一种诊断变压器固体绝缘老化状态方法与流程

本发明涉及绝缘材料老化状态诊断
技术领域：
，更具体地，涉及一种诊断变压器固体绝缘老化状态方法。
背景技术：
：电网中某些电力变压器运行负荷较重，在长期的运行中存在着停机的隐患，这些老变压器目前的老化状态如何，是否可以继续运行或者需要吊芯干燥、大修处理，是电力系统管理者亟需解决的问题。由于制造工艺、材料配置的不同，目前正在运行中的变压器良莠不齐，有些在运行三、四十年后运行情况依然良好，相反的另外一些新投运的变压器内部绝缘结构却会提前老化。针对上述情况，对正在服役中的变压器固体绝缘材料进行有效的老化评估，是目前及今后国内外的电力系统管理者迫切需要解决的问题。目前国内外规程通常采用测量由绝缘系统老化而引起的理化参数和电气性能参数的变化来对绝缘的老化状态进行评估。理化参数在目前工程中应用最为广泛，包括绝缘纸聚合度(dp)、拉伸强度(ts)、油中溶解co、co2生成总量及其比值以及油中糠醛含量等。其中聚合度和拉伸强度最能真实反映油纸绝缘的老化程度，但测量时需要取样，实施起来不但困难较大，而且还会对绝缘造成损伤。油中溶解气体co、co2和糠醛含量均被认为同聚合度存在相关性关系，并作为老化化学特征参量间接反映绝缘的机械性能。虽然油中的化学参量可以实现无损测量，但由于中途滤油、绝缘材料的使用差异等各种因素，使得其测试结果无法可靠反映绝缘状况，而只能作为状态评估的参考依据。而对于电气参数，通常认为纤维素绝缘纸发生老化后只会直接导致其机械性能的下降，而诸如绝缘电阻、工频介损以及工频、脉冲击穿电压等电气性能不会发生太大的变化。因此如何统筹考虑变压器存在的故障和老化问题，针对现场变压器的绝缘老化状态开发快速评估手段进而在技术和经济两个层面抉择变压器到底是进行维修处理还是退役报废是非常迫切和有意义的。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是提供一种诊断变压器固体绝缘老化状态方法，在油纸绝缘老化特性研究的基础上利用频域介电谱技术和近红外光谱诊断技术充分获取变压器老化信息，综合分析两种评估结果，提高老化状态判断的准确性和可靠性，便于对变压器进行检修或退役策略制定，降低检修成本，提升供电的可靠性和经济性。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种诊断变压器固体绝缘老化状态方法，所述方法包括以下步骤：步骤s1：制备不同老化程度的固体绝缘材料样品，形成完备的老化样本数据库；步骤s2：调节固体绝缘材料样品的含水、含油量，获取固体绝缘材料样品的近红外光谱，分析固体绝缘材料样品中水分、绝缘油含量对近红外光谱的影响；步骤s3：调节固体绝缘材料样品的含水量，获取固体绝缘材料样品的频域介电谱，分析固体绝缘材料样品中水分含量对频域介电谱的影响；步骤s4：基于近红外光谱、频域介电谱构建变压器固体绝缘老化评估关联模型；步骤s5：以近红外光谱数据、频域介电谱数据作为变压器固体绝缘老化评估关联模型的输入，对输出结果进行综合分析，获取绝缘老化综合评估结果；优选的，所述步骤s1的具体步骤包括：步骤s11：选取多种类典型电力变压器固体绝缘材料作为老化样本；步骤s12：对各种类固体绝缘材料进行加速热老化实验；步骤s13：合理规划老化样本的取样时间间隔，获得不同老化程度的固体绝缘材料样品；优选的，所述步骤s2中，需要分别制备含水量为8％-96％的以及含水量为3％-7％的固体绝缘材料样本，具体步骤包括：步骤s21：制备含水量8％-96％的固体绝缘材料样本，将固体绝缘材料样本浸水后，在空气中静置去除水分，等时间间隔检测固体绝缘材料样本的含水量，同步获取对应的近红外光谱；步骤s22：制备含水量小于7％的的固体绝缘材料样本，将绝固体绝缘材料样本完全干燥后，在空气中静置吸收空气中的水分，设定时间间隔检测固体绝缘材料样本的含水量，同步获取对应的近红外光谱；优选的，所述步骤s2中，不同含油量的固体绝缘样本制备方法为：改变固体绝缘样本的沥油时间，记录不同静置时间的油浸纸重量，得到不同含油量的固体绝缘样本，采集对应的近红外光谱。优选的，所述步骤s2中，近红外特征光谱的采集是在变压器吊罩后进行，将便携式近红外光谱仪的探头紧贴在固体绝缘材料表面进行近红外特征光谱数据采集；优选的，所述步骤s3中，所述频域介电谱的采集为在变压器停运后，将变压器高压端、低压端各自短接后分别与便携式介电响应仪的高压端、测量端相连，完成参数设置后进行采集。优选的，所述步骤s4中，所述变压器固体绝缘老化评估关联模型包括基于近红外光谱的老化评估模型、基于频域介电谱的老化评估模型。优选的，构建基于近红外光谱的老化评估模型的具体步骤包括:步骤s411：基于所采集的近红外光谱，采用k-最邻近法判别待测固体绝缘材料的类别归属；步骤s412：基于所采集的近红外光谱，有效提取表征固体绝缘材料老化特征的近红外光谱特征参量；步骤s413：采用人工神经网络算法建立不同类别固体绝缘材料的近红外光谱特征参量与其聚合度的映射函数关系；步骤s414：根据映射函数关系，针对不同类型固体绝缘材料的近红外光谱特征参量，设置老化程度区间。优选的，构建基于频域介电谱的老化评估模型的具体步骤包括:步骤s421：基于所采集的频域介电谱，有效提取表征固体绝缘材料老化特征的介电响应特征参量；步骤s422：基于所述频域介电谱，建立不同类别固体绝缘材料的介电响应特征参量与其聚合度的映射函数关系；步骤s423：根据映射函数关系，针对不同类型固体绝缘材料的介电响应特征参量，设置老化状态预警值。优选的，所述步骤s5的具体步骤包括：步骤s51：将待检测固体绝缘材料的近红外光谱特征参量输入基于近红外光谱的老化评估模型，获取老化评估结果一；将待检测固体绝缘材料的介电响应特征参量输入基于频域介电谱的老化评估模型，获取老化评估结果二；步骤s52：若结果一与所述结果二一致，则任选其中一个结果作为综合评估结果；若结果一与所述结果二相差很大，则需要重新进行测量；若结果一与所述结果二相差不大，则通过可靠性评判算法，结合历史数据对两种结果的可靠性进行比较，将较为可靠的评估结果作为最终的综合评估结果。与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：本发明提供一种诊断变压器固体绝缘老化状态方法，通过频域介电谱技术和近红外光谱诊断技术相结合，提供一种联合无损诊断技术，这两种绝缘老化评估诊断方法在研究机理上互相补充，在检测结果上互相验证，在这两种方法共同支持下获取最终的综合老化评估结果；通过本发明，有助于全面获取现场变压器绝缘老化状态信息，对大型电力变压器实现简捷、快速、高性价比的老化评估，进而提升检测质量，优化运行维修策略的制定，减少不必要的检修和设备更换，有效降低主变的运行风险，提高设备状态判断的准确性和可靠性，降低检修成本，提升供电的可靠性和经济性。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明的诊断变压器固体绝缘老化状态方法流程图；图2是本发明的加速热老化实验流程图；具体实施方式为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，并结合附图对本发明做进一步的说明:参见图1，本发明提供一种一种诊断变压器固体绝缘老化状态方法，所述方法包括以下步骤：步骤s1：制备不同老化程度的固体绝缘材料样品，形成完备的老化样本数据库；步骤s2：调节固体绝缘材料样品的含水、含油量，获取固体绝缘材料样品的近红外光谱，分析固体绝缘材料样品中水分、绝缘油含量对近红外光谱的影响；步骤s3：调节固体绝缘材料样品的含水量，获取固体绝缘材料样品的频域介电谱，分析固体绝缘材料样品中水分含量对频域介电谱的影响；步骤s4：基于近红外光谱、频域介电谱构建变压器固体绝缘老化评估关联模型；步骤s5：以近红外光谱数据、频域介电谱数据作为变压器固体绝缘老化评估关联模型的输入，对输出结果进行综合分析，获取绝缘老化综合评估结果；具体的，所述步骤s1的具体步骤包括：步骤s11：选取多种类典型电力变压器固体绝缘材料作为老化样本；在本实施例中，所述固体绝缘材料选取变压器中的典型匝间绝缘纸，不同种类的绝缘纸不仅在内部的微观结构或是表面形貌上具有明显的差别，而且由于制备工艺的差异其耐老化性能差距也十分明显。不同种类绝缘纸表面或是内部分子层次的种种区别决定了其近红外光谱的差异性，而这种差异性如果过大会严重影响最终的评估结果，为了有效扩充数据库、提高评估结果的准确性，需要合理选择样本类型。选取的绝缘纸如下表1所示：表1变压器典型匝间绝缘纸的选取步骤s12：对各种类固体绝缘材料进行加速热老化实验；首先将裁剪好的绝缘纸放置于温度设定为105℃、抽至真空的烘箱中干燥24h，再用烘箱对绝缘油进行除气、干燥处理，然后再60℃下真空浸渍绝缘纸24h。将绝缘油和绝缘纸大致按照质量比为10:1的比例装入老化瓶中，为模拟变压器的密封条件，在装瓶结束后充入高纯度的干燥氮气进行密封以防止老化过程中外界的氧气和水分进入老化瓶中。将老化瓶放入烘箱，将烘箱中的气体抽出达到小于133pa的真空状态，再通入1个大气压的氮气从而在保持烘箱中干燥氛围的同时保证老化样品可以实现均匀受热。完成上述步骤后，将烘箱温度设定为120℃开始油纸绝缘的加速热老化实验，加速热老化实验流程如图2所示；步骤s13：合理规划老化样本的取样时间间隔，获得不同老化程度的固体绝缘材料样品；由加速热老化实验可以发现，绝缘纸的耐老化性能决定了其在同等老化条件下的老化速率，因此对于不同种类的绝缘纸需要合理地设计老化时间。总体老化时间为三个月左右(具体时间视绝缘纸聚合度测试结果而定)。后续纸样不同老化状态样本的取样时间方案如下表2所示。表2单种绝缘纸老化时间规划具体的，水分能够加速绝缘纸的绝缘老化，是绝缘纸绝缘老化状态评估中必须考虑的关键因素之一。为了在进行理论分析时突出不同含水量样本之间的区别，含水量的变化范围应尽可能大；而由于在实际电力变压器的生产制造过程中，会对绝缘纸进行干燥处理后真空浸油，因此实际油纸绝缘结构中的含水量很低而且变化范围较小。考虑以上特点，在实验设计中对于含水量较高的油浸纸，将含水量间隔设计得较大，使得能够在充分突出不同含水量油浸纸样本理化特性区别的基础上节省实验成本；而对于含水量较低的油浸纸也就是更符合实际情况的油浸纸样本，将含水量间隔设计得较小，因此，所述步骤s2中，需要分别制备含水量为8％-96％的以及含水量为3％-7％的固体绝缘材料样本，具体步骤包括：步骤s21：制备含水量8％-96％的固体绝缘材料样本，将固体绝缘材料样本浸水后，在空气中静置去除水分，在水分去除过程中利用卡尔费休法等时间间隔检测固体绝缘材料样本的含水量，同步获取对应的近红外光谱；通过对比分析不同含水量绝缘纸样本的近红外光谱变化特性，确定水分对绝缘纸绝缘吸收光谱的影响。步骤s22：制备含水量小于7％的的固体绝缘材料样本，将绝固体绝缘材料样本完全干燥后，在空气中静置吸收空气中的水分，设定时间间隔检测固体绝缘材料样本的含水量，同步获取对应的近红外光谱；通过对比分析不同含水量绝缘纸样本的近红外光谱变化特性，确定水分对绝缘纸绝缘吸收光谱的影响。具体的，对于含油量对绝缘纸的近红外光谱影响，目前已有的处理方法是现场测试时采用物理或化学方法进行除油，该方法会使近红外光谱检测方法快速、便捷及无损的技术优点大打折扣，同时也不适用于现场实验的开展，因此需开展不同含油量固体绝缘样本的近红外光谱特性研究，所述步骤s2中，不同含油量的固体绝缘样本制备方法如下表3所示，具体为改变固体绝缘样本的沥油时间，记录不同静置时间的油浸纸重量，得到不同含油量的固体绝缘样本，采集对应的近红外光谱。通过对比分析不同含油量绝缘纸样本的近红外光谱变化特性，确定绝缘油对绝缘纸绝缘吸收光谱的影响。表3不同含油状态样本制备方法编号含油状态制备方法含油率1完全浸油绝缘油浸渍后静置24h2含油量较多完全浸油后利用吸油棉处理12h3含油量较少完全浸油后利用吸油棉处理24h4不含油不进行浸油处理具体的，所述步骤s2中，近红外特征光谱的采集是在变压器吊罩后进行，将便携式近红外光谱仪的探头紧贴在固体绝缘材料表面进行近红外特征光谱数据采集；具体的，所述步骤s3中，所述频域介电谱的采集无需吊罩，在变压器停运后，将变压器高压端、低压端各自短接后分别与便携式介电响应仪的高压端、测量端相连，完成参数设置后进行采集。具体的，所述步骤s4中，所述变压器固体绝缘老化评估关联模型包括基于近红外光谱的老化评估模型、基于频域介电谱的老化评估模型。这两种绝缘老化评估模型的诊断方法在研究机理上互相补充，在检测结果上互相验证，通过这两种方法共同支持获取最终的综合老化评估结果；具体的，构建基于近红外光谱的老化评估模型的具体步骤包括:步骤s411：针对单种纸样建立的近红外光谱诊断模型具有更高的老化状态预测精度，但是由于建模所使用的绝缘纸种类差别较大，不同种类的绝缘纸实际老化速率差别明显，导致不同绝缘纸在相同外部条件下老化程度也不尽相同，在不区分绝缘纸类型情况下，就使用老化状态评估模型会导致评估结果不可靠、不精确。因此，需要基于所采集的近红外光谱，采用k-最邻近法判别待测固体绝缘材料的类别归属；步骤s412：基于所采集的近红外光谱，有效提取表征固体绝缘材料老化特征的近红外光谱特征参量；步骤s413：采用人工神经网络算法建立不同类别固体绝缘材料的近红外光谱特征参量与其聚合度的映射函数关系；所述人工神经网络算法包括bp神经网络模型以及rbf神经网络模型，bp神经网络的高逼近性能与rbf神经网络的高泛化性能均能很好的应用于智能光谱诊断算法，对于不同类型的样本集，它们具有各自的优势。针对变压器中的典型绝缘纸，则需要根据实际近红外光谱特征参量与聚合度数据进行多次训练来最终确定更为合适的算法。步骤s414：根据映射函数关系，针对不同类型固体绝缘材料的近红外光谱特征参量，设置老化程度区间。具体的，构建基于频域介电谱的老化评估模型的具体步骤包括:步骤s421：基于所采集的频域介电谱，有效提取表征固体绝缘材料老化特征的介电响应特征参量；步骤s422：基于所述频域介电谱，建立不同类别固体绝缘材料的介电响应特征参量与其聚合度的映射函数关系；步骤s423：根据映射函数关系，针对不同类型固体绝缘材料的介电响应特征参量，设置老化状态预警值。现有的针对绝缘纸的频域介电谱特性实验结果中，起主要作用的是松弛极化，当电介质材料老化降解后，其松弛极化的特性会发生显著改变，因此松弛极化的某些参数可以直接表明油纸绝缘结构的老化状态。根据获得的不同状态的绝缘纸的频域介电谱特性数据，可对其进行解构以及特征提取，并把提取得到的特征参量作为绝缘纸绝缘老化评估依据。具体的，所述步骤s5的具体步骤包括：步骤s51：使用便携式近红外光谱仪获取待检测绝缘纸的近红外光谱，并提取近红外光谱特征参量，将其输入基于近红外光谱的老化评估模型，获取老化评估结果一；使用便携式介电响应仪获取待检测绝缘纸的频域介电谱，并提取介电响应特征参量，将其输入基于频域介电谱的老化评估模型，获取老化评估结果二；步骤s52：对上述获得的结果进行中综合分析，若结果一与所述结果二一致，则任选其中一个结果作为综合评估结果；若结果一与所述结果二相差很大，则需要重新进行测量；若结果一与所述结果二相差不大，则需要对两种结果进行一定的取舍，其依据是实验室中获得的近红外光谱特征参量数据库以及频域介电谱特征参量数据库，通过可靠性评判算法，结合历史数据对两种结果的可靠性进行比较，将较为可靠的评估结果作为最终的综合评估结果。显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。当前第1页12