基于低頻頻溫平移的變壓器油紙絕緣換油老化壽命預(yù)測

劉驥， 呂佳璐， 張明澤， 池明赫， 賈海峰， 孫宇飛， 王凡予

(1. 哈爾濱理工大學(xué) 工程電介質(zhì)及其應(yīng)用教育部重點實驗室，哈爾濱 150080；2.哈爾濱理工大學(xué) 電介質(zhì)工程國家重點實驗室培育基地，哈爾濱 150080)

0 引 言

電網(wǎng)的平穩(wěn)、安全運行是保證電力持續(xù)、可靠供應(yīng)的基礎(chǔ)[1]，而輸配電作為電力系統(tǒng)中不可缺少的一部分顯得尤為重要，輸配電系統(tǒng)中油浸式電力變壓器的平穩(wěn)運行對整個電力系統(tǒng)具有重要意義。油浸式電力變壓器的內(nèi)絕緣由絕緣紙(紙板)和絕緣油共同構(gòu)成，絕緣紙(紙板)的纖維素分解往往會受溫度影響[2]，分解產(chǎn)生水、小分子酸以及糠醛等雜質(zhì)，分散在絕緣油中，使其絕緣程度下降。因此需要對運行一定年數(shù)的變壓器進(jìn)行換油，將絕緣油中的雜質(zhì)清除出去，提高其絕緣性能，對保證變壓器安全可靠運行至關(guān)重要。

近年來介電響應(yīng)技術(shù)以其無損檢測、不吊芯取樣等優(yōu)勢被廣泛運用在現(xiàn)場變壓器絕緣狀態(tài)檢測?，F(xiàn)有的介電響應(yīng)測試技術(shù)主要包括時域介電響應(yīng)測試技術(shù)[3]和頻域介電響應(yīng)測試技術(shù)[4-8]，其中頻域介電響應(yīng)技術(shù)因其施加測試電壓小、不易在絕緣設(shè)備中累積電荷從而更有益于設(shè)備檢測，奧地利學(xué)者M(jìn)aik Koch通過實驗發(fā)現(xiàn)介質(zhì)損耗因數(shù)曲線不同頻率段所對應(yīng)的影響因素不同，而絕緣紙板老化產(chǎn)生的影響的主要反映在低頻段[9]。楊麗君教授通過建立介電響應(yīng)特征指紋庫，采用模糊識別的方法對變壓器老化、受潮狀態(tài)進(jìn)行評估[10]。

傳統(tǒng)的化學(xué)評估法主要包括絕緣紙板聚合度測量法以及油中老化產(chǎn)物檢測法[11-13]。通常用絕緣紙板聚合度來表征纖維素大分子的斷裂情況，而通過聚合度對變壓器油紙絕緣壽命預(yù)測研究經(jīng)歷漫長的過程。上個世紀(jì)，Oomen認(rèn)為通過測試絕緣紙的粘度獲得其聚合度，進(jìn)而判斷絕緣紙的老化程度[14]。國內(nèi)外專家通過油浸紙板聚合度與化學(xué)動力學(xué)模型對變壓器的使用壽命進(jìn)行預(yù)測。Emsley結(jié)合前人的經(jīng)驗在已有的動力學(xué)模型的基礎(chǔ)上提出了二階動力學(xué)模型，用于變壓器油紙絕緣壽命預(yù)測[15]；楊麗君教授在時溫平移理論的基礎(chǔ)上完善了與溫度、含水有關(guān)的油紙絕緣壽命預(yù)測模型[16]。

對油中老化產(chǎn)物主要通過檢測糠醛、含水、氣體等物質(zhì)進(jìn)行評估[17]。Shroff通過大量實驗發(fā)現(xiàn)絕緣紙聚合度與油中對數(shù)化糠醛含量之間存在線性關(guān)系[18]；廖瑞金教授根據(jù)大量實驗發(fā)現(xiàn)，變壓器在濾油過程中會導(dǎo)致油中糠醛減少，該現(xiàn)象導(dǎo)致對變壓器老化評估的正確性大大降低，因此提出應(yīng)用油中糠醛修正函數(shù)來消除換油對變壓器老化評估的影響，從而提高油中糠醛含量預(yù)測變壓器剩余壽命的準(zhǔn)確程度[19]。然而上述的眾多變壓器老化評估方法主要體現(xiàn)在用變壓器老化產(chǎn)物進(jìn)行評估或壽命預(yù)測，在考慮換油對變壓器油紙絕緣壽命預(yù)測影響等方面的研究較少。

本文主要分析變壓器換油對頻域介質(zhì)損耗因數(shù)曲線的影響，對比不同換油周期不同老化時間的介質(zhì)損耗因數(shù)曲線，發(fā)現(xiàn)換油減小介質(zhì)損耗因數(shù)且換油對介質(zhì)損耗因數(shù)曲線中頻段影響較大，而絕緣紙板的老化會影響油紙絕緣模型低頻段的介質(zhì)損耗因數(shù)，其數(shù)值與纖維素活化能有關(guān)，最后構(gòu)建換油周期-溫度-壽命表達(dá)式預(yù)測變壓器油紙絕緣剩余壽命。

1 實驗裝置及流程

1.1 XY模型理論

變壓器內(nèi)部主絕緣系統(tǒng)主要由撐條、油隙及隔板組成。為研究方便，通常將變壓器的主絕緣系統(tǒng)按圖1進(jìn)行簡化，并稱其為XY模型[20]。XY模型通過等效變壓器內(nèi)部主絕緣結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了將現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)與實驗室檢測數(shù)據(jù)相連接，使得實驗室的測試數(shù)據(jù)更加貼切實際，提高了對變壓器老化評估的精準(zhǔn)度。

圖1 變壓器XY模型示意圖Fig.1 Diagram of transformer XY model

將實際變壓器內(nèi)絕緣按比例縮減制成XY模型，X與Y各有其不同的含義，X是隔板厚度之和與主絕緣厚度之比，Y是撐條總寬度與兩繞組主絕緣平均周長之比，1-Y和1-X是油隙的體積分?jǐn)?shù)，變壓器的X和Y的取值范圍在10%～50%之間。

XY模型能夠準(zhǔn)確反應(yīng)油紙絕緣結(jié)構(gòu)的介電特性，被廣泛運用于評判變壓器油紙絕緣狀態(tài)。XY模型的復(fù)介電常數(shù)是關(guān)于頻域和溫度的函數(shù)，即

(1)

1.2 實驗裝置

本文實驗電極采用兩電極系統(tǒng)，選用測試電極直徑為100 mm，隔板為130 mm×130 mm，撐條為130 mm×35 mm，厚度為1 mm的變壓器絕緣紙板，即X為50%，Y為30%的XY模型作為試樣。按圖2所示的接線方式進(jìn)行連接，通過IDAX-300絕緣診斷分析儀對不同試樣進(jìn)行介電響應(yīng)檢測。

圖2 頻域測試平臺圖Fig.2 Frequency domain test schematic diagram

實驗采用MiniHYD卡爾費休庫倫法水分儀開展油浸紙板中微水含量的測量研究。并根據(jù)ASTM4243-2004測試標(biāo)準(zhǔn)，采用烏式粘度計和電動攪拌器開展油浸紙板聚合度測量研究工作。

1.3 實驗流程

制作上述的XY模型試樣，并對制作完成的試樣預(yù)處理：首先將裁剪好的紙板放入90 ℃環(huán)境下干燥48小時，然后將其按照10∶1的比例放入過濾好的絕緣油中真空處理并靜置24小時，將預(yù)處理后的試樣分別放入3個不同的老化罐內(nèi)，進(jìn)行130 ℃下的加速熱老化實驗。

將3個不同的老化罐分別進(jìn)行換油周期為5天、15天、30天的加速熱老化實驗，并每隔15天進(jìn)行頻域介電譜測試、含水率測試、聚合度測試。具體實驗流程圖如圖3所示。

圖3 具體實驗流程圖Fig.3 Specific flow chart

2 實驗結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

2.1 頻域介電譜實驗結(jié)果分析

根據(jù)上述實驗，進(jìn)行不同溫度下(30、50、70、90 ℃)不同換油周期(5、15、30天)的XY模型進(jìn)行不同老化時間(15、30、45、60天)的介質(zhì)損耗因數(shù)曲線的測量。

現(xiàn)以換油周期為5天，老化 30天的試樣的介質(zhì)損耗因數(shù)曲線為例，由圖4可知，換油前在低頻區(qū)，同一換油周期下的XY模型的介質(zhì)損耗因數(shù)隨著溫度的上升而逐漸增大，并隨著溫度的升高曲線向高頻方向移動。上述現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是，由于低頻區(qū)各種極化都來得及建立，在低頻段損耗主要以電導(dǎo)損耗為主，隨著溫度的升高，分子熱運動速度變快，分子之間的碰撞電離次數(shù)增多，載流子遷移率變大，介質(zhì)的電導(dǎo)率增大，所以電導(dǎo)損耗隨著溫度的升高而逐漸變大，介質(zhì)損耗增大。在高頻區(qū)，松弛極化來不及建立，介質(zhì)的極化全由位移極化貢獻(xiàn)，隨著溫度升高，熱分子運動加劇反而阻礙偶極分子在電場方向的定向，位移極化降低，介質(zhì)損耗減小。

圖4 換油周期為5天，老化 30天的試樣換油前后介質(zhì)損耗因數(shù)曲線Fig.4 Dielectric loss factor curve before and after oil replacement of XY model aging for 30 day and 5-day oil replacement

圖5、圖6分別為70、50 ℃時不同換油周期的老化介質(zhì)損耗因數(shù)曲線，由圖可知隨著換油周期的增加，介質(zhì)損耗因數(shù)逐漸增大， 不同老化時間的介質(zhì)損耗因數(shù)曲線之間的差距加大。老化使得油中極性分子增多，絕緣油中的水、酸含量增加加劇了離子電導(dǎo)，共同導(dǎo)致介質(zhì)損耗因數(shù)不斷增加。

如圖5(a)、圖6(a)所示，換油周期為5天，老化0、15、30、45、60天的油紙絕緣結(jié)構(gòu)(即XY模型)的介質(zhì)損耗因數(shù)曲線相差不大；如圖5(b)、6(b)所示，換油周期為15天，老化15、30、45、60天的油紙絕緣結(jié)構(gòu)的介質(zhì)損耗因數(shù)曲線相差不大，但與0天的介質(zhì)損耗因數(shù)相比有明顯的增高。

圖5 70 ℃不同換油周期的老化介質(zhì)損耗因數(shù)曲線Fig.5 Dielectric loss factor curve of XY model under different oil replacement cycle at 70 ℃

如圖5(c)、圖6(b)所示，換油周期為30天的試樣對油紙絕緣結(jié)構(gòu)的介質(zhì)損耗因數(shù)曲線影響明顯，在老化0、15、30天未換油時，介質(zhì)損耗因數(shù)隨著老化時間的增加而增大，換油周期為30天，老化45、60天介質(zhì)損耗因數(shù)曲線與15、30天的介質(zhì)損耗因數(shù)曲線相差不大，所以通過上述現(xiàn)象可知，換油對變壓器油紙絕緣結(jié)構(gòu)介質(zhì)損耗因數(shù)曲線的影響很大，在0.01～100 Hz頻率段為絕緣油和絕緣紙老化對頻域介質(zhì)損耗因數(shù)曲線影響；低于0.005 Hz頻率段主要與絕緣紙板的老化狀態(tài)有關(guān)。

圖6 50 ℃不同換油周期的老化介質(zhì)損耗因數(shù)曲線Fig.6 Dielectric loss factor curve of XY model under different oil replacement cycle at 50 ℃

2.2 介質(zhì)損耗因數(shù)曲線與活化能的關(guān)系

油紙絕緣老化程度由絕緣紙板聚合度(DP)來表征，DP是衡量纖維素分子鏈大小的重要指標(biāo)。纖維素分子熱運動需吸收能量達(dá)到活躍狀態(tài)，這種能量稱為纖維素活化能。油紙絕緣結(jié)構(gòu)在加速熱老化過程中包含多個反應(yīng)就會有多種活化能，主要包含絕緣油活化能、絕緣紙板活化能(主要為纖維素活化能)、氧化降解活化能以及水解活化能等，油紙絕緣模型(XY模型)的老化變溫介電譜無法通過頻溫平移得到一條平滑的主曲線，因為各頻率段的主反應(yīng)不同，頻溫平移得到反應(yīng)活化能也不同。目前廣泛采用Arrhenius方程或Arrhenius方程的外推公式來計算絕緣紙板活化能，而Arrhenius方程的外推公式是通過頻溫疊加原理得出。Arrhenius方程為

(2)

式中：A為前置因子；T為所需平移溫度，K；ΔE為油浸紙板的活化能，kJ/mol；R為氣體常數(shù)，R=8.314 J/(mol·K)；k為溫度T時的反應(yīng)速率。

上述分析中指出，XY模型介質(zhì)損耗因數(shù)曲線不同頻率段對應(yīng)的影響因素不同，絕緣油會影響介質(zhì)損耗因數(shù)曲線的中頻段(0.01～100 Hz)，該頻率范圍內(nèi)絕緣油的電導(dǎo)率高于油浸紙板，絕緣油的電導(dǎo)損耗明顯大于油浸紙板，此時該頻段內(nèi)電流主要從絕緣油和隔板中流過，因而測量的介質(zhì)損耗因數(shù)與絕緣油和絕緣紙有關(guān)，綜上所述，對XY模型變溫介電譜的中頻段進(jìn)行頻溫平移得到的活化能主要為油紙混合活化能。

低頻段(頻率低于0.005 Hz)的XY模型介質(zhì)損耗因數(shù)曲線與絕緣紙板老化及老化產(chǎn)物有關(guān)，隨著頻率降低，油中的累積電荷逐漸增加，阻礙電流流過，此時電流在低頻段內(nèi)主要流過隔板和墊片，圖7為低頻段內(nèi)高低壓繞組間電流分布。絕緣紙板老化會影響油紙絕緣模型低頻段的介質(zhì)損耗因數(shù)。綜上所述，對XY模型變溫介電譜的低頻段進(jìn)行頻溫平移得到的活化能主要為纖維素活化能。

圖7 低頻段高低壓繞組間電流分布Fig.7 Current distribution between low voltage and high voltage winding

2.3 低頻頻溫平移活化能的計算

實驗采用130 ℃高溫加速老化，而變壓器正常工作溫度較低，因此需要將高溫短時間內(nèi)的壽命推算到低溫長時間下的壽命，本文通過分析介質(zhì)損耗因數(shù)曲線與絕緣紙板老化的關(guān)系提出一種新的低頻頻溫平移壽命計算方法，將高溫下的壽命推算到低溫下，而不改變其老化機(jī)理。

以換油周期為30天，老化30天的XY模型的介質(zhì)損耗因數(shù)曲線為例，將曲線的低頻段沿X軸方向進(jìn)行平移，如圖8所示。以30 ℃作為平移參考溫度，把50、70、90 ℃的介質(zhì)損耗因數(shù)曲線分別平移至30 ℃，如圖9所示。得到換油周期為30天，老化30天的XY模型介質(zhì)損耗因數(shù)曲線在50、70、90 ℃測試溫度下的平移因子。重復(fù)上述XY模型活化能平移方法，對換油周期為30天，老化15、45、60天的XY模型的介質(zhì)損耗因數(shù)曲線分別進(jìn)行平移，獲得30天換油不同老化天數(shù)的平移因子，如表1所示。低頻頻溫平移因子定義為

表1 30天換油，XY模型在不同老化時間下的平移因子

圖8 換油周期為30天，老化30天的XY模型的介質(zhì)損耗因數(shù)曲線Fig.8 Dielectric loss curve of the XY model aging for 30-day and oil replacement for 30 days

圖9 換油周期為30天，老化30天的XY模型介質(zhì)損耗因數(shù)平移曲線Fig.9 Translation factor of dielectric loss factor of XY model aging for 30 day and oil replacement for 30 days

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式中fref和f為參考溫度Tref和所需平移溫度T下的測試頻率。

由圖9可知，通過對換油周期為30天，老化30天試樣的變溫介電譜低頻頻溫平移發(fā)現(xiàn)，在低頻段形成一條光滑的主曲線，即以參考溫度為基準(zhǔn)，任何溫度都可以通過平移因子將其低頻曲線移至標(biāo)準(zhǔn)溫度下，由于XY模型低頻段的介質(zhì)損耗因數(shù)主要受絕緣紙板老化的影響，所以認(rèn)為在低頻段下各個溫度下的老化機(jī)理一致，可以進(jìn)行外推壽命。

對30天換油不同老化時間的XY模型介質(zhì)損耗因數(shù)曲線低頻段進(jìn)行頻溫平移，獲得其平移因子，符合Arrhenius方程的外推公式為

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式中：Tref為標(biāo)準(zhǔn)平移溫度，K；T為所需平移溫度，K；ΔE為纖維素活化能，kJ/mol；R為氣體常數(shù)，R=8.314 J/(mol·K)。

根據(jù)式(4)計算纖維素活化能，由于老化機(jī)理不變，相同老化時間下的纖維素活化能相同，通過對lnα與1/Tref-1/T進(jìn)行線性擬合，如圖10所示。根據(jù)擬合曲線的斜率可以獲得纖維素活化能為87.8 KJ/mol。結(jié)合上述算法對換油周期分別為5、15、30天的試樣進(jìn)行纖維素活化能計算，結(jié)果如圖11所示。

圖10 換油周期為30天，老化30天的平移因子與溫度的擬合直線Fig.10 Fitting line of translation factor and temperature of XY model aging for 30 day and oil replacement for 30 days

由圖11可知，經(jīng)低頻平移換油周期為5天的活化能明顯低于換油周期為15、30天的纖維素活化能，本文認(rèn)為換油周期為5天的活化能不是纖維素活化能，不能用于壽命預(yù)測。原因如下：當(dāng)換油周期較長時，在0.005～0.000 1 Hz的頻率段內(nèi)由于油中累積電荷較多，阻礙了電流的流通，使得電流從絕緣紙板中流過，絕緣紙板的老化會影響油紙絕緣模型低頻段的介質(zhì)損耗因數(shù)，其數(shù)值與纖維素活化能有關(guān)；當(dāng)換油周期較短時，在0.005～0.000 1 Hz的頻率段內(nèi)油中累積電荷很少，使得電流大部分從油隙中通過，少部分從絕緣紙板中流過，通過介電譜測得是絕緣油和絕緣紙板共同的介質(zhì)損耗因數(shù)，其數(shù)值與絕緣油活化能以及纖維素活化能均有關(guān)，所以通過介質(zhì)損耗因數(shù)曲線低頻平移的方法計算出的換油周期為5天的活化能不能代表纖維素活化能。

圖11 不同換油周期下不同老化天數(shù)的纖維素活化能Fig.11 Cellulose degradation activation energy under different oil replacement cycle under different aging days

綜上所述，換油周期為15、30天XY模型的介質(zhì)損耗因數(shù)曲線可以通過低頻頻溫平移的方法計算纖維素活化能?？紤]到影響纖維素活化能的因素還包括紙板含水率，含水的多少會影響紙板的水解活化能，老化過程中紙板中的含水是上下波動的，如圖12所示。因此通過計算得出纖維素活化能是在一定范圍內(nèi)變化的其值大約為(99±12) kJ/mol。

圖12 換油周期為15、30天的油浸紙板含水率Fig.12 Moisture content of oil-impregnated pressboard with 15 and 30 days oil replacement

3 油紙絕緣老化壽命預(yù)測

3.1 老化動力學(xué)模型研究

國內(nèi)外對于油紙絕緣老化動力學(xué)模型進(jìn)行了長達(dá)半個世紀(jì)的研究，現(xiàn)主要的油紙絕緣老化動力學(xué)模型主要包括3種：一階動力學(xué)模型、二階動力學(xué)模型、損失累積動力學(xué)模型[21]。

1936年Ekenstam提出了將零階動力學(xué)模型用于纖維素分子鏈的降解[22]，其假定隨機(jī)的一級鏈斷裂關(guān)系為

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如果DP0和DP都很大，則可以寫成

(6)

式中:DP0和DPt是初始時刻和t時刻的聚合度，k表示反應(yīng)速率，傳統(tǒng)理念假設(shè)纖維素降解動力學(xué)模型可以使用式(6)來進(jìn)行描述。

Emsley進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)式(6)只能使用在均勻纖維素體系中，并且在測量時，會導(dǎo)致測量的聚合度數(shù)據(jù)的動力學(xué)曲線向下彎曲，當(dāng)DP值接近LODP時，式(6)擬合曲線與實際聚合度變化曲線將會產(chǎn)生一定差距，在此基礎(chǔ)上，Emsley提出了二階動力學(xué)模型[15]為

(7)

式中：DPt和DP0表示t和初始時刻的聚合度的大小；k(t)為反應(yīng)速率；k2、k10定為常值。

在纖維素降解過程中用，1/DPt-1/DP0表示降解程度會使測量DP值時每一個實驗的不確定性被放大。因此Calvini根據(jù)上述方程缺陷提出了在纖維素降解速率方程的基礎(chǔ)上引入聚合度比值(DP0/DP)這一概念以減少誤差[23]。

Ding H Z在2008年總結(jié)前人的經(jīng)驗，認(rèn)為纖維素鏈分解的本質(zhì)是降解在應(yīng)力時間內(nèi)逐漸累積，當(dāng)它們達(dá)到臨界水平時就會發(fā)生破壞這一理論[21]，于是創(chuàng)建了新的油紙絕緣損失累積動力學(xué)模型為

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油紙絕緣損失累積動力學(xué)模型與二階反應(yīng)動力學(xué)模型比較而言不僅計算更加方便，而且通過比值的計算方法，減小誤差，使得結(jié)果更加準(zhǔn)確。

3.2 不同換油周期的油紙絕緣壽命預(yù)測

在對不同換油周期的油紙絕緣變壓器老化壽命預(yù)測中，本文將聚合度作為評估油紙絕緣老化的參量。基于低頻頻溫平移計算方法，將高溫下的壽命外推至變壓器運行溫度下，以此來預(yù)測變壓器油紙絕緣的壽命。本文通過分析不同換油周期對變壓器油紙絕緣壽命的影響，來預(yù)測不同溫度、不同換油周期下的變壓器油紙絕緣的壽命。

本文對3組不同換油周期的試樣進(jìn)行130 ℃下的加速熱老化實驗，并每隔15天進(jìn)行聚合度測試，其聚合度隨時間呈現(xiàn)遞減趨勢，將聚合度的測量數(shù)據(jù)與損失累積模型相結(jié)合，得到不同換油周期下累計損失模型相關(guān)系數(shù)，其損失累積模型擬合曲線如圖13所示。紙板聚合度累積損耗隨著時間變化而呈現(xiàn)指數(shù)上升趨勢，損失累計模型擬合方程如下：

圖13 損失累積模型擬合曲線Fig.13 Loss accumulation model fitting curve

(9)

擬合參數(shù)如表2所示。

表2 不同換油周期的損失累積模型擬合參數(shù)

(10)

kDP=-0.0535exp(-p/4.946)+0.031。

(11)

式中p為130 ℃下的換油周期。

將文中2.3節(jié)中得到的纖維素活化能帶入平移因子表達(dá)式(4)中，結(jié)合式(8)、(10)、(11)，得到與老化溫度、換油周期相關(guān)的累計損失計算模型，進(jìn)而對變壓器油紙絕緣壽命進(jìn)行預(yù)測，即

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為驗證本文提出的油紙絕緣結(jié)構(gòu)的壽命預(yù)測關(guān)系式的有效性，現(xiàn)選取130 ℃下的換油周期的范圍為5～35天換油。由于選取的換油周期為130 ℃下的換油周期，因此需要將130 ℃下的換油周期換算到不同運行溫度下，換算公式為

(14)

式中：p130 ℃為130 ℃下的換油周期；p實為變壓器實際運行時的換油周期；t130 ℃為130 ℃下變壓器運行壽命；t實變壓器實際運行壽命。上式中p130 ℃與t130 ℃為實驗已知數(shù)據(jù)，t實可通過式(12)、式(13)計算求出，因此可以推算出變壓器實際運行時的換油周期(p實)。

溫度選取范圍70～130 ℃，根據(jù)上述的壽命方程(13)、(14)計算，得到如圖14所示的壽命-溫度-換油周期分布圖，從圖中可以得到當(dāng)130 ℃下的換油周期為7天換油(由式(14)換算知70 ℃下的換油周期為每3.37年換油)、溫度為70 ℃時，變壓器可運作的壽命約為30.8年，這與實際變壓器使用年限相符。由圖中觀察可以發(fā)現(xiàn)換油周期的改變對壽命影響不大，但是變壓器通過濾油可以定期過濾出絕緣油中的小分子酸、水分、氣體等雜質(zhì)，防止變壓器內(nèi)絕緣局部放電提高了絕緣油的絕緣性能。

圖14 油紙絕緣壽命曲線圖Fig.14 Life curve diagram of oil paper insulation

4 結(jié) 論

本文通過模擬變壓器換油，針對不同換油周期、不同溫度下的油紙絕緣結(jié)構(gòu)的壽命預(yù)測問題，分析了介質(zhì)損耗因數(shù)曲線與活化能的關(guān)系并提出一種基于變壓器油紙絕緣結(jié)構(gòu)模型的低頻頻溫平移壽命歸算方法，由此構(gòu)建低頻平移因子表達(dá)式，得到了變壓器油紙絕緣溫度-換油周期-壽命關(guān)系式，得到如下結(jié)論：

1)通過對油紙絕緣系統(tǒng)的活化能進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)，對不同頻率段的頻溫平移可以計算出油紙絕緣系統(tǒng)不同的反應(yīng)活化能，提出一種低頻頻溫平移歸算方法，在低頻處的纖維素活化能可由此進(jìn)行計算，研究發(fā)現(xiàn)在低頻段下各個溫度下的老化機(jī)理一致。

2)在較短換油周期下，由于換油頻繁，油中的累積電荷減少，使得電流從油隙-隔板中流過，測量的介質(zhì)損耗因數(shù)與絕緣油和絕緣紙均有關(guān)，此時低頻頻溫平移得到的油紙混合活化能。

3)通過低頻頻溫平移歸算方法建立了變壓器油紙絕緣溫度-換油周期-壽命關(guān)系式，可預(yù)測出不同溫度、不同換油周期的油紙絕緣結(jié)構(gòu)的壽命；通過計算發(fā)現(xiàn)換油周期的改變對壽命影響不大，但是變壓器通過濾油可以定期過濾出絕緣油中的小分子酸、水分、氣體等雜質(zhì)，防止變壓器內(nèi)絕緣出現(xiàn)各種局部放電，提高了絕緣油的絕緣性能。