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。     

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。     

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。     

应用去极化能量谱评估变压器绝缘老化受潮状态

近年来,极化/去极化电流法(PDC)作为一种研究电力变压器绝缘老化状态的非破坏性检测方法得到了广泛的应用,但其中对于特征量的提取的研究还处在初步阶段。本文基于时域介电谱理论提取出去极化能量谱,从中提取峰值能量和主时间常数两个重要特征量。然后,利用扩展德拜模型等效电路建立仿真模型,研究两个特征量与老化受潮的关系,并分析能够反映绝缘内部结构的等效电路参数与谱线的内在联系。仿真结果表明,不同极化电压对特征量的提取不产生影响;随着绝缘老化受潮程度的增加,谱线往左上方移动,峰值能量和主时间常数能有效、直观和准确地评估变压器绝缘状态;等效电路参数变化与主时间常数、峰值能量具有鲜明的内在联系,可辅助评估变压器绝缘老化受潮状态。     

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。     

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。     

电力变压器油纸绝缘含水量定量评估的时域介电特征量

水分是影响变压器油纸绝缘性能的一个重要因素。为了评估变压器主绝缘中的含水量,从而对变压器的绝缘状态及剩余寿命进行可靠预测,本文利用时域介电响应技术的极化/去极化电流法(Polarization and Depolarization Current,PDC)对变压器油纸绝缘含水量进行了深入研究。首先,在实验室内制备了不同含水量的油浸渍绝缘纸板样品,然后,利用Matlab程序仿真了样品的实测PDC图谱并获取了扩展Debye模型参数。最后,提出了两个能够量化油浸渍绝缘纸板油纸绝缘含水量的新特征量——极化电量斜率Kp与稳定极化电量Qp-5000。分析结果表明:特征量Kp与Qp-5000对纸板样品的含水量变化非常敏感。该特征量与纸板含水量存在指数函数关系。因此,Kp和Qp-5000可以用于变压器油纸绝缘含水量的定量评估。     

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。     

基于极化-去极化电流法的实际变压器油纸绝缘老化状态的现场评估

为了研究极化-去极化电流法(PDC)对变压器油纸绝缘老化的现场诊断效果以及适用于现场诊断的老化特征参量,使用极化-去极化电流测试装置在现场条件下对多个存在不同老化问题的变压器进行了诊断。通过从极化-去极化电流中提取出的老化特征参量对各变压器的绝缘老化状态进行分析,并与现有的变压器绝缘诊断手段的测试结果进行对比。结果表明:PDC方法能够有效应用于现场变压器油纸绝缘老化状态的评估,提取出的综合电导率、绝缘油电导率以及低频介质损耗因数3个老化特征参量可以从不同方面反映变压器绝缘的老化情况,且结果与变压器绝缘电阻测试、绝缘油试验以及绝缘油介质损耗因数测试结果相符。     

Extraction of Frequency Domain Dielectric Characteristic Parameter of Oil-paper Insulation for Transformer Condition Assessment

In modern power transmission and distribution systems, power transformers are critical components and their electrical properties together with service lives are determined by the insulation property of oil-paper insulation. To better apply the frequency domain spectroscopy technique to assess transformer insulation condition, a series of experiments were performed under controlled laboratory conditions. First, this article presents the frequency domain dielectric response measurement results of oil-paper insulation samples under different moisture contents and aging states, and then the extracted frequency dielectric characteristic parameters determined from the imaginary part of relative permittivity (?_r′′) and dielectric dissipation factor (tanδ) curves are used to assess the moisture contents and aging states of oil-paper insulation. Finally, the quantitative relationships among dielectric characteristic parameters, moisture content, and degree of polymerization are also established. Results show that in the frequency range of 10^–3–10² Hz, ?_r′′ and tanδ obviously increase as the moisture content of oil-paper insulation rises, while ?_r′′ and tanδ are very sensitive to aging only in 10^–3–10^–1 Hz. Consequently, ?_r′′ and tanδ in different frequency ranges can be used to distinguish the influences of moisture content and aging state on frequency domain spectroscopy measurement results.     

温度对变压器用油纸绝缘老化的频域介质响应的试验研究

变压器是电网安全运行中最关键的设备之一,由内绝缘(油纸绝缘)问题引发的变压器故障占变压器事故重要部分。目前用于诊断变压器油纸绝缘状态的方法尚存在各自的不足之处,故研究通过无损的诊断方法获取表征油纸绝缘老化状态的特征量,为评估变压器油纸绝缘老化状态提供准确且有价值的参考,无疑具有重要意义。基于频域介质响应的频域谱法是一种诊断电力变压器绝缘老化状态的非破坏性方法,笔者首先通过模拟变压器实际生产流程,制作变压器油纸绝缘试品,并对油纸绝缘试品进行加速热老化试验,得到不同老化程度的油纸绝缘试品。通过频域谱测试并分析了温度对油纸绝缘试品的频域介电特征量变化规律,运用电介质极化理论对测试结果进行了分析,为频域谱技术用于实际变压器油纸绝缘老化状态的无损诊断提供技术积累。结果表明:测量温度对频域谱诊断油纸绝缘老化状态影响显著,采用频温平移因子可以将任意测量温度下的频域谱曲线归算到同一参考温度,解决了测量温度对FDS测试结果的影响。初步研究结果表明,经过频温修正后的FDS能用于不同温度下的变压器油纸绝缘老化的评估。     

Condition Evaluation for Aging State of Transformer Oil-paper Insulation Based on Time-frequency Domain Dielectric Characteristics

For the oil-impregnated power transformers in service, the condition of the main insulation system is very important. This article reports a non-destructive evaluation technique based on time-frequency domain dielectric characteristics. First, the polarization/depolarization current and frequency-domain spectroscopy were well measured under controlled laboratory conditions. Then, the recovery voltage curves and recovery voltage polarization spectroscopy were also obtained by using the conversion method between polarization/depolarization current and recovery voltage based on the extended Debye model. After that, the time-domain dielectric characteristics, which can represent oil-paper insulation aging, were extracted from the polarization/depolarization current curves, recovery voltage curves and recovery voltage polarization spectroscopy. In addition, the frequency-domain dielectric characteristics, which can represent the oil-paper insulation aging, were also proposed in terms of frequency domain spectroscopy. Finally, the change rules of time-frequency domain dielectric characteristics under different aging times were investigated in depth. Results show that the time-frequency domain dielectric characteristics are sensitive to the aging states of power transformers, which could be utilized to diagnose the aging state of oil-paper insulation in field power transformers.     

宽频带油纸绝缘介电响应的全过程谱图提取和定量分析

为深入而全面地解释油纸绝缘材料在宽频带内介电响应的微观机理,基于普适弛豫定律和凝聚态物理经典理论,利用响应谱图受温度影响的频移特性,通过势垒能级这一本征参量建立油纸绝缘材料频域介电谱与热刺激电流曲线在表征同类介电过程时的联系,并进一步以复介电常数实部与虚部关联关系和复介电常数一阶偏微分方程的数据处理手段,形成具有可靠理论依据的宽频带介电过程微观机理综合分析新方法。基于此,依次在宽频带内提取和观察了电荷的各类运动过程。分析结果表明,在较宽温度范围内,油纸绝缘材料的频域介电谱曲线从低频到高频依次包括低频弥散、交流电导和电极极化、界面极化及偶极子转向极化等独立介电过程,并根据相关理论模型和试验数据对上述各独立过程进行定量研究,确定其微观物理机制、频谱函数和发生条件。该研究揭示了油纸绝缘材料在全频域范围的电荷运动规律,为频域介电谱法应用于电力设备绝缘评估提供了新的理论分析思路。     

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。     

采用微分去极化电流法解析变压器油纸绝缘的介质响应函数

时域介质响应诊断技术是有效诊断变压器油纸绝缘状态的无损检测方法,而绝缘的介质响应数学模型是时域诊断研究的关键手段。针对原有模型未能准确反映介质的极化过程,现有建模方法无法确定极化过程包含的弛豫项数、未能准确地辨识模型参数等问题,根据电介质物理学的研究成果,将方根指数型衰减规律引入介质响应函数,以便其更贴近多种不同条件下的实验规律。同时,在建模中提出了微分去极化电流法,从而解决了一直以来受争议的弛豫项数问题,并实现了介质响应函数的解析。研究结果证明了利用微分去极化电流法建模的唯一性和准确性,为油纸绝缘的时域介质响应诊断提供了新思路。     

应用频域介电谱法的变压器油纸绝缘老化状态评估

通过频域介电谱法(frequency domain dielectric spectroscopy,FDS)测试分别在110和130℃下老化不同程度的变压器油纸绝缘试品的相对介电常数(εr)和介质损耗因数(tanδ),提出利用油纸绝缘试品在特征频率处的εr、tanδ值评估油纸绝缘老化状态的新方法,建立油纸绝缘试品在特征频率处的εr、tanδ与绝缘纸老化状态的量化关系。结果表明FDS低频段对油纸绝缘老化状态反应敏感,不同老化程度油纸绝缘试品在特征频率处的εr和tanδ值与绝缘纸聚合度满足指数函数关系;研究成果为将FDS用于无损诊断变压器老化状态提供参考。