变压器油纸绝缘状态的频域介电谱特征参量及评估方法

为了区分水分和老化产物对油纸绝缘频域介电特性的影响,进一步将频域介电谱测试方法更好地应用于评估变压器主绝缘的老化状态,本文在实验室中获得了不同水分含量及老化程度油纸绝缘试品的频域介电谱特性曲线,通过分析其变化规律,提出一种采用不同测试频率点对应介质损耗正切tan?为特征参量,以区分水分和老化状态影响的评估方法,并初步给出了各参量与水分含量和老化状态的定量拟合公式。结果表明,tan?在10?3~102Hz范围内随油纸绝缘水分含量增加而增大,而老化程度增加仅影响其在10?3~10?1Hz范围内的值;不同频率点对应的tan?值与水分含量和绝缘纸聚合度的拟合曲线呈现指数函数关系。应用该研究方法对一台现场运行的电力变压器主绝缘绝缘纸的水分含量和聚合度值进行评估,初步验证了该方法的有效性。     

电力变压器油纸绝缘状态评估的频域介电特征参量研究

变压器油纸绝缘的水分与老化状态将直接影响到变压器的电气性能和运行寿命。为了研究水分含量和老化对油纸绝缘频域介电特性的影响规律,从而更准确地评估变压器油纸绝缘的含水量与老化状态,在实验室内制备了不同水分含量与不同老化状态的油纸绝缘样品并测试了其复电容(C*)频域谱,提出了一种利用复电容虚部(C″)评估油纸绝缘含水量与老化状态的新方法并提取了评估纸板水分含量与老化状态的频域介电特征量,初步建立了纸板水分含量及聚合度分别与频域介电特征量的量化关系。最后,通过引入"FDS曲线频率平移"方法消除温度对老化油纸绝缘样品C*频域谱的影响。结果表明:提取的频域介电特征量对纸板含水量以及老化状态变化比较敏感;通过"FDS曲线频率平移"方法得到的C*主曲线可以消除温度对C*频域谱的影响。     

基于频域介电谱的油纸绝缘套管局部受潮诊断研究

套管受潮初期多为局部受潮,因此局部受潮的有效诊断可避免套管受潮过程的进一步发展。文中采用频域介电谱(FDS)对套管局部受潮诊断方法进行研究。首先制备梯度含水量油纸绝缘样品,组合形成局部受潮等效试样,并获得其FDS特性。结果表明,局部受潮会形成不同含水量油纸绝缘界面,在FDS曲线中产生界面松弛极化损耗峰,径向局部受潮程度越大,损耗峰幅值越大,并向高频方向移动,因此基于界面松弛极化损耗峰特性可对套管局部受潮进行诊断。利用变压器套管仿真模型验证了文中所提方法的有效性,为变压器套管早期故障预警与诊断提供了新方法。     

基于宽频介电响应的油纸绝缘套管受潮特征提取和状态诊断

以油纸绝缘宽频介电响应为研究对象,针对实验室不同水分含量的油纸绝缘样品,开展了宽频介电响应测试。通过介电谱中的弛豫极化部分,提取了表征受潮程度的频谱参数,分析其与油纸绝缘中水分含量的关系,进一步设计了油浸式套管缩比模型的受潮试验,讨论了频谱参数在套管受潮诊断中的应用。结果表明：弛豫极化频谱中的低频极化过程对水分含量较为敏感,其损耗峰峰值可作为表征水分含量的特征参数;在套管不同受潮类型情况下,低频和高频弛豫极化的损耗峰值及特征频率等参数的变化规律不同,可作为套管受潮类型的初步判据。     

基于频域介电谱分析的高压套管绝缘状态评估

为了解决高压套管现场检测手段有限、诊断准确性差的问题,改善目前高压套管事故多发的现状,采用新型无损检测方法对高压套管绝缘老化和受潮状态进行评估,对提高高压套管的运行可靠性具有重要意义。笔者采用基于介电响应理论的频域介电谱法(FDS),对3支结构相同的油纸绝缘高压套管在不同温度、含水量以及热老化时间下FDS测试的介损频率曲线进行了对比和分析,通过0.01¹ 000 Hz频段的FDS测试的介损频率曲线来评估套管纸绝缘的含水量。研究结果表明,FDS测量的套管介损频率曲线受温度、含水量和老化时间等因素的影响,介损频率曲线的低频部分对套管纸绝缘含水量更敏感,而通过FDS测试评估套管纸绝缘含水量也可定量分析套管内部纸绝缘的老化和受潮状态。相比传统工频介质损耗测量,频域介电谱测量能够更灵敏和较全面地反映套管内部绝缘老化和受潮状态,具有较好的工程应用价值。     

变压器油纸绝缘频域介电特征量与绝缘老化状态的关系

为了更好地将频域介电谱技术用于无损诊断变压器油纸绝缘老化状态,通过频域介电谱测试了不同老化程度油纸绝缘试品的频域介电特征量。研究了油纸绝缘试品的相对介电常数、介质损耗因数、电容、体积电导率与频率和绝缘纸老化状态的关系,在分析温度对油纸绝缘试品频域介电特征量影响规律的同时,提出了求解油浸绝缘纸活化能的新方法。结果表明:油纸绝缘试品在10 3～100Hz的频域介电特征量能反映其老化状态;不同老化程度油纸绝缘的电容C(DPt)或相对介电常数r(DPt)在10 3Hz、10 2Hz、10 1Hz的值分别与绝缘纸聚合度差值(DP0 DPt)存在二次多项式函数关系;利用油纸绝缘试品tan曲线求解出的油浸绝缘纸(DP=880)活化能为96.65kJ/mol,利用"频温平移因子"可将已知测试温度下的频域介电特征量推广到未知温度,解决了测试温度不同对FDS结果带来的影响。     

基于频域介电谱法的变压器油纸绝缘套管受潮状况分析

近年来频域介电谱法(frequency domain spectrum,FDS)作为一种无损检测方法,逐渐被尝试用来检测大型变压器、套管等油纸绝缘设备的绝缘状态。采用该方法对某500 kV变电站主变压器高中压中性点套管及低压故障套管进行了现场离线测量,然后将所测结果与实验室结果进行比对,分析其故障原因,实现了对现场实测数据的定性和定量分析,确认该批次套管存在出厂时套管芯子干燥不充分问题。研究表明,频域介电谱法不仅能够定性地反映套管内部受潮状况和受潮原因,而且还可以对其受潮程度进行定量分析,从而为该方法在实际生产中的进一步应用提供了理论和实践基础。     

基于频域介电谱分析的油纸套管状态评估仿真

采用频域介电谱法对高压油纸套管进行了受潮状态诊断。通过在COMSOL中建立110k V油纸套管模型,求解不同频率下的介质损耗得到其频域介电谱,并分析了套管频域介电谱的差异。     

油纸绝缘频域介电谱影响因素研究

作为一种新型的、非破坏性的试验方法,频域介电谱技术正广泛应用于油纸绝缘型绝缘诊断和评估。但在现场测试时发现,这种方法易受温度、空间电场等干扰因素的影响,从而给设备的绝缘诊断带来困难。为了提高频域介电谱用于油纸绝缘诊断的可靠性和准确性,笔者基于变压器等效XY模型在实验室内制备了典型的油纸绝缘试品,并在控制温度和试品状态的情况下,研究了温度、接线方式和绝缘结构对频域谱的影响规律。结果表明,3因素都对频域谱有特征性的影响,在实际测试中可通过温度校正、合理接线等方式排除这些因素的影响。     

现场变压器油纸绝缘时频域介电特征量提取及状态评估

油浸式变压器的绝缘状态决定了变压器的运行寿命。为将时频域介电响应技术应用于变压器油纸绝缘状态的无损评估,对一台停运的500kV变压器进行了极化/去极化电流(PDC)与频域介电谱(FDS)测量。通过时域介电谱融合理论及FDS技术提取了反映变压器油纸绝缘状态变化的时域介电特征量与频域介电特征量,并分析了其变化规律。研究结果表明,时频域介电特征量对变压器油纸绝缘的老化情况较为敏感,可定性评估变压器的绝缘状况。     

基于时域介电法和动态贝叶斯网络的变压器油纸绝缘老化状态评估

为了能够实现对变压器油纸绝缘老化状态的准确评估,文中在极化/去极化电流方法的基础上,提出6种表征油纸老化的特征量,并将动态贝叶斯网络引入到油纸绝缘老化状态评估问题中,建立了相应的老化阶段预测模型,针对该模型进行了实例验证。结果表明:从PDC及拓展Debye模型提取的绝缘纸电量Q_(paper)、稳定平均电导电流■以及平均极化时间常数■对油纸老化状态反映敏感,且与聚合度有良好的拟合关系,可作为表征绝缘纸老化的特征量;油纸绝缘老化状态评估问题符合动态贝叶斯网络的应用条件,通过划分特征量状态及老化阶段,可以反映变量之间的时序关系;油纸老化状态评估模型验证的准确度为91.3%,平均相对误差为0.108,故验证了动态贝叶斯网络应用于油纸绝缘老化状态评估的准确性和稳定性。     

基于冲击介电响应法的电力电缆绝缘状态评估

为了解决传统频域介电谱法在电缆绝缘测试中的不足,提出一种基于冲击电压的介电响应法用于评估电缆绝缘状态。首先从理论上对冲击介电响应法进行推导,然后从仿真角度分析用该方法评估电缆绝缘状态的可行性,最后搭建了冲击实验平台,并对不同老化时长的短电缆样本进行测试。结果表明:冲击介电响应法能够反映出电缆在较宽频率范围下的介质损耗变化,老化电缆的介质损耗因数随着频率升高出现回升现象,且随老化时间的增加其回升程度更为明显。研究结果表明冲击下的介电响应特征能有效评估电缆的绝缘老化状态。     

温度对油纸绝缘介电响应特性的影响

为了研究温度对变压器油纸绝缘介电响应测量结果的影响,以更准确地评估纸板微水含量和老化状态,设计了在不同温度下对变压器油浸绝缘纸板试品分别进行时域回复电压(RV)和频域谱(FDS)测量的实验,比较不同温度下油纸绝缘RV极化谱特征参数以及介质损耗因数tan、复电容实部C′、虚部C″的频域谱曲线变化,分析变化趋势及原因,研究温度对介电响应方法评估绝缘纸板微水含量及其老化状态的影响。结果显示,随着温度的升高,试品RV极化谱曲线峰值向较短充电时间方向偏移,峰值时间和峰值电压均减小;试品tan和C″频域谱曲线向高频方向偏移,最小值略微增大;C′变大,在较低频率尤其明显。因此,在用介电响应法评估纸板微水含量及老化状态必须考虑温度影响,否则将导致评估结果失实。     

变压器油纸绝缘频域介电谱特性的XY模型仿真及试验研究

为将频域介电谱法更好地用于对变压器油纸绝缘状态的现场诊断,通过联合XY模型仿真和主绝缘结构可变的变压器模型对变压器油纸绝缘系统的频域介电谱特性(FDS)进行研究。首先,借助于Concept 80宽频介电谱仪和介电响应分析仪DIRANA验证了XY模型仿真结果和变压器模型实测结果的等效性。然后,以绝缘纸板的复介电常数频域谱数据为基础,采用XY模型仿真系统地探讨了油纸绝缘系统在不同绝缘结构、绝缘油电导率、绝缘纸水分含量和老化状态等情况下的频域介电谱特性。研究结果表明:当绝缘油电导率较大时,在tanδ频域谱的低频部分出现"凸起","凸起"峰值所在频率随油电导率增大向高频方向平移,但幅值不变;随绝缘结构中X或Y值增大,"凸起"所在频率向高频方向平移,但幅值反而减小;随老化程度的加深,tanδ频域谱向高频方向移动;该研究提供了一种利用频域介电谱法诊断变压器老化状态的新思路。     

基于Havriliak-Negami介电模型的油纸绝缘老化参数提取

电力变压器是电能传输中最重要的设备之一,检测变压器老化状态具有重要意义。为了对变压器内油纸绝缘的老化状态进行有效评估,文中通过频域介电谱法(FDS)研究了不同老化程度下油纸绝缘的介电特性,并通过引入Havriliak-Negami(H-N)模型建立了特征参量与老化时间之间的关系,最后将此方法应用于现场变压器的测试,进行了验证。结果表明:随着老化程度的加深,FDS曲线在高、低频段变化不明显,中频段显著增大,总体曲线呈“枣核”状;依据H-N模型提取的特征参量与老化程度具有良好的对应关系;对现场变压器的应用验证了此方法对于评估变压器老化状态的可行性。     

油纸绝缘介电响应宽频等效建模研究

频域介电响应方法(Frequency Domain Spectroscopy,FDS)因其具有良好的抗干扰特性和丰富的宽频信息,成为在供电现场被广泛应用的一种油纸绝缘状态无损诊断方法。但是,FDS测量结果同被试对象绝缘状态之间确切的定量关联关系尚不明确,制约了FDS方法的进一步推广应用。为向定量解读FDS测量结果提供分析工具,针对FDS的宽频建模及参数辨识问题进行了研究。首先利用油纸电容式套管模型开展人工受潮模拟及介电响应测量实验,获得对应不同绝缘状态的实际介电响应数据。然后,基于介电响应的扩展德拜等效模型,采用一种改进的人工蜂群算法同序列二次规划算法的融合算法,对模型进行了参数辨识。通过对3组不同水分含量下的FDS谱图进行建模表明,在整个宽频测试频带(10^(−4) Hz~10^(3) Hz量级)内,复电容的实测谱图和模型重建谱图之间具有良好的一致性,模型对实测FDS的拟合优度均超过0.95,且模型中电阻和电容辨识值均分别位于10^(9)Ω和10^(⁃9)F的合理范围内。表明所采用的扩展德拜模型及参数辨识算法能够实现在宽频范围内对频域介电响应的精确建模,为下一步探究模型参数变化规律提供前期基础。     

基于等级云模型的油纸绝缘老化状态评估

针对油纸绝缘介电响应法中单一特征量老化评估不准确等问题,提出运用等级云模型进行多特征量的油纸绝缘老化状态评估。首先,运用矩阵束算法对等效电路进行参数辨识,提出两个能分别表征几何支路和极化支路老化状态的新时域特征量;然后,结合主、客观两种不同赋权方法进行综合权重的计算;最后,使用等级云模型来构建设备老化状态的评估模型：根据云模型理论和实测数据得到各标准等级云模型的数字特征,将待评估设备的各项指标与标准等级云模型进行关联度计算,从而得到设备的绝缘老化等级。经若干实例验证,该方法得到的评估结果能正确反映设备的真实情况,具备较高的应用可行性。     

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。     

油纸复合套管受潮状态的频域介电响应分析

油纸电容型套管是大型电力变压器的重要部件,其安全可靠性是电网稳定运行的关键因素。变压器出线套管结构复杂、设计紧凑,在安装设计不当,运行环境恶劣等条件下很容易成为变压器绝缘系统的最薄弱环节。统计表明,25%以上的电力变压器故障是由套管绝缘故障导致的,而套管绝缘受潮导致的事故案例居于套管绝缘故障类型中的前列。因此,对套管绝缘状态的有效评估显得尤为重要。为探究水分对油纸绝缘套管的影响,运用介电响应法,结合在实验中测量得到的单层油纸绝缘的结果,仿真得到简化套管均匀受潮时介电谱。并运用Kramer-Kroning方程将得到的介电谱虚部分解为电导损耗部分和极化损耗部分,观察各个部分随水分变化规律,总结为如下两点：第一是电导损耗分量随水分的增大急剧增大,变化量可以达到好几个数量级,且电导损耗随水分变化其趋势基本不会发生改变;第二,油纸中水分的加入使油纸出现了新的极化过程,在介电谱中0.1~10 Hz出现一个损耗峰,且损耗峰幅值随水分增大而增加。     

油纸绝缘老化评估的Davidson-Cole模型参数提取方法

针对目前变压器油纸绝缘老化状态评估中的纸板聚合度测定破坏性取样、介电响应法测量没有定量判据等问题,提出一种基于Davidson-Cole模型的现场绝缘老化状态定量评估方法。首先仿真研究Davidson-Cole模型参数提取方法,借助现场测量的去极化电流数据,计算出油纸绝缘等值电路参数与频域复介电常数,并利用所得数据绘制Davidson-Cole图,采用多变量最小二乘拟合方法得出松弛时间、介电常数变化量等Davidson-Cole模型参量。实验研究了油纸绝缘不同老化程度的Davidson-Cole模型,采用非线性拟合方法对其老化状态进行Davidson-Cole模型参量提取并分析参数变化,研究结果表明,模型参数与老化程度有直接关系,仿真结果与实验结果一致,对变压器油纸绝缘老化状态评估有参考价值。