一种油浸式电流互感器绝缘油低温击穿试验方法与流程

1.本发明属于电气工程领域，具体涉及一种油浸式电流互感器绝缘油低温击穿试验方法，具体为绝缘油在低温条件下和低温回温后的工频击穿特性试验方法。
技术背景
2.在实际生产过程中，北方地区会出现油浸式电气设备秋冬季节投产、冬季设备本体补油及临时性检修带来的冷启动等问题。据权威统计，同批次同型号的油浸式电气设备(如：箱式变压器、油浸式电流互感器)，在北方寒冷地区的运行缺陷率明显高于气候温暖地区。外界低温环境所导致的冷启动、运行环境温差大等问题，是否影响油浸式电流互感器等充油电气设备绝缘油的绝缘性能，该问题值得研究。
3.油耐压试验(即绝缘油击穿电压值测试)是考核绝缘油绝缘性能的关键指标之一，电力行业将被试绝缘油试样连续6次击穿电压的算数平均值作为平均击穿电压值，以评估绝缘油性能的优劣。《高寒条件下变压器油击穿特性试验》、《变压器油工频电压击穿特性的统计研究》等文献，研究了不同水分含量绝缘油的击穿特性。以《变压器油工频电压击穿特性的统计研究》一文为例，作者采用同一绝缘油试样连续击穿60次的方式，探究了变压器油工频电压击穿特性，文中图1为不同水分含量的变压器连续60次击穿试验的结果，击穿次数按照上述图1中从第1次到第60次的击穿顺序给出，其击穿电压值整体呈现上升趋势。当然，该方法对于研究室温下的绝缘油击穿性能是没有问题的，但是对于研究绝缘油低温击穿特性，却不可取，原因有：1)同一试样连续击穿数十次，其试验测试过程耗时较长。绝缘油低温击穿特性关键考量温度对击穿电压值的影响，长时间的试验测试过程无法保证绝缘油试样的温度，特别是明显低于室温的低温影响则更大。2)同一试样连续击穿数十次，被绝缘油被高电压反复击穿的放电所产生的热量容易聚集，进而抬升了样本温度。绝缘油低温击穿特性研究要求温度影响因素作为唯一可控变量，而该试验方案引入了击穿多次导致的温升影响。
4.其次，《变压器油纸复合绝缘结构低温冷冻特性研究》一文中，作者利用16个试样，研究了冷冻回温过程中油纸复合绝缘介质回温过程中的水分含量变化。存在问题为：仅采用16个试样，其存在样本容量小；同时，样本直接用于测试，并未通过一定的检测项目来考核所制备样本之间的一致性。《高寒条件下变压器油击穿特性试验》的试验方法也存在该问题。
5.鉴于此，本发明提出了绝缘油低温击穿特性试验方法。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种油浸式电流互感器绝缘油低温击穿试验方法。目的是通过更为合理的试验方法，将温度影响因素作为绝缘油低温击穿特性研究的唯一可控变量，开展试验研究，以准确获得低温对绝缘油击穿性能的影响。
7.本发明的目的是这样实现的。本发明提供了一种油浸式电流互感器绝缘油低温击
穿试验方法，所述油浸式电流互感器的设备本体存在缺陷，将该油浸式电流互感器记为带缺陷互感器，其特征在于，从带缺陷互感器中获取批量原始绝缘油试样，并按照试验温度要求制备试验样本，然后进行试验，所述试验的项目包括油中溶解气体含量测试和击穿电压值测试，即首先通过油中溶解气体含量测试判断试验样本是否合格，再利用油耐压仪测试样本的击穿电压值，具体步骤如下：
8.步骤1，获取带缺陷互感器运行的最低环境温度t
min
；
9.步骤2，对带缺陷互感器进行拆解后，对其本体中的绝缘油进行取样，并记为原始绝缘油试样；
10.步骤3，设定试验温度值
11.将带缺陷互感器拆解时的室温记为基准温度t
max
；
12.设定低温试验的试验温度值，用低温集合t表示，所述低温集合t包括：最低环境温度t
min
、对从最低环境温度t
min
到零摄氏度0℃之间的温度范围进行等温分割后得到的n个温度值、零摄氏度0℃、对从零摄氏度0℃到基准温度t
max
之间的温度范围进行等温分割后得到的2个温度值；将所述低温集合t中的温度值从大到小排序，并将其中任意一个温度值记为指定测试温度t
i
，i＝1，2...k，k为正整数，k≥n 4；
13.根据以上设置，低温集合t的表达式为：t＝{t
i
，t2，...t
k
}，其中，t3＝零摄氏度0℃，t
k
＝t
min
；将n记为插入温度个数；
14.步骤4，制备试验样本
15.利用步骤2得到的原始绝缘油试样批量制备试验样本，并将试验样本分为三组，记为基准组、低温组和回温组；
16.基准组制备试验样本个数为m个，m≥10，试验样本温度均为基准温度t
max
；
17.低温组制备试验样本个数为k
×
m个，m≥10，具体的，将低温组的k
×
m个试验样本分为k个小组，每个小组中包括m个试验样本；将低温组中的任意一个小组记为小组a
i
，i＝1，2...k，小组a
i
中每个试验样本的温度均与指定测试温度t
i
相对应；
18.回温组制备试验样本个数为k
×
m个，m≥10，具体的，将回温组的k
×
m个试验样本分为k个小组，每个小组中包括m个试验样本；将回温组中的任意一个小组记为小组b
i
，i＝1，2...k，小组b
i
中每个试验样本的温度均与指定测试温度t
i
相对应；
19.步骤5，基准组中m个试验样本的室温试验
20.所述基准组中m个试验样本的室温试验在基准温度t
max
下进行，其项目包括油中溶解气体含量测试和击穿电压值测试，所述油中溶解气体含量测试用以获取基准组的氢气值，记为基准氢气h2(0)，所述击穿电压值测试用于获取基准组中m个试验样本的击穿电压值，具体步骤如下：
21.步骤5.1，油中溶解气体含量测试
22.首先在基准组中的m个试验样本中任选两个试验样本进行油中溶解气体含量测试，并进行如下判断：
23.(1)若所选两个试验样本中的氢气含量的差值不大于r微升/升，取二者氢气含量的平均值记为基准氢气h2(0)，测试结束；所述微升/升为每升原始绝缘油中含有的氢气体积含量比，氢气体积为微升、即10
‑6升；
24.(2)若所选两个试验样本中的氢气含量差值大于r微升/升，在其他试验样本中任
取一个试验样本，测试其氢气含量，并与前两个试验样本的氢气含量进行对比：
25.若该试验样本氢气含量与前两个试验样本中任一个试验样本的氢气含量的差值不大于r微升/升，则将氢气含量的差值不大于r微升/升的两个试验样本的氢气含量值的平均值记为基准氢气h2(0)，测试结束；
26.若该试验样本氢气含量与前两个试验样本的氢气含量的差值均不大于r微升/升，则将该试验样本的氢气含量与前两个试验样本中的任一个样本的氢气含量的平均值记为基准氢气h2(0)，测试结束；
27.若该试验样本氢气含量与前两个试验样本中任一个试验样本的氢气含量的差值仍然大于r微升/升，继续在剩余的试验样本中任取一个试验试样，并重复上述过程，直至获得氢气含量的差值不大于r微升/升的两个试验样本，然后将该两个试验样本的氢气含量值的平均值记为基准氢气h2(0)，测试结束；
28.步骤5.2，对m个试验样本逐个进行击穿电压值测试，每个试验样本的击穿次数为6次，即对基准组中的m个试验样本进行测试并得到了6m个基准击穿电压值，将该6m个基准击穿电压值记录于基准电压数据集合u
m
(t
max
)中；
29.步骤6，低温组中k
×
m个试验样本的低温试验
30.步骤6.1，将低温组中的k
×
m个试验样本分成k个小组a
i
，密封后放置于温控箱内进行降温，即：降温使小组a
i
中每个试验样本的温度均下降到指定测试温度t
i
；
31.步骤6.2，当小组a
i
中的m个试验样本均达到指定测试温度t
i
后，将m个试验样本中的每个试验样本的油量分成两份，第一份用来进行油中溶解气体测试，第二份用来进行击穿电压值测试；
32.用第一份油量进行油中溶解气体含量测试，得到该试验样本的氢气含量，计算该氢气含量与基准氢气h2(0)的差值δ，如差值δ不大于2r微升/升，则该试验样本记为合格样本，如差值δ大于2r微升/升，认为该试验样本不合格，做放弃处理；
33.特别地，所述的试验样本的氢气含量小于30微升/升时，所述差值δ中δ取值为不大于r微升/升；
34.设对小组a
i
中的每一个试验样本进行油中溶解气体含量测试得到y个合格样本，y≤m，然后用第二份油量对y个合格样本进行击穿电压值测试，每个合格样本的击穿次数为6次，即对一个小组a
i
的y个合格样本共得到了6y个低温击穿电压值，将该6y个低温击穿电压值记录于低温电压数据集合u
n
(t
i
)中；
35.步骤6.3，对低温组中的每一个小组a
i
进行步骤6.2的测试，得到与低温集合t对应的k个低温电压数据集合u
n
(t
i
)，i＝1，2...k；
36.步骤7，回温组中k
×
m个试验样本的回温试验
37.步骤7.1，将回温组中的k
×
m个试验样本分成k个小组b
i
，密封后放置于温控箱内进行降温，即：降温使小组b
i
中每个试验样本的温度均下降到指定测试温度t
i
，然后将试验样本从温控箱内取出，使其在室温环境中再回温至基准温度t
max
；
38.步骤7.2，当小组b
i
中的m个试验样本均回温达到基准温度t
max
后，将m个试验样本中的每个样本的油量分成两份，第一份用来进行油中溶解气体测试，第二份用来进行击穿电压值测试；
39.用第一份油量进行油中溶解气体含量测试，得到该试验样本的氢气含量，计算该
氢气含量与基准氢气h2(0)的差值δ，如差值δ不大于2r微升/升，则该试验样本记为合格样本，如差值δ大于2r微升/升，认为该试验样本不合格，做放弃处理；
40.特别地，所述的试验样本的氢气含量小于30微升/升时，所述差值δ中δ取值为不大于r微升/升；
41.设对小组b
i
中的每一个试验样本进行油中溶解气体含量测试得到z个合格样本，z≤m，然后用第二份油量对z个合格样本进行击穿电压值测试，每个合格样本的击穿次数为6次，即对一个小组b
i
的z个合格样本共得到了6z个回温击穿电压值，将该6z个回温击穿电压值记录于回温电压数据集合u
l
(t
i
)中；
42.步骤7.3，对回温组中的每一个小组b
i
进行步骤7.2的测试，得到与回温集合t对应的k个回温电压数据集合u
l
(t
i
)，i＝1，2...k；
43.步骤8，将步骤1
‑
步骤7得到的数据传递到外部计算机，作为绝缘油击穿性能研究的基础数据。
44.优选地，步骤3所述插入温度个数n的具体设置为；若绝缘油为25号变压器油，n≥3；若绝缘油为45号变压器油，n≥6。
45.优选地，步骤5、6和7中所述的氢气含量差值大于r微升/升中所述的r、差值δ不大于2r微升/升中所述的r，r的取值为r＝3。
46.优选地，步骤6.2和7.2中所述的油量，是对样本油量的量值大小做了约定，无需分开制备；所述的油样应大于油中溶解气体含量测试和击穿电压值测试所需要的总的测试用油的油量。
47.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
48.1、本发明中，批量原始绝缘油试样源于本体存在缺陷互感器的拆解过程，相应的绝缘油低温击穿特性试验结果可直接用于缺陷互感器的分析。
49.2、本发明中所述的试验方法，将温度影响因素作为绝缘油低温击穿特性研究的唯一可控变量，以避免由于试验方法欠妥所引入的温度变化因素。即：制备足够数量的样本，按照规程要求，每个样本仅进行连续6次击穿试验，避免了样本击穿过程中发热效应对试验结果的影响，避免了试验测试时间过长导致样本温度变化的问题。
50.3、本发明中所述的试验方法，利用缺陷互感器的拆解过程获取了绝缘油试样，所获取的原始绝缘油试样可以满足制备大量样本的需求。其次，大量样本制备质量设置了把控环节：经试验反复证实，由于油中溶解气体含量测试在试验过程中需要对试样样本进行加热处理(即：载气振荡置换流程)，因此，低温不会影响油中溶解气体含量的测试结果。鉴于此，利用油中溶解气体测试来筛选各温度相应的样本是否合格，以把控样本的一致性。
51.4、本发明中，制备了低温组和回温组两组试样。低温组用于研究绝缘油在低温条件下的击穿特性，回温组用于研究绝缘油经历低温并回温后击穿特性，即从绝缘油在低温下和经历低温并回温后两个维度来研究低温对绝缘油击穿性能的影响。并依此探讨外界低温环境所导致的冷启动、运行环境温差大的问题，对油浸式电流互感器绝缘油的绝缘性能的影响。
附图说明
52.图1为本发明试验方法的流程图。
具体实施方式
53.本发明提供了一种油浸式电流互感器绝缘油低温击穿试验方法。所述油浸式电流互感器的设备本体存在缺陷，将该油浸式电流互感器记为带缺陷互感器，其特征在于，从带缺陷互感器中获取批量原始绝缘油试样，并按照试验温度要求制备试验样本，然后进行试验，所述试验的项目包括油中溶解气体含量测试和击穿电压值测试，即首先通过油中溶解气体含量测试判断试验样本是否合格，再利用油耐压仪测试样本的击穿电压值。
54.图1为本发明试验方法的流程图，由该图可见，本发明包括以下步骤。
55.步骤1，获取带缺陷互感器运行的最低环境温度t
min
。
56.步骤2，对带缺陷互感器进行拆解后，对其本体中的绝缘油进行取样，并记为原始绝缘油试样。
57.步骤3，设定试验温度值
58.将带缺陷互感器拆解时的室温记为基准温度t
max
；
59.设定低温试验的试验温度值，用低温集合t表示，所述低温集合t包括：最低环境温度t
min
、对从最低环境温度t
min
到零摄氏度0℃之间的温度范围进行等温分割后得到的n个温度值、零摄氏度0℃、对从零摄氏度0℃到基准温度t
max
之间的温度范围进行等温分割后得到的2个温度值；将所述低温集合t中的温度值从大到小排序，并将其中任意一个温度值记为指定测试温度t
i
，i＝1，2...k，k为正整数，k≥n 4；
60.根据以上设置，低温集合t的表达式为：t＝{t
i
，t2，...t
k
}，其中，t3＝零摄氏度0℃，t
k
＝t
min
；将n记为插入温度个数。
61.在本实施例中，插入温度个数n的具体设置为；若绝缘油为25号变压器油，n≥3；若绝缘油为45号变压器油，n≥6。
62.本实施例中，带缺陷互感器拆解时的室温，即基准温度t
max
＝30℃；低温集合t的表达式为：t＝{20，10，0，
‑
5，
‑
10，
‑
15，
‑
20，
‑
25，
‑
30，
‑
35，
‑
40}，单位为摄氏度(℃)；即k＝11，n＝7。
63.步骤4，制备试验样本
64.利用步骤2得到的原始绝缘油试样批量制备试验样本，并将试验样本分为三组，记为基准组、低温组和回温组；
65.基准组制备试验样本个数为m个，m≥10，试验样本温度均为基准温度t
max
；
66.低温组制备试验样本个数为k
×
m个，m≥10，具体的，将低温组的k
×
m个试验样本分为k个小组，每个小组中包括m个试验样本；将低温组中的任意一个小组记为小组a
i
，i＝1，2...k，小组a
i
中每个试验样本的温度均与指定测试温度t
i
相对应；
67.回温组制备试验样本个数为k
×
m个，m≥10，具体的，将回温组的k
×
m个试验样本分为k个小组，每个小组中包括m个试验样本；将回温组中的任意一个小组记为小组b
i
，i＝1，2...k，小组b
i
中每个试验样本的温度均与指定测试温度t
i
相对应。
68.本实施例中，基准组制备试验样本个数为m＝10，低温组制备试验样本个数为k
×
m个，即110个；回温组制备试验样本个数为k
×
m个，即110个。
69.步骤5，基准组中m个试验样本的室温试验
70.所述基准组中m个试验样本的室温试验在基准温度t
max
下进行，其项目包括油中溶解气体含量测试和击穿电压值测试，所述油中溶解气体含量测试用以获取基准组的氢气
值，记为基准氢气h2(0)，所述击穿电压值测试用于获取基准组中m个试验样本的击穿电压值，具体步骤如下：
71.步骤5.1，油中溶解气体含量测试
72.首先在基准组中的m个试验样本中任选两个试验样本进行油中溶解气体含量测试，并进行如下判断：
73.(1)若所选两个试验样本中的氢气含量的差值不大于r微升/升，取二者氢气含量的平均值记为基准氢气h2(0)，测试结束；所述微升/升为每升原始绝缘油中含有的氢气体积含量比，氢气体积为微升、即10
‑6升；
74.(2)若所选两个试验样本中的氢气含量差值大于r微升/升，在其他试验样本中任取一个试验样本，测试其氢气含量，并与前两个试验样本的氢气含量进行对比：
75.若该试验样本氢气含量与前两个试验样本中任一个试验样本的氢气含量的差值不大于r微升/升，则将氢气含量的差值不大于r微升/升的两个试验样本的氢气含量值的平均值记为基准氢气h2(0)，测试结束；
76.若该试验样本氢气含量与前两个试验样本的氢气含量的差值均不大于r微升/升，则将该试验样本的氢气含量与前两个试验样本中的任一个样本的氢气含量的平均值记为基准氢气h2(0)，测试结束；
77.若该试验样本氢气含量与前两个试验样本中任一个试验样本的氢气含量的差值仍然大于r微升/升，继续在剩余的试验样本中任取一个试验试样，并重复上述过程，直至获得氢气含量的差值不大于r微升/升的两个试验样本，然后将该两个试验样本的氢气含量值的平均值记为基准氢气h2(0)，测试结束；
78.步骤5.2，对m个试验样本逐个进行击穿电压值测试，每个试验样本的击穿次数为6次，即对基准组中的m个试验样本进行测试并得到了6m个基准击穿电压值，将该6m个基准击穿电压值记录于基准电压数据集合u
m
(t
max
)中。
79.本实施例中，步骤5中所述的氢气含量差值大于r微升/升中所述的r，r的取值为r＝3。
80.值得说明的是，m个试验样本来源一致、制备方法一致，严格按照相应规程制备的试验样本，室温下其一致性良好。
81.步骤6，低温组中k
×
m个试验样本的低温试验
82.步骤6.1，将低温组中的k
×
m个试验样本分成k个小组a
i
，密封后放置于温控箱内进行降温，即：降温使小组a
i
中每个试验样本的温度均下降到指定测试温度t
i
；
83.步骤6.2，当小组a
i
中的m个试验样本均达到指定测试温度t
i
后，将m个试验样本中的每个试验样本的油量分成两份，第一份用来进行油中溶解气体测试，第二份用来进行击穿电压值测试；
84.用第一份油量进行油中溶解气体含量测试，得到该试验样本的氢气含量，计算该氢气含量与基准氢气h2(0)的差值δ，如差值δ不大于2r微升/升，则该试验样本记为合格样本，如差值δ大于2r微升/升，认为该试验样本不合格，做放弃处理；
85.特别地，所述的试验样本的氢气含量小于30微升/升时，所述差值δ中δ取值为不大于r微升/升；
86.设对小组a
i
中的每一个试验样本进行油中溶解气体含量测试得到y个合格样本，y
≤m，然后用第二份油量对y个合格样本进行击穿电压值测试，每个合格样本的击穿次数为6次，即对一个小组a
i
的y个合格样本共得到了6y个低温击穿电压值，将该6y个低温击穿电压值记录于低温电压数据集合u
n
(t
i
)中；
87.步骤6.3，对低温组中的每一个小组a
i
进行步骤6.2的测试，得到与低温集合t对应的k个低温电压数据集合u
n
(t
i
)，i＝1，2...k。
88.本实施例中，步骤6.2中所述的油量，是对样本油量的量值大小做了约定，无需分开制备；所述的油样应大于油中溶解气体含量测试和击穿电压值测试所需要的总的测试用油的油量。本实施例中，按照个样本油量大于570毫升制备，其中油中溶解气体含量测试先取用40毫升油量，其次击穿电压值测试取用500毫升油量。
89.步骤7，回温组中k
×
m个试验样本的回温试验
90.步骤7.1，将回温组中的k
×
m个试验样本分成k个小组b
i
，密封后放置于温控箱内进行降温，即：降温使小组b
i
中每个试验样本的温度均下降到指定测试温度t
i
，然后将试验样本从温控箱内取出，使其在室温环境中再回温至基准温度t
max
；
91.步骤7.2，当小组b
i
中的m个试验样本均回温达到基准温度t
max
后，将m个试验样本中的每个样本的油量分成两份，第一份用来进行油中溶解气体测试，第二份用来进行击穿电压值测试；
92.用第一份油量进行油中溶解气体含量测试，得到该试验样本的氢气含量，计算该氢气含量与基准氢气h2(0)的差值δ，如差值δ不大于2r微升/升，则该试验样本记为合格样本，如差值δ大于2r微升/升，认为该试验样本不合格，做放弃处理；
93.特别地，所述的试验样本的氢气含量小于30微升/升时，所述差值δ中δ取值为不大于r微升/升；
94.设对小组b
i
中的每一个试验样本进行油中溶解气体含量测试得到z个合格样本，z≤m，然后用第二份油量对z个合格样本进行击穿电压值测试，每个合格样本的击穿次数为6次，即对一个小组b
i
的z个合格样本共得到了6z个回温击穿电压值，将该6z个回温击穿电压值记录于回温电压数据集合u
l
(t
i
)中；
95.步骤7.3，对回温组中的每一个小组b
i
进行步骤7.2的测试，得到与回温集合t对应的k个回温电压数据集合u
l
(t
i
)，i＝1，2...k。
96.本实施例中，步骤7.2中所述的油量，同步骤6.2所述。
97.本实施例中，步骤6和7中所述的差值δ不大于2r微升/升中所述的r，r的取值为r＝3。
98.本实施例中，按照国标中关于油中温度气体含量测试时间周期的要求，整个试验过程中涉及油中溶解气体含量测试的时间周期不应超过72小时，否则影响油样一致性判断结果。即，从步骤4
‑
步骤7，相应的时间周期不超过72小时。试验时因涉及多个指定测试温度t
i
，因此样本冷却过程中便可同步进行试验测试。
99.步骤8，将步骤1
‑
步骤7得到的数据传递到外部计算机，作为绝缘油击穿性能研究的基础数据。
100.具体的，可利用基准电压数据集合u
m
(t
max
)、低温电压数据集合u
n
(t
i
)及回温电压数据集合u
l
(t
i
)，计算各指定测试温度t
i
下击穿电压的平均值和方差，用于研究低温对绝缘油性能影响及绝缘油经历低温后的绝缘性能变化。也能利用箱线法、三参数威布尔统计法
等常用数据统计方法，进行绝缘油击穿性能的研究。