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变压器油纸绝缘糠醛动态平衡特性及绕组热点绝缘老化评估方法

林元棣  
【摘要】:变压器是电网的核心设备,其安全运行对于电力系统的可靠供电意义重大。及时、准确地对变压器绝缘系统老化状态进行评估,发现潜在的绝缘缺陷,可以为变压器的运行维护、检修及置换提供可靠的依据。油中糠醛是目前广泛采用的变压器绝缘纸老化特征量,然而现有的基于油中糠醛的绝缘纸老化评估方法存在明显的缺陷:给出的油中糠醛阈值过高,并且老化评估结果与变压器真实老化状况不符。为改进现有基于油中糠醛的绝缘纸老化评估方法的不足,本文首先分析了造成现有方法存在缺陷的原因,然后针对这些原因分别进行研究,采用理论推导和实验分析相结合的方式,研究了不同温度、水分和老化状态下糠醛在油纸绝缘系统中的平衡分布比例,不同温度和老化状态下糠醛在油纸绝缘系统中的动态扩散过程及扩散平衡时间,换油后油中糠醛含量的修正方法,以及绝缘纸纤维素链断裂和糠醛生成的定量关系。综合以上四点研究成果,提出了一种基于油中糠醛的变压器绕组热点绝缘老化评估方法,改进了现有方法的不足。论文取得的主要创新性成果有:(1)建立了不同温度、水分和老化状态下油纸间糠醛平衡分布模型。以糠醛平衡实验为基础,研究了温度、水分和老化对糠醛在油纸间分布比例的影响,结果表明:温度、绝缘含水量的升高以及绝缘老化程度的加深都会促使糠醛从绝缘纸向绝缘油迁移。计算了不同条件下糠醛在油纸间的平衡分布比例,在此基础上通过多元线性回归方法建立了油纸间糠醛平衡分布模型,基于该模型分析了糠醛分布对油中糠醛含量和绝缘纸老化评估的影响。(2)建立了不同温度和老化状态下的糠醛动态扩散模型。以菲克第二定律为理论基础,结合糠醛扩散实验数据,分析了糠醛在油纸系统中的动态扩散过程。研究了温度和绝缘老化对糠醛动态扩散的影响,结果表明:温度越高,绝缘老化越严重,则糠醛动态扩散速度越快,扩散平衡时间越短。综合温度和老化的影响,建立了糠醛动态扩散模型,并给出了不同条件下的糠醛扩散平衡时间。(3)建立了换油后油中糠醛含量的修正方法。以换油实验为基础,研究了换油对油中糠醛含量和绝缘纸老化评估的影响,结果表明:换油后油中糠醛大量损失,会给绝缘纸老化评估造成严重的干扰,且多次换油造成的糠醛损失和老化评估偏差具有积累效应。对比换油前后油中糠醛含量的变化,建立了换油后油中糠醛含量的修正方法并对其进行了验证,使用该方法可以修正换油造成的油中糠醛损失。(4)建立了基于油中糠醛的变压器绕组热点绝缘老化评估方法。从理论上分析了绝缘纸老化过程中纤维素链的断裂和糠醛的生成机理,得到了糠醛生成量与绝缘纸聚合度的定量关系。以此为基础,结合油纸间糠醛平衡分布模型、糠醛动态扩散模型以及换油后油中糠醛含量的修正方法,建立了基于油中糠醛的变压器绕组热点绝缘老化评估方法,并对其进行了初步验证。和传统方法相比,使用该方法能够根据油中糠醛含量直接评估绕组热点绝缘纸的老化程度,提高变压器绝缘纸老化评估的准确性。


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