[发明专利]一种变压器绝缘寿命预测与可靠性测试方法

摘要

一种变压器绝缘寿命预测与可靠性评估方法，基于修正因子算法提出一种新的油纸绝缘状态评估方法，并在此基础上建立了老化、水分和温度联合影响下的变压器绝缘寿命评估模型。然后，通过建立运行状态与期望寿命的关系，将运行状态评分引入到老化寿命评估模型中，提出了一种绝缘老化与运行状态共同表征故障率的新模型，本发明在考虑老化和水分相互影响作用的基础上，提高了变压器可靠性评估的准确性。

主权项

1.一种变压器绝缘寿命预测与可靠性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：1)评估系统数据库的建立首先，通过FDS频谱测试装置进行现场变压器的FDS测量，需要将测量曲线进行温度平移到参考温度30℃下，并进行XY结构模型的计算；根据FDS测试曲线，提取101～103Hz内对频率的积分值Sm作为表征绝缘纸水分含量的特征量，在10‑3～10‑1Hz内对频率的积分值SDP作为表征绝绝缘纸老化程度的特征量，如式(1)、(2)所示：式中，f为频率，tanδ为电介质的介质损耗因素；建立实际变压器油纸绝缘模型，设置多组含不同老化和水分的样品模型；在每一组样品的老化梯度下，测量不同的含水量FDS曲线；在每一组样品的水分梯度下，测量不同老化样品的FDS曲线；基于特征量特性，提出水分修正因子γ和老化修正因子γ为水分对特征量S_DP产生的影响，而是老化对特征量S_DP产生的影响；如式子(3)、(4)所示；由修正因子γ和得出每一组样品的水分和老化的修正因子，分别构建老化和水分修正因子数据库；式中，Sm是未老化绝缘纸提取的特征量，SDP是不含水分绝缘纸提取的特征量；λ是由绝缘纸老化相对于未老化绝缘纸所引起的Sm增加的部分，其大小与绝缘纸含水量及老化程度均有关；S′m为未老化杜绝缘纸实际测量包含影响因素的值；β是纸中水分相对于干燥绝缘纸所引起的SDP增加的部分，其大小与绝缘纸含水量及老化程度均有关，S′DP为不含水分绝缘纸实际测量包含影响因素的值；2)基于修正因子算法的寿命评估模型2.1)测量样品的介损曲线，求出S′DP与S′m；由数据库求出含水量初值M0；考虑到水分对于老化测量的影响过大，因此参照DL/T984‑2005《油浸式变压器绝缘老化判断导则》，根据变压器使用年限大致确定聚合度的范围，记为初始聚合度D0；2.2)将D₀和M₀的数值带入到老化修正因子数据库中去，求得该点的老化修正因子通过对S_m进行修正，将修正后的S_m带入到修正因子数据库中求出含水量M'；通过D₀和M'对S_m进行修正操作，并重复上述操作，直到(M'‑M₀)/M₀<1％，记M'为含水量；2.3)将步骤2.2)求得的含水量和聚合度数值带入到水分修正因子数据库中，求得该点的水分修正因子γ；通过γ对SDP进行修正，将修正后的SDP带入到表1中求出新的D'；通过D'和M对SDP进行修正，并重复上述操作，直到(D'‑D0)/D0<1％，此时记D'为聚合度；表1 Sm和SDP的拟合公式Table 1 Fitting formulas of Smand SDP2.4)若上述步骤中的DP与MC满足(Dj‑Dj‑1)/Dj‑1<1％并且(Mi‑Mi‑1)/Mi‑1<1％时，将Dj和Mi作为结果输出，否则重复步骤2.2)和2.3)；式中，Dj为j次的聚合度，Dj‑1为j‑1次的聚合度，Mi为i次的含水量，Mi‑1为i‑1次的含水量；通过修正因子算法获得准确的当前状态的聚合度和含水量，在充分考虑绝缘含水量、老化程度以及温度对寿命影响的基础上，建立老化、水分和温度联合影响下的绝缘寿命评估模型，当温度T、水分含量M及聚合度DPt时的绝缘寿命tT,M模型如下所示：式中，b＝0.773，R＝8.314J/mol/K，T_ref＝363K，M_ref＝0.5％，T为变压器运行时间内的平均热点温度，根据“热点温度计算模型”^[18]以历史负荷数据、环境温度等相关参数为输入计算获得；由上式可知，在给定初始聚合度Dp0、含水量M以及变压器的热点温度T的情况下，能测出任意Dp0运行到Dpt的时间；为了方便进一步的研究，将上式简化为：t＝g(Dp0,Dpt,M,T)  (6)在实际应用中，当获得初始聚合度、含水量和热点温度后，将其代入到式(5)、(6)中，能得到以当前负载率曲线运行到任意DP，即老化程度的运行时间即设备已运行的时间t；3)考虑运行状态和绝缘寿命的可靠性评估模型变压器老化过程常用威布尔分布Weibull distribution来描述[19]，其故障率函数如下式所示：式中：β为形状参数；η为比例参数，也称特征寿命参数；t表示设备已运行的时间；变压器在实际运行中受负载波动的影响，温度也将发生变化；在综合考虑温度、水分和聚合度的情况下求取运行时间t并代入式(7)中，便可得到时间、温度和水分联合影响下的老化失效模型故障率值；在新模型中，定义参数η等于期望寿命L(S,DP)；通过分析变压器基本原理和运行情况可知，函数L(S,DP)应满足以下条件：3.1)随着运行状态下降，期望寿命单调递减；3.2)当运行状态评分为0时，寿命也递减为0；3.3)当运行状态评分为1时，变压器寿命处于最佳状态，取L0；将式(9)作为η的值带入式(8)，得到新的故障率模型函数为：式中，L0为变压器绝缘寿命，在式(5)中设置变压器寿命终止时聚合度为250，此时计算所得的tT,M即为L0；m为待拟合参数；S为变压器运行状态评分。