本发明专利技术公开了一种低频正弦激励下变压器油隙复电容测试方法。本方法首先通过测试得到温度T下油隙的直流电导率σ0，油隙中离子迁移率μ，油隙的厚度l，测试得到施加正弦激励的幅值U、相位ψ、频率f，以此得到其瞬时表达式u(t)，然后将上述测试得到的数据(表达式)代入低频正弦激励下油隙复电容计算模型，最后得到低频正弦激励下油隙的复电容。该方法将测试得到的数据(表达式)代入计算模型，以数值计算的方法得到油隙的复电容，该方法在有效地得到油隙复电容的基础上，还能够通过数值计算的方法解决使用仪器测量低频正弦激励下油隙复电容时间长的问题，提高频域介电响应法在实际工程中的应用效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于变压器绝缘状态检测领域，具体涉及一种低频正弦激励下变压器油隙 复电容测试方法。
技术介绍
油浸式变压器是电力系统中的核心设备，油纸绝缘状态是决定油浸式变压器绝缘 寿命的重要因素之一，频域介电响应法是能够有效诊断油纸绝缘水分含量及其老化状态的 公认方法之一。油浸式变压器油纸绝缘系统由油隙、纸筒压板与撑条等构成，油隙是油纸绝 缘系统的重要组成部分。油纸绝缘系统进行频域介电响应测试时，外施正弦激励电压由高 频到低频进行逐频扫描测试，低频测试的时候，油隙的介电响应特性是决定油纸绝缘系统 整体介电特性的主要因素之一。 现场进行变压器频域介电响应测试时，需将变压器离线并待其内部温度与环境温 度平衡后再进行测试，并且变压器容量越大，其内部温度达到与环境温度平衡所需时间越 长。频域介电响应测试频率越低所需测试时间越长，一般测试由IKHz逐频扫描至ImHz需 要40min，而仅仅ImHz频率的测试就需15min，对于特殊工况，如牵引变压器检修时间（开 天窗）仅为2个小时左右，则此时变压器检修时间不足以完成变压器离线冷却与频域介电 响应测试两个环节，严重影响了频域介电响应法在实际工程中的应用效率，因此急需一种 方法能够在准确得到变压器油纸绝缘系统复电容频域谱的基础上，还可以提高频域介电响 应法在实际工程中的应用效率。
技术实现思路
为了能够准确得到变压器油纸绝缘系统复电容频域谱，并提高频域介电响应法在 实际工程中的应用效率，本专利技术提供一种。 1、一种，在低频正弦激励下较为快速 地测得油隙复电容，其特征在于，包含以下步骤： I. 1由设置在测试设备中的传感器获得如下数据：油隙的温度T，T温度下油隙的 直流电导率σ。，T温度下油隙中离子迀移率μ，油隙的厚度1 ; 1.2测试得到施加正弦激励的幅值U、相位Φ、频率f，以此得到其瞬时表达式 u(t)； 1. 3将步骤I. 1、1. 2、得到的数据输入计算单元的低频正弦激励下油隙复电容计 算模型（1)，得到低频正弦激励下油隙复电容： 式中，U是低频正弦激励U(t)的幅值，f是低频正弦激励U(t)的频率，铲为流过油 隙的电流i(t)与低频正弦激励u(t)间的相位角； 其中，流过油隙的电流i⑴： 式中，n+(x，t)为低频正弦激励施加t时刻、油隙X位置处正离子浓度，n(x，t)为 低频正弦激励施加t时刻、油隙X位置处负离子浓度，2. 2为变压器油工频相对介电 常数，ε。= 8. 85X10 12FAi为真空介电常数，S为油隙与测试装置接触的表面积； 1. 4将1. 3所得得到低频正弦激励下油隙复电容输出至后续处理单元或显示单 J L 〇 所述的油隙中正离子浓度n+(x，t)、负离子浓度η (X，t)，满足如下离子分布模型： 式中，q为单位电荷带电量，E (X，t)为低频正弦激励施加t时亥I」、油隙X位置处电 场强度，kR为油隙中离子与离子对复合平衡常数，k b= 1.38X 10 23J/K为玻尔兹曼常数。 所述的离子分布模型，其求解过程为：将模型在MTLAB软件平台上进行离散化处 理求解。 上述一种的模型推导过程如下： 变压器油频域介电响应测试过程中油隙内部载流子主要为离子对复合分离过程 产生，若以R 1R2表示变压器油中弱电解质，则该过程可表示为： 式中，ki、k2分别为分子与离子对电离复合过程中的电离平衡常数、复合平衡常数， kD、kR分别为离子对与离子电离复合过程中的电离平衡常数、复合平衡常数。根据Langevin 关系可知： 式中，q为单位电荷带电量，μ为离子的迀移率，E1= 2. 2为变压器油工频相对 介电常数，ε c= 8. 85X10 12F/m为真空介电常数。未施加外部电源时，油隙内的变压器油 达到热平衡时有： 式中，c为尚子对浓度，η+、η分别为正负尚子浓度。此时有： 式中，油隙达到热平衡时正负离子的浓度相等为η。，〇。为变压器油直流电导率。 当施加外部电场后，油隙内电场强度分布满足泊松方程，则有： 施加外部电场后，由于正负离子移动产生的电流密度为： 考虑热扩散作用，式（9)可以写为： 根据Fick扩散定律可知： 则将式（6)、（10)代入式（11)可得测试过程中油隙内变压器油中离子的动态分布 表达式： 则电极表面束缚电荷的密度为 式中，u(t)为施加的低频正弦激励的瞬时表达式。则流过油隙的电流为： 式中，S为油隙与测试装置接触的表面积。根据式（14)可得低频正弦激励下油隙 复电容为： 式中，U是低频正弦激励u(t)的幅值，f是低频正弦激励u(t)的频率，铲为电流 i(t)与低频正弦激励u (t)间的相位角。 本专利技术能够在准确地计算得到变压器油纸绝缘系统复电容频域谱的基础上，通过 数值计算的方法解决使用仪器测量低频正弦激励下油隙复电容时间长的问题，提高频域介 电响应法在实际工程中的应用效率。【附图说明】 图1 一种流程图 图2 -种示例【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术作进一步说明： 图1所示为一种流程图。从图中可以 看出一种主要包括以下步骤： 1. 1测试得到油隙的温度T ; 1. 2测试得到T温度下油隙的直流电导率〇。； 1. 3测试得到T温度下油隙中离子迀移率μ ; 1. 4测试得到油隙的厚度1 ; 1.5测试得到施加正弦激励的幅值U、相位Φ、频率f，以此得到其瞬时表达式 u(t)； 1. 6将步骤I. 1、1. 2、1. 3、1. 4、1. 5中测试得到的数据代入低频正弦激励下油隙复 电容计算模型，得到低频正弦激励下油隙复电容。 图2所示为一种示例。测得油隙温 度为30°C，测得30°C下油隙直流电导率为7. 23X 10 13S/m，30°C下油隙中离子迀移率为 I. 73X 10 1WVs,油隙厚度0. 5mm。由图2可知采用本专利技术方法计算出的低频激励下油隙 复电容能较好的与实验测试值符合，计算值与实测值误差在5%内，在可接受范围内，说明 本专利技术能够在准确地计算得到变压器油纸绝缘系统频复电容频域谱的基础上，通过数值计 算的方法解决使用仪器测量低频正弦激励下油隙复电容时间长的问题，提高频域介电响应 法在实际工程中的应用效率。本案例实施过程中，如权利要求4所述的离子分布模型离散 化如下： 外施低频正弦激励的频率为f η = 50 h = 0· Olmm (油隙厚度0· 5mm离散化分成η段） tl = Is (模型计算时间步长） x为闭区间之间的整数 t为闭区间之间的整数 η〇= σ 0/(2 XqX μ) kR= 2XqX μ/( ε rX ε 〇) J+(l, t) = 0, J (n+1, t) = O E (x+1, t) = E (x, t)+qXhX / ( ε r X ε 0) J+(x, t) = μ XkbX qX / (TXh)+qX μ Xn+(x, t) XE (x, t) J (x, t) = μ XkbX qX / (TXh) -qX μ Xn (x, t) XE (x, t) n+ (x, t+1) = n+ (x, t) +tl X -tl X /h n (x, t+1) = n (x, t)+tl X -tl X /h〇 得到低频正弦激励下油隙复电容输出至后续处理单元或显示单元本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低频正弦激励下变压器油隙复电容测试方法，在低频正弦激励下较为快速地测得油隙复电容,其特征在于,包含以下步骤：1.1由设置在测试设备中的传感器获得如下数据:油隙的温度T,T温度下油隙的直流电导率σ0,T温度下油隙中离子迁移率μ,油隙的厚度l；1.2测试得到施加正弦激励的幅值U、相位ψ、频率f，以此得到其瞬时表达式u(t)；1.3将步骤1.1、1.2、得到的数据输入计算单元的低频正弦激励下油隙复电容计算模型(1)，得到低频正弦激励下油隙复电容:式中，U是低频正弦激励u(t)的幅值，f是低频正弦激励u(t)的频率，为流过油隙的电流i(t)与低频正弦激励u(t)间的相位角；其中,流过油隙的电流i(t):i(t)=Sd{1l∫0l/22x[n+(x,t)-n-(x,t)]dx+u(t)ϵrϵ0l}dt---(2)]]>式中，n+(x,t)为低频正弦激励施加t时刻、油隙x位置处正离子浓度，n(x,t)为低频正弦激励施加t时刻、油隙x位置处负离子浓度，εr＝2.2为变压器油工频相对介电常数，ε0＝8.85×10‑12F/m为真空介电常数，S为油隙与测试装置接触的表面积；1.4将1.3所得得到低频正弦激励下油隙复电容输出至后续处理单元或显示单元。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王东阳，周利军，王路伽，江俊飞，刘伟迪，黄军玲，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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