变压器绝缘纸老化评价与寿命预测开题报告

1．本课题研究的背景、目的及意义

1.1 变压器绝缘纸老化评价与寿命预测的背景

电力变压器绕组的绝缘复合材料通常采用多层牛皮纸浸渍矿物绝缘油中组成。无法避免的是油、纸的性能会随着设备运行时间变长而发生劣变老化，其劣变速度主要源于运行温度、系统湿度和氧气浓度等因素。其中，温度是影响油纸绝缘寿命最为关键的因素。国内外在变压器寿命预测领域研究的重点即为热劣化，其会对绝缘材料的电气、机械和化学等特性产生严重影响。

长期以来，变压器绝缘油都使用矿物油脂，然其存在价格非经济化、供应链不稳定以及非绿色环保等缺陷问题。全世界在努力寻找替代材料的过程中，国内外学者发现植物油有较高的生物降解性、耐火性并且资源丰富等特点。虽其2O世纪60年代曾被提出用作电容器的绝缘介质。但植物油因为本身极易被氧化，故其用作变压器绝缘介质的相关研究并不理想。

尤其在老化后期，因油纸绝缘的性能显著降低，对变压器的安全运行构成严重威胁 ，所以迫切需要一种有效的绝缘状态评估方法。可惜目前国内外针对油纸绝缘老化程度与其老化特征产物生成速率之间的关系研究深入度不够，相关结论也缺乏全面性。

本课题采用基于温度等因素对绝缘纸老化程度的特征量比较，根据对不同老化程度油纸绝缘老化速率之间的差异对比，通过老化过程中形成特征产物变化率与油纸绝缘老化程度的关联趋势，可以判断油纸绝缘的老化程度，进而预测变压器的剩余寿命。

1.2变压器绝缘纸老化评价与寿命预测的目的

电力变压器的安全运行作为保障电网可靠运行的重要防线之一，其运行能否可靠、健康直接关系到电网抵抗风险的能力强弱。因此，对变压器的寿命进行合理预估评价，来指导设备维护与更新工作，并且保证变压器长期处于安全良好的工作状态，一直都是相关电力企业设备管理与技术改进工作的重点要求。

正因为变压器是最主要的一次设备，它在企业资产中数量和经济支出均占比相当大，所以在更新变压器时，需要对其运行状态，即在确保变压器安全、可靠运行先决条件的同时综合考虑度量，选择合理的更新时机，并且尽可能降低改进成本。在实际运行中，运行情况，负荷变化不同，变压器实际剩余寿命差别较大。有些绝缘状况良好，具备继续服役的能力。而有些却老化程度严重，需得到及时维护直接更换。为了避免盲目更换带来的巨大经济损失，以及无依据继续运行造成的安全隐患，有必要结合现代技术和分析手段，对在役变压器的老化状态及剩余寿命进行评估，实现变压器在确保安全运行前提下最大限度地延长其使用寿命，节约成本。

1.3 变压器绝缘纸老化评价与寿命预测的意义

如何科学有效对变压器油纸绝缘的老化状态评估、对绝缘老化速率判定、对剩余寿命预测以及如何采取相应的抗老化措施是电力工业领域当前亟需解决的问题，这将为是否能制定合理的运行、维护和更新计划提供科学准确的依据，将作为提高变压器的利用率和运行可靠性的重要保障，毫无疑问，这个研究课题具有客观现实意义和很高的学术价值。

二．本课题主要研究内容和预期目标

2.1主要内容：

1．研究变压器绝缘纸的老化机理，研究温度等因素对绝缘纸老化速率的影响，研究表征绝缘纸老化程度的特征量及其特性；

2．结合绝缘纸的特性，设计变压器油纸绝缘老化试验，对绝缘纸进行电-热加速老化试验，定期进行采样并分析处理实验数据；

3．提取定期采集的样本理化特征参量与电气特征参量，分析绝缘纸老化过程中各参量的变化特性；

4.针对试验结果，利用选定特征参量的数据，分析并检验数据的合理性，结合老化模型对绝缘纸的寿命进行评估，检验模型的适用性，给出寿命评估结果；

2.2预期目标：

1.了解变压器绝缘纸老化过程中，温度等因素影响下，各特征量及其特性的变化；

2.掌握几种油纸绝缘老化动力学模型研究方法，利用matlab或origin进行图样绘制和分析对比；

3.完成实验数据采集，结合合适的老化模型和图样对比分析，最终进行老化评价和寿命预测；

三．本课题拟采用的研究方案及步骤

3.1主要研究方法：

二阶纤维素降解与化学反应动力学模型；

聚合度损失累计动力学模型；

时温叠加原理（TTSP理论）寿命预测；

3.2采用的步骤：

(1) 温度等因素作用下的油纸绝缘老化实验数据采集处理；

(2) 利用数据分析温度等因素对特征量特性变化的影响；

(3) 利用老化模型和相关软件进行计算，绘图分析；

(4) 最后结合时温叠加原理（TTSP理论）进行老化评价和寿命预测；

四．本课题主要参考文献

[1] 石颉，王晓剑，张海松等，基于统计检验的发电机定子线棒绝缘热老化寿命评估[J].绝缘材料,2019,52(12):46-52.

[2]杨丽君, 廖瑞金, 孙会刚等，变压器油纸绝缘热老化特性及特征量研究[J].电工技术学报, 024(8):27-33.

[3]巩晶，温度和水分对变压器油纸绝缘老化特性及寿命评估的影响研究[D].重庆大学,2010.

[4]李盛伟，梁刚，毕雯等 基于广义极值分布模型的变压器寿命概率评价方法[J].电力系统及其自动化学报, 2017(7).

[5] 李毅强, 董清, 徐诚，基于热点温度分析的配电变压器老化评价方法[J].云南电力技术, 2016(2期):49-51.

[6] 廖瑞金，冯运，杨丽君等 油纸绝缘老化特征产物生成速率研究[J].中国电机工程学报,2008(10):144-149.

五．本课题的具体进度安排（包括序号、起迄日期、工作内容）

（1）2022.2.24—2022.3.13 查阅资料，撰写开题报告；

（2）2022.3.16—2022.4.17研究各因素对绝缘纸老化速率的影响；

（3）2022.4.20—2022.5.15设计试验，采样并分析处理实验数据；

（4）2022.5.18—2022.5.22实验数据汇总和图样绘制；

（5）2022.5.25—2022.6.05整理设计文档，撰写毕业论文；

（6）2022.6.12 提交毕业论文，毕业答辩。