變壓器絕緣系統的含水量測量方法

2023-09-12 15:29:55 2

變壓器絕緣系統的含水量測量方法
【專利摘要】本發明公開了變壓器絕緣部件的含水量測量方法，包括利用變壓器的絕緣結構數據建立變壓器絕緣系統的幾何模型；試驗得到多種含水量和溫度條件下待測變壓器絕緣材料的樣品的電阻率與時間的關係曲線；將該關係曲線輸入到幾何模型中，使用動態電場有限元方法計算得到對應的多種含水量和溫度條件下變壓器絕緣電阻與時間的關係曲線Re(t);用傳統的絕緣電阻儀測量得到待測變壓器的絕緣電阻與時間的關係曲線Rm(t);將關係曲線Re(t)與關係曲線R_?(t)進行比對，得到與關係曲線Rm(t)重合度最高的一條關係曲線Rc(t)，這條關係曲線Rc(t)對應的含水量即為變壓器的絕緣部件含水量。本發明能分別準確地測量出變壓器絕緣系統的含水量。
【專利說明】變壓器絕緣系統的含水量測量方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及變壓器等油紙絕緣受潮程度檢測【技術領域】，具體地指一種變壓器絕緣 系統的含水量測量方法。

【背景技術】
[0002] 電網中變壓器等油紙絕緣設備因長期運行潮氣滲入，或油和紙纖維老化分解，均 會在絕緣中聚集水分，後者又加速絕緣劣化，使設備絕緣損壞，最終造成電網停電事故。因 而變壓器等設備絕緣受潮程度（含水量）的檢測，是評定設備健康狀態，以便採取相應對 策，保證電網安全運行的一項經常性的重要工作。
[0003] 傳統上廣泛採用絕緣電阻儀（電子式兆歐計）通過測量1分鐘絕緣電阻和 吸收比、或10分鐘絕緣電阻R 1(1M+和極化指數，以判斷絕緣設備是否受潮或有故障。傳統方 法因測量時間點固定且點數太少，得到表徵絕緣狀態的信息太少。故測量結果只能通過前 後、左右比較，大致判斷變壓器絕緣總體狀態，不能分別準確地分辨變壓器的油隙和紙板的 絕緣狀態，更不能分別準確地估量變壓器的油隙和紙板的含水量，給變壓器絕緣狀態評定 和維護帶來了一定的難度。
[0004] 近些年來國外發展了幾種含水量電測方法：如恢復電壓法（RVM)、介損頻譜法 (FDS)和極化一去極化電流法（roc)等。這些新研製的專用儀器複雜昂貴，使用難度大；軟 件技術如計算模型等有待完善，影響了結果判斷的可信度，故未獲廣泛的實際應用。
[0005] 參考文獻（動態電場有限兀方法）：K. C. Wen and others, "A calculation method and some features of transient field under polarity reversal voltage in HVDC insulation. ''IEEE Tr. on Power Delivery，Vol. 8, Jan. 1993。


【發明內容】

[0006] 本發明的目的就是要提供一種變壓器絕緣系統的含水量測量方法，該方法能方便 準確地分別測量出變壓器的油隙和紙板的含水量。
[0007] 為實現此目的，本發明所設計的變壓器絕緣系統的含水量測量方法，其特徵在於， 它包括如下步驟：
[0008] 步驟1 :在計算機中輸入待測變壓器的絕緣結構數據，利用上述變壓器的絕緣結 構數據建立變壓器絕緣系統的幾何模型，即χ-γ-ζ計算模型；
[0009] 步驟2 :將待測變壓器絕緣材料的樣品在實驗室中進行試驗，得到多種含水量 me和溫度t°C條件下待測變壓器絕緣材料的樣品的電阻率與時間的關係曲線P (t)= f (me, t°C )；
[0010] 步驟3 :把步驟2中得到的多種含水量me和溫度t°C條件下待測變壓器絕緣材料 的樣品的電阻率與時間的關係曲線P (t) = f (mc，t°C )，輸入到步驟1得到的變壓器絕緣 系統的幾何模型中，並採用現有的動態電場有限元方法計算得到對應的多種含水量me和 溫度t°C條件下變壓器絕緣電阻與時間的關係曲線R c(t);
[0011] 步驟4 :用傳統的絕緣電阻儀測量得到待測變壓器的絕緣電阻與時間的關係曲線 Rm(t)；
[0012] 步驟5 :將步驟3中計算得到的多種含水量me和溫度t°C條件下變壓器絕緣電 阻與時間的關係曲線&(t)與步驟4中實測得到的變壓器的絕緣電阻與時間的關係曲線 R m(t)進行比對，得到與上述關係曲線^(〇重合度最高的一條關係曲線Rjt)，這條關係曲 線Rc(t)所對應的含水量me即為待測變壓器的絕緣系統的含水量。
[0013] 本發明的有益效果：
[0014] 1)本發明採用變壓器絕緣系統的幾何模型，用動態電場有限元計算方法，得到對 應的多種含水量me和溫度t°C條件下變壓器絕緣電阻與時間的關係曲線R e(t)。並將變壓 器實測的絕緣電阻與時間的關係曲線&(0與之比對，得到對應的一條關係曲線Re(t)，從 而得到待測變壓器的絕緣系統含水量，整個方法比現有的方法，更能準確的得到待測變壓 器的絕緣系統含水量；
[0015] 2)本發明採用上述方案能分別測量出變壓器的油隙和紙板的含水量，而現有方法 只能大致判斷變壓器絕緣總體狀態，相比於現有的方法本發明得到的結果能使技術人員針 對變壓器的油隙和紙板進行更好的維護，測量結果的針對性更強。
[0016] 3)本發明中所基於的絕緣電阻試驗是歷來國內外廣泛採用的電氣設備預防性試 驗，技術成熟，所用儀器簡單。本項目利用該測量儀器及其提供的介質響應信息，並配合動 態有限元計算方法判斷變壓器絕緣系統含水量的方法，在國內屬於首創，且優於國外研製 的基於複雜、昂貴儀器的方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1為本發明的軟體工作流程示意圖。
[0018] 圖2為本發明的測量接線示意圖。
[0019] 圖3為本發明的X-Y-Z絕緣電阻計算模型示意圖。
[0020] 圖4為本發明的含水量判斷示意圖。
[0021] 圖1中：A-軟體管理（包括設備檔案、輸入輸出、整合控制、記錄儲存以及資料庫 1)、B-建立X-Y-Z計算模型以及資料庫2、C-各種含水量（me)及溫度（t°C )下油、紙電阻 率一時間曲線P (t) =f(mc，t°C)以及資料庫3、D-計算變壓器模型的絕緣電阻一時間曲 線Ι^α)、Ε-水分判斷：計算的與實測的絕緣電阻一時間曲線進行匹配，Rjt) ?Rm(t)、F-輸 出油、紙含水量me和油電導率〇、G-絕緣電阻常規測量輸出：1分鐘絕緣電阻和吸收比、10 分鐘絕緣電阻和極化指數；
[0022] 圖2中：1_傳統的絕緣電阻儀（電子式兆歐計）、2_待測變壓器、3-待測變壓器高 壓繞組、套管HV以及套管N、4-待測變壓器低壓繞組、套管LV、5-待測變壓器油箱、6-接地 線、7-試驗連接線；
[0023] 圖3中X1、X2、Y1、Y2、Z為變壓器絕緣結構尺寸。

【具體實施方式】
[0024] 以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明：
[0025] 待測變壓器的絕緣系統在直流加壓1秒後，介質中發生的極化主要是"界面極 化"，其他極化已經衰減完成。絕緣電阻試驗測得的起始值主要表徵油層絕緣的電阻；接近 穩定值時的絕緣電阻主要表徵紙層的絕緣電阻；中間過程取決於油層和紙層並聯（分界 面）的時間常數。因絕緣電阻主要與油紙含水量相關，故由測量絕緣電阻與時間曲線R(t) 可以估計油紙絕緣的含水量，基於這個特性本發明設計了下述方案。
[0026] 一種變壓器絕緣系統含水量的測量方法，它包括如下步驟：
[0027] 步驟1 :在計算機中輸入待測變壓器的絕緣結構數據（這些數據從製造廠可以獲 取），利用上述變壓器的絕緣結構數據建立變壓器絕緣系統的幾何模型（即χ-γ-ζ計算模 型，該模型反應了變壓器絕緣系統的所有幾何形狀和尺寸）；
[0028] 步驟2 :將待測變壓器絕緣材料的樣品在實驗室中進行試驗，得到多種含水量 me和溫度t°C條件下待測變壓器絕緣材料的樣品的電阻率與時間的關係曲線P (t)= f (me, t°C )；
[0029] 步驟3 :把步驟2中得到的多種含水量me和溫度t°C條件下待測變壓器絕緣材料 的樣品的電阻率與時間的關係曲線P (t) = f (me，t°C )，輸入到步驟1得到的變壓器絕緣 系統的幾何模型中，並採用現有的動態電場有限元方法計算得到對應的多種含水量me和 溫度t°C條件下變壓器絕緣電阻與時間的關係曲線R c(t);
[0030] 步驟4 :用傳統的絕緣電阻儀測量得到待測變壓器的絕緣電阻與時間的關係曲線 Rm(t)；
[0031] 步驟5 :將步驟3中計算得到的多種含水量me和溫度t°C條件下變壓器絕緣電阻 與時間的關係曲線Rc(t)與步驟4中實測得到的變壓器的絕緣電阻與時間的關係曲線^(〇 進行比對，得到與上述關係曲線R m(t)重合度最高的一條關係曲線Rjt)(即從所有的關係 曲線Rjt)中找出與關係曲線Rm(t)重合度最高的曲線，上述每條關係曲線Rjt)分別表示 在一個含水量me和溫度t°C條件下變壓器的絕緣電阻與時間的關係），這條關係曲線R c(t) 所對應的含水量me即為待測變壓器的絕緣系統的含水量。
[0032] 上述技術方案中，所述步驟1中的待測變壓器的絕緣結構數據包括變壓器高壓繞 組與低壓繞組之間主絕緣油的間隙、變壓器圍屏紙板的直徑、厚度與高度，變壓器圍屏間撐 條的寬度、厚度與高度。
[0033] 上述技術方案中，所述待測變壓器的絕緣系統包括變壓器的油隙、紙板撐條和紙 板圍屏。
[0034] 本說明書未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。
【權利要求】
1. 一種變壓器絕緣系統的含水量測量方法，其特徵在於，它包括如下步驟： 步驟1 :在計算機中輸入待測變壓器的絕緣結構數據，利用上述變壓器的絕緣結構數 據建立變壓器絕緣系統的幾何模型，即X-Y-Z計算模型； 步驟2 :將待測變壓器絕緣材料的樣品在實驗室中進行試驗，得到多種含水量me 和溫度t°C條件下待測變壓器絕緣材料的樣品的電阻率與時間的關係曲線P (t)= f (me, t°C )； 步驟3 :把步驟2中得到的多種含水量me和溫度t°C條件下待測變壓器絕緣材料的樣 品的電阻率與時間的關係曲線P (t) = f (me，t°C )，輸入到步驟1得到的變壓器絕緣系統 的幾何模型中，並採用現有的動態電場有限元方法計算得到對應的多種含水量me和溫度 t°C條件下變壓器絕緣電阻與時間的關係曲線R c(t); 步驟4:用傳統的絕緣電阻儀測量得到待測變壓器的絕緣電阻與時間的關係曲線 Rm(t)； 步驟5 :將步驟3中計算得到的多種含水量me和溫度t°C條件下變壓器絕緣電阻與時 間的關係曲線&(t)與步驟4中實測得到的變壓器的絕緣電阻與時間的關係曲線Rm(t)進 行比對，得到與上述關係曲線R m(t)重合度最高的一條關係曲線R。(t)，這條關係曲線R。(t) 所對應的含水量me即為待測變壓器的絕緣系統的含水量。
2. 根據權利要求1所述的變壓器絕緣系統含水量測量方法，其特徵在於：所述步驟1 中的待測變壓器的絕緣結構數據包括變壓器高壓繞組與低壓繞組之間主絕緣油的間隙、變 壓器圍屏紙板的直徑、厚度與高度，變壓器圍屏間撐條的寬度、厚度與高度。
3. 根據權利要求1所述的變壓器絕緣系統含水量測量方法，其特徵在於：所述待測變 壓器的絕緣系統包括變壓器的油隙和紙板。
【文檔編號】G01N27/04GK104215669SQ201410469900
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月15日 優先權日:2014年9月15日
【發明者】塗明, 羅維, 王瑞珍, 文閶成, 丁友 , 趙海濤, 羅浪 申請人:國家電網公司, 國網湖北省電力公司檢修公司