基于回复电压法的变压器油纸绝缘专家评估系统.pdf
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1、第2 6 卷第4期2023年文章编号2095-0020(2023)04-0215-05上海电机学院学报JOURNAL OF SHANGHAI DIANJI UNIVERSITYVol.26 No.42023基于回复电压法的变压器油纸绝缘专家评估系统张炀楠,隋丽辉(上海电机学院商学院,上海2 0 130 6)摘要回复电压法作为一种无损诊断技术,因具有携带信息量丰富、抗干扰能力强等优点而被广泛研究,其试验结果可有效地反映变压器油纸绝缘的状况。为了实时地监控变压器绝缘状态以及合理地运行维护变压器,在研究影响回复电压特征参数因素的基础上,设计了一种基于回复电压法的变压器油纸绝缘专家评估系统,并利用专家
2、评估法进行打分判断,使变压器绝缘状态能更清晰直观地呈现,具有一定的参考性。关键词回复电压法;特征参数;影响因素;绝缘专家评估系统中图分类号TM 855文献标志码AExpert evaluation system of transformer oil-paper insulationbased on recovery voltage methodZHANG Yangnan,SUI Lihui(School of Business,Shanghai Dianji Uniersity,Shanghai 201306,China)Abstract As a non-destructive diagno
3、stic technique,the recovery voltage method has beenwidely studied due to its advantages of rich information and strong anti-interference ability.Thetest results can effectively reflect the condition of transformer oil-paper insulation.In order tomonitor the transformer insulation state in real time
4、and operate and maintain the transformerreasonably,an expert evaluation system of transformer oil-paper insulation based on the recoveryvoltage method is designed on the basis of studying the factors affecting the characteristicparameters of the recovery voltage in this paper.The expert evaluation m
5、ethod is then used forscoring and judging.Therefore,the insulation state of the transformer can be presented moreclearly and intuitively,which can provide a certain reference.Key words return voltage method;characteristic parameters;influencing factors;insulationexpert evaluation system收稿日期:2 0 2 3-
6、0 6-0 7作者简介:张楠(1998),女,硕士生,主要研究方向为电气工程,E-mail:指导教师:隋丽辉(196 8 一),女,教授,博士,主要研究方向为质量管理理论与实践,E-216作为电力系统的核心,变压器在长期运行或恶劣条件下,其使用寿命会严重降低。对于变压器绝缘状态诊断技术,介质损耗正切角试验、绝缘纸聚合度测试等传统测试方法,存在测试局限于单个信息、操作过程繁杂等不足,因此,越来越多研究人员开始寻找能够有效反映变压器绝缘状况的新特征量和评价技术。回复电压法是源于介电响应法时域下的一种无损诊断变压器油纸绝缘状态的方法,主要研究回复电压最大值(Urmax)、初始斜率(S)、中心时间常数
7、(tcdom)3个特征参数。文献1-2 研究了不同变压器油纸绝缘实验参数,如充电电压、充放电时间比以及均一绝缘介质电路模型的参数值对3个特征参数的影响,发现初始斜率随极化电阻和极化电容的减小而增大,充放电时间比为2 时更有利于中心时间常数的确定。文献3-5通过对不同微水含量、油温、酸值等因素的绝缘油纸进行回复电压测量,得到回复电压最大值和初始斜率随水分含量的变化呈负指数规律增大,而中心时间常数随水分含量的变化呈负指数规律减小。文献6-7 通过建立变压器油纸绝缘系统的等效扩展Debye模型,推导出回复电压及极化谱的数学公式,分析了充电时间、充电电压和充放电时间比对回复电压参数的影响。文献8 研究
8、了变压器状况的评估现状,通过介质损耗检测、绕组阻抗变比测量、糠醛测试、油气检测、温度监测、在线功率因数测量等方法进行变压器故障诊断,但大部分诊断结果是通过单一或某些试验参数得出,综合不同参数的变化规律来评估变压器状态的研究较少。文献9-15分析了能够反映变压器绝缘状态的特征量,利用模糊综合评判法、流钻螺钉技术、电介质理论与等效电路法、粗糙集理论等不同方法,对变压器绝缘建立模型并进行综合诊断。上述文献利用不同方法理论评估变压器绝缘状态,但利用专家评估法判断的例子较少。本文研究了实验条件下不同影响因素,如绝缘纸聚合度、温度和气体等对回复电压特征参数的影响,分析了其变化趋势。综合不同因素将回复电压法
9、与专家评估法相结合,设计出变压器油纸绝缘的专家评估系统,并建立评估模型。采用专家评估法建立评判上海电机学院学报依据,相较于单个或多个因素影响下得出的回复电压特征参数值,能够更加全面直观地诊断变压器的绝缘老化状态。1回复电压特征参数的影响因素回复电压法的3个重要特征参数:回复电压最大值、中心时间常数和初始斜率可以判断变压器的油纸绝缘状态。回复电压最大值、初始斜率越大,中心时间常数越小,说明绝缘状况越差;回复电压最大值、初始斜率越小,中心时间常数越大,说明绝缘状况越好。本文分析了个别常见影响因素对回复电压特征参数的影响,以绝缘纸聚合度对回复电压特征参数的影响为例进行说明。1.1绝缘纸聚合度与回复电
10、压特征参数的关系分析利用现有的回复电压法变压器绝缘状态评估系统,对乐山市变电站多个不同型号且绝缘纸聚合度不同的油浸式变压器,在系统中输人不同测试电压、充电时间、放电时间后进行测试。图1所示为不同测试条件下回复电压最大值随绝缘纸聚合度的变化曲线,图中,U为充电电压,k为充放电时间比。对于相同的充放电时间比,同一聚合度下,充电电压越大,回复电压最大值越大。在绝缘纸聚合度相同的情况下,充放电时间比越大,回复电压最大值越大。-U=1 kV,k=600/150=4U=1.5kV,k=600/300=2U=1 kV,k=600/300=2U=500V,k=600/300=2U=1 kV,k=600/600
11、=11 5001000F500.7.二.200400图1不同测试条件下回复电压最大值随绝缘纸聚合度的变化曲线图2 为不同测试条件下初始斜率随绝缘纸聚合度的变化曲线。在相同的充电电压情况下,充放电时间比越大,拟合曲线的斜率越小,初始斜率越2023年第4期.二.二.-.二2.=600800聚合度1 00012002023年第4期大,说明充放电时间比对初始斜率影响更大。相同的充电电压下,拟合曲线的平均斜率几乎没有变化,说明充电电压不太影响初始斜率。1000900800(1-sA)/率楼700600500400300200100200图2 不同测试条件下初始斜率随绝缘纸聚合度的变化曲线图3为不同测试条
12、件下中心时间常数随绝缘纸聚合度的变化曲线。对于不同的充电电压和充放电时间比,中心时间常数随绝缘纸聚合度线性增加。2422201816141210200图3不同测试条件下中心时间常数随绝缘纸聚合度的变化曲线1.2其他因素与回复电压特征参数的关系在不同影响因素条件下对变压器进行绝缘状态评估系统测试,可以得出其他因素与回复电压特征参数的关系,如当影响因素为温度、水分、酸值和气体时,在不同的充电时间条件下,回复电压最大值、初始斜率随着影响因素的增大而增大,中心时间常数则随着影响因素的增大而减小。影响因素一定的情况下,回复电压最大值、初始斜率随充电时间增加而减小,中心时间常数随充张炀楠,等:基于回复电压
13、法的变压器油纸绝缘专家评估系统素与回复电压特征参数的关系。U=1kV,k=600/150=42基于回复电压法的变压器油纸绝缘专家 U=1.5 kV,k=600/300=2U=1kV,k=600/300=2 U=500 V,k=600/300=2U=1 kV,k=600/600=1400600聚合度U=1 kV,k=600/150=4 U=1.5 kV,k=600/300=2U=1 kV,k=600/300=2U=500V,k=600/300=2.U=1 kV,k=600/600=1400600聚合度217电时间增大而增大。通过总结这些规律,可以更清晰地了解影响因评估系统2.1回复电压法变压器油
14、纸绝缘专家评估系统原理通过上述不同影响因素对回复电压特征参数的影响规律分析,基于回复电压法研制出一种针对变压器油纸绝缘的专家评估系统。该系统主要包括高压直流电源单元、开关单元、回复电压采集单元、信息处理单元、人机交互系统、专家评估系统和800100012008001 000特征数据库。系统工作原理为:高压直流电源单元主要包括整流滤波、全桥逆变、高频升压、倍压整流,作用是将交流电经升压整流后将所需直流高压用于负载。高压直流电源单元的输出功率必须适当,因为输出功率过高将导致极化电荷的失真,使回复电压曲线具有多个极大值,给测试结果带来影响;而输出功率过低,极化过程就不完整,变压器的油纸绝缘系统的缺陷
15、可能不会完全显现出来。经多次实验得出,本系统电源的最大输出电压设置为2kV,最大输出功率设置为40 0 W。通过控制开关单元的电子开关,在变压器的高、中、低电压侧之间施加直流电压,使电介质极化和去极化,开关单元可选用简单的51单片机或USB通信技术来控制充放电和回复电压的采集。USB通信技术主要包括继电器模块、光电隔离模块、USB与PC机接口1 200模块。通过回复电压采集单元、信息处理单元、人机交互系统,将时域信号转换为数字信号,实现回复电压法特征参数的采集、处理和曲线的绘制,可采用电力科学研究院研发的回复电压法变压器绝缘状态测试装置控制软件来实现。通过专家评估系统分析变压器的油纸绝缘状态,
16、最后将数据上传到特征数据库中,实现数据的存储和查询。由于油纸材料本身及油温、湿度、电压等级等都会影响变压器油纸绝缘状态的分析,并且这些影响因素对每个特征参数的影响情况也有很大不同,很难准确建立起相互之间的函数关系。因此,通常采用灰色理论的基本模型,即GM(1,1)模型来预测数据。将变压器油纸绝缘系统及影响它的因素218认为是一个灰色系统,将影响因素的变化应用于GM(1,1)进行分析。本文可利用灰色预测算法预测出影响因素数据,再利用专家评估法建立评估模型及评判依据。2.2绝缘评估模型及评判方法绝缘评估模型原理如图4所示。特征参数影响因素为较常见因素,每个专家根据不同影响因素对3个特征参数的不同影
17、响程度,判断其所占权重再进行打分,最后得到3个特征参数的分值,进行绝缘状态评估。参数影响因素特征参数权重集实验电压*打分Urmax充电时间Urmax权重集聚合度*打分S;权重集微水温度气体酸其他表1所示为变压器绝缘状态评分表,范围为110 0 分。其中,130 分表示接近或超过DL/T984一2 0 0 5油浸式变压器绝缘老化判断导则规定的注意值,为重度老化;316 0 分表示中度老化;618 5分表示轻度老化;8 6 10 0 分表示变压器完全处于正常状态,无需维护。评价评价指标评价等级分值范围实验电压中02515.613.6 12.5 15.314.7 12.8 15.513.913.2
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