绝缘纸寿命损失率计算方法及计算装置

技术领域

本发明属于油纸绝缘技术领域，涉及一种绝缘纸寿命损失率计算方法及计算装置，通过考虑变压器油纸绝缘的绝缘纸的极限聚合度及时变负载的方法，计算油浸式电力变压器油纸绝缘的绝缘纸寿命损失率。

背景技术

由矿物油和绝缘纸复合组成的油纸绝缘，是大型油浸式电力变压器的主要绝缘材料，绝缘纸一般采用纤维绝缘纸，在设备运行过程中受到电、热、机械等因素的影响，绝缘纸会逐渐发生老化。

绝缘纸的寿命决定了电力变压器的技术寿命，通常以聚合度作为衡量绝缘纸劣化程度的直接指标。新绝缘纸的绝缘纸初始聚合度值约为1200，当绝缘纸的绝缘纸极限聚合度值下降到200左右时被认为已到达寿命终点。研究表明，设备运行温度及热老化对绝缘纸的寿命起到决定性作用，研究中常用油纸绝缘的热寿命模型描述不同温度下绝缘纸的聚合度随时间变化的规律，因此油纸绝缘热寿命模型及其参数的确定，在设备绝缘设计和绝缘纸剩余寿命评估中具有重要的作用。

现有技术中，常用的油纸绝缘热寿命模型有三种：

模型一：以98℃下的老化速率作为参考值，认为该温度下的老化速率为1，以如矿物油变压器导则IEEE Std C57.91-1995所给出的6摄氏度半寿命准则，给出了油纸绝缘的热老化速率，认为温度每升高6℃绝缘纸的寿命减半、老化速率增倍。该模型的局限性：仅能粗略描述相对于98℃参考温度下的相对老化速率，未考虑绝缘纸纤维素在不同的聚合度下老化速率的差异，也无法对绝缘纸的聚合度的绝对值时变规律进行描述。

模型二：提出纤维热降解零阶动力学方程，认为给定温度下绝缘纸的纤维断链速率为一个常数，进而用于老化数据的拟合。该模型的局限性：在绝缘纸老化的初期吻合较好，但在长时间老化情况下、尤其是老化后期拟合数据与实际试验数据不匹配。

模型三：针对油纸绝缘的绝缘纸聚合度值的时变规律，提出了二阶动力学方程，认为绝缘纸纤维劣化的速率是一个随着时间变化的值。该模型的局限性：到目前为止，模型部分参数与温度的量化关系仍然未知，导致该模型无法用于计算时变温度下的绝缘纸聚合度值变化特性。

发明内容

针对现有技术中的局限性，本发明提供一种考虑油纸绝缘绝缘纸热老化过程中DP值随时间变化特性的计算方法，通过研究与绝缘纸老化温度相关的关键参数及LODP值与温度之间的关系，计算得到绝缘纸在时变温度下的DP

本发明中，为了文字描述的便捷性，定义了以下若干个技术名词：一是DP值，DP是Degree of Polymerization的缩写，DP值指绝缘纸聚合度值；二是LODP值，LODP是Levelling-Off Degree of Polymerization，LODP值指绝缘纸极限聚合度值；三是DP

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

绝缘纸寿命损失率计算方法，包括：

测量预先设定的恒定温度下不同老化时刻t的绝缘纸的DP

根据得到的绝缘纸的DP

对所述变化曲线DP

改变所述预先设定的恒定温度，重复执行获得不同恒定温度下对应的参数k

获得至少三组参数k

按照拟合得到的至少三组预先设定的恒定温度下的参数k

以变压器内部最热点为计算对象，计算时变温度下该变压器内部最热点的DP

根据所述变化曲线DP

优选的，采用公式(1)对所述变化曲线DP

公式1中，e为自然对数的底数，其值约2.718。

按照公式(2)、(3)、(4)进行拟合，并获得至少三组参数k

A

优选的，利用公式(5)计算得到不同预先设定的恒定温度下的LODP值：

绝缘纸寿命损失率计算装置，包括：

变化曲线DP

变化曲线DP

LODP值计算模块，用于获得至少三组参数k

变压器内部最热点变化曲线DP

绝缘纸寿命损失率计算预测模块，用于根据所述变化曲线DP

以上功能模块可以在计算机中安装运行，配合温度调节装置及定时装置进行预测试验。

优选的，所述变化曲线DP

公式1中，e为自然对数的底数，其值约2.718。

按照公式(2)、(3)、(4)进行拟合，获得至少三组参数k

A

优选的，所述LODP值计算模块，利用公式(5)计算得到不同预先设定的恒定温度下的LODP值；

本发明中，时变温度的含义是：温度随老化时刻发生变化、不为恒定值，即为时变温度。

与现有技术相比，本发明带来的有益效果为：

1、本发明能够实现变压器油纸绝缘的绝缘纸寿命损失率的多参量无损评估，以及提高聚合度评估的准确性和实用性；

2、本发明能够根据变压器绝缘纸的关键参数及LODP值与温度之间的关系，同时根据时变温度下变压器热点的DP值随时间变化的曲线DP

附图说明

图1是本发明实施例一的1/DP

图2是本发明实施例一的正常负荷率下的热点温度及DP

图3是本发明实施例一的模拟三次紧急过负荷下的热点温度及DP

具体实施方式

下面将通过实际的案例来描述本发明的具体实施例。

实施例一

绝缘纸寿命损失率计算方法，包括如下步骤：

1、在至少三个温度下开展油纸绝缘的绝缘纸加速热老化试验，定时取样测量绝缘纸的DP值，直至各个温度下DP值达到LODP值或者DP值<200；

温度的选择原则是：平衡“老化效率”和“老化机理不变”的原则，太低的温度耗时过长、太高的温度老化机理无法等效，通常建议在90～130℃范围内进行选择，至少三个温度，间隔尽量均匀。

取样间隔取决于老化温度和所需的取样点数，例如在130摄氏度下，绝缘纸的寿命为30天，采样10个数据点，则取样时间为3天一次。在90摄氏度下，绝缘纸的寿命为90天，采样10个数据点，则取样时间为9天一次。

取样测量绝缘纸的DP值和LODP值的方法是现有技术，具体测量方法按照标准GB/T29305-2012，或IEC60450：2007进行测量。不同的试验温度和不同的油纸绝缘组合，绝缘纸的LODP的值都不同，所以需要测量。

一般连续三次取样间隔测量得到的DP

2、绘出各个温度下DP随老化时刻t(天，或小时)变化的变化曲线DP

3、计算得到k

4、采用公式(3)对不同温度下的k

5、采用公式(4)得到k

6、进一步可以得到不同温度下的LODP值，如公式(5)：

按此，获得了绝缘纸材料的关键参数k

7、令y＝1/DP

8、对于任意一个老化时刻t

k＝dy/dt＝k

也即是图1中该点的斜率。

9、考虑一个单位时间d

按此，如果已知绝缘纸在某一时刻t

DP随着老化时间的变化曲线已经计算出来了，意味着知道每个时刻的DP值了，那么通过公式绝缘纸寿命损失率＝(DP

下面以某330kV油浸式电力变压器在某一年1～12月的实测负荷作为基础数据，负荷的记录周期为一小时一次。按照IEC 60076-7中的模型对其热点温度Th进行估算，结果如图2和图3所示。在这12个月中，该变压器的热点平均温度约为42.3℃，最大热点温度小于90℃。

由于该变压器采用矿物绝缘油浸渍牛皮纸作为绝缘纸，按照本发明内容中涉及的步骤开展试验，可以获得计算所需的各关键参数，这里取值如下：

假设该变压器是新投入运行，DP

另外，图3模拟了三次紧急过负荷导致的热点温度升高的情况，分别持续2小时、8小时和4小时，三次的热点温度均为120℃。

图2未发生紧急过负荷的情况，绝缘纸寿命损失率＝(DP

附图2和附图3中，Operating的含义是变压器运行，Emergency load的含义是紧急过负荷。

实施例二

绝缘纸寿命损失率计算装置，包括：变化曲线DP

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

本发明实施例中，未详细描述的技术特征均为现有技术或者常规技术手段，在此不再赘述。

最后需要说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此。本领域技术人员应该理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。