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。     

基于灰色关联与时-频域介电响应的油纸绝缘受潮状态快速评估方法

受潮状态下油纸绝缘的等效扩展Debye模型不再具有线性特性，使得基于时频转换的油纸绝缘状态评估方法存在一定误差。本文综合时域与频域介电谱的优点，在获取时-频域介电响应参数的基础上使用灰色关联算法构建油纸绝缘受潮状态评估模型。首先制备不同含水量的油纸绝缘样品，分析了受潮和温度对极化去极化电流（polarization and depolarization current,PDC）以及频域介电谱（frequency domain spectroscopy,FDS）曲线的影响，进一步提取不同受潮状态下PDC和FDS曲线的特征参数。在此基础上，采用灰色关联算法整合油纸绝缘时频域介电特征量得到其规范化后的参考向量。最后，分别通过实验室样品数据和现场变压器数据验证了评估模型的准确性，为变压器早期故障预警与诊断提供了新方法。     

不同受潮类型下油纸绝缘套管的频域介电谱特性

电容型高压套管作为典型的油纸绝缘设备之一,是电力变压器不可或缺的外部连接组件。为了评估频域介电谱法用于油纸绝缘套管含水量状态的有效性,研究了实验室油纸绝缘等效模型和现场套管的频域介电谱(frequency domain spectroscopy,FDS)特征在不同受潮程度和受潮类型时的变化规律。同时,结合界面极化数值模型分析结果,针对不均匀受潮样品和现场套管进行数值分析。结果表明:水分会影响频域介电谱(frequency domain spectroscopy,FDS)特性曲线整个频段。水分分布不均匀时,水分含量高的部分对油纸绝缘整体FDS特性曲线影响较大。不均匀程度越大,曲线波动越大,且具有典型的界面极化特征。因此,可采用频域介电谱方法对油纸绝缘套管的含水量进行评估,同时也能针对性地评估水分分布不均匀的影响。     

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。     

时变温度下油纸绝缘频域介电谱曲线校正方法研究

频域介电谱（FDS）技术被广泛应用于油纸绝缘电力设备状态诊断中。但FDS在低频段测试时间较长，测试时设备往往处于动态降温过程，所获得的FDS曲线与评估数据库差别较大，使用时变温度FDS曲线进行绝缘状态评估的结果存在一定误差。为将时变温度条件下的FDS曲线校正到恒定温度，该文通过仿真获得套管温度场分布，采用粒子群优化（PSO）算法反演出不同温度下介电弛豫Havriliak-Negami(H-N)模型的特征参数。在此基础上，基于最小二乘法（LS）计算出时变温度条件下每个频点的等效温度，由此实现了曲线校正。结果表明：校正后的曲线与参考温度曲线具有较好的一致性，有助于电力设备绝缘状态的精确评估。     

温度改变方式对应用频域介电谱法评估油纸绝缘状态的影响

为研究温度改变方式对建立评估变压器油纸绝缘状态数据库的影响,以更好地应用频域介电谱法(FDS)评估变压器油纸绝缘状态,采用三电极测试系统分别在降温与升温实验中测试不同温度下油纸绝缘的频域介电谱;在分析不同测试温度及不同温度改变方式下油纸绝缘频域介电谱特性的基础上,引入应用频域介电谱法评估变压器油纸绝缘水分含量及油浸绝缘纸电导率的量化关系式,定量研究了测试温度及温度改变方式对变压器油纸绝缘状态评估的影响。结果表明:测试温度及温度改变方式对油纸绝缘频域介电谱特性影响较大;在同一测试温度下,温度改变方式主要影响油纸绝缘频域介电谱的低频段;在应用频域介电谱法建立评估变压器油纸绝缘状态数据库时,必须选择恰当且一致的测试温度及合适的温度改变方式,否则将导致评估数据库失效;研究成果也可为实验室进行变温实验时选择正确的温度改变方式提供参考。     

频域谱技术用于油浸式电力变压器绝缘状态现场诊断

为了提高大型油浸式电力变压器的运行可靠性,提出了基于频域谱技术进行油浸式变压器绝缘状态及老化诊断的方法,利用该方法对国内某220kV变压器进行了测量,得到了其检修前后绝缘系统的介损频率特性曲线,并将频域谱测量方法与预防性试验数据进行了对比,验证了二者在变压器电容测量上的一致性。试验表明,频域谱方法可以反映变压器内部绝缘状态,估计固体绝缘中的含水量,为绝缘诊断提供参考信息;频域谱技术是一种无损试验方法,可作为现有绝缘诊断方法的重要补充,具有良好的应用前景。     

变压器油纸绝缘频域介电谱特性的仿真与实验研究

变压器油纸绝缘是一种复合电介质,油纸绝缘的老化会引起油纸绝缘体系介电特性的变化。为研究油纸绝缘频域介电谱特性参数与油纸绝缘复合电介质极化过程的关系,以及更好地将频域介电谱技术用于变压器老化状态无损诊断,通过变压器油纸绝缘扩展Debye等效电路模型仿真了绝缘电阻、几何电容以及时间常数分支电路参数的变化对油纸绝缘系统复电容频域介电谱的影响规律,通过频域介电谱实验研究了油纸绝缘系统的复相对介电常数、复电容、介损等参数与油纸绝缘状态和测试温度的关系,并根据电介质极化理论深入分析了油纸绝缘极化参数随频率和温度变化的规律。结果表明,频域介电谱法既可准确评估绝缘纸含水量和油纸绝缘试品老化程度,又能反映油纸绝缘试品的介电性能;用频域介电谱法评估油纸绝缘状态要保证测试温度的同一性。     

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。     

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。     

采用修正Cole-Cole模型提取油纸绝缘频域介电谱的特征参量方法

为了定量描述变压器油纸绝缘频域介电谱(frequency domain spectroscopy,FDS)随温度、水分、老化程度等绝缘状态的变化关系,引入了修正Cole-Cole模型研究油纸绝缘的FDS特性,提出采用该模型参量作为油纸绝缘FDS的特征参量,以反映其绝缘性能,并给出了模型的初始值设定方法及优化目标函数。在不同温度下采用三电极测量了油纸绝缘试品的频域介电谱特性,提取了模型的参量并分析其变化规律。结果表明,在10-3～103 Hz频率范围,可以采用单弛豫时间常数的修正Cole-Cole模型来描述油纸绝缘的频域介电谱,该模型将频域介电响应分解为弛豫、直流电导和跳跃电导3个分量的叠加。温度主要影响弛豫分量和直流电导分量,且上述两个分量所对应的时间常量τ和直流电导率σdc随温度变化满足Arrhenius方程。     

温度对环氧胶浸纸套管FDS特性的影响

为研究温度对环氧胶浸纸套管频域谱特性的影响,以便更准确地将介电响应技术应用于套管受潮或老化状态评估,设计了不同温度下胶浸纸套管绝缘频域谱(FDS)测量试验,运用电介质极化理论对频域介电现象进行分析,并建立扩展Debye模型,利用遗传算法和内点法辨识各支路参数,通过模型参量变化分析温度对频域谱特性的影响规律。结果表明,随着温度的升高,低频区(10^–3~1 Hz)复电容实部随着温度的升高显著增大,介损和复电容虚部频谱曲线整体向高频方向移动;建立的6支路Debye模型与实测值基本相符,绝缘电阻R₀随温度升高而减小,几何电容C₀基本不变;采用基于“频温平移因子”的主曲线技术可有效消除温度的影响,实现将已知温度下的频谱曲线折算到未知温度,扩展了频谱曲线的测量范围;频谱曲线的“平移因子”满足Arrhenius方程,利用“平移因子”计算得到的活化能约为31.92 kJ/mol。因此,利用频域介电谱法评估受潮或老化状态时必须考虑温度的影响,否则将导致评估结果失实。     

融合频域介电谱及支持向量机的变压器油浸纸绝缘老化状态评估

变压器油纸绝缘老化-受潮协同效应能够显著影响其频域介电谱(FDS)数据,因此,在绝缘严重受潮情况下难以利用FDS技术实现纸绝缘老化状态的准确评估.鉴于此,该文融合FDS以及支持向量机(SVM)提出了一种考虑水分-老化协同效应的变压器油浸纸绝缘老化状态评估方法.在当前的研究中,首先,制备具有不同老化及受潮状态的油浸纸绝缘样本,并基于FDS测试提取用于表征绝缘劣化状态的特征参量.其次,基于多元回归分析构建用于训练老化状态分类模型的拟合介电特征参量数据库.最后,利用拟合介电特征参量数据库和SVM构建用于老化状态评估的分类模型.研究结果证明,构建的分类模型可以准确评估不同受潮状态的变压器油浸纸绝缘样本的老化状态.     

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。     

变压器油纸绝缘非线性介电弛豫模型构建方法研究

基于频域介电响应（FDS）对变压器油纸绝缘状态进行检测时,油纸绝缘频域介电响应的非线性变化会影响绝缘评估的准确性,因此亟须开展不同老化程度油纸绝缘材料FDS非线性变化规律的研究。在实验室环境下制备了多组不同老化程度的油纸绝缘模型,并在不同温度下对油纸绝缘非线性FDS进行测试。结果表明：测试激励幅值越大,FDS曲线在低频段降低越明显,且随着测试温度的升高及老化程度的增加,介质损耗因数曲线出现非线变化的特征频段向高频方向移动;本文基于修正的Davidson-Cole模型,通过曲线拟合计算得到模型中的形状参数,并以此建立基于传递函数的等效电路模型,仿真计算得到了油纸绝缘阻抗模值非线性的变化规律。根据仿真结果可知,各阶阻抗模型的电路参数与油纸绝缘介电特性非线性的变化规律密切相关,而阻抗的改变使得曲线在相应频段发生变化。     

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。     

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。     

基于频域介电谱分析的高压套管受潮状况评估方法

为了完善现场条件下高压套管的受潮状况评估方法,针对高压套管的频域介电谱(FDS)展开研究。通过测量4支高压套管的FDS曲线,评估了套管绝缘的含水量;将套管的FDS曲线折算成介损温度曲线,与典型的介损温度特征曲线进行比对,并结合FDS诊断图谱分析套管的FDS测量结果。结果表明:FDS曲线可以灵敏地反映套管的受潮状况,根据高频段的tanδ最小值可以定性分析套管的受潮状况,利用MODS软件中的数据库对FDS曲线进行拟合可以定量评估套管的受潮状况,且FDS测试结果与介损温度测试结果具有一致性。证明频域介电谱分析法可用于现场评估诊断高压套管的受潮状况。     

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。