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专利号: 2019103467070
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种油浸式变压器套管X蜡含量的评估方法,其特征在于,包括以下步骤:第一步:搭建油浸式变压器套管X蜡含量频域介电谱测试平台搭建油浸式变压器套管X蜡含量频域介电谱测试平台,该平台主要由油箱供油系统、频域介电谱测试系统、油箱加热系统、油箱制冷系统组成,外部供油油箱(1)经外部供油管道(2)对测试油箱充油,测试油箱内部有液位指示器(16)与自动充油泵(3)连接构成油箱供油系统,当液面高度低于设定值时会自动充油;测试油箱由测试油箱内层(14)和测试油箱外层(13)组成,两层油箱之间底部为电阻丝(11),两侧冷凝管(15);电容芯子(22)两端由支架(17)固定在测试油箱内层(14)上,频域介电谱测试外部引线(4)高压部分与电容芯子(22)中心导电杆连接,低压部分与末屏连接,引线接入介电谱测试仪(5),再与便携式电脑(6)连接构成频域介电谱测试系统,第一电源(19)为交流220V电压给介电谱测试仪(5)供电;第二电源(18)为交流220V电压,经过电能表(7)和继电器控制箱(8)给电阻丝(11)供电,构成油箱加热系统;第二电源(18)经过电能表(7)给水循环制冷系统(9)供电,经外部制冷管道(20)、冷凝管(15)构成油箱制冷系统;第一温度传感器(12a)和第二温度传感器(12b)固定在油箱内壁上、第三温度传感器(12c)放置在油箱中部,第一温度传感器(12a)、第二温度传感器(12b)、第三温度传感器(12c)经数据线与控制主机(10)连接,根据设定温度与数据控制线(21)控制加热系统和制冷系统电路的通断,实现恒温控制,用于控制设定的不同测试温度;

第二步:制备不同X蜡含量试验样品模型

选取套管绝缘纸,测试比例套管模型电压等级分别为72.5kV、110kV、220kV、500kV,按比例为1:10、1:20、1:30、1:40制作套管比例模型,其中各电压等级模型X蜡含量为0%~

10%,模型X蜡含量梯度增量为0.1%套管总质量;

第三步:测试设定温度下0.001Hz至1kHz频域介电谱测试温度为0℃~80℃时,接通升温控制系统,测试温度与环境温度设定一致,控制主机(10)控制开启继电器控制箱(8)对绝缘油加热,第一温度传感器(12a)和第二温度传感器(12b)设置在测试油箱内层内壁,第三温度传感器(12c)在油箱中部共同监测油温,实时将温度数据传输到控制主机(10),主机控制开断加热系统和冷却系统,保证恒温测试温度,控制主机(10)监测到温度达到设定值时,开启介电谱测试仪(5),测试设定温度下0.001Hz至

1kH的相对复介电常数实部ε′与相对复介电常数虚部ε″,其中测试频率点依次为0.001Hz,

0.0022Hz,0.0046Hz,0.1Hz,0.22Hz,0.46Hz,1Hz,2Hz,5Hz,10Hz,20Hz,40Hz,70Hz,110Hz,

220Hz,470Hz,1000Hz,得到设定温度下的频域介电谱;

测试温度为-40℃~0℃时,接通水循环制冷系统,测试温度与环境温度设定一致,控制主机(10)控制水循环制冷系统(9)通过冷凝管(15)对绝缘油降温,第一温度传感器(12a)和第二温度传感器(12b)设置在测试油箱内层内壁,第三温度传感器(12c)在油箱中部共同监测油温,实时将温度数据传输到控制主机(10),主机控制开断加热系统和冷却系统,保证恒温测试温度,控制主机(10)监测到温度达到设定值时,开启介电谱测试仪(5),测试设定温度下0.001Hz至1kH的相对复介电常数实部ε′与相对复介电常数虚部ε″,其中测试频率点依次为0.001Hz,0.0022Hz,0.0046Hz,0.1Hz,0.22Hz,0.46Hz,1Hz,2Hz,5Hz,10Hz,20Hz,40Hz,

70Hz,110Hz,220Hz,470Hz,1000Hz,得到设定温度下的频域介电谱,测试完成后执行第四步;

第四步:模型建立与参量提取

根据测试温度下频域介电谱图形中选取特征频率值f对应的相对复介电常数实部ε′,依次为(f1,ε1′)、(f2,ε2′)、(f3,ε3′)、(f4,ε4′)、(f5,ε5′)…….(f16,ε16′)、(f17,ε17′),特征频率值f对应的相对复介电常数虚部ε″,依次为(f1,ε1″)、(f2,ε2″)、(f3,ε3″)、(f4,ε4″)、(f5,ε5″)…….(f16,ε16″)、(f17,ε17″),公式(1)构造拉格朗日基函数,公式(2)表示每个设定温度下特征频率值f与相对复介电常数实部ε′的关系:其中a为套管模型修正系数,a取1~1.1,k=1,2,3,…,17;

每个设定温度下特征频率值f与相对复介电常数虚部ε"的关系采用公式(1)和(3)来计算:

其中a为套管模型修正系数,a取1~1.1,k=1,2,3,…,17;

含有X蜡套管极板等效电容与频率、相对复介电常数实部ε′和相对复介电常数虚部ε"满足关系式(4):

其中a为套管模型修正系数,a取1~1.1,不含X蜡套管模型取1;kT为变压器油温度修正系数,kT取1~1.2,20℃测量时取1;

含有X蜡介质损耗因数tanδ满足公式(5):X蜡介质损耗因数tanδ可以表示为:

根据测试不同电压等级套管模型,拟合相对复介电常数实部ε′和相对复介电常数虚部ε",选取固定的模型修正系数,温度修正系数,求取测试温度、测试频率下的介质损耗因数;

第五步:建立X蜡含量评估数据库

将第四步获得的不同X蜡含量油浸式变压器套管比例模型在不同测试温度、不同频率下的相对复介电常数实部ε'和相对复介电常数虚部ε"对应的数据、拟合曲线、拟合后的数据、计算求解的介质损耗参数,分类归档汇总,形成不同模型、不同温度、不同频率下油浸式变压器套管X蜡含量评估数据库;

第六步:X蜡含量评估

实际工况套管测试的时候,记录测试频率、环境温度、测试温度等,保存测试图形和数据,用公式(7)建立拉格朗日基函数、公式(8)建立实际工况实体套管相对复介电常数实部εcs′与测量频率之间的关系、(9)建立实际工况实体套管相对复介电常数虚部εcs″与测量频率之间的关系;

其中a为套管模型修正系数,a取1~1.1;kT为变压器油温度修正系数,kT取1~1.2,20℃测量时取1;

最小系统误差可以用公式(10)表示:

其中 为数据库fi下相对复介电常数实部拟合值,ε′csi(fi)为实测套管相对复介电常数实部拟合值; 为数据库fi下相对复介电常数虚部拟合值,ε″csi(fi)为实测套管相对复介电常数虚部拟合值;

输入实体套管电压等级、测试温度、测试频率等参数,筛选并调用数据库已有参数,用公式(10)计算实际工况下相对复介电常数实部ε′和相对复介电常数虚部ε″与数据库对应fi频率下误差,按计算误差最小原则,匹配X蜡的含量数据库中图形与数据,即完成实体套管X蜡含量评估,并将每次工况下实测数据入库。