一种基于频域介电谱的油纸绝缘电力设备绝缘老化状态评估方法

摘要

一种基于频域介电谱的油纸绝缘电力设备绝缘老化状态评估方法，包括如下步骤：将待测油纸绝缘电力设备与电力线路断开连接，将频域介电谱测试仪可靠接地，并将频域介电谱测试仪与待测油纸绝缘电力设备进行连接；测量获得所述油纸绝缘层复电容的频率特性曲线；对所述复电容的频率特性曲线进行解谱处理，获得解谱后的复电容的频率特性曲线，并获得对应的特征频率fp；通过下述公式计算获得当前油浸纸板平均聚合度DP；根据所述获得的DP值所处的范围区间，获得所述待测油纸绝缘电力设备的老化状况。本发明的实施例不用吊芯、不破坏绝缘材料，不用取样，就可以准确评估绝缘纸平均聚合度DP值，判断油纸绝缘老化状态。

权利要求

1.一种基于频域介电谱的油纸绝缘电力设备绝缘老化状态评估方法，其特征在于，包括如下步骤：将待测油纸绝缘电力设备与电力线路断开连接，将频域介电谱测试仪可靠接地，并将频域介电谱测试仪与待测油纸绝缘电力设备进行连接；

为所述频域介电谱测试仪进行参数设置，包括变频电压U0(f)的峰值U0max，最高测试频率fH和最低测试频率fL；

测量获得所述油纸绝缘层复电容的频率特性曲线，每一频率所对应的复电容包括电容实部C′和电容虚部C″；

对所述复电容的频率特性曲线进行解谱处理，获得解谱后的复电容的频率特性曲线，并获得对应的特征频率fp；

通过下述公式计算获得当前油浸纸板平均聚合度DP：

2 3 2 2

z＝(p1+p2lnx+p3lnx+p4lnx+p5y+p6y)/(1+p7lnx+p8lnx+p9y)其中，x＝lgDP，DP表示油浸纸板的聚合度；y表示油纸绝缘层的温度，单位为℃；z＝lgfp，fp为特征频率，单位为Hz；p1～p9为给定参数；

根据所述获得的DP值所处的范围区间，获得所述待测油纸绝缘电力设备的老化状况。

2.如权利要求1所述的基于频域介电谱的油纸绝缘电力设备绝缘老化状态评估方法，其特征在于：所述变频电压峰值U0max设定为200V，将充放电时间设定为相等，即fL设定为1kHz，fH设定为1mHz。

3.如权利要求2所述的基于频域介电谱的油纸绝缘电力设备绝缘老化状态评估方法，其特征在于，所述对所述复电容的频率特性曲线进行解谱处理，获得解谱后的复电容的频率特性曲线，并获得对应的特征频率fp的步骤为：将所述测量获得的复电容的频率特性曲线中每一频率所对应的复电容的电容实部C′减去所述频率对应的稳定值，电容虚部C″不变；获得解谱后的复电容的频率特性曲线；

将所述解谱后的复电容的频率特性曲线上电容实部与电容虚部相等处对应的频率作为所述特征频率fp。

4.如权利要求1至3任一项所述的基于频域介电谱的油纸绝缘电力设备绝缘老化状态评估方法，其特征在于，所述公式中：p1＝7.54×103，p2＝-2.35×104，p3＝2.47×104，p4＝-8.69×103，p5＝-5.3×100，-2 -2 1 0p6＝6.57×10 ，p7＝-1.04×10 ，p8＝8.74×10，p9＝1.5×10。

5.如权利要求4所述的基于频域介电谱的油纸绝缘电力设备绝缘老化状态评估方法，其特征在于，根据所述获得的DP值所处的范围区间，获得所述待测油纸绝缘电力设备的老化状况的步骤为：若所述DP值处于1200～1800区间时，判定所述待测油纸绝缘电力设备的整体绝缘处于寿命初期；

若所述DP值处于500～1200区间时，判定所述待测油纸绝缘电力设备的整体绝缘处于寿命早期；

若所述DP值处于250～500区间时，判定所述油纸绝缘电力设备的整体绝缘处于寿命中期；

若所述DP值处于150～250区间时，判定所述油纸绝缘电力设备的整体绝缘处于寿命末期；

所述DP值处于150以下时，判定所述油纸绝缘电力设备无绝缘能力。

6.如权利要求5所述的基于频域介电谱的油纸绝缘电力设备绝缘老化状态评估方法，其特征在于：所述频域介电谱测试仪为瑞典PAX公司生产的FDS IDAX-206绝缘诊断分析仪。

7.如权利要求3所述的基于频域介电谱的油纸绝缘电力设备绝缘老化状态评估方法，其特征在于：对于每一特定的变压器类型，所述每频率对应的稳定值为恒定值，其可预先通过测量获得并存储。

说明书

一种基于频域介电谱的油纸绝缘电力设备绝缘老化状态评

估方法

技术领域

[0001] 本发明属于油纸绝缘电力设备的绝缘状态诊断与寿命评估领域，涉及一种基于频域介电谱的油纸绝缘电力设备绝缘老化状态的评估方法。

背景技术

[0002] 油纸复合绝缘是一种重要和优良的绝缘组合方式，一直被成功用于大型变压器、套管、互感器、电容器、电缆等电力设备。在油纸绝缘电力设备行过程中，其油纸绝缘长期承受热、电、机械、化学等多种外部应力作用，导致自身绝缘和机械性能逐渐下降并可能造成故障。因此，准确诊断油纸绝缘系统的老化状态，对预测油纸绝缘电力设备的寿命至关重要，也是实现油纸绝缘电力设备状态维护的前提和基础。

[0003] 为了维护油纸绝缘设备的安全运行，长期以来电力系统通过定期进行常规预防性试验的方法对设备的运行状态进行检测(DL/T596-1996《电力设备预防性试验规程》)，该方法在几十年的应用过程中发挥了重要的作用。但近年来随着能源短缺、负荷增加以及维修费用减少等因素的影响，原有的预防性试验由于检修周期长、缺乏真实性，存在维修不足或超量现象，逐渐向状态维修体制转化，但在实际执行中，如何对设备的绝缘状况和剩余寿命进行很好的评估，仍存在不少问题。

[0004] 目前判断油纸绝缘电力设备绝缘老化的方法主要有：张应力测量、聚合度(DP)测量、溶解气体分析(DGA)检测法、糠醛判据等。其中，DGA检测法和糖醛判据等方法均存在不同的不足之处；而张应力测量、聚合度测量都需要停电采集纸样(例如，需要将变压器进行吊芯处理才能提取绝缘纸样)，操作程序复杂且可能破坏变压器绝，另外当绝缘纸样选取的区域不同会带来老化评估的误差，无法及时发现固体绝缘的老化趋势。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于频域介电谱的油纸绝缘电力设备绝缘老化状态评估方法，无需破坏变压器绝缘，即可以方便地获得油纸绝缘电力设备绝缘老化状态，且误差小。

[0006] 为了解决上述技术问题，本发明的实施例的一方面提供一种基于频域介电谱的油纸绝缘电力设备绝缘老化状态评估方法，包括如下步骤：

[0007] 将待测油纸绝缘电力设备与电力线路断开连接，将频域介电谱测试仪可靠接地，并将频域介电谱测试仪与待测油纸绝缘电力设备进行连接；

[0008] 为所述频域介电谱测试仪进行参数设置，包括变频电压U0(f)的峰值U0max，最高测试频率fH和最低测试频率fL；

[0009] 测量获得所述油纸绝缘层复电容的频率特性曲线，每一频率所对应的复电容包括电容实部C′和电容虚部C″；

[0010] 对所述复电容的频率特性曲线进行解谱处理，获得解谱后的复电容的频率特性曲线，并获得对应的特征频率fp；

[0011] 通过下述公式计算获得当前油浸纸板平均聚合度DP：

[0012] z＝(p1+p2lnx+p3ln2x+p4ln3x+p5y+p6y2)/(1+p7lnx+p8ln2x+p9y)[0013] 其中，x＝lgDP，DP表示油浸纸板的聚合度；y表示油纸绝缘层的温度，单位为℃；z＝lgfp，fp为特征频率，单位为Hz；p1-p9为给定参数；

[0014] 根据所述获得的DP值所处的范围区间，获得所述待测油纸绝缘电力设备的老化状况。

[0015] 其中，所述变频电压峰值U0max设定为200V，将充放电时间设定为相等，即fL设定为1kHz，fH设定为1mHz。

[0016] 其中，所述对所述复电容的频率特性曲线进行解谱处理，获得解谱后的复电容的频率特性曲线，并获得对应的特征频率fp的步骤为：

[0017] 将所述测量获得的复电容频率特性曲线中每一频率所对应的复电容的电容实部C′减去所述频率对应的稳定值，电容虚部C″不变；获得解谱后的复电容的频率特性曲线；

[0018] 将所述解谱后的复电容的频率特性曲线上电容实部与电容虚部相等处对应的频率作为所述特征频率fp。

[0019] 其中，所述公式中：

[0020] p1 ＝ 7.54×103，p2 ＝ -2.35×104，p3 ＝ 2.47×104，p4 ＝ -8.69×103，p5-2 -2 1 0＝-5.3×100，p6＝6.57×10 ，p7＝-1.04×10 ，p8＝8.74×10，p9＝1.5×10。

[0021] 其中，所述根据DP值所处的范围区间，获得所述待测油纸绝缘电力设备的老化状况的步骤为：

[0022] 若所述DP值处于1200～1800区间时，判定所述待测油纸绝缘电力设备的整体绝缘处于寿命初期；

[0023] 若所述DP值处于500～1200区间时，判定所述待测油纸绝缘电力设备的整体绝缘处于寿命早期；

[0024] 若所述DP值处于250～500区间时，判定所述油纸绝缘电力设备的整体绝缘处于寿命中期；

[0025] 若所述DP值处于150～250区间时，判定所述油纸绝缘电力设备的整体绝缘处于寿命末期；

[0026] 所述DP值处于150以下时，判定所述油纸绝缘电力设备的整体绝缘无绝缘能力。

[0027] 其中，所述频域介电谱测试仪为瑞典PAX公司生产的FDS IDAX-206绝缘诊断分析仪。

[0028] 其中，对于每一特定的变压器类型，所述每频率对应的稳定值为恒定值，其可预先通过测量获得并存储。

[0029] 实施本发明的实施例，具有如下有益效果：

[0030] 本发明基于频域介电谱的油纸绝缘电力设备绝缘老化状态评估方法，可以在不吊芯、不破坏绝缘材料，不用取样的前提下分析油纸绝缘老化状态，为准确评估油纸绝缘电力设备绝缘性能和预测剩余寿命提供可靠依据。

附图说明

[0031] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0032] 图1是本发明中采用频域介电谱测试原理图；

[0033] 图2是本发明油纸绝缘电力设备绝缘老化状态评估方法的一个实施例中的流程图；

[0034] 图3是本发明一个实施例中的测试油纸绝缘变压器的试验接线图；

[0035] 图4是本发明一个实施例中测试得到的油纸绝缘变压器的复电容频率特性曲线图；

[0036] 图5是对图4中的复电容频率曲式线图进行解谱后的油纸绝缘变压器的复电容曲线频率图。

具体实施方式

[0037] 下面参考附图对本发明的优选实施例进行描述。

[0038] 本发明提供一种下面结合附图对本发明做进一步说明。

[0039] 如图1所示，是本发明采用的频域介电谱测试原理图。其具体操作为：给被测试绝缘层施加变频电压激励，同时测量电流，然后根据不同频率下的电压和电流计算得到对应频率下的复电容。当电场作用在电介质上时，可观察到两种介电响应现象：电导和极化。电导是由于载流子即电子和离子的不断移动而形成的，而极化是由于电介质内部沿电场方向出现宏观偶极矩而形成。介质的极化过程相当复杂，它与介质的老化、劣化和受潮等状态密不可分。极化去极化电流法通过测量绝缘介质的去极化电流，并进行分析处理以判断油纸绝缘系统的绝缘状况。

[0040] 如图2所示，是本发明一种基于频域介电谱的油纸绝缘电力设备绝缘老化状态评估方法的流程图。从中可以看出，本发明的方法包括如下步骤：

[0041] 步骤S20，将待测油纸绝缘电力设备与电力线路断开连接，将频域介电谱测试仪可靠接地，并将频域介电谱与待测油纸绝缘电力设备的油纸绝缘层连接；

[0042] 步骤S21，为所述频域介电谱测试仪进行参数设置，包括变频电压U0(f)的峰值U0max，最高测试频率fH和最低测试频率fL；其中，在一些实施例中，所述变频电压峰值U0max设定为200V，将充放电时间设定为相等，即fL设定为1kHz，fH设定为1mHz。

[0043] 步骤S22，测量获得所述油纸绝缘层的复电容的频率特性曲线，每一频率所对应的复电容包括电容实部C′和电容虚部C″；

[0044] 步骤S23，对所述复电容的频率特性曲线进行解谱处理，获得解谱后的复电容的频率特性曲线，并获得对应的特征频率fp；具体地，在一个实施例中，是将所述测量获得的复电容的频率特性曲线中每一频率所对应的复电容的电容实部C′减去所述频率对应的稳定值，电容虚部C″不变；获得解谱后的复电容的频率特性曲线；将所述解谱后的复电容的频率特性曲线上电容实部与电容虚部相等处对应的频率作为所述特征频率fp。

[0045] 需要进行解谱处理是基于如下的原因：

[0046] 因为，根据普适弛豫理论，电介质的介电弛豫主要分为偶极子主导(Dipolar System,DS)的极化和载流子主导(Charge Carrier System,CCS)的极化。对于变压器油纸绝缘而言，一般现场试验可以测量到的极化主要涉及纤维素、水分等极性物质的偶极子主导的极化(DS极化)以及夹层介质的载流子主导的界面极化(CCS极化)。其中，DS极化难以测量到其特征频率，但是却会对评估绝缘老化状态有重要作用的夹层介质界面极化(CCS极化)产生影响，因此需要将测到的界面极化(CCS极化)的频率特性曲线从受到偶极子极化(DS极化)影响的初始的测量状态中分离出来，尤其是其特征频率附近的频段，该过程即为前述解谱处理过程。

[0047] 经研究发现，对于一确定的变压器类型的油纸绝缘层，测量得到油纸间CCS极化的频率特性曲线中每一频率所对应的C′受到的DS极化的C′的影响为一个稳定值。所述稳定值为恒定值，其可以预先根据多次实验测量得出并存储。

[0048] 由于，对于一确定的变压器类型，油纸间CCS极化的C′受到的DS极化的C′的影响为一个稳定值，通过将实测得到的CCS极化的频率特征曲线中的各C′值减去其对应的稳定值，就可以将油纸绝缘的油纸CCS极化从DS极化影响中分离出来，得到解谱后的频率特性曲线；同时得到特征频率fp。

[0049] 步骤S24，通过下述公式计算获得当前油浸纸板平均聚合度DP：

[0050] z＝(p1+p2lnx+p3ln2x+p4ln3x+p5y+p6y2)/(1+p7lnx+p8ln2x+p9y)[0051] 其中，x＝lgDP，DP表示油浸纸板的聚合度；y表示油纸绝缘层的温度，单位为℃；z＝lgfp，fp为特征频率，单位为Hz；p1-p9为给定参数；

[0052] 其中，所述公式中：

[0053] p1 ＝ 7.54×103，p2 ＝ -2.35×104，p3 ＝ 2.47×104，p4 ＝ -8.69×103，p5-2 -2 1 0＝-5.3×100，p6＝6.57×10 ，p7＝-1.04×10 ，p8＝8.74×10，p9＝1.5×10。

[0054] 步骤S25，根据所述获得的DP值所处的范围区间，获得所述待测油纸绝缘电力设备的老化状况。具体地为：

[0055] 若所述DP值处于1200～1800区间时，判定所述待测油纸绝缘电力设备的整体绝缘处于寿命初期；

[0056] 若所述DP值处于500～1200区间时，判定所述待测油纸绝缘电力设备的整体绝缘处于寿命早期；

[0057] 若所述DP值处于250～500区间时，判定所述油纸绝缘电力设备的整体绝缘处于寿命中期；

[0058] 若所述DP值处于150～250区间时，判定所述油纸绝缘电力设备的整体绝缘处于寿命末期；

[0059] 所述DP值处于150以下时，判定所述油纸绝缘电力设备的整体绝缘无绝缘能力。

[0060] 其中，在一个实施例中，所述频域介电谱测试仪为瑞典PAX公司生产的FDS IDAX-206绝缘诊断分析仪。

[0061] 如图3所示，是本发明的一个实施例中测试变压器高压绕组对低压绕组的频域介电谱试验接线图。

[0062] 对于套管接线已分离的情况，将每相变压器的高中压短接，然后将仪器的第一测试钳(OUTPUT)夹在高中压套管出线端，第二测试钳(CH1)则夹在低压套管出线端；

[0063] 对于套管接线未分离的，则将高中压和地短接，然后将仪器的第一测试钳和第二测试钳(CH2)分别夹在低压套管和地线上。

[0064] 例如，以一实际的例子进行说明。

[0065] 某正在运行的110kV主变压器T1，其相关设计参数及FDS试验条件如表1所示。

[0066] 表1 T1主变相关参数

[0067]

[0068] 对其采用如图2的测试过程，获得油纸绝缘变压器的复电容频率特征曲线图如图4所示。

[0069] 从附图4上，每一频率所对应的复电容包括电容实部C′(实线所示)和电容虚部C″(虚线所示)；

[0070] 然后对图4的复电容的频率特性曲线进行解谱处理，具体地将图4中测量获得的复电容的频率特性曲线中每一频率所对应的复电容的电容实部C′减去所述频率对应的稳定值(所述稳定值被预先存储)，电容虚部C″不变；获得解谱后的复电容的频率特性曲线。

[0071] 解谱后的复电容的频率特性曲线如图5所示，将所述解谱后的复电容的频率特性曲线上电容实部与电容虚部相等处对应的频率作为所述特征频率fp，即图5中电容实部C’(实线所示)和电容虚部C”(虚线所示)交点处所对应的频率，此处的fp为0.095Hz。将该特征频率fp值代入下述公式中，

[0072] z＝(p1+p2lnx+p3ln2x+p4ln3x+p5y+p6y2)/(1+p7lnx+p8ln2x+p9y)[0073] 其中，x＝lgDP，DP表示油浸纸板的聚合度；y表示油纸绝缘层的温度，单位为℃；z＝lgfp，fp为特征频率，单位为Hz；p1-p9为给定参数；

[0074] 其中，所述公式中：

[0075] p1 ＝ 7.54×103，p2 ＝ -2.35×104，p3 ＝ 2.47×104，p4 ＝ -8.69×103，p5＝-5.3×100，p6＝6.57×10-2，p7＝-1.04×10-2，p8＝8.74×101，p9＝1.5×100。

[0076] 计算得到的固体绝缘聚合度DP＝164。

[0077] 该DP值处于150～250区间时，判定所述油纸绝缘电力设备的整体绝缘处于寿命末期；这和T1主变压器35年的运行寿命一致，而实际上该主变压器也由于“年龄过大”在本次FDS试验后的不久时间内退役。

[0078] 实施本发明的实施例，具有如下有益效果：

[0079] 本发明基于频域介电谱的油纸绝缘电力设备绝缘老化状态评估方法，可以在不吊芯、不破坏绝缘材料，不用取样的前提下分析油纸绝缘老化状态，为准确评估油纸绝缘电力设备绝缘性能和预测剩余寿命提供可靠依据。

[0080] 以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。