一种不均匀老化油纸电容式套管的绝缘状况预测方法

本发明涉及油纸电容式套管故障诊断，特别涉及一种不均匀老化油纸电容式套管的绝缘状况预测方法。

背景技术：

1、油纸电容式套管是连接电力变压器绕组和电力系统线路的重要电力设备，其内部主要由绝缘纸和绝缘油组成，绝缘纸的性能决定了油纸电容式套管的运行安全稳定性和使用寿命。因此，对绝缘纸进行准确的状态评估可以有效避免油纸电容式套管的运行事故。

2、在长期带电工作时，油纸电容式套管内部会产生一个不均匀分布的温度场，因此导致油纸电容式套管内部不同部位绝缘纸的老化程度不相等，即绝缘纸发生了不均匀老化。频域介电谱法近年来被广泛用于检测油浸绝缘纸的老化状态，其原理是通过频域介电响应测试仪在油浸绝缘纸两侧依次施加不同频率的正弦交流电，进而可以获得每个频率下油浸绝缘纸的复相对介电常数，复相对介电常数与油浸绝缘纸的老化程度(聚合度)存在定量关系，因此可以通过测量复相对介电常数来实现油浸绝缘纸的老化程度(聚合度)评估。

3、传统x模型描述了油纸电容式套管中绝缘纸、绝缘油和复合绝缘油纸三者之间复相对介电常数的定量关系，可以用于预测现场油纸电容式套管在均匀老化下的fds曲线。但是，传统的x模型认为沿轴向和径向方向的油纸电容式套管绝缘纸老化状态是一致的，实际上运行中的油纸电容式套管内部温度分布是不均匀的，油纸电容式套管底部和内侧的温度要远高于其它部位，而不均匀的温度场会导致绝缘纸沿轴向和径向不均匀老化，因此传统x模型的准确性不能保证，并且未考虑到轴向和径向的不均匀老化，有待进一步完善。

4、另外，有学者针对油纸电容式套管的不均匀老化提出了考虑不均匀老化的修正x模型，该模型可实现径向不均匀老化下的fds曲线预测，但是该模型认为油纸电容式套管中各层绝缘纸的轴向长度是相等的，也认为各层铝箔的轴向长度是相等的，与油纸电容式套管的真实情况不一致，因此预测的准确率有待考究；而且，修正x模型没有考虑油纸电容式套管绝缘纸在轴向的不均匀老化，因此其适用性具有局限性。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种不均匀老化油纸电容式套管的绝缘状况预测方法，考虑了油纸电容式套管绝缘纸在径向和轴向的不均匀老化，绝缘状况预测模型更准确，有助于提高电力系统运行的安全性和稳定性。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种不均匀老化油纸电容式套管的绝缘状况预测方法，包括以下步骤：

3、s11，获取油纸电容式套管的基本参数，所述基本参数包括：油纸电容式套管导电杆的外半径、绝缘纸的层数、各层绝缘纸的厚度、各层绝缘纸的轴向长度、各层铝箔的轴向长度以及绝缘油的复相对介电常数；

4、s12，划分绝缘纸区间，所述绝缘纸区间为同一层的铝箔与绝缘纸长度重合区域的绝缘纸，分别将各层所述绝缘纸区间沿着轴向划分为多个长度相等的绝缘纸单元；

5、s13，构建多层所述绝缘纸区间的不均匀老化状态预测模型，分别设置各个所述绝缘纸单元的聚合度；

6、s14，获取各个所述绝缘纸单元的复相对介电常数；

7、s15，得到用于预测油纸电容式套管在不均匀老化状态下的绝缘状况的增强x模型的数学表达式：

8、

9、式中，是油纸电容式套管的复相对介电常数，ε'rtot是的实部，ε″rtot是的虚部，li为第i层铝箔的轴向长度，ri为第i层绝缘纸的外半径，f(i)是第i层绝缘纸区间划分的绝缘纸单元个数，n是绝缘纸的总层数，是第i层绝缘纸第k个绝缘纸单元的复相对介电常数，是绝缘油的复相对介电常数，x是各层绝缘纸与对应层复合了绝缘油和绝缘纸的绝缘油纸的厚度比。

10、优选的，所述步骤s11中获取所述绝缘油的复相对介电常数的方法为：将绝缘油倒入三电极测量容器中，上下两个电极板之间保持2mm，使用仪器测量绝缘油的复相对介电常数。

11、优选的，所述步骤s11中绝缘纸和铝箔的层数相等，同一层的绝缘纸长度大于或等于铝箔长度。

12、优选的，所述步骤s12中划分所述绝缘纸区间的函数表达式为：

13、

14、式中，ttop是测量获得的油纸电容式套管顶端温度，tdown是测量获得的油纸电容式套管底部温度，δt是温度间隔，l1是第1层铝箔的轴向长度，li是第i层铝箔的轴向长度，[]是四舍五入取正整数函数。

15、优选的，所述步骤s12中油纸电容式套管内部温度分布是不均匀的，绝缘纸沿轴向和径向的老化状态是不均匀的。

16、优选的，所述步骤s13中多层所述绝缘纸区间沿径向设有两个以上不同聚合度的所述绝缘纸单元。

17、优选的，所述步骤s13中各层所述绝缘纸区间沿轴向设有两个以上不同聚合度的所述绝缘纸单元。

18、优选的，所述步骤s13中所述绝缘纸单元的聚合度设置范围在0到1500之间。

19、优选的，所述步骤s14中获取各个所述绝缘纸单元的复相对介电常数方法为：按照步骤s13中设置的聚合度制作绝缘纸，使用仪器测量制作出的绝缘纸的复相对介电常数，作为对应聚合度的所述绝缘纸单元的复相对介电常数。

20、与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：

21、本发明通过构建增强x模型对油纸电容式套管在不均匀老化状态下的绝缘状况进行预测，考虑了油纸电容式套管绝缘纸在径向和轴向的不均匀老化效应对复相对介电常数特性的影响，对比现有技术的预测方法更全面，使得油纸电容式套管的绝缘状况预测更准确，能够为后续进行油纸电容式套管绝缘纸不均匀老化状态评估提供可参考的模型基础，有助于及时发现油纸电容式套管绝缘系统的潜在风险，从而提高电力系统运行的安全性和稳定性。

技术特征：

1.一种不均匀老化油纸电容式套管的绝缘状况预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的不均匀老化油纸电容式套管的绝缘状况预测方法，其特征在于，所述步骤s11中获取所述绝缘油的复相对介电常数的方法为：将绝缘油倒入三电极测量容器中，上下两个电极板之间保持2mm，使用仪器测量绝缘油的复相对介电常数。

3.根据权利要求1所述的不均匀老化油纸电容式套管的绝缘状况预测方法，其特征在于，所述步骤s11中绝缘纸和铝箔的层数相等，同一层的绝缘纸长度大于或等于铝箔长度。

4.根据权利要求3所述的不均匀老化油纸电容式套管的绝缘状况预测方法，其特征在于，所述步骤s12中划分所述绝缘纸区间的函数表达式为：

5.根据权利要求3所述的不均匀老化油纸电容式套管的绝缘状况预测方法，其特征在于，所述步骤s12中油纸电容式套管内部温度分布是不均匀的，绝缘纸沿轴向和径向的老化状态是不均匀的。

6.根据权利要求1所述的不均匀老化油纸电容式套管的绝缘状况预测方法，其特征在于，所述步骤s13中多层所述绝缘纸区间沿径向设有两个以上不同聚合度的所述绝缘纸单元。

7.根据权利要求6所述的不均匀老化油纸电容式套管的绝缘状况预测方法，其特征在于，所述步骤s13中各层所述绝缘纸区间沿轴向设有两个以上不同聚合度的所述绝缘纸单元。

8.根据权利要求6所述的不均匀老化油纸电容式套管的绝缘状况预测方法，其特征在于，所述步骤s13中所述绝缘纸单元的聚合度设置范围在0到1500之间。

9.根据权利要求6所述的不均匀老化油纸电容式套管的绝缘状况预测方法，其特征在于，所述步骤s14中获取各个所述绝缘纸单元的复相对介电常数方法为：按照步骤s13中设置的聚合度制作绝缘纸，使用仪器测量制作出的绝缘纸的复相对介电常数，作为对应聚合度的所述绝缘纸单元的复相对介电常数。

技术总结本发明涉及油纸电容式套管故障诊断技术领域，特别涉及一种不均匀老化油纸电容式套管的绝缘状况预测方法，包括：获取套管导电杆的外半径、绝缘纸的层数、各层绝缘纸的厚度、各层绝缘纸的轴向长度、各层铝箔的轴向长度以及绝缘油的复相对介电常数；分别将各层所述绝缘纸区间沿着轴向划分为多个长度相等的绝缘纸单元；预测不均匀老化状态分布情况并分别设置各个绝缘纸单元的聚合度；获取各个所述绝缘纸单元的复相对介电常数；得到用于预测油纸电容式套管在不均匀老化状态下的绝缘状况的增强X模型的数学表达式。本发明考虑了绝缘纸在径向和轴向的不均匀老化效应，增强X模型的预测方法更合理，油纸电容式套管的绝缘状况预测更准确。技术研发人员：苏至诚,张镱议,韦文厂,兰丹泉,王磊,范禹帆,张钰业,程海涵受保护的技术使用者：广西大学技术研发日：技术公布日：2025/1/6