一种变压器绝缘寿命预测与可靠性评估方法技术

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，本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种变压器绝缘寿命预测与可靠性评估方法
属于电气工程领域，特别是考虑运行状态和绝缘寿命的电力变压器的寿命评估与故障诊断方法。
技术介绍
电力变压器的可靠性是指其在电力系统中继续安全稳定运行的能力，作为电力系统的关键设备之一，其健康状态关系到整个电网的安全与稳定。因此综合考虑多重因素对变压器进行全面准确的可靠性评估具有重要意义。变压器绝缘寿命评估主要取决于内部油纸绝缘的状态，而水分和老化程度是影响绝缘状态的重要因素。油纸绝缘的状态评估主要针对含水量和老化程度，含水量的增加会增大介损，降低击穿电压，从而导致绝缘结构破坏，影响设备正常运行，而老化程度将直接决定变压器的使用寿命。频域介电谱法(frequencydomainspectroscopy,FDS)携带绝缘信息丰富、抗干扰能力强，已成为油纸绝缘状态评估的主要方法。文献[10]研究表明水分和老化对于FDS曲线的影响不同，老化及老化产物主要影响低频区域，而水分主要影响高频区域，且水分的影响要高于老化及老化产物。廖瑞金[11]等人研究了油纸老化对于FDS曲线的影响，提取了三个特征点作为表征油纸老化的特征量，但并未考虑水分对于老化评估的影响。传统测量绝缘纸含水量方法是通过卡尔-费休滴定法测量取样的变压器油中含水量，然后通过T.V.Oommen平衡曲线计算得到绝缘纸的水分含量。IDAX300频率测试仪通过后台数据库对比的方法评估实际变压器油纸绝缘含水量。卡尔-费休滴定法首先是取样困难，其次是结果误差较大且易受干扰因素影响。IDAX300水分含量测试，根据建立的变压器水分含量数据库，通过测量数据的对比，确定变压器含水量，然而测量中干扰因素并未排除。但这些研究仍不能区分老化和水分的相互影响，并且将评估结果运用到变压器剩余寿命评估的研究也较为缺乏。另一方面，对于变压器可靠性评估国内外目前主要考虑其运行状态，张镱议[12]等人基于油色谱分析、油化实验、电气试验的变压器综合健康指数评估模型，建立了健康指数与故障率的关系；王慧芳[13]等人考虑了设备役龄和健康状态对故障率的影响，建立了以设备健康状态为基础，参数随时间变化的故障率模型。这些研究都较少考虑到主绝缘的老化和水分状态，而考虑变压器主绝缘状态不仅使可靠性评估结果更为精确，还更能体现出不同环境和状态的变压器在评估时的个体差异。近些年的利用FDS评估老化和水分状态时，主要是从FDS曲线中提取能够表征老化和水分的特征量，通过这些特征量对老化和水分状态进行评估。然而，目前基于FDS的评估方法仍未能将水分和老化在FDS测试中的影响区分开来，所提出的特征量并未考虑水分和老化的相互影响，无法对变压器寿命进行准确预测，故目前的方法应用于现场变压器绝缘寿命评估时并不可取，亦无法对变压器可靠性进行准确评估。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题而提供一种变压器绝缘寿命预测与可靠性评估方法，旨在通过基于修正因子算法，建立基于老化、水分和温度联合影响下的变压器绝缘寿命评估模型，从而提升变压器寿命评估的精度。本专利技术的目的是这样实现的：一种变压器绝缘寿命预测与可靠性评估方法，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SDP产生的影响，而是老化对特征量SDP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Sm进行修正，将修正后的Sm带入到修正因子数据库中求出含水量M'；通过D0和M'对Sm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1Sm和SDP的拟合公式Table1FittingformulasofSmandSDP2.4)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，Tref＝363K，Mref＝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Weibulldistribution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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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：

【技术特征摘要】
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SDP产生的影响，而是老化对特征量SDP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Sm进行修正，将修正后的Sm带入到修正因子数据库中求出含水量M'；通过D0和M'对Sm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1Sm...

【专利技术属性】
技术研发人员：高波，刘亚婕，夏国强，朱航，李通，杨雁，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51