一种基于人工加速老化试验的盆式绝缘子寿命评估方法技术

本发明专利技术提出一种基于人工加速老化试验的盆式绝缘子寿命评估方法。所述方法针对盆式绝缘子封闭、高温和长期承受高电压的特点，利用多因子实验室设计电热综合因素的人工加速老化试验平台，测量多个环氧树脂样品不同老化程度下的特征量。在此基础上，对实验数据进行分析，利用已有的经验公式，采用曲线拟合技术及威布尔概率分布法，研究各老化因素、电气测试量及老化寿命之间的内在联系，将对环氧树脂材料的试验数据与盆式绝缘子的老化评估建立联系，提出一套盆式绝缘子寿命评估方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于人工加速老化试验的盆式绝缘子寿命评估方法
本专利技术属于固体电介质老化寿命预测
，特别涉及一种基于人工加速老化试验的盆式绝缘子寿命评估方法。
技术介绍
盆式绝缘子是GIS的主要组成部件，它有两大功能：一是联系高电位部件与地电位外壳，起着支撑与对地绝缘的作用；二是连接断口间的动触头及静触头相应元件，起着连接与断口绝缘的作用。随着GIS的广泛应用，GIS设备的运行可靠性问题已经引起了国内外的广泛关注，而近年来GIS设备故障事件时有发生。根据运行经验，在所有的GIS故障事例中，盆式绝缘子和隔离开关造成的故障比例最高，其中盆式绝缘子的故障率高达26.6％。盆式绝缘子工作在GIS封闭金属外壳中，对于正常的盆式绝缘子，在与导体连接处会出现最大场强，最易发生绝缘老化和损坏；对于含有其他缺陷的盆式绝缘子，在缺陷处会发生电场畸变，使得局部场强明显增大，沿面闪络电压显著下降，在缺陷处易引发局部放电，是盆式绝缘子的重要老化因素。基于固体电介质绝缘老化的“陷阱理论”，电介质总是在绝缘最薄弱的地方先发生老化和绝缘受损，然后以这点为中心像链条一样传播开来，最终造成绝缘击穿和失效。盆式绝缘子在正常工作过程中，在外施电场作用下，表面会累积自由电荷，使得局部电场发生畸变，沿面闪络电压下降；另外，盆式绝缘子本身固化过程中可能存在质量把控不严，内部存在气泡缺陷，或者在安装过程中发生机械碰撞、带入杂质等。以上因素都会引起盆式绝缘子发生局部放电，加速盆式绝缘子的老化。盆式绝缘子是GIS中的重要绝缘部件，长期工作并处于高电压和高温环境，GIS的全封闭环境使得其工作状态和故障检测比较困难，当其发生沿面闪络或击穿故障时，会造成停电面积大，检修周期长的严重后果。盆式绝缘子的构成材料为环氧树脂。环氧树脂是目前三大通用热固性树脂之一，是热固性塑料中用量最大、应用最广的品种，有着优良的力学性能和电绝缘性能，然而其耐候性和韧性较差，易发生光氧化和热老化。对于在GIS环境中的盆式绝缘子来说，长期承受高电压，高温环境，其老化主要是电老化和热老化。如何对盆式绝缘子工作过程中的老化因素进行分析，得到有效的绝缘状态和老化寿命评估方法，是亟待解决的问题。目前国内外所有文献中，对盆式绝缘子老化机制的研究较少，没有形成可供工程实际参考的规律和结论。虽然随着GIS的广泛应用对盆式绝缘子的研究越来越多，但是都局限于单个问题的研究，没有深入到绝缘老化评估和寿命预测部分。人工加速老化试验方面，目前IEC及国标尚未有关于固体电介质的电热综合因素的老化试验方法，但是关于复合绝缘子的老化试验方法形成了比较系统的标准，可供参考。实验室条件下对输电线路复合绝缘子的老化试验方法同时考虑大气环境中各类老化因素，同理而言，对盆式绝缘子可以考虑GIS内部老化因素进行实验设计。因为直接对盆式绝缘子进行老化试验成本太高且操作困难，可对用于浇注盆式绝缘子的环氧树脂材料进行电热综合因素下的人工加速老化试验。要通过对环氧树脂材料的试验数据分析联系到盆式绝缘子老化评估，需要对试验数据进行分析，通过老化过程中的相关物理量建立样品与实际盆式绝缘子之间的联系。固体电介质寿命预测模型方面一直都是一个难题，目前大都依照经验公式。
技术实现思路
基于此，本专利技术公开了一种基于人工加速老化试验的盆式绝缘子寿命评估方法，所述方法包括以下步骤：S100、将两组安装有电极的样品放入多因子老化实验室；设定试验温度和电压，开始人工加速老化试验；S200、每隔一段老化时间t从两组样品中各取出一个，采用相同的编号，进行绝缘电阻率测量，基于老化时间和绝缘电阻率百分比关系生成绝缘特征曲线；S300、保持试验温度不变，另取多个试验电压值，重复步骤S100和S200，共得到多组绝缘特性曲线；S400、通过S300得到的不同电压值下的多组绝缘特性曲线中的数据，建立电场强度与老化寿命的关系曲线，得到电场强度与老化时间的关系式(1)；t1/t2＝(E2/E1)n(1)其中，t1为在场强E1作用下的老化寿命，t2为在场强E2作用下的老化寿命，n为寿命系数，通过t＝KE-n公式计算得到，其中，t为热老化时间，K为与绝缘材料、绝缘结构相关的常数，E为外施场强；S500、如果步骤S100中设定的试验温度和盆式绝缘子工作环境温度相对误差在5℃以内，则进行步骤S600；如果步骤S100中设定的试验温度高于盆式绝缘子工作环境温度5℃以上，则利用Arrhenius方程确定热老化时间和温度的关系曲线，所述关系曲线的拟合方程如式(2)所示：lnt＝lnA0-Ea/RT(2)其中，A0为前因子，t为热老化时间，Ea为热老化活性能，R为气体常数；利用式(2)对步骤S200中所述的绝缘特征曲线进行修正，得到盆式绝缘子工作环境温度下的绝缘特征曲线，并用此绝缘特征曲线代替步骤S200中所述的绝缘特征曲线；S600、测量具有使用年限的盆式绝缘子的绝缘电阻率并记录该使用年限，在S300得到的多组绝缘特征曲线上找到相对应的点；S700、基于步骤S600中找到的所述相对应的点，进一步利用公式(1)，换算盆式绝缘子工作电场强度下的老化时间，与步骤S600中所述的盆式绝缘子的使用年限作比较；S800、基于S700的年限比较结果，在步骤S300中的多组绝缘特性曲线中，选取与盆式绝缘子的使用年限最接近的绝缘特征曲线，对使用年限最接近的绝缘特征曲线进行曲线拟合，得到拟合函数；其中，A为常数，K为与材料相关的系数，t为老化时间，δ为时间指数，z代表绝缘电阻率；S900、最终得到盆式绝缘子工作场强下的寿命预测模型如下式所示；上式中，t1为场强E1作用下的老化时间，t2为场强E2作用下的老化时间；A0为前因子，t为热老化寿命，Ea为热老化活性能，R为气体常数，T为热力学温度，A为常数，K为与材料相关的系数，t为老化时间，δ为时间指数；S1000、基于S900的寿命预测模型，对盆式绝缘子寿命进行评估，并基于评估结果，对盆式绝缘子执行不同的寿命维护策略。与现有技术相比，本专利技术通过对人工加速老化的数据处理建立了环氧树脂样品试验数据和盆式绝缘子寿命预测之间的联系，开辟了盆式绝缘子寿命预测的一条可行的途径，对盆式绝缘子及其他电介质寿命预测有很大的指导意义。附图说明图1为本专利技术的环氧树脂绝缘老化特征曲线图；其中1表示绝缘电阻率较小值绝缘曲线，2表示绝缘电阻率较大值绝缘曲线，3表示绝缘电阻率平均值绝缘曲线；图2为本专利技术的由Arrhenius方程确定的热老化寿命和温度的关系曲线图；图3为本专利技术的威布尔概率法推算的场强与老化寿命的关系曲线图；图4为本专利技术的盆式绝缘子寿命预测模型建立流程图。具体实施方式下面结合具体的实施例和附图对本专利技术进行进一步的阐述。在一个实施例中，本专利技术公开了一种基于人工加速老化试验的盆式绝缘子寿命评估方法，所述方法包括以下步骤：S100、将两组安装有电极的样品放入多因子老化实验室；设定试验温度和电压，开始人工加速老化试验；S200、每隔一段老化时间t从两组样品中各取出一个，采用相同的编号，进行绝缘电阻率测量，基于老化时间和绝缘电阻率百分比关系生成绝缘特征曲线；S300、保持试验温度不变，另取多个试验电压值，重复步骤S100和S200，共得到多组绝缘特性曲线；S400、通过S300得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于人工加速老化试验的盆式绝缘子寿命评估方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S100、将两组安装有电极的样品放入多因子老化实验室；设定试验温度和电压，开始人工加速老化试验；S200、每隔一段老化时间t从两组样品中各取出一个，采用相同的编号，进行绝缘电阻率测量，基于老化时间和绝缘电阻率百分比关系生成绝缘特征曲线；S300、保持试验温度不变，另取多个试验电压值，重复步骤S100和S200，共得到多组绝缘特性曲线；S400、通过S300得到的不同电压值下的多组绝缘特性曲线中的数据，建立电场强度与老化寿命的关系曲线，得到电场强度与老化时间的关系式(1)；t1/t2＝(E2/E1)n   (1)其中，t1为在场强E1作用下的老化寿命，t2为在场强E2作用下的老化寿命；S500、如果步骤S100中设定的试验温度和盆式绝缘子工作环境温度相对误差在5℃以内，则进行步骤S600；如果步骤S100中设定的试验温度高于盆式绝缘子工作环境温度5℃以上，则利用Arrhenius方程确定热老化时间和温度的关系曲线，所述关系曲线的拟合方程如式(2)所示：lnt＝lnA0‑Ea/RT   (2)其中，A0为前因子，t为热老化时间，Ea为热老化活性能，R为气体常数；利用式(2)对步骤S200中所述的绝缘特征曲线进行修正，得到盆式绝缘子工作环境温度下的绝缘特征曲线，并用此绝缘特征曲线代替步骤S200中所述的绝缘特征曲线；S600、测量具有使用年限的盆式绝缘子的绝缘电阻率并记录该使用年限，在S300得到的多组绝缘特征曲线上找到相对应的点；S700、基于步骤S600中所述找到的相对应的点，进一步利用公式(1)，换算盆式绝缘子工作电场强度下的老化时间，与步骤S600中所述的盆式绝缘子的使用年限作比较；S800、基于S700的年限比较结果，在步骤S300中的多组绝缘特性曲线中，选取与盆式绝缘子的使用年限最接近的绝缘特征曲线，对使用年限最接近的绝缘特征曲线进行曲线拟合，得到拟合函数；z=1-y=-Ae-ktδ---(3)]]>其中，A为常数，K为与材料相关的系数，t为老化时间，δ为时间指数，z代表绝缘电阻率；S900、最终得到盆式绝缘子工作场强下的寿命预测模型如下式所示；z=1-y=-Ae-ktδt1/t2=(E2/E1)nlnt=lnA0-Ea/RT]]>上式中，t1为场强E1作用下的老化时间，t2为场强E2作用下的老化时间；A0为前因子，t为热老化寿命，Ea为热老化活性能，R为气体常数，T为热力学温度，A为常数，K为与材料相关的系数，t为老化时间，δ为时间指数；S1000、基于S900的寿命预测模型，对盆式绝缘子寿命进行评估，并基于评估结果，对盆式绝缘子执行不同的寿命维护策略。...

【技术特征摘要】
1.一种基于人工加速老化试验的盆式绝缘子寿命评估方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S100、将两组安装有电极的样品放入多因子老化实验室；设定试验温度和电压，开始人工加速老化试验；S200、每隔一段老化时间t从两组样品中各取出一个，采用相同的编号，进行绝缘电阻率测量，基于老化时间和绝缘电阻率百分比关系生成绝缘特征曲线；S300、保持试验温度不变，另取多个试验电压值，重复步骤S100和S200，共得到多组绝缘特性曲线；S400、通过S300得到的不同电压值下的多组绝缘特性曲线中的数据，建立电场强度与老化寿命的关系曲线，得到电场强度与老化时间的关系式(1)；t1/t2＝(E2/E1)n(1)其中，t1为在场强E1作用下的老化寿命，t2为在场强E2作用下的老化寿命；n为寿命系数，通过t＝KE-n公式计算得到，其中，t为热老化时间，K为与绝缘材料、绝缘结构相关的常数，E为外施场强；S500、如果步骤S100中设定的试验温度和盆式绝缘子工作环境温度相对误差在5℃以内，则进行步骤S600；如果步骤S100中设定的试验温度高于盆式绝缘子工作环境温度5℃以上，则利用Arrhenius方程确定热老化时间和温度的关系曲线，所述关系曲线的拟合方程如式(2)所示：lnt＝lnA0-Ea/RT(2)其中，A0为前因子，t为热老化时间，Ea为热老化活性能，R为气体常数；利用式(2)对步骤S200中所述的绝缘特征曲线进行修正，得到盆式绝缘子工作环境温度下的绝缘特征曲线，并用此绝缘特征曲线代替步骤S200中所述的绝缘特征曲线；S600、测量具有使用年限的盆式绝缘子的绝缘电阻率并记录该使用年限，在S300得到的多组绝缘特征曲线上找到相对应的点；S700、基于步骤S600中找到的所述相对应的点，进一步利用公式(1)，换算盆式绝缘子工作电场强度下的老化时间，与步骤S600中所述的盆式绝缘子的使用年限作比较；S800、基于S700的年限比较结果，在步骤S300中的多组绝缘特性曲线中，选取与盆式绝缘子的使用年限最接近的绝缘特征曲线，对使用年限最接近的绝缘特征曲线进行曲线拟合，得到拟合函数；其中，A为常数，K为与材料相关的系数，t为老化时间，δ为时间指数，z代表绝缘电阻率；S900、最终得到盆式绝缘子工作场强下的寿命预测模型如下式所示；上式中，t1为场强E1作用下的老化时间，t2为场强E2作用下的老化时间；A0为前因子，t为热老化寿命，Ea为热老化活性能，R为气体常数，T为热力学温度，A为常数，K为与材料相关的系数，t为老化时间，δ为时间指数；S1000、基于S900的寿命预测模型，对盆式绝缘子寿命进行评估，并基于评估结果，对盆式绝缘子执行不同的寿命维护策略。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S100中所述的样品采用环氧树脂板，所述的电极采用铜棒电极，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏小飞，黄金剑，黄辉敏，芦宇峰，王飞风，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广西;45