应用油中特征气体参量辨识混合绝缘油变压器故障的方法

技术领域

本发明属于变压器技术领域，涉及应用油中特征气体参量辨识混合绝缘油变压器故障的方法。

背景技术

混合绝缘油是由矿物油和天然酯(合成酯、改性天然酯)按一定配比所组成，具备统筹兼顾矿物油和酯类油优缺点的独特优势。近年来，多国科研学者对矿物油和酯类油的复配配方及复配而成的二元混合油(矿物油+天然酯、矿物油+合成酯)的基础理化参数、交流或直流击穿电压、延缓绝缘纸热老化的性能开展了大量研究，结果表明，各种最佳配比的二元混合绝缘油的交流或直流击穿电压、延缓绝缘纸热老化和防火的性能均得到提升。2007年，重庆大学团队首次采用天然酯与矿物油复配的方式，制备得到了新型混合绝缘油，该混合油的主要理化、电气性能良好。2019年，重庆大学研制成功一种新型三元混合绝缘油，该三元混合绝缘油性能满足GB 2536-2011标准的要求。与目前广泛应用的矿物油相比，其具有更高的工频击穿电压、更好的防火性能和更优良的热性能，且能显著延缓纤维素绝缘纸/纸板的老化。目前，应用混合绝缘油的10kV和35kV变压器已挂网运行。

变压器在运行的过程中会受到热、电和机械应力的作用，导致变压器出现过热故障或放电故障，致使绝缘油和绝缘纸出现一定程度的分解，产生低分子烃类(包括CH

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种应用油中特征气体参量辨识混合绝缘油变压器故障的方法。首先，对过热和典型放电故障下混合绝缘油及其油纸体系中溶解气体特性进行分析；然后，选择H

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

应用油中特征气体参量辨识混合绝缘油变压器故障的方法，该方法包括以下步骤：

第一步：分析混合绝缘油及其油纸绝缘体系不同程度过热故障对应的特征气体变化行为；

第二步：分析混合绝缘油及其油纸绝缘体系不同类型放电故障对应的特征气体变化行为；

第三步：确定用于混合绝缘油及其油纸绝缘体系故障判断的特征气体组合参量；

第四步：构建特征气体组合参量的五边形诊断模型。

可选的，所述第一步中，获取过热故障下绝缘油中溶解氢气及烃类气体含量百分比，当温度较低时，三元混合绝缘油及油纸体系中产生的H

判断过热故障的特征气体为H

可选的，所述第二步包括以下4种情况：

(1)局部放电故障

获取局部放电故障下绝缘油中溶解氢气及烃类气体含量百分比；

在电晕放电和气隙放电两种局部放电类型下，H

与电晕放电相比，气隙放电产生的CH

在局部放电故障下，三元混合绝缘油中产生少量的C

判断局部放电故障的特征气体为H

(2)工频击穿故障

获取工频击穿放电故障下绝缘油中溶解氢气及烃类气体含量百分比；

工频击穿放电时的能量大，三元混合绝缘油中溶解的C

在油浸纸工频击穿放电故障下，三元混合绝缘油中溶解的H

判断绝缘油工频击穿故障的特征气体为H

(3)沿面闪络故障

获取沿面闪络放电故障下绝缘油中溶解氢气及烃类气体含量百分比；

在沿面闪络放电故障下，C

针-板电极和指-指电极下所产生的各类气体含量百分比相当；

判断沿面闪络放电故障的特征气体为H

(4)雷电冲击击穿故障

获取雷电冲击击穿放电故障下绝缘油中溶解氢气及烃类气体含量百分比；

在三元混合绝缘油雷电冲击击穿放电故障下，绝缘油中溶解的H

判断绝缘油和油浸纸雷电冲击击穿故障的特征气体为H

可选的，所述第三步中，得到混合绝缘油及其油纸复合体系中典型故障下产生的特征气体：

故障类型为过热故障，特征气体为H

故障类型为局部放电故障，特征气体为H

故障类型为绝缘油击穿放电故障，特征气体为H

故障类型为绝缘纸/纸板击穿放电故障，特征气体为H

可选的，所述第四步中，根据一次过热故障或放电故障下测试得到的实验数据，计算H

式中，r代表每种气体的百分含量，c代表测试得到的每种气体的实际含量；

将计算得到五种特征气体百分含量对应的点标记在五边形坐标原点与各气体所在顶点的连线上；

然后根据正弦和余弦关系，分别求出其在x轴和y轴的投影位置，记为(x

最后将根据H

可选的，所述第四步中，由于当某种气体的含量达到100％时，其形心的横、纵坐标也不会超过40，为使五边形中的数据美观清晰，选取五种气体的40％位置作为诊断五边形：

式中，x

将测得的三元混合绝缘油及油纸体系过热故障和放电故障油中溶解气体试验数据代入五边形中，获得各过热故障及放电故障数据点的位置，并用虚线对各故障区域进行划分；

在过热故障下，三元混合绝缘油-纸体系产生的C

在局部放电故障下，三元混合绝缘油-纸体系产生的H

在工频击穿故障、沿面闪络放电故障和雷电冲击击穿故障下，三元混合绝缘油-纸体系所产生的特征气体一致，但绝缘油和油浸纸/纸板故障存在一定差别，体现在油浸纸/纸板在放电故障下所产生的C

采用基于特征气体组合参量辨识混合绝缘油变压器故障的五边形诊断方法对三元混合绝缘油及其油纸体系中的故障进行诊断，得到诊断结果准确率。

可选的，所述方法还包括第五步：验证混合绝缘油变压器故障辨识方法的有效性；

采用局部放电故障、沿面闪络故障和120℃低温过热故障进行验证；

首先，采用恒压法对三元混合油-纸复合体系进行电晕放电产气试验，在电晕放电5h、10h和20h后抽取绝缘油样品测试油中溶解气体含量，局部放电产气数据点应落入局部放电故障区域；

其次，模拟油纸界面发生沿面放电，沿面闪络4、8、12和16次后抽取绝缘油样品测试油中溶解气体含量，沿面闪络放电故障点应落入油击穿放电故障区域；

然后，在120℃下进行三元混合油-纸复合体系低温过热试验，在加热20天、40天和60天后抽取绝缘油样品测试油中溶解气体含量，120℃低温过热故障数据点应落入过热故障区域；将三种故障下的产气情况代入五边形诊断图中，三种故障均落入相应的区域。

本发明的有益效果在于：本发明采用H

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明流程图；

图2为基于特征气体组合参量的五边形诊断模型计算示例；

图3为基于特征气体组合参量辨识混合绝缘油变压器故障的五边形诊断方法；

图4为基于特征气体组合参量辨识混合绝缘油变压器故障的五边形诊断方法验证。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，本发明的实现过程如下：

第一步：分析混合绝缘油及其油纸绝缘体系不同程度过热故障对应的特征气体变化行为；

第二步：分析混合绝缘油及其油纸绝缘体系不同类型放电故障对应的特征气体变化行为；

第三步：确定用于混合绝缘油及其油纸绝缘体系故障判断的特征气体组合参量；

第四步：构建特征气体组合参量的五边形诊断模型；

第五步：验证混合绝缘油变压器故障辨识方法的有效性。

1.混合绝缘油及其油纸绝缘体系不同程度过热故障对应的特征气体变化行为

表1中为过热故障下绝缘油中溶解氢气及烃类气体含量百分比，从表中可以看出，当温度较低时，三元混合绝缘油及油纸体系中产生的H

表1过热故障下绝缘油中溶解氢气及烃类气体占五种气体总含量的百分比(％)

2.混合绝缘油及其油纸绝缘体系不同类型放电故障对应的特征气体变化行为

(1)局部放电故障

表2中为局部放电故障下绝缘油中溶解氢气及烃类气体含量百分比。在两种局部放电类型下，H

(2)工频击穿故障

表3中为工频击穿放电故障下绝缘油中溶解氢气及烃类气体含量百分比。从表中可以看出，由于工频击穿放电时的能量较大，此时三元混合绝缘油中溶解的C

表2局部放电故障下绝缘油中溶解氢气及烃类气体占占五种气体总含量的百分比(％)

表3工频击穿放电故障下绝缘油中溶解氢气及烃类气体占五种气体总含量的百分比(％)

(3)沿面闪络故障

表4中为沿面闪络放电故障下绝缘油中溶解氢气及烃类气体含量百分比。在沿面闪络放电故障下，C

(4)雷电冲击击穿故障

表5中为雷电冲击击穿放电故障下绝缘油中溶解氢气及烃类气体含量百分比。在三元混合绝缘油雷电冲击击穿放电故障下，绝缘油中溶解的H

表4沿面闪络放电故障下绝缘油中溶解氢气及烃类气体占五种气体总含量的百分比(％)

表5雷电冲击放电故障下绝缘油中溶解氢气及烃类气体占五种气体总含量的百分比(％)

3.确定混合绝缘油及其油纸绝缘体系故障判断的特征气体组合参量

基于以上的分析可以得到混合绝缘油及其油纸复合体系中典型故障下产生的主要特征气体，如表6所示。因此本发明采用H

表6混合绝缘油及其油纸复合体系中典型故障对应的主要气体类型

4.构建基于特征气体组合参量的五边形诊断模型

首先根据一次过热故障或放电故障下测试得到的实验数据，计算H

式中，r代表每种气体的百分含量，c代表测试得到的每种气体的实际含量。

将计算得到五种特征气体百分含量对应的点标记在五边形坐标原点与各气体所在顶点的连线上，如图2中红色数据点所示。然后根据正、余弦关系，分别求出其在x轴和y轴的投影位置，记为(x

式中，x

将测得的三元混合绝缘油及油纸体系过热故障和放电故障油中溶解气体试验数据代入五边形中，获得各过热故障及放电故障数据点的位置，并用虚线对各故障区域进行划分，如图3所示，边界坐标如表7所示。在过热故障下，三元混合绝缘油-纸体系产生的C

表7五边形诊断方法中各故障类型边界坐标

采用基于特征气体组合参量辨识混合绝缘油变压器故障的五边形诊断方法对三元混合绝缘油及其油纸体系中的故障进行诊断，诊断结果准确率如表8所示。从表中可以看出，基于油中溶解气体分析混合绝缘油变压器中故障的五边形诊断方法准确率较高，但由于部分数据点落在其他故障的区域，从而导致故障诊断的准确率下降。

表8五边形诊断方法结果统计

5.验证混合绝缘油变压器故障辨识方法的有效性

为检验图3中五边形诊断方法的准确性，采用局部放电故障、沿面闪络故障和120℃低温过热故障进行验证。首先，采用恒压法对三元混合油-纸复合体系进行电晕放电产气试验，在电晕放电5h、10h和20h后抽取绝缘油样品测试油中溶解气体含量，局部放电产气数据点应落入局部放电故障区域；其次，模拟油纸界面发生沿面放电，沿面闪络4、8、12和16次后抽取绝缘油样品测试油中溶解气体含量，沿面闪络放电故障点应落入油击穿放电故障区域；然后，在120℃下进行三元混合油-纸复合体系低温过热试验，在加热20天、40天和60天后抽取绝缘油样品测试油中溶解气体含量，120℃低温过热故障数据点应落入过热故障区域。将三种故障下的产气情况代入五边形诊断图中，结果如图4所示，三种故障均落入相应的区域。

随着混合绝缘油变压器的推广应用，亟需辨识混合绝缘油变压器中过热故障及放电故障的诊断方法，以准确、有效的判断混合绝缘油变压器中的故障，为混合绝缘油变压器的故障诊断提供参考数据，以保障其安全稳定运行。本发明采用H

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。