[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于活化能的干式絕緣設(shè)備老化評(píng)估與壽命預(yù)測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010798543.8
• 申請(qǐng)日: 2020-08-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111999610A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉力卿;王偉;張?chǎng)?/a>;張心潔;張弛;魏菊芳;李隆基;何金;李琳;李維博;文清豐
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 國(guó)網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研究院;國(guó)網(wǎng)天津市電力公司;國(guó)家電網(wǎng)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01R31/12
• 分類(lèi)號(hào): G01R31/12
• 代理公司: 天津盛理知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12209
• 代理人: 王來(lái)佳

本發(fā)明涉及一種基于活化能的干式絕緣設(shè)備老化評(píng)估與壽命預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：對(duì)待測(cè)量的干式絕緣設(shè)備的環(huán)氧樹(shù)脂材料進(jìn)行TGA和介電譜實(shí)驗(yàn)，分別獲得其未老化狀態(tài)下的化學(xué)反應(yīng)活化能、起始松弛活化能、起始擊穿場(chǎng)強(qiáng)；建立干式絕緣設(shè)備實(shí)驗(yàn)室溫度下老化時(shí)間與現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行溫度下老化時(shí)間的等效轉(zhuǎn)換機(jī)制；確立干式絕緣設(shè)備壽命終止的失效判據(jù)；計(jì)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(shí)間的變化關(guān)系,進(jìn)行干式絕緣設(shè)備老化評(píng)估與壽命預(yù)測(cè)。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)用材料本征屬性對(duì)設(shè)備的老化評(píng)估與壽命預(yù)測(cè)，為工程應(yīng)用提供了技術(shù)指導(dǎo)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高電壓試驗(yàn)領(lǐng)域，涉及干式絕緣設(shè)備的電氣試驗(yàn),尤其是一種基于活化能的干式絕緣設(shè)備老化評(píng)估與壽命預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)

干式絕緣設(shè)備是保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行必不可少的一類(lèi)設(shè)備，一般包括干式變壓器和干式電抗器等。干式絕緣設(shè)備絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，絕緣缺陷多樣化，現(xiàn)有的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法與各種絕緣故障之間無(wú)法建立明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

目前，最常用的絕緣狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法是局部放電檢測(cè)，國(guó)內(nèi)外通常將各種標(biāo)準(zhǔn)放電模式數(shù)據(jù)作為干式絕緣設(shè)備的老化狀態(tài)評(píng)估依據(jù)。然而由于干式絕緣設(shè)備運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，設(shè)備的安裝過(guò)程、絕緣的不均勻性以及放電的微弱性都會(huì)影響測(cè)試的靈敏度，并且在放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中，受到設(shè)備本身運(yùn)行的影響，要實(shí)現(xiàn)局部放電的準(zhǔn)確測(cè)量難度很大，因此這種診斷方法測(cè)試的結(jié)果很大程度上不能保證絕緣老化狀態(tài)評(píng)估的準(zhǔn)確性。

另外，局部放電、電氣與介電性能等傳統(tǒng)測(cè)量手段，多為絕緣狀態(tài)的間接反映，無(wú)法建立狀態(tài)特征參量與環(huán)氧樹(shù)脂劣化過(guò)程的直接聯(lián)系，導(dǎo)致干式絕緣設(shè)備劣化過(guò)程與不明原因故障的誘發(fā)機(jī)制不清晰、無(wú)法有效預(yù)警不伴隨明顯局部放電的隱性缺陷、剩余壽命評(píng)估不準(zhǔn)確等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于活化能的干式絕緣設(shè)備老化評(píng)估與壽命預(yù)測(cè)方法，解決了無(wú)法有效預(yù)警不伴隨明顯局部放電的隱性缺陷、剩余壽命評(píng)估不準(zhǔn)確等問(wèn)題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于活化能的干式絕緣設(shè)備老化評(píng)估與壽命預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

步驟1：對(duì)待測(cè)量的干式絕緣設(shè)備的環(huán)氧樹(shù)脂材料進(jìn)行TGA和介電譜實(shí)驗(yàn)，分別獲得其未老化狀態(tài)下的化學(xué)反應(yīng)活化能、起始松弛活化能、起始擊穿場(chǎng)強(qiáng)；

步驟2：建立干式絕緣設(shè)備實(shí)驗(yàn)室溫度下老化時(shí)間與現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行溫度下老化時(shí)間的等效轉(zhuǎn)換機(jī)制；

步驟3：通過(guò)交流擊穿試驗(yàn)，確立干式絕緣設(shè)備壽命終止的失效判據(jù)；

步驟4：通過(guò)老化試驗(yàn),計(jì)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(shí)間的變化關(guān)系,進(jìn)行干式絕緣設(shè)備老化評(píng)估與壽命預(yù)測(cè)。

而且，所述步驟2中的等效轉(zhuǎn)換機(jī)制采用Arrhenius穩(wěn)態(tài)溫度加速模型建立，其公式為：

其中：M為失效敏s感參數(shù)；t為實(shí)驗(yàn)時(shí)間，單位為h；A為常數(shù)；E_a為化學(xué)反應(yīng)活化能，單位為J/mol；k為Boltzmann常數(shù)，8.314J/(K·mol)；T為絕對(duì)溫度，單位為K。

而且，所述步驟2的具體實(shí)現(xiàn)步驟為：對(duì)Arrhenius穩(wěn)態(tài)溫度加速模型公式進(jìn)行積分，可得：

其中，T₀為材料正常工作溫度；T為實(shí)驗(yàn)室加速熱老化溫度；t₀為材料正常工作溫度下對(duì)應(yīng)的某一狀態(tài)點(diǎn)的時(shí)間；t為材料實(shí)驗(yàn)室加速熱老化溫度下對(duì)應(yīng)同一狀態(tài)點(diǎn)的時(shí)間；

由于在正常條件和加速條件下，材料的失效判據(jù)相同，即M＝M₀，進(jìn)一步得到：