[發明專利]一種基于活化能的干式絕緣設備老化評估與壽命預測方法

在審

• 申請號: 202010798543.8
• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN111999610A
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 劉力卿;王偉;張鑫;張心潔;張弛;魏菊芳;李隆基;何金;李琳;李維博;文清豐
• 申請（專利權）人: 國網天津市電力公司電力科學研究院;國網天津市電力公司;國家電網有限公司
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王來佳

1.一種基于活化能的干式絕緣設備老化評估與壽命預測方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：對待測量的干式絕緣設備的環氧樹脂材料進行TGA和介電譜實驗，分別獲得其未老化狀態下的化學反應活化能、起始松弛活化能、起始擊穿場強；

步驟2：建立干式絕緣設備實驗室溫度下老化時間與現場運行溫度下老化時間的等效轉換機制；

步驟3：通過交流擊穿試驗，確立干式絕緣設備壽命終止的失效判據；

步驟4：通過老化試驗,計算不同老化程度下試樣的活化能，獲得試樣活化能隨老化時間的變化關系,進行干式絕緣設備老化評估與壽命預測。

2.根據權利要求1所述的一種基于活化能的干式絕緣設備老化評估與壽命預測方法其特征在于：所述步驟2中的等效轉換機制采用Arrhenius穩態溫度加速模型建立，其公式為：

其中：M為失效敏s感參數；t為實驗時間，單位為h；A為常數；E_a為化學反應活化能，單位為J/mol；k為Boltzmann常數，8.314J/(K·mol)；T為絕對溫度，單位為K。

3.根據權利要求2所述的一種基于活化能的干式絕緣設備老化評估與壽命預測方法其特征在于：所述步驟2的具體實現步驟為：對Arrhenius穩態溫度加速模型公式進行積分，可得：

其中，T₀為材料正常工作溫度；T為實驗室加速熱老化溫度；t₀為材料正常工作溫度下對應的某一狀態點的時間；t為材料實驗室加速熱老化溫度下對應同一狀態點的時間；

由于在正常條件和加速條件下，材料的失效判據相同，即M＝M₀，進一步得到：

令：

于是得到干式絕緣設備實驗室溫度下老化時間與現場運行溫度下老化時間的等效轉換公式:

式中：AF為老化加速因子，它的數值含義是材料在T溫度下1單位的有效時間等效于T₀溫度下AF倍單位的有效時間。

4.根據權利要求1所述的一種基于活化能的干式絕緣設備老化評估與壽命預測方法，其特征在于：所述步驟3確立干式絕緣設備壽命終止的失效判據的方法為：先搭建交流擊穿實驗平臺，采用環氧樹脂材料模擬干式絕緣設備進行交流擊穿實驗，將擊穿電壓下降至起始值的50％作為環氧樹脂材料壽命終止的界定標志，對不同老化狀態的環氧樹脂試樣進行擊穿場強測量試驗，在設定老化溫度下，測量環氧樹脂在不同老化時間的擊穿場強，進而獲得其擊穿場強隨老化時間的變化關系曲線，根據曲線找到擊穿場強下降至起始值50％對應的時間，即環氧樹脂壽命終止的時間，再利用步驟2中等效轉換機制計算出正常工作溫度下的終止時間，所述終止時間即為環氧樹脂的總壽命。

5.根據權利要求1所述的一種基于活化能的干式絕緣設備老化評估與壽命預測方法其特征在于：所述步驟4的具體實現步驟為：

采用環氧樹脂材料模擬干式絕緣設備，在實驗室對環氧樹脂試樣開展老化試驗，測量不同老化程度下環氧樹脂的松弛活化能，獲得環氧樹脂的松弛活化能隨老化時間的變化關系曲線，根據步驟3中得到的環氧樹脂壽命終止的時間找出其壽命終止時對應的松弛活化能，作為基于活化能判斷環氧樹脂材料老化狀態評估和剩余壽命預測的壽命終止標準值；

通過觀察環氧樹脂的松弛活化能隨老化時間的變化關系曲線的變化規律將環氧樹脂的老化狀態分為老化前期和老化中、后期；

通過測量當前狀態下環氧樹脂的松弛活化能數值大小，在環氧樹脂的松弛活化能隨老化時間的變化關系曲線中找到當前數值所對應的老化時間，利用步驟3中計算出的總壽命減去此老化時間即可獲得材料的剩余壽命時間；最后乘以加速老化因子AF即可獲得環氧樹脂在工作溫度下實際的剩余壽命時間。

6.根據權利要求5所述的一種基于活化能的干式絕緣設備老化評估與壽命預測方法其特征在于：所述老化前期和老化中、后期的界定標準為：當曲線處于上下波動狀態時，將此狀態認定為老化前期；當曲線處于單調上升或者波動后緩慢上升狀態時，將此狀態認定為老化中、后期。