基于油-纸理化特性的变压器绝缘状态评估.pptx
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基于油-纸理化特性的变压器绝缘状态评估.pptx
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微纳加工与智能电气设备研究部2017.11.03,基于油-纸体系理化特性的变压器绝缘状态评估,1,应用背景,1,传统评估技术,2,现代状态评估技术,3,油-纸绝缘替代材料评估,4,小结,5,2,3,应用背景,电力变压器的重要性高远距离输电不可或缺,4,应用背景,电力变压器的重要性高变电站的核心,5,应用背景,电力变压器的复杂性高和价值高,6,应用背景,电力变压器“三高”决定需要时刻关注变压器的运行情况电力变压器故障影响重大;研究变压器早期故障监测方法;研究长期运行后继续运行的可靠性;发展出了电力变压器故障诊断及状态监测技术;最重要的是绝缘状态的监测;变压器绝缘状态评估分为两类基于电气量:
击穿电压、局部放电、介损、电阻等;基于油-纸理化特性(油、绝缘纸变压器最重要的绝缘介质),应用背景,1,传统评估技术,2,现代状态评估技术,3,油-纸绝缘替代材料评估,4,小结,5,7,8,传统评估技术,1、颜色/目测比较被测油的颜色与标准油色卡/盘;检测透明度、是否含有悬浮物和机械杂质等,9,传统评估技术,2、微粒数目金属微粒、碳、湿纤维等都会影响油的绝缘水平;检测方法:
消光法、光散射法、库尔特颗粒计数法等ASTM-D6786、IEC60970;(微粒多少反映油品质),10,传统评估技术,3、抗氧化剂浓度绝缘油在正常运行中会受温度、电场、机械、化学等应力作用产生氧化裂解和碳化;为了抑制该过程,变压器油中加入了抗氧化剂;主要DBPC-0.08%和DBP-0.3%两类随着变压器运行抗氧化剂一直在被消耗(需要被监测)ASTM-D3487、IEC60666;检测方法:
IR红外光谱HPLC高效液相色谱GC-MS色谱-质谱连用,11,传统评估技术,4、油中水分含量湿度是变压器绝缘最大“敌人”;固体绝缘材料中湿度提升一倍,寿命降低一半;来源:
绝缘材料中残余、空气中水分渗入、材料化学分解等;检测方法:
油中水分:
KarlFischer滴定法1-2ppm,电容探针法;绝缘纸中水分(难以直接测量):
介电光谱学法;通过测量油中水分,研究纸中水分含量;由于油中水分、绝缘纸中水分的分布随运行情况而变化,使得水分的测量难以比较、难以反应真实情况。
12,传统评估技术,5、DGA(油中溶解气体分析)目前最有效的故障诊断方法H2、O2、N2、CO、CO2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2等。
油中溶解气体的种类和浓度反应内部故障情况;检测方法:
油色谱分析、光声光谱法等。
13,传统评估技术,5、DGA(油中溶解气体分析)存在的问题:
错判:
目前的故障判据是基于经验的,不是基于科学的形成过程油气分离较复杂,长期可靠性气体不是由早期故障产生;调压开关与主油箱之间气体泄漏;焊接过程产生C2H2等气体;油漆、垫圈等渗气;电化学反应(金属+水+O2);析气;污染物产生气体;添加剂和钝化剂分解产气如H2和CO2;解决办法:
AI技术,14,传统评估技术,6、酸度和界面张力分析酸度AN,反应油中极性化合物、酸性有机物的量通过mgKOH/g测量,(0.20mgKOH/g)油中的酸性物质含量高反应油氧化性增强,是油老化的产物,且导致油加速老化;界面张力IFT,反应油劣化程度;正常油的界面张力40-50dynes;25dynes将开始产生油泥;油泥会沉积在绕组、冷却表面,影响冷却。
AN与IFT有很好的对应关系;均反应油的劣化。
15,传统评估技术,7、绝缘纸老化反应绝缘纸老化最基本的量是DP(degreeofpolymerization聚合度),反应的是纸的机械强度。
(直接测量法)通常采用粘度测定法测量,反应的是聚合链的长度;通常在1000-1300;纸劣化会低于500;缺点样品难以获得,侵入式测量方法。
溶解气体分析CO/CO2;(间接指标1)缺点是CO、CO2有其他来源如油老化、空气进入测量方法:
脱气后气相色谱法测量,16,传统评估技术,7、绝缘纸老化油中糠醛含量;(间接指标2)缺点是糠醛热稳定性较差;对于新型绝缘纸(Thermal-Upgraded),只有老化非常严重DP400才有效;其他指标:
如油中甲醇、丙酮、乙醛、丁醇等;其中甲醇最受关注;甲醇被认为是反应纸老化的最佳指标;对早期老化有效测量方法:
HPLC-高效液相色谱;精度高,可靠性高;流程复杂前处理复杂需要先从油中洗提出糠醛或甲醇;目前糠醛或甲醇的含量与DP值还不能建立可靠关系;,17,传统评估技术,8、传热特性传热特性涉及:
油的倾点、动力粘度、热容、密度、热导率等;是上述几个量的综合结果。
同时油的聚合度、氧化、溶解碳和氧、以及水、空气、油泥都会影响传热特性。
传热特性反应了变压器的散热能力。
18,现代状态评估技术,9、腐蚀性硫指单质硫以及会对变压器内部铜、银金属产生腐蚀作用的热不稳定硫化合物。
主要存在形式是Cu2S来源:
原油;会严重破坏导体表面、影响纸绝缘材料、降低绝缘电阻。
检测方法:
腐蚀性铜片法、腐蚀性银片法、裹绝缘纸铜片法铜片在140的绝缘油中保持19h,根据生成的硫化物腐蚀铜片而变色的原理来判断试验样品是否具有腐蚀性。
定性,判断有无;定量方法不完善目前的措施是油中添加有机钝化剂。
应用背景,1,传统评估技术,2,现代状态评估技术,3,油-纸绝缘替代材料评估,4,小结,5,19,20,现代状态评估技术,1、基于FTIR技术的状态评估油中不同的组分物质化学键的红外吸收谱段有所不同;该方法可以辨识溶解的油氧化或裂解产物,以此反应油和纸的老化情况;如C=O(1800-1670cm-1);SO2、SO3(1180-1120cm-1)检测水分含量;(相比KF法可以实现自动化)需要与初始干净油样做对比;,21,现代状态评估技术,2、基于GC-MS技术的状态评估气相色谱-质谱连用;色谱分离混合物、质谱作为检测器识别化合物种类、确定浓度。
被测对象应该易挥发、热稳定性好;间接评估方法:
可以测量油中溶解气体等,22,现代状态评估技术,3、基于UV/Visible光谱技术的状态评估紫外(190-400nm)和可见光(400-800nm)光谱技术。
基于吸收光谱的技术;基本原理是达朗比尔定律:
检测溶解氧化产物的含量图谱分析检测糠醛检测油中自由基团含量(反应老化速度),23,现代状态评估技术,4、浑浊度分析反应的是光线透过时受到阻碍地程度表示油对于光线散射和吸收地能力。
它不仅与悬浮物地含量有关,而且还与油中杂质地成分、颗粒大小、形状及其表面地反射性能有关采用浊度计测量90散射光;单位是NTU;(价格高)浊度增大,反应油被污染的程度;,应用背景,1,传统评估技术,2,现代状态评估技术,3,油-纸绝缘替代材料评估,4,小结,5,24,25,油-纸绝缘替代材料评估,电力变压器两种绝缘材料:
油、纸传统上油主要采用矿物油(mineraloil);替代:
更环保的合成油、植物油传统的纸采用牛皮纸(Kraft)、thermal-upgradedKraft高强度合成纤维纸Nomex纸(性能好,价格高)杜邦3M公司采用湿法造纸工艺新型绝缘纸(低吸湿,含水时稳定电性能、更高的热稳定温度、不易水解、可用的机械和电气强度)适用于新型油-纸绝缘材料的变压器绝缘状态评估欠缺目前的评估方式都是基于传统的油-纸绝缘体系对于新型油-纸体系,虽然可以采取相同的评估方法,但对结果解释会有差异,需要研究,应用背景,1,传统评估技术,2,现代状态评估技术,3,油-纸绝缘替代材料评估,4,小结,5,26,27,小结,经过多年的发展开发很多种基于理化特性的油-纸体系老化状态评估方法;各有自己的特点:
直接方法、间接方法;有的简单易行但精度差、有的测量准确但成本高复杂;检测对象:
聚合度、糠醛、甲醇、油中溶解气体、自由基团、溶解老化固体产物等检测方法:
DP、HPLC,FTIR,GC-MS、电子浊度计等目前最有效的方法:
DGA-通过检测气体反应油-纸体系情况不存在完美的方案需要研究更有效的检测方法(拉曼光谱)、更能反应油-纸老化的对象(甲醇等);,
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