基于时温水叠加方法的油纸绝缘热老化寿命评估方法技术

本发明专利技术公开了一种基于时温水叠加方法的油纸绝缘热老化寿命评估方法，属于变压器油纸绝缘热老化寿命评估技术领域。该方法在对高温加速老化数据进行外推时，充分考虑水分含量的影响以及水分与温度的协同加速作用，将高温高初始水分含量下的加速老化数据外推至低温度低水分含量的运行条件下的数据，克服了以往时温叠加模型中的不足，从而提供了一种针对变压器油纸绝缘热老化更加准确、全面的寿命评估方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于变压器油纸绝缘热老化寿命评估
，涉及一种基于时温水叠加方法的油纸绝缘热老化寿命评估方法。
技术介绍
由于运行负荷和环境温度等差异，我国运行超过20年的变压器剩余寿命差距较大，有些变压器的绝缘情况仍然良好，具备继续服役的能力，而有些变压器的绝缘状况较差，需要及时维修或更换。为了避免盲目检修给电力企业带来经济损失并为变压器状态检修提供技术支持，有必要利用现代技术手段对现役变压器的剩余寿命进行评估，从而确保在变压器安全运行的前提下最大限度地延长其绝缘使用寿命。变压器内部的油纸绝缘是电力变压器内绝缘的核心组成部分，其绝缘性能会随着运行过程中的电、热、机械等老化因素的影响而下降。大量研究表明，纤维素老化的主要形式是通过水解反应使葡萄糖基间1-4配糖键发生断裂，较高的温度会增加纤维素的反应活性，而水分的存在又会作为催化剂促进水解反应的进行。因此由纤维素等高分子有机物构成的纸绝缘会非常容易收到热应力的影响，在氧气、水分等因素下发生老化，从而导致绝缘系统各项性能降低。关于变压器油纸绝缘热老化寿命评估诊断的研究已有40多年的历史，可以根据特征量类型将变压器老化及剩余寿命预测技术分为化学特征量诊断技术和电特征量诊断技术，其中以化学特征量的诊断技术最为成熟。在化学特征量诊断过程中，根据油纸绝缘热老化后其机械性能会不可逆转地下降的特点，通常以聚合度作为绝缘纸机械性能的表征参量，通过纤维素降解动力学方程研究聚合度在各温度下随老化时间的变化规律，再利用Arrehenius方程将高温加速老化下的数据外推至运行温度下以预测其剩余寿命。基于时温叠加模型的油纸绝缘寿命评估方法是一种将高温加速老化数据外推的方法，该模型已得到成熟地应用。但是国内外研究表明，水分对变压器老化速率及寿命有非常大的影响，纸绝缘纤维素中的水分与氧气均会加速变压器纸绝缘的老化，且水分含量与老化速率成正比。因此，在对高温加速老化数据进行外推时，需要考虑到水分含量的影响及水分与温度的协同加速作用，这样才可以克服以往时温叠加模型中的不足，并提供了更加准确、全面的寿命评估方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于时温水叠加方法的油纸绝缘热老化寿命评估方法，该方法在对高温加速老化数据进行外推时，充分考虑水分含量的影响以及水分与温度的协同加速作用，克服了以往时温叠加模型中的不足，并提供了更加准确、全面的寿命评估方法。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于时温水叠加方法的油纸绝缘热老化寿命评估方法，包括以下步骤：步骤一：将绝缘纸预处理后，选择并控制不同初始水分含量的试品进行加速热老化试验，老化过程中按照一定时间间隔取样后测得聚合度值；步骤二：遵循时温叠加方法(TTSP)假设前提及纤维素聚合度累计损失的动力学方程，绘出不同温度下的性能参数变化曲线，获得主曲线及时温平移因子αT，得到Arrhenius方程的活化能并建立任意热老化温度下的外推寿命模型；步骤三：遵循时温叠加的方法，绘出不同初始水分含量下的性能参数变化曲线，获得主曲线和水分平移因子αM，将传统的Arrhenius方程进行改进，并建立任意热老化温度及任意初始水分含量下的外推寿命模型；步骤四：现场测量运行并收集变压器绕组的热点温度、油中微水含量以及变压器实时油温数据，进行数据处理后代入外推的基于时温水叠加方法的热老化寿命模型计算变压器的剩余寿命。进一步，在步骤一中，所述预处理主要包括：形状处理、晾置处理、滴定校正并固定放置在可控环境中；所述选择并控制不同初始水分含量的方法是将预处理后的试品放入真空干燥箱，通过真空干燥法控制干燥时间、干燥温度和真空度来实现绝缘纸试品中不同初始水分含量；所述加速热老化试验是将不同水分含量的绝缘纸试品同矿物油以一定比例置入磨口碘量瓶中，真空浸油后充入干燥氮气并密封，然后将油浸后的试品放入不同温度下的老化箱中进行加速热老化试验。进一步，在步骤一中，所述聚合度值的测量是按照ASTMD4243-99标准测量绝缘纸聚合度，对同一试品的不同部位取样测量3次，使用其平均值作为聚合度值；所述ASTMD4243-99标准是首先称取适量绝缘纸试品并烘干后撕碎，溶解于实现配置的铜乙二胺溶液中，在(25±1)℃下测量水和纤维素通过标准毛细管粘度计的流出时间，并计算出纤维素溶液的相对粘度，根据待测溶液的已知浓度和相对粘度求出特性粘度值，根据聚合度和粘度特性的关系式求得聚合度值。进一步，在步骤二中，所述时温叠加方法假设前提是指假设在高温下加速老化过程中，表征材料微结构的参数变化规律与较低温度下较长时间内的变化规律基本一致；所述纤维素聚合度累积损失的动力学方程如下式所述：ωDP=1-DPDP0=ω*DP(1-e-kDPt)]]>其中：DP0表示绝缘纸初始聚合度，ωDP表示聚合度累积损失率，表征绝缘纸的降解状态，当所述ωDP＝0时为未降解状态，ωDP＝1时为完全降解状态，DPt表示经历老化时间t后的聚合度值，ω*DP表征聚合度降解储蓄的能力，所述的聚合度降解储蓄值根据ωDP(t＝tf)＝1确定，其中tf表示达到失效的时间；kDP表示纤维素聚合度降解的速率；所述性能参数曲线是指同一坐标中作出不同温度下的性能参数变化曲线；所述坐标中Y轴定义为绝缘纸的“性能参数”(Y＝1/DPt-1/DP0)，X轴定义为老化时间的自然对数(Ln(t))；所述曲线可以反映同一种试品在不同温度下进行的热老化试验，不同老化时间t下的绝缘纸试品的聚合度；所述的主曲线是通过选取任意一个温度作为参考温度Tref(一般选试验最低温度为参考温度)，将非参考温度下的曲线图沿时间轴水平移动，使之与参考温度下的曲线图连成一光滑连接的整体，从而得到主曲线图；所述的平移因子αT是指对某个温度T下的性能参数随时间变化曲线在形成主曲线前后的时间之比的倒数，按照以下公式计算：αT＝tref/tT其中，tT表示温度T下曲线上某点平移前的时间，tref表示曲线平移并构成主曲线的一部分后该点对应的的时间值；同一绝缘材料的曲线平移因子是试验绝对温度T的函数，并满足Arrehenius方程：αT=exp(EaR(1Tref-1T))]]>其中：Ea为Arrhenius活化能(J/mol)，R为气体常数(8.314J/mol/K)；当所述TTSP假设前提下的老化机理不发生改变，不同温度下得到的平移因子都不应该发生改变；所述Arrhenius方程的活化能是指分子从常态转变为容易发生化学反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于时温水叠加方法的油纸绝缘热老化寿命评估方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：将绝缘纸预处理后，选择并控制不同初始水分含量的试品进行加速热老化试验，老化过程中按照一定时间间隔取样后测得聚合度值；步骤二：遵循时温叠加方法假设前提及纤维素聚合度累计损失的动力学方程，绘出不同温度下的性能参数变化曲线，获得主曲线及时温平移因子αT，得到Arrhenius方程的活化能并建立任意热老化温度下的外推寿命模型；步骤三：遵循时温叠加的方法，绘出不同初始水分含量下的性能参数变化曲线，获得主曲线和水分平移因子αM，将传统的Arrhenius方程进行改进，并建立任意热老化温度及任意初始水分含量下的外推寿命模型；步骤四：现场测量运行并收集变压器绕组的热点温度、油中微水含量以及变压器实时油温数据，进行数据处理后代入外推的基于时温水叠加方法的热老化寿命模型计算变压器的剩余寿命。

【技术特征摘要】
1.一种基于时温水叠加方法的油纸绝缘热老化寿命评估方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：将绝缘纸预处理后，选择并控制不同初始水分含量的试品进行加速热老化试验，
老化过程中按照一定时间间隔取样后测得聚合度值；
步骤二：遵循时温叠加方法假设前提及纤维素聚合度累计损失的动力学方程，绘出不同
温度下的性能参数变化曲线，获得主曲线及时温平移因子αT，得到Arrhenius方程的活
化能并建立任意热老化温度下的外推寿命模型；
步骤三：遵循时温叠加的方法，绘出不同初始水分含量下的性能参数变化曲线，获得主
曲线和水分平移因子αM，将传统的Arrhenius方程进行改进，并建立任意热老化温度及
任意初始水分含量下的外推寿命模型；
步骤四：现场测量运行并收集变压器绕组的热点温度、油中微水含量以及变压器实时油
温数据，进行数据处理后代入外推的基于时温水叠加方法的热老化寿命模型计算变压器
的剩余寿命。
2.根据权利要求1所述的基于时温水叠加方法的油纸绝缘热老化寿命评估方法，其特征在
于：在步骤一中，所述预处理主要包括：形状处理、晾置处理、滴定校正并固定放置在可控
环境中；所述选择并控制不同初始水分含量的方法是将预处理后的试品放入真空干燥箱，通
过真空干燥法控制干燥时间、干燥温度和真空度来实现绝缘纸试品中不同初始水分含量；所
述加速热老化试验是将不同水分含量的绝缘纸试品同矿物油以一定比例置入磨口碘量瓶中，
真空浸油后充入干燥氮气并密封，然后将油浸后的试品放入不同温度下的老化箱中进行加速
热老化试验。
3.根据权利要求1所述的基于时温水叠加方法的油纸绝缘热老化寿命评估方法，其特征在
于：在步骤一中，所述聚合度值的测量是按照ASTMD4243-99标准测量绝缘纸聚合度，对同
一试品的不同部位取样测量3次，使用其平均值作为聚合度值；所述ASTMD4243-99标准是
首先称取适量绝缘纸试品并烘干后撕碎，溶解于实现配置的铜乙二胺溶液中，在(25±1)℃
下测量水和纤维素通过标准毛细管粘度计的流出时间，并计算出纤维素溶液的相对粘度，根
据待测溶液的已知浓度和相对粘度求出特性粘度值，根据聚合度和粘度特性的关系式求得聚
合度值。
4.根据权利要求1所述的基于时温水叠加方法的油纸绝缘热老化寿命评估方法，其特征在
于：在步骤二中，所述时温叠加方法假设前提是指假设在高温下加速老化过程中，表征材料
微结构的参数变化规律与较低温度下较长时间内的变化规律基本一致；所述纤维素聚合度累
积损失的动力学方程如下式所述：
ωDP=1-DPDP0=ω*DP(1-e-kDPt)]]>其中：DP0表示绝缘纸初始聚合度，ωDP表示聚合度累积损失率，表征绝缘纸的降解状态，当
所述ωDP＝0时为未降解状态，ωDP＝1时为完全降解状态，DPt表示经历老化时间t后的聚合度
值，ω*DP表征聚合度降解储蓄的能力，所述的聚合度降解储蓄值根据ωDP(t＝tf)＝1确定，其中
tf表示达到失效的时间；kDP表示纤维素聚合度降解的速率；
所述的主曲线是通过选取任意一个温度作为参考温度Tref，将非参考温度下的曲线图沿时
间轴水平移动，使之与参考温度下的曲线图连成一光滑连接的整体，从而得到主曲线图；所
述的平移因子αT是指对某个温度T下的性能参数随时间变化曲线在形成主曲线前后的时间
之比的倒数，按照以下公式计算：
αT＝tref/tT其中，tT表示温度T下曲线上某点平移前的时间，tref表示曲线平移并构成主曲线的一部
分后该点对应的的时间值；同一绝缘材料的曲线平移因子是试验绝对温度T的函数，并满足
Arrehenius方程：
αT=exp(EaR(1Tref-1T))]]>其中：Ea为Arrhenius活化能，R为气体常数；当所述TTSP假设前提下的老化机理不发
生改变，不同温度下得到的平移因子都不应该发生改变；
所述Arrhenius方程的活化能是指分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需
要的能量；当...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨丽君，廖瑞金，李金忠，王季宇，张镱议，汪可，黄加佳，程焕超，赵学童，
申请(专利权)人：国家电网公司，重庆大学，中国电力科学研究院，国网山东省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11