[发明专利]一种现场套管油浸纤维素绝缘的水分预测和老化评估方法

说明书

本发明涉及电气设备故障诊断技术领域，具体公开了一种现场套管油浸纤维素绝缘的水分预测和老化评估方法，包括：制备不同绝缘状态的油浸纤维素纸板样本，进行测试得到FDS曲线；在FDS曲线的基础上提出预测水分含量的方法；对老化动力学方程进行修正，结合时温叠加理论得到DP值、水分含量与老化时间之间的关系，构建老化状态预测模型；实验验证老化状态预测模型可行性；对现场套管进行FDS测试，并通过X模型得到套管固体绝缘的FDS曲线；通过温度平移因子将不同油温下的FDS曲线平移至实验温度下的FDS曲线，通过水分和老化状态预测模型对套管进行预测分析。本发明在考虑温度影响的情况下构建纤维素水分含量和老化状态预测模型，有利于对套管寿命的评估。

技术领域

本发明属于电气设备故障诊断技术领域，特别涉及一种基于频域介电谱和纤维素老化动力学模型的现场套管油浸纤维素绝缘的水分预测和老化评估方法。

背景技术

电力系统在现代社会中的作用越来越显著，作为电力系统的输变电核心设备，电力套管是现代电网的关键设备，对电能起着转换和过渡的作用，具有强度高，装置稳定性好，使用寿命长等优点。但近年来，相关调查发现，目前国内大量电力套管面临服役时间已接近甚至超过其设计服役年限的问题，并存在绝缘老化加剧、绝缘性能下降的高运行风险。如今对于保证套管在运行年限内安全可靠的工作成了重要的研究内容。

套管内部的油纸绝缘系统是套管绝缘系统的主要形式，在长期使用过程中，由于温度场、电场等各种应力的协同作用，会使油纸系统逐渐恶化，并会产生水分、糠醛、烃类、有机化合物等附加产物。随着老化程度的加剧，油纸绝缘系统的绝缘性能不断降低，进而将影响整个电网。事实上，通过过滤或更换油可以改善或恢复绝缘油的老化，而固体(纤维素)绝缘的降解是不可逆的。这意味着套管的使用寿命主要取决于其固体(纤维素)绝缘材料的老化程度，因此，对套管纤维素绝缘老化程度和含水率(mc％)的状态预测具有重要意义。现有研究显示，预测套管纤维素绝缘材料的老化程度的方法分为直接法和间接法。直接法主要采用粘度法，可以得到纤维素绝缘材料相应的聚合度(DP)，然而，由于其附带的破坏性，这种方法通常用于实验室条件下，而不是现场测试。相比之下，间接法可以通过多种方式实现，包括传统的电指标(绝缘电阻、吸收比等)、油中溶解化学指标(酸、醛、糠醛等)，特别是基于介电响应原理的时/频域介电响应测量技术具有抗干扰能力强、携带信息丰富等优点，近年来受到了极大的关注，目前已经取得了很多有价值的成果。影响频域介电响应测试的关键因素主要包括绝缘几何结构、测试电压、湿度、绝缘材料的导电性和温度。很多研究表明，介质(纤维素绝缘纸)的频率依赖性可以作为一个有效的指标来表征老化/水分对频域介电谱(FDS)数据的影响。

研究发现，老化和水分产生的“补偿效应”将严重阻碍分别在测量的FDS数据上识别老化和水分对曲线的影响。由于在含水量足够高的情况下，FDS对水分更为敏感，因此该情况下使用FDS对老化状态的预测结果被认为是不准确的。然而研究发现，纤维素老化动力学模型能够跟踪老化温度、初始水分含量等不同条件下DP随老化时间的变化规律。因此有望通过老化动力学模型弥补FDS无法识别水分和老化影响的不足。已有相关文献报道了预测套管纤维素绝缘剩余寿命和老化条件的传统老化动力学模型。然而，由于油纸绝缘内含水量未知，使得老化状态预测难以进行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于频域介电谱(FDS)和纤维素老化动力学模型的现场套管油浸纤维素绝缘的水分预测和老化评估方法，首先利用FDS技术，根据其对水分的敏感特性，实现了对纤维素绝缘水分浓度的预测；然后，利用预测的含水量建立了改进的老化动力学模型，从而对套管纤维素绝缘的老化状态进行了预测。

为实现上述目的，本发明提供了一种现场套管油浸纤维素绝缘的水分预测和老化评估方法，包括以下步骤：

(1)制备不同绝缘状态的油浸纤维素纸板样本，对油浸纤维素纸板样本进行FDS测试，得到介损值随频率变化的FDS曲线；然后测定油浸纤维素纸板样本的聚合度和水分含量；