油纸绝缘热老化状态简易评估方法

摘要

本发明公开了一种油纸绝缘热老化状态简易评估方法，包括如下步骤：包括如下步骤：1)测量绝缘纸的傅里叶红外光谱；2)测量绝缘纸的表面电位衰减特性；3)根据步骤1、2)的测量结果，评估油纸绝缘热老化状态。本发明的油纸绝缘热老化状态简易评估方法，通过对油纸绝缘热老化后的绝缘纸化学成分和电位衰减性能进行测试，从老化过程中绝缘纸的化学键断裂和形成及其电荷积聚特性进行分析，侧面反应油纸绝缘系统的老化状态。本发明适用于大型电力变压器中油纸绝缘热老化状态的粗略评估，其测试方法和装置实现简单，具有很好的实用性。

权利要求

1.油纸绝缘热老化状态简易评估方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)测量绝缘纸的傅里叶红外光谱，以得到O-H键吸收峰强度、C-H键吸收峰强度或C-O键吸收峰强度随老化时间变化的规律；

2)测量绝缘纸的表面电位衰减特性，以得到绝缘纸的电荷衰减速率随着老化时间的变化规律；

3)根据步骤1和2的测量结果进行拟合，得到拟合曲线，建立如下拟合函数模型：Yi＝k1-k2*k3t；

其中t为老化时间，Yi为O-H键吸收峰强度、C-H键吸收峰强度、C-O键吸收峰强度或表面电位初始衰减速度，k1、k2、k3为常数；

4)通过拟合模型，以绝缘纸的化学键含量变化和表面电位衰减速率来评估油纸绝缘老化状态。

2.根据权利要求1所述的油纸绝缘热老化状态简易评估方法，其特征在于：步骤1)中，测量波长范围为4000～400cm-1。

3.根据权利要求1所述油纸绝缘热老化状态简易评估方法，其特征在于：所述步骤2)中，表面电位测量过程中绝缘纸的极化采用针-栅恒压电晕充电法，针压设置为-10～-

5kV、-10～5kV、-5～10kV或5～10kV，栅压设置为-5～-1kV、-5～1kV、-1～5kV或1～5kV，针-栅距离为10-40mm，栅-样品距离为3-15mm，充电时间0.5-60min，电位衰减测试采用静电探头法。

说明书

油纸绝缘热老化状态简易评估方法

技术领域

[0001] 本发明属于油纸绝缘老化状态评估技术领域，具体的为一种油纸绝缘热老化状态简易评估方法。

背景技术

[0002] 电力变压器是电网中能量转换传输的核心，其油纸绝缘性能对变压器能否正常运行具有重大影响作用。长期运行的变压器其油纸绝缘系统受温度、电场和水分等影响会产生老化，其中热老化为主要的老化形式。油纸绝缘系统老化状态的评估对电网的安全运行具有重要意义。

[0003] 目前国际公认的诊断油纸绝缘老化状态的方法主要有那个溶解气体分析、油中糠醛含量测试和绝缘纸聚合度测试。但由于变压器中途滤油等各种因素的影响，油品化学参量测试结果无法可靠反映绝缘状况。而绝缘纸聚合度最能真实反映油纸绝缘的老化程度，其聚合度的变化主要是由于油纸绝缘老化过程中其化学成分、微观结构等的变化引起的纤维纸劣化，目前对于油纸绝缘老化过程中绝缘纸本身成分的变化关注较少。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种油纸绝缘热老化状态简易评估方法，能够为油纸绝缘老化状态评估提供可靠参考。

[0005] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

[0006] 一种油纸绝缘热老化状态简易评估方法，包括如下步骤：

[0007] 1)测量绝缘纸的傅里叶红外光谱；

[0008] 2)测量绝缘纸的表面电位衰减特性；

[0009] 3)根据步骤1、2)的测量结果，评估油纸绝缘热老化状态。

[0010] 进一步，步骤1)中，测量波长范围为4000～400cm-1。

[0011] 进一步，所述步骤2)中，表面电位测量过程中绝缘纸的极化采用针-栅恒压电晕充电法，针压设置为(±5)～(±10)kV，栅压设置为(±1)～(±5)kV，针-栅距离为10-40mm，栅-样品距离为3-15mm，充电时间0.5-60min，电位衰减测试采用静电探头法。

[0012] 进一步，步骤3)中，采用如下模型评估油纸绝缘热老化状态：

[0013] Yi＝k1-k2*k3t；

[0014] 其中t为老化时间，Yi为化学键吸收峰强度或表面电位初始衰减速度，k1、k2、k3为常数，对于O-H键、C-H键和C-O键及表面电位初始衰减速度。

[0015] 本发明的有益效果在于：

[0016] 本发明油纸绝缘热老化状态简易评估方法，通过对油纸热老化后绝缘纸的傅里叶红外光谱和表面电位衰减性能进行测试，提出利用绝缘纸化学成分变化与表面电位衰减性能粗略评估油纸绝缘热老化状态的方法，为油纸绝缘老化状态评估提供可靠参考，对推动油纸绝缘老化状态评估技术具有重要意义。

附图说明

[0017] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

[0018] 图1为矿物油与牛皮纸油纸绝缘系统在温度为130℃下老化不同时间后绝缘纸外观形貌；

[0019] 图2为130℃下油纸绝缘系统老化不同时间后绝缘纸的傅里叶红外光谱测量结果；

[0020] 图3为绝缘纸中氢氧键、碳氢键及碳氧键强度和表面电位初始衰减速度与老化时间的拟合曲线，其中左边纵坐标代表化学键吸光度，右边纵坐标代表表面电位初始衰减速度。

[0021] 图4为130℃下油纸绝缘系统老化不同时间后绝缘纸的表面电位衰减测量结果；

[0022] 图5为绝缘纸表面电位衰减速率随测量时间变化曲线。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

[0024] 参加图1-5，首先通过实验找到氢氧键、碳氢键、碳氧键及表面电位衰减特性随老化条件变化规律，包括如下步骤：

[0025] 1)将绝缘油与绝缘纸经过干燥和浸油处理后，进行不用温度和时间的加速热老化试验。具体的，将完全干燥的绝缘油与绝缘纸按(10～20):1的质量比充分浸渍后放入真空老化箱中，设定真空度小于50Pa，老化温度设置为110-150℃，老化时间为7-60天。

[0026] 本实施例的绝缘油采用克拉玛依25#变压器油，绝缘纸采用普通牛皮纸，分别将绝缘油和绝缘纸在80℃下真空干燥48h，再将绝缘油与绝缘纸按10:1的质量比装入老化罐中，设置3组，在60℃下真空浸渍24h，最后将其置于真空老化箱中进行加速热老化，设置老化温度为130℃，分别老化7天、14天和30天；

[0027] 2)热老化试验完成后，取出绝缘纸，测量其傅里叶红外光谱。具体的，采用傅里叶红外光谱测量油纸绝缘热老化后绝缘纸的化学键变化，其测量波长范围为4000～400cm-1，主要观察氢氧键、碳氢键及碳氧键随老化条件变化规律。

[0028] 本实施例采用傅里叶采用傅立叶红外光谱仪的ATR-IR模式测量未老化、老化7天、14天和30天的绝缘纸红外光谱曲线，测量波长范围为4000～400cm-1。测试结果如图2所示，可以看出随着老化时间的增加，绝缘纸分别在波长范围3700～3000cm-1、3000～2700cm-1和
1800～1700cm-1内发生了明显变化，其分别代表O-H键、C-H键和C-O键。表明随着老化程度的加深，绝缘纸的化学成分发生明显变化，其O-H键断裂增多，形成了更多的C-H键与C-O键。

[0029] 3)同时测量绝缘纸的表面电位衰减特性。具体的，表面电位测量过程中绝缘纸的极化采用针-栅恒压电晕充电法，针压设置为(±5)～(±10)kV，栅压设置为(±1)～(±5)kV，针-栅距离为10-40mm，栅-样品距离为3-15mm，充电时间0.5-60min，对于不同老化时间和温度的绝缘纸表面电位测试时采用一样的充电条件。电位衰减测试采用静电探头法。

[0030] 本实施例表面电位衰减测试过程中前采用针-栅恒压电晕充电法对未老化、老化7天、14天和30天的绝缘纸充电，设置针压为7kV，栅压为2kV，针栅距离为25mm，栅-纸距离为10mm，充电时间为3min。充电完成后，立刻将绝缘纸移动到静电计(型号TREK,542A)的静电探头下，在常温下记录其表面电位的变化，记录时间为3min。不同老化时间下绝缘纸的表面电位衰减测试结果如图4所示，可以看出随着老化时间的增加，绝缘纸的电荷衰减速率变慢。表明随着老化程度的加深，由于其化学成分及结构的变化，增加了其深陷阱能级和数量，表现在其电荷动态性能上是其电荷消散能力变差，电荷衰减速率变慢。由图5可以看出，绝缘纸表面电位在50s内衰减至稳定值，衰减速率的变化主要体现在初始衰减速度。

[0031] 4)根据傅里叶红外光谱测试结果获得绝缘纸化学键随不同老化时间和温度下化学键变化规律；根据表面电位测试结果获得电位衰减速率随老化时间和温度的变化规律。

[0032] 本实施例可以得到随着老化程度的加深，绝缘纸中的O-H键减少，C-H键和C-O键增多，其表面电位衰减速率减慢。因此可以绝缘纸的化学键含量变化和表面电位衰减速率来粗略评估油纸绝缘老化状态。

[0033] 对O-H键、C-H键和C-O键在3329cm-1、2922cm-1、1030cm-1波长处的吸收峰强度和绝缘纸表面电位初始衰减速度测量结果进行拟合得到如图3所示的拟合曲线，建立拟合函数模型为：

[0034] Yi＝k1-k2*k3t

[0035] 其中t为老化时间，Yi为化学键吸收峰强度或表面电位初始衰减速度，k1、k2、k3为常数，对于O-H键、C-H键和C-O键及表面电位初始衰减速度，具体拟合结果及其拟合优度如下表所示：

[0036]

[0037]

[0038] 本实施例油纸绝缘热老化状态简易评估方法，包括如下步骤：

[0039] 1)测量绝缘纸的傅里叶红外光谱；测量波长范围为4000～400cm-1；

[0040] 2)测量绝缘纸的表面电位衰减特性；表面电位测量过程中绝缘纸的极化采用针-栅恒压电晕充电法，针压设置为(±5)～(±10)kV，栅压设置为(±1)～(±5)kV，针-栅距离为10-40mm，栅-样品距离为3-15mm，充电时间0.5-60min，电位衰减测试采用静电探头法。

[0041] 3)根据步骤1、2)的测量结果，采用如下模型评估油纸绝缘热老化状态：

[0042] Yi＝k1-k2*k3t；

[0043] 其中t为老化时间，Yi为化学键吸收峰强度或表面电位初始衰减速度，k1、k2、k3为常数，对于O-H键、C-H键和C-O键及表面电位初始衰减速度。

[0044] 以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。