[發明專利]一種沖擊負荷下牽引變壓器絕緣壽命的評估方法

有效

• 申請號: 202010137918.6
• 申請日: 2020-03-03
• 公開（公告）號: CN111257707B
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發明（設計）人: 周利軍;廖維;郎光婭
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12
• 代理公司: 成都盈信專利代理事務所(普通合伙) 51245
• 代理人: 崔建中

1.一種沖擊負荷下牽引變壓器絕緣壽命的評估方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步：獲取牽引變壓器基本運行參數

查看待評估牽引變壓器油紙絕緣材料，記錄待測牽引變壓器的一天的負荷率，記為R(t)，t代表時間，一共通過N次列車；

根據牽引變壓器歷史數據獲取年平均環境溫度，記為T_amb；

第二步：計算沖擊負荷加速熱老化試驗的控制參數

根據牽引變壓器負荷率記錄，統計牽引變壓器第i次列車的負荷率為R_i、牽引變壓器第i次列車通過的時間為t_0i，第j次列車與第j+1次列車之間的間隔時間為t_1j，i＝1，2，…，N；j＝1，2，…，N；

計算R_i負荷率下的加速熱老化溫度T₁(R_i)：

T₁(R_i)＝T₁(1)+T_hs(R_i)-T_hs(1) (1)

式中，T₁(1)為額定負荷下的加速熱老化溫度，值為90℃，T_hs(R_i)為R_i倍負荷下的牽引變壓器熱點溫度，T_hs(1)為額定負荷下的牽引變壓器熱點溫度，T_hs(R_i)和T_hs(1)值根據IEEEStandard C57.91-2011中導則模型確定；

計算第i次列車的加速熱老化持續時間t_i：

t_i＝t_0iexp[-α(T₁(R_i)-T_ao)] (2)

式中，α是熱老化參數，值等于0.1155，T_ao為實際老化溫度，值等于98℃；

計算第j次列車與第j+1次列車的加速熱老化時間間隔Δt_j：

Δt_j＝t_1jexp[-α(T₁(R_j)-T_ao)] (3)

第三步：搭建沖擊負荷加速熱老化試驗平臺

搭建沖擊負荷加速熱老化試驗平臺，包括溫度可控的試驗箱(1)、絕緣油(2)、支架(3)、溫度可調加熱板(4)、絕緣紙(5)、第一導線(6a)、第二導線(6b)、第三導線(6c)、第四導線(6d)、繼電器(7)、電壓可調電源(8)、PLC控制器(9)、專用編程電纜線(10)、PC機(11)、24V直流電壓源(12)和數字顯示溫度傳感器(13)，支架(3)放置于溫度可控的試驗箱(1)中，支架(3)的高度為溫度可控的試驗箱(1)的1/4處，溫度可控的試驗箱(1)中填充絕緣油(2)，絕緣油(2)的液面高度位于溫度可控的試驗箱(1)的3/4處，數字顯示溫度傳感器(13)放置于溫度可控的試驗箱(1)底部，絕緣紙(5)纏繞到溫度可調加熱板(4)上20層后放于支架(3)上，繼電器(7)通過第一導線(6a)控制溫度可調加熱板(4)加熱的開斷，電壓可調電源(8)通過第二導線(6b)為繼電器(7)供電，PLC控制器(9)通過第三導線(6c)對繼電器(7)控制，24V直流電壓源(12)通過第四導線(6d)為PLC控制器(9)供電，PC機(11)通過專用編程電纜線(10)對PLC控制器(9)編程；

第四步：測試絕緣紙的聚合度變化曲線

設置溫度可控的試驗箱(1)的溫度為T₁(1)；

控制電壓可調電源(8)的輸出電壓，保持溫度可調加熱板(4)的溫度為T₁(R_i)的時間為t_i+Δt_i，i從1開始依次增加并循環該過程；

使用PC機(11)對PLC控制器(9)編程，使得繼電器(7)閉合時間和斷開時間依次t₁和Δt₁、t₂和Δt₂、…、t_N-1和Δt_N-1、t_N和Δt_N，并循環該過程；

當數字顯示溫度傳感器(13)溫度達到T₁(1)時，同時開啟PLC控制器(9)、繼電器(7)；

試驗總老化時間為1200小時，最內層絕緣紙每48小時取樣一次并測量絕緣紙樣品的聚合度，分別記為DP_m，m＝1，2，…，25；絕緣紙初始聚合度記為DP₀；

使用公式(4)對聚合度測試曲線進行擬合得到參數T_eq、A的擬合值T′_eq、A′：

式中，t₂為加速熱老化時間，E_a為活化能，值為111kJ/mol，B為氣體常數，值為8.314J/(mol·K)，T_eq為等效溫度，A為速率系數，參數T_eq和A為待擬合參數；

第五步：評估牽引變壓器絕緣壽命

根據第四步得到的擬合值T′_eq和A′，對牽引變壓器絕緣的年壽命進行評估：

式中，SL_ref為牽引變壓器絕緣壽命，單位為年。