的冷卻系統(tǒng)力爭(zhēng)將變壓器繞組熱點(diǎn)溫度控制在T 一 AT彡繞組熱點(diǎn)溫度彡T+ AT范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2述之一種減緩油紙絕緣變壓器固體絕緣老化的方法，其特征在于所說的根據(jù)測(cè)量得到的變壓器繞組熱點(diǎn)溫度&與預(yù)先設(shè)定的變壓器繞組熱點(diǎn)溫度恒定值的控制目標(biāo)值T土 AT進(jìn)行比較，結(jié)合計(jì)算得到變壓器繞組熱點(diǎn)溫度變化率D & /Dt，確定冷卻控制系統(tǒng)投入或推出冷卻用風(fēng)扇，其判定原則如下I、若&-1'彡八1'且1)61*/Dt彡O，則冷卻控制系統(tǒng)動(dòng)作，投入一組風(fēng)扇；2、若巧-T彡八了且!)各/Dt〈0，則冷卻控制系統(tǒng)不動(dòng)作；3、若T-AT <巧〈T+AT，則冷卻控制系統(tǒng)不動(dòng)作；4、若巧-T彡-AT且D ^ /Dt>0，則冷卻控制系統(tǒng)不動(dòng)作；5、若名-T ^ - A T J. D ^ /Dt < O，則冷卻控制系統(tǒng)動(dòng)作，退出一組風(fēng)扇；6、若變壓器繞組熱點(diǎn)溫度@〈T-AT，且全部風(fēng)扇已經(jīng)退出運(yùn)行，則維持變壓器自冷狀態(tài)；7、若變壓器繞組熱點(diǎn)溫度& >T+AT，且全部風(fēng)扇已經(jīng)投入運(yùn)行，則維持此狀態(tài)；8、變壓器由運(yùn)行轉(zhuǎn)為備用，或是因外部故障跳閘后，將全部風(fēng)扇退出。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述之一種減緩油紙絕緣變壓器固體絕緣老化的方法，其特征在于所說的測(cè)量變壓器運(yùn)行中繞組熱點(diǎn)溫度A采用間接計(jì)算法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種減緩油紙絕緣變壓器固體絕緣老化的方法，用于減緩變壓器固體絕緣老化，屬于電力變壓器絕緣技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)方案是①設(shè)定變壓器繞組熱點(diǎn)溫度恒定值的控制目標(biāo)值T+ΔT；②測(cè)量變壓器運(yùn)行中繞組熱點(diǎn)溫度；③根據(jù)測(cè)量得到的變壓器繞組熱點(diǎn)溫度，計(jì)算繞組熱點(diǎn)溫度變化率D/Dt；④根據(jù)測(cè)量得到的變壓器繞組熱點(diǎn)溫度與預(yù)先設(shè)定的變壓器繞組熱點(diǎn)溫度恒定值的控制目標(biāo)值T+ΔT進(jìn)行比較，結(jié)合計(jì)算得到變壓器繞組熱點(diǎn)溫度變化率D/Dt，確定冷卻控制系統(tǒng)投入或推出冷卻用風(fēng)扇。本發(fā)明通過對(duì)變壓器散熱系統(tǒng)的控制，追求變壓器繞組熱點(diǎn)溫度的近似恒定，以減少水分在變壓器油紙絕緣間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可以有效地延緩變壓器固體絕緣的老化速度。
文檔編號(hào)H01F27/32GK102722193SQ201210209748
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者甘景福 申請(qǐng)人:甘景福