一种变压器油绝缘纸的老化评估方法及装置

技术领域

本发明涉及变压器检测技术领域，尤其涉及一种变压器油绝缘纸的老化评估方法及装置。

背景技术

变压器是电力系统最关键、最昂贵的核心部件，电网的可靠工作依赖于变压器能够长时间安全地运行。变压器的状态主要取决于其绝缘系统的状态，变压器的绝缘系统主要由绝缘油和绝缘纸构成。由于绝缘纸难以更换，其使用寿命直接决定了变压器的使用寿命，因此，对变压器的故障诊断和寿命评估主要是通过判断绝缘纸的老化状态来实现。

现有的绝缘纸老化评估方法有两种：第一种是绝缘纸的聚合度检测，这是迄今为止公认的最重要的变压器固体绝缘的老化判据，其效果最为直接。第二种是对变压器油中的糠醛含量进行检测，糠醛是一种呋喃类化合物，可作为绝缘纸纤维素分解的特征产物，其含量直接反映了绝缘纸的老化程度。但是这两种方式都有各自的缺点，第一种通过聚合度测量的方式容易受采样点的影响，根据不同采样点得出的结果通常会有较大差异。另外，由于平均聚合度的测量须对变压器进行吊罩取样，使变压器退出运行，因此该方式很难应用于现场测量。而在第二种方式中，绝缘纸类型、水分及温度等多种因素都会增大测量结果的分散性，硬性测量结果。此外，在许多变压器装有热虹吸过滤器，其中的吸附剂会导致对流循环的油中一部分糠醛被损失掉，这种情况下就需要对测量值进行补偿计算，难以保证得到准确结果。同样地，在变压器在长期运行后的换油操作也会使很大一部分糠醛流失，导致测量结果不能反映真实老化状态。因此，如何提供一种可实施性强、测量精度高的变压器油绝缘纸的老化评估方法，是本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变压器油绝缘纸的老化评估方法及装置，该方法基于老化过程的总糖测量，无需变压器停运就可实现对绝缘纸老化程度的在线评估，具有取样方便，用量少，运输和保存方便，不易损失、可靠性高，测量结果的精确度高等优点。

为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明某一实施例提供了一种变压器油绝缘纸的老化评估方法，包括：

建立判断标准，获得绝缘纸老化过程中各节点所对应的单位质量绝缘纸产生的总糖质量，以作为评估标准；

对变压器油进行取样，得到待测样本，并记录所述待测样本的体积及待测绝缘纸的总质量；

获取所述待测样本的总糖浓度，将所述总糖浓度与所述体积的乘积与所述待测绝缘纸的总质量的比值，作为单位质量的待测绝缘纸产生的总糖质量；

根据所述评估标准及所述待测绝缘纸产生的总糖质量，进行绝缘油纸的老化程度的评估。

作为优选地，所述建立判断标准，获得绝缘纸老化过程中各节点所对应的单位质量绝缘纸产生的总糖质量，以作为评估标准，包括：

对新变压器油中的总糖浓度进行检测，根据检测结果模拟绝缘纸在变压器油中的老化；

定期测定所述老化过程中变压器油的溶液勃度和总糖浓度，根据所述溶液勃度和所述总糖浓度计算绝缘纸聚合度和单位质量绝缘纸产生的总糖质量；

获得所述绝缘纸聚合度和所述单位质量绝缘纸产生的总糖质量的相关性曲线，获得所述曲线中各节点所对应的单位质量绝缘纸产生的总糖质量，以作为评估标准。

作为优选地，所述对新变压器油中的总糖浓度进行检测的方式包括蒽酮比色法。

作为优选地，所述根据检测结果模拟绝缘纸在变压器油中的老化包括采用加热加速老化法。

作为优选地，当变压器油已经发生更换时，将更换前检测的变压器油中的总糖浓度及更换后检测的变压器油中的总糖浓度之和，作为待测样本的总糖浓度。

本发明某一实施例还提供了一种变压器油绝缘纸的老化评估装置，包括：

评估标准建立单元，用于建立判断标准，获得绝缘纸老化过程中各节点所对应的单位质量绝缘纸产生的总糖质量，以作为评估标准；

待测样本获取单元，用于对变压器油进行取样，得到待测样本，并记录所述待测样本的体积及待测绝缘纸的总质量；

单位质量总糖量计算单元，用于获取所述待测样本的总糖浓度，将所述总糖浓度与所述体积的乘积与所述待测绝缘纸的总质量的比值，作为单位质量的待测绝缘纸产生的总糖质量；

老化程度评估单元，用于根据所述评估标准及所述待测绝缘纸产生的总糖质量，进行绝缘油纸的老化程度的评估。

作为优选地，所述评估标准建立单元，还用于，

对新变压器油中的总糖浓度进行检测，根据检测结果模拟绝缘纸在变压器油中的老化；

定期测定所述老化过程中变压器油的溶液勃度和总糖浓度，根据所述溶液勃度和所述总糖浓度计算绝缘纸聚合度和单位质量绝缘纸产生的总糖质量；

获得所述绝缘纸聚合度和所述单位质量绝缘纸产生的总糖质量的相关性曲线，获得所述曲线中各节点所对应的单位质量绝缘纸产生的总糖质量，以作为评估标准。

作为优选地，在所述评估标准建立单元和所述单位质量总糖量计算单元中，对变压器油中的总糖浓度进行检测的方式包括蒽酮比色法。

作为优选地，在所述评估标准建立单中，所述根据检测结果模拟绝缘纸在变压器油中的老化包括采用加热加速老化法。

作为优选地，所述单位质量总糖量计算单元，还用于，

当变压器油已经发生更换时，将更换前检测的变压器油中的总糖浓度及更换后检测的变压器油中的总糖浓度之和，作为待测样本的总糖浓度。

相对于现有技术，本发明实施例至少存在如下有益效果：

1)与聚合度测量相比，该方法基于总糖测量，具有取样方便，用量少，无需变压器停电，运输和保存方便，不易损失、可靠性高等优点；

2)与糠醛测量相比，该方法中的总糖浓度与绝缘纸聚合度在老化初中级阶段呈现线性关系，相比糠醛浓度与绝缘纸聚合度呈现对数线性关系，更直观、更敏感，具有更高的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明某一实施例提供的变压器油绝缘纸的老化评估方法的流程示意图；

图2是本发明某一实施例提供的步骤S10的子步骤的流程示意图；

图3是本发明某一实施例提供的老化单元抽真空装置的结构示意图；

图4是本发明某一实施例提供的变压器油绝缘纸的老化评估系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。

应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

第一方面：

请参阅图1，本发明某一实施例提供了为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明某一实施例提供了一种变压器油绝缘纸的老化评估方法，包括：

S10、建立判断标准，获得绝缘纸老化过程中各节点所对应的单位质量绝缘纸产生的总糖质量，以作为评估标准；

S20、对变压器油进行取样，得到待测样本，并记录所述待测样本的体积及待测绝缘纸的总质量；

S30、获取所述待测样本的总糖浓度，将所述总糖浓度与所述体积的乘积与所述待测绝缘纸的总质量的比值，作为单位质量的待测绝缘纸产生的总糖质量；

S40、根据所述评估标准及所述待测绝缘纸产生的总糖质量，进行绝缘油纸的老化程度的评估。

需要说明的是，对于变压器的老化程度的评估，主要是通过判断绝缘系统中绝缘纸的老化程度来进行判断，目前常用的两种方式：第一种是绝缘纸的聚合度检测，这是迄今为止公认的最重要的变压器固体绝缘的老化判据，其效果最为直接。但是这种方式易受采样点的影响，根据不同采样点得出的结果可能有较大差异。另外，由于平均聚合度的测量须对变压器进行吊罩取样，使变压器退出运行，相应方法很难应用于现场测量。第二种是测量糠醛含量，变压器油中的糠醛是一种呋喃类化合物中，可作为绝缘纸纤维素分解的特征产物，其含量直接反映了绝缘纸的老化程度。油中糠醛含量是公认的油纸绝缘老化判据之一。但这种方式也存在自身的缺点：首先，绝缘纸类型，水分，温度等多种因素都会增大测量结果的分散性；另外，许多变压器装有热虹吸过滤器，内装吸附剂，对流循环的油中一部分糠醛被损失掉。这种情况下就需要对测量值进行补偿计算，难以保证得到准确结果。同时，还应考虑变压器在长期运行后可能经历换油的处理措施，这会使很大一部分糠醛流失，导致测量结果不能反映真实老化状态。因此，本实施例的目的是提供一种绝缘纸的老化评估方法，能够实时检测，且检测结果的精度高。

具体地，在本实施例中，一共包括四个步骤：在步骤S10中，主要是先制定一个判断标准，进一步地，步骤S10又包括以下子步骤，如图2所示：

S101、对新变压器油中的总糖浓度进行检测，根据检测结果模拟绝缘纸在变压器油中的老化；

在这一步中，采用蒽酮比色法测定变压器油中总糖质量检测技术对新的变压器油中的总糖质量进行检测。需要说明的是，蒽酮比色法的反应原理是糖类物质在较高温度下被硫酸作用脱水生成糠醛与蒽酮(C14H10O)缩合成蓝绿色化合物，且反应的颜色深浅与总糖质量成正比。因此可以对蓝绿色化合物的颜色判定来测量总糖质量；接着，在实验室模拟绝缘纸在变压器油中的老化，优先采用加热加速老化的方法进行老化。

S102、定期测定所述老化过程中变压器油的溶液勃度和总糖浓度，根据所述溶液勃度和所述总糖浓度计算绝缘纸聚合度和单位质量绝缘纸产生的总糖质量；

这一步中，定期采用粘度计测定绝缘纸的溶液的粘度，计算其绝缘纸聚合度值；采用蒽酮比色法检测技术测定出油中总糖浓度，并计算出单位质量绝缘纸产生的总糖质量。

S103、获得所述绝缘纸聚合度和所述单位质量绝缘纸产生的总糖质量的相关性曲线，获得所述曲线中各节点所对应的单位质量绝缘纸产生的总糖质量，以作为评估标准。

这一步中，由于绝缘纸聚合度与单位质量绝缘纸产生的总糖质量具有相关关系，通过计算能够拟合二者的相关性曲线，确定该曲线中各节点所对应的单位质量绝缘纸产生的总糖质量。

步骤S10建立好了评估标准，在步骤S20中主要进行取样和称重：首先，对变压器油进行取样，并带回实验室，记录取样变压器的油体积v，绝缘纸总质量记为m，然后采用蒽酮比色法检测技术对变压器油进行检测，检测出变压器油中的总糖浓度，记为c，因此，在步骤S30中，可以计算本变压器单位质量的绝缘纸产生的总糖质量m

最后，在步骤S40中，根据先前制定的判断标准，对比刚计算出的本变压器单位质量的绝缘纸产生的总糖质量m

本发明的实施例基于老化过程的总糖测量，无需变压器停运就可实现对绝缘纸老化程度的在线评估，具有取样方便，用量少，运输和保存方便，不易损失、可靠性高，测量结果的精确度高等优点。

在某一个示例性的实施例中，当变压器油已经发生更换时，将更换前检测的变压器油中的总糖浓度及更换后检测的变压器油中的总糖浓度之和，作为待测样本的总糖浓度。可以理解的是，当需要更换变压器油时，更换变压器油后，变压器油中测量出的总糖是绝缘纸重新产生的，没有累积，要算出从变压器投运后产生的总糖质量就需要在测量出现有的总糖浓度的基础上加上更换变压器油之前的总糖质量。因此，若变压器油为更换后的，对更换过变压器油的变压器中总糖浓度C的计算：

C＝C

其中，C

为了帮助理解本方案的全部过程，在某一个示例性的实施例中，还提供了代入具体数值的检测过程，过程如下：

第一步，获取变压器绝缘纸绝缘情况与绝缘纸聚合度值的关系：

通过查找文献，可知变压器绝缘纸绝缘情况与绝缘纸聚合度值的关系，如表1所示：

表1

第二步，对于新的变压器油中的总糖质量进行检测：

在进行实验室老化试验前对新的变压器油的总糖质量和绝缘纸的聚合度进行检测，在本步骤中，采用了三个不同品牌的新的变压器油，检测得到绝缘纸的聚合度为989.5，检测的总糖质量，如表2所示：

表2

可以看出，新的变压器油中没有总糖存在，说明变压器油中总糖是在运行中才产生的。

第三步，对变压器油投入使用的情况进行相关实验，具体如下：

a)老化温度选取：

为了探讨固体绝缘的老化规律和降解产物，实验室模拟老化实验温度设计为：80℃、90℃、100℃、110℃。采用油浴锅加热，内装二甲基硅油作为加热介质。

b)老化纸样设计：

将长为1m的绝缘纸绕于Φ6×52mm的紫铜棒上，反复绕两层，要保证纸与铜棒、纸与纸之间不能有间隙，纸尾用细铜线缠绕系紧以防散开。在烘箱80℃条件下加热1天去除纸中水分，放入真空干燥器中备用。若加热过久会导致绝缘纸聚合度降低过多而影响实验。如图2所示。

c)老化容器设计：

采用专门设计的不锈钢容器装入老化纸样和对比油样，纸样容器采用不锈钢，顶部焊接法兰。顶盖中心焊接Ф4mm紫铜管用于抽真空。顶盖与容器采用M6螺钉固定，中间垫5mm厚(外径33.5mm，内径22.5mm)氟橡胶垫片密封；密封容器容积约150ml。对比油样密封容器同样采用不锈钢，顶盖中心焊接Ф4mm紫铜管用于抽真空，顶盖焊接到容器体，容积80ml。

d)准备老化纸样：

(1)紫铜棒：Φ6×52mm；绝缘纸：长度1m，厚度0.075mm；将绝缘纸紧密缠绕在紫铜棒上，以充分模拟真实变压器线圈情况。

(2)将制备的纸样放入烘箱中加热24h烘干后放入干燥容器中备用。

e)老化单元处理：

(1)将制备好的纸样放入纸样密封容器中向不锈钢粗瓶中，每个密封容器放入三个；

(2)容器顶部加装氟橡胶垫片后将顶盖固定好；

(3)通过顶部Ф4mm紫铜管鼓入高纯度氮气，充气压力0.4Mpa，停留时间30分钟，检查气密性。如果压力下降过快，则将整个容器放入水盆中，找出漏气点，并加以处理；

(4)用注射器通过顶盖处细铜管向气密性良好的不锈钢粗瓶中注入90mL经过脱气除水后的变压器新油(克拉玛依25#号变压器油)；对比油样容器密封后，注入40ml变压器新油；

(5)将密封好的老化单元放入油浴锅中，并加入二甲基硅油，二甲基硅油添加量正好保证到老化单元顶部；

(6)通过连接接头用厚壁聚四氟乙烯管将油浴锅中老化单元连接到气路分配器上，气路分配器出气口通过真空球阀连接到真空泵上，如图3所示；

(7)在60℃的油浴锅(硅油)中加热24h，然后用真空泵抽气至真空泵示数达到最大(真空表示数约为0.075MPa)，关闭阀门维持10min，打开阀门再次抽气，反复循环多次去除水分和保持真空状态，然后先用封口钳对细铜管进行压扁处理，再用管钳在封口钳处理的位置上方剪断细铜管，最后用烙铁对细铜管进行封口。

(8)按已设计好的温度启动老化过程，并按一定的时间取出一个老化纸样单元，测量纸样聚合度、油中糠醛浓度和总糖浓度。并按一定时间，去除对比油样老化单元，测量油中糠醛和总糖浓度。最后将测量的总糖浓度与判断标准比较，得出老化程度的结果。

第二方面：

请参阅图4，在某一个示例性的实施例中，还提供了一种变压器油绝缘纸的老化评估装置，包括：

评估标准建立单元01，用于建立判断标准，获得绝缘纸老化过程中各节点所对应的单位质量绝缘纸产生的总糖质量，以作为评估标准；

待测样本获取单元02，用于对变压器油进行取样，得到待测样本，并记录所述待测样本的体积及待测绝缘纸的总质量；

单位质量总糖量计算单元03，用于获取所述待测样本的总糖浓度，将所述总糖浓度与所述体积的乘积与所述待测绝缘纸的总质量的比值，作为单位质量的待测绝缘纸产生的总糖质量；

老化程度评估单元04，用于根据所述评估标准及所述待测绝缘纸产生的总糖质量，进行绝缘油纸的老化程度的评估。

可以理解的是，该装置的模块01-04分别执行步骤S10-S40，具体地：

在步骤S10中，主要是先制定一个判断标准，而步骤S10又包括以下子步骤，如图2所示：

S101、对新变压器油中的总糖浓度进行检测，根据检测结果模拟绝缘纸在变压器油中的老化；

在这一步中，采用蒽酮比色法测定变压器油中总糖质量检测技术对新的变压器油中的总糖质量进行检测。需要说明的是，蒽酮比色法的反应原理是糖类物质在较高温度下被硫酸作用脱水生成糠醛与蒽酮(C14H10O)缩合成蓝绿色化合物，且反应的颜色深浅与总糖质量成正比。因此可以对蓝绿色化合物的颜色判定来测量总糖质量；接着，在实验室模拟绝缘纸在变压器油中的老化，优先采用加热加速老化的方法进行老化。

S102、定期测定所述老化过程中变压器油的溶液勃度和总糖浓度，根据所述溶液勃度和所述总糖浓度计算绝缘纸聚合度和单位质量绝缘纸产生的总糖质量；

这一步中，定期采用粘度计测定绝缘纸的溶液的粘度，计算其绝缘纸聚合度值；采用蒽酮比色法检测技术测定出油中总糖浓度，并计算出单位质量绝缘纸产生的总糖质量。

S103、获得所述绝缘纸聚合度和所述单位质量绝缘纸产生的总糖质量的相关性曲线，获得所述曲线中各节点所对应的单位质量绝缘纸产生的总糖质量，以作为评估标准。

这一步中，由于绝缘纸聚合度与单位质量绝缘纸产生的总糖质量具有相关关系，通过计算能够拟合二者的相关性曲线，确定该曲线中各节点所对应的单位质量绝缘纸产生的总糖质量。

步骤S10建立好了评估标准，在步骤S20中主要进行取样和称重：首先，对变压器油进行取样，并带回实验室，记录取样变压器的油体积v，绝缘纸总质量记为m，然后采用蒽酮比色法检测技术对变压器油进行检测，检测出变压器油中的总糖浓度，记为c，因此，在步骤S30中，可以计算本变压器单位质量的绝缘纸产生的总糖质量m

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。