变压器油纸绝缘频域介电谱的虚部分析

频域介电谱(FDS)绝缘诊断方法由于具有无损测试、包含绝缘信息丰富等特点被广泛应用在现场测试。但FDS测量结果易受到多种因素影响,如杂质离子含量、温度变化、变压器结构等。而当前研究中,水分含量、杂质离子浓度对油纸绝缘的介电特性影响机理的解释并不完善,因此需要更加合理的介电响应特性仿真和实验分析。本文首先依据实际变压器的测试结果得到扩展Debye模型的参数,并借助Matlab仿真分析扩展Debye模型中纸(板)的绝缘参数的变化对FDS曲线的影响。仿真和实验表明,FDS电导过程的变化规律受杂质离子影响规律明显与水分不同,杂质离子主要影响复电容虚部的低频段。     

基于HN介电弛豫模型评估环氧云母绝缘的老化状态

为将频域介电谱法(FDS)用于发电机主绝缘老化状态的无损诊断,在热电联合作用下对定子线棒环氧云母绝缘试样进行加速老化试验,测试不同老化程度试样的频域介电谱,采用HN模型对不同老化状态下的复介电常数实部和虚部进行曲线拟合,提取出能够定量表征绝缘老化程度的特征参数,并用扫描电子显微镜观测老化前后微观结构的变化,分析绝缘在热电联合作用下的老化机理。结果表明:复介电常数实部和虚部均随老化时间的增加而增大,尤其是在低频段(10~(-3)～10~1Hz),增大趋势更加明显;HN模型中的特征参数τ和β可以表征绝缘的老化状态,τ随老化时间的增加呈指数增大,β随老化时间的增加呈线性减小。     

基于FDS的变压器油浸纸老化程度与水分含量评估方法

搭建了频域介电谱(FDS)技术测试试验平台,测试了不同老化程度和不同水分含量油浸纸样品的复介电常数,并对测试结果进行对比分析。分析结果表明:绝缘纸聚合度的降低使油浸纸样品的复介电常数实部和虚部在低频段增大,而在高频段基本不变;绝缘纸水分含量的增加使油浸纸样品的复介电常数实部在10~2 Hz以下的频域范围内增大,虚部在整个测试频域范围内增大,且虚部曲线随水分含量的增大呈现向右平移趋势。提出利用复介电常数虚部的等效下降幅度作为绝缘纸聚合度映射特征量,以此评估油浸纸的老化状态。拟合出特征频率10~(-4) Hz处复介电常数实部与水分含量的关系式,以此提出一种适用于不同老化程度和油浸纸水分含量的频域介电特征量评估方法。     

基于复介电常数实部变化率的油纸绝缘受潮状态研究

为更准确的利用频域介电特征量评估对变压器油纸绝缘受潮状态,本文提出了复介电常数实部在f=10-4 Hz时变化率的绝对值|k|作为表征油纸受潮程度的频域特征参量。实验研究了不同水分含量的油纸绝缘试品复介电常数及|k|的变化规律,研究结果表明：随着绝缘纸水分含量的上升,油纸试品的复介电常数虚部在测试频段内逐步增大,实部曲线呈向高频段平移趋势,且低频段复介电常数实部变化幅度随水分含量的上升而增大。通过实测ε′-f曲线拟合,计算得到了不同含水量油纸试品的|k|,拟合发现|k|与油纸水分含量间有着较优的指数函数关系,可用于油纸绝缘受潮程度的定量评估,最后通过实验实例,验证了特征参量|k|评估油纸绝缘受潮程度的可行性。     

基于最小二乘法的变压器油纸绝缘频域介电谱法的研究

为了分析油纸绝缘系统的介电频谱与微水含量、温度之间的关系,在实验室搭建了频域介电谱法的测试平台。根据油纸绝缘系统的Debye弛豫模型,推导出了复电容实部与虚部的计算公式,并利用最小二乘法对测试数据进行曲线拟合,得到弛豫模型中的参数值,找出参数值的变化规律,并根据其来评估变压器的绝缘状况。结果表明:油纸复合绝缘系统复介电常数的实部和虚部都随温度和微水含量的增大而增大;温度和微水会影响等效模型中的参数,将弛豫参数的变化规律应用于变压器的状态评估有一定的可行性。     

变压器油纸绝缘含水量定量评估的频域介电特征参量研究

水分是影响电力变压器油纸绝缘性能的一个重要因素。为了更好地将频域介电谱法(Frequency Domain Spectroscopy,FDS)应用于变压器油纸绝缘含水量的无损定量评估,从而对变压器的绝缘状态及剩余寿命进行可靠预测,本文在实验室内制备了不同水分含量的油纸绝缘样品,并在30℃及50℃下对样品进行频域介电谱测试;为了在有限的测量频段内尽可能获得复相对介电常数(?*r)所携带的绝缘信息,本文在深入研究水分及温度对油纸绝缘?*r影响规律的基础上,提出在特征频段内采用复相对介电常数的实部积分(SRP)和虚部积分(SIP)作为绝缘纸板水分含量评估的特征参量,并给出了特征参量与绝缘纸板水分含量的拟合关系。最后,引入了"FDS曲线频率平移法"以消除温度对油纸绝缘频域介电特性的影响。结果表明:SRP在10?3~10?1Hz的特征频段内随绝缘纸板水分含量的增加而显著增大;而SIP在10?1~101Hz特征频段内也存在类似规律,通过"FDS曲线频率平移法"绘制的?*r主曲线可以消除温度对油纸绝缘频域介电特性的影响,从而提高绝缘纸板水分评估结果的可靠性。     

基于有限元分析的配电变压器匝间绝缘劣化特征分析

电力变压器匝间绝缘状态与其安全运行水平密切相关,而在实际研究中由于不能通过真实试验验证和电路分析来预测其匝间绝缘劣化情况,这一直是影响变压器状态检修的技术瓶颈。因此,文中通过数值仿真方法重现配电变压器绕组匝间绝缘劣化过程,探讨匝间绝缘劣化过程中各参数的变化规律,以探究匝间绝缘状态诊断方法。文中首先采用Ansys Electronics Desktop有限元仿真软件建立与实际变压器结构参数一致的“场—路”耦合仿真模型,将配电变压器性能参数的仿真值、解析计算值以及试验值做对比,验证模型正确性。随后通过分析绕组匝间绝缘电阻逐渐减少时的短路环电流电压、漏磁场分布及绕组功率损耗等参数变化情况,仿真分析配电变压器匝间绝缘劣化过程中的物理特征,得出绝缘劣化和绝缘崩溃的临界电阻值及参数变化率与匝间绝缘状态的关系。研究结论可为配电变压器绕组匝间短路在线检测的研究提供理论依据,同时为匝间绝缘状态评估探求新的思路。     

变压器材料的温度特性对绕组频率响应的影响

研究冷轧硅钢片铁心磁性能和油纸绝缘介电性能对绕组频率响应的温度效应。推导稀疏线圈在有铁心和空心时的阻抗差异与铁心复磁导率,以及绝缘材料的阻抗与其复介电常数的频率依赖关系。在频率范围从1k Hz到1MHz对铁心复磁导率、油和纸绝缘复介电常数和模型变压器两种绕组的频率响应进行从110℃自然降温到30℃的试验研究。获得铁心复磁导率、油和纸绝缘材料复介电常数随温度变化的规律,探讨了纸占比对油纸复合绝缘介电特性的影响,讨论铁心和油纸绝缘单独作用时绕组频率响应特征的变化趋势。进而用变压器这2种材料温度特性结合绕组等效电路解释了模型变压器层式绕组和饼式绕组的频率响应随温度变化的特征,认为绕组等效(合成)电感与等效电容的乘积变化最终决定了(反)谐振频率移动方向。为了正确地解释变压器绕组频率响应,应密切关注绕组变形试验时的温度。     

油浸式变压器绕组匝间短路故障对其内部电场分布的影响分析

油浸式变压器作为电力系统的关键电气设备,其内部故障可能会影响变压器的安全运行。其中绕组短路故障是影响变压器绝缘劣化的重要因素之一,长期运行可能引发变压器内部发生局部放电,严重时可导致绝缘击穿或发生沿面放电。因此研究变压器绕组匝间短路故障附近电场强度的变化规律具有重要的意义。本文以S9-M-10000/10型号的油浸式电力变压器为对象,仿真分析不同类型绕组短路故障对其内部电场分布的影响。仿真结果表明正常运行的变压器内部油隙撑条帘处及高低压绕组两端部电场强度较强;发生匝间短路故障后,绕组短路位置的电场强度呈现先减小后增大最后趋于稳定的趋势;随高压绕组首端短路匝数的增加,局部最大电场强度增大,匝间短路局部电场畸变越明显,且短路位置距离油隙撑条帘越近电场强度畸变越明显。本文仿真结果可为解释绕组匝间短路故障对变压器内部电场的影响程度提供参考。     

极性反转电压下±400kV换流变压器绕组端部电场特性研究

极性反转电压下,换流变压器的端部电场分布十分复杂。为研究电场的变化,以经典RC等效电路建立油纸绝缘模型,根据一台±400 kV换流变压器建立绕组端部电场仿真模型,应用有限元软件ElecNet对换流变压器端部电场进行仿真。仿真结果表明,随着温度的升高线性油和非线性油中的电场强度均增大,而非线性油能够明显降低油中出现的最大电场强度。根据仿真结果,找出绝缘结构的薄弱环节,通过增大静电板厚度和曲率半径两种方式来优化绝缘结构。     

汽轮机内湿蒸汽两相流介电性质研究

将电介质的复介电常数与其静介电参数、交变电场频率的关系引入Maxwell-Wagner非均质电介质理论,建立湿蒸汽等效复介电常数模型,得到饱和水、干饱和蒸汽和湿蒸汽的复介电常数随波长和温度的变化。饱和水复介电常数的实部随波长增加、温度降低而变大,当波长较大时,实部趋于静介电常数,当波长较小时,实部趋于常数,与温度无关;其虚部随波长增加先变大后减小,随温度降低而变大,当波长较小或较大时,虚部趋于0。干饱和蒸汽复介电常数的实部随波长增加、温度升高而变大,当波长较小或温度较低时,实部趋于1;其虚部随波长增加先变大后减小,随温度升高而变大,当波长较小或较大或温度较低时,虚部趋于0。湿蒸汽的复介电常数和干饱和蒸汽规律相近,当湿度增加时,实部和虚部均变大,而且温度越高,数值越大。     

大功率高频高压变压器绝缘设计研究

变压器绝缘对于高频变压器的安全稳定运行非常重要,尤其是高频高压变压器的电压等级较高,对变压器绝缘性能提出了更高的要求。以一台大功率高频高压除尘变压器作为对象,研究了不同绕组绕制方法对变压器绕组绝缘的影响,并对变压器主绝缘的电场进行仿真分析。结果表明:改变绕组结构可以有效改善绕组电压分布以及提高变压器绝缘的耐压水平,绝缘纸板-油结构完全可以满足高频高压变压器主绝缘的要求,可为大功率高频高压变压器的绝缘设计提供参考。     

变压器油纸绝缘的介电响应特性研究——加速热老化的介电谱

为了研究变压器油纸绝缘老化的介电响应特征量,本文对油纸绝缘试品进行了加速热老化,并在老化的不同阶段开展了相同试验温度下的极化、去极化电流(PDC)和频域谱(FDS)试验。在PDC试验数据的基础上,引入时域介电谱理论,提取其峰值和峰值时间常数作为老化特征量,研究了该特征量与绝缘老化的关系。结果表明,绝缘老化使PDC试验的极化及去极化电流曲线均明显上移,FDS试验的复电容实部和虚部曲线在低频段均向右上平移,时域介电谱曲线则向左上方平移,这是由于老化引起水分、有机酸等含量的增加以及对纤维素结构的破坏,提高了油纸绝缘间夹层介质界面极化的强度和响应速度而造成的。在本文的试验条件下,油纸绝缘的时域介电谱对其老化反应灵敏,可定量反映油纸绝缘老化程度的变化情况,其峰值和峰值时间常数可考虑用作表征油纸绝缘老化程度的特征量。     

换流变压器阀侧绝缘电场特性研究

采用Matlab软件仿真分析换流变压器阀侧绕组端部电场的励磁电压类别后建立了电容系数和电导率复合介质电场的数学模型,并对其复合绝缘结构建模,用有限元分析法分析计算各种励磁电压作用下的电场分布,得出了换流变压器阀侧绕组端部电场的复杂特性,为换流变压器阀侧绕组端部的安全绝缘设计提供了科学依据。     

温度和水分对变压器油纸绝缘系统频域介电谱特性的影响

基于频域的介电谱(FDS)诊断技术,研究了不同温度和水分含量下油纸绝缘系统频域介电谱和复电容实部与虚部交叉频率的变化规律。结果表明:油纸绝缘系统的介质损耗因数、复电容的实部和虚部、交叉频率都随着温度和水分的增加而增大。     

铜类产物对油纸绝缘频域介电谱特性的影响

油浸式电力变压器内部的铜部件易受变压器油老化产生的杂质(酸、硫等物质)的腐蚀而引起变压器故障,为寻求有效监测铜类产物质量分数的途径,对变压器油纸绝缘进行了加速热老化实验,采用两组不同的试样,对铜类产物质量分数不同时变压器油纸绝缘体系的频域介电谱进行了比较分析,结果表明:铜类产物的存在对油纸绝缘复介电常数实部的影响较小,而对复介电常数虚部和介质损耗的影响较大,这种影响在中频段(100~104Hz)最为显著;铜类产物的存在对油纸绝缘体系中的弛豫机制产生了影响,强化的界面极化和离子极化导致了中频段弛豫中心的分开,采用两种不同的弛豫模型对变化前后的频域介电谱曲线进行拟合,拟合结果显示新的弛豫模型有效。     

匝间短路故障下电力变压器绕组的物理特征分析

电力变压器绕组匝间绝缘状态与其安全运行水平密切相关,揭示单匝短路故障时绕组的多物理场特征有利于获取匝间绝缘状态信息,以避免设备损坏事故的发生。针对在实际试验研究中变压器绕组单匝短路系列故障设置困难问题,采用ANSYSElectronicsDesktop有限元仿真软件建立与实际变压器一致的"场–路"耦合模型,并导入Workbench协同仿真平台,进行"电磁–结构"与"电磁–热"的多物理场耦合仿真分析。通过在变压器模型外电路中设定二次绕组某时刻发生单匝短路故障,仿真研究该故障变压器的电磁、机械及温度等多物理参数变化特征及分布规律,得到故障情况下绕组受力情况及易变形部位,同时通过分析线匝损耗及绕组温升情况,得到匝间短路故障对变压器的危害主要在于损耗温升导致绝缘劣化而非受力变形,为电力变压器抗短路能力提升措施应用及其匝间短路故障在线检测和保护技术研究,提供理论依据。     

水分对大型汽轮发电机定子线棒主绝缘FDS测试的影响研究

为更好的将频域介电谱技术(FDS)应用于发电机主绝缘状态的评估,通过实验得到不同水分含量的线棒试样,对其工频介质损耗因数tanδ、电容C以及FDS进行测试,研究水分对频域介电谱的影响。结果表明:随着线棒干燥周期的增加(水分含量减小),工频介质损耗tanδ、电容C呈指数规律下降;电机线棒的介质损耗因数tanδ、复介电常数虚部ε″随FDS测试电场频率增加整体呈下降趋势,但下降过程中会在部分频段出现弛豫峰;而复介电常数实部ε′随FDS测试电场频率增加而不断下降。不同水分状态下tanδ弛豫峰值及对应频率fmax随线棒干燥周期增加呈指数规律下降,介损弛豫峰值和fmax与线棒水分关系密切,能反映电机线棒绝缘中的水分含量。     

基于介电响应技术的变压器油纸绝缘含水率数值评估方法

变压器绝缘纸板中的含水率是评估变压器内部绝缘老化的重要指标,为了运用介电响应技术测量变压器绝缘纸板含水率,首先对变压器XY等效模型及复合介质介电常数算法进行理论推导,得到绝缘纸板中含水率与XY等效模型介质损耗因数之间的关系,同时结合实验测试数据与频温叠加的基本思想,得出关于纯新油浸纸板复介电常数实部、虚部的具体表达式,将其代入绝缘纸板含水率与损耗因数的关系式中,得到迭代拟合算法。为进一步验证上述含水率拟合算法有效性,现阶段本文在实验室条件下制备了三种不同比例的XY等效模型,在不同温度条件下进行模型损耗因数测试,应用IDAX-300绝缘纸板含水率测试软件与本文迭代算法对测试结果分别进行拟合计算,发现试验中本文迭代拟合算法计算含水率平均误差为4.83%。     

热氧老化对XLPE太赫兹频域介电特性的影响

为了研究XLPE电缆绝缘的老化特性,对110 kV商用XLPE电缆绝缘在130℃下进行实验室加速老化实验。采用太赫兹时域光谱仪分别测试参考试样和XLPE试样的时域信号,经过快速傅里叶变换获得相应的频域信号,并计算XLPE试样在0.5～2.5 THz内的介电常数实部和虚部。通过差示扫描量热仪和傅里叶变换红外光谱研究老化过程中试样化学结构的变化。结果表明:随着老化时间的延长,XLPE试样的结晶度减小,氧化产物增多,老化XLPE试样在0.5～2.5 THz的介电常数实部高于未老化试样,而介电常数虚部小于未老化试样。热老化过程中,XLPE发生了分子链断裂以及氧化反应,其化学结构被破坏,分子链段运动能力增强,导致XLPE在太赫兹频率的介电常数实部增大;老化导致XLPE的结晶度减小,晶格振动强度减弱,使得介电常数虚部减小。