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。     

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。     

基于Debye模型分析变压器油纸绝缘频域介电谱特性研究

变压器的油纸绝缘系统可等效为Debye电路模型来模拟其复杂极化过程。基于Debye模型等值电路参数与油纸绝缘的频域介电特征量的关系式,利用测量的频域介电特征量建立辨识Debye等值电路参数的优化模型,通过粒子群优化算法辨识出Debye电路模型中的参数值。利用辨识出的电路参数值计算油纸绝缘系统的介质损耗值,并与测量值比较,其绝对误差在8%以内。研究结果表明,提出的辨识电路参数的方法能有效用于分析油纸绝缘的极化特性,为利用频域介电谱诊断变压器油纸绝缘状态提供新的研究思路。     

油纸绝缘介电响应函数模型参数与频域介电谱相关性仿真研究

本文中作者利用有限元仿真研究了油浸纸板电介质响应函数模型参数与油纸绝缘频域介电谱的相互关系,给出了研究结果并对其进行了分析。     

油纸绝缘频域介电谱仿真模拟中XY模型与有限元模型对比研究

为将频域介电谱法更好地应用于油纸绝缘设备老化状态的无损检测,通过对比有限元法与XY模型法对变压器油纸绝缘系统的频域介电特性的求解结果,探讨了两种方法的准确性与局限性。研究结果表明:XY模型在计算过程中忽略了油纸交界面附近由于材料不连续效应所产生的电场畸变,由此引入了模型误差。对于电场分布较均匀,畸变效应不明显的主绝缘结构,当油电导率γ1.0×10-11 S/m时,XY模型求解结果较准确,但是当油电导率γ1.0×10-11 S/m时,随着油电导率的继续增大,其准确度会降低;有限元法建立的仿真模型与实际模型更接近,其突出的优势还在于考虑了电场畸变等因素对频域介电谱计算的影响。因此,相比于XY模型法,有限元法准确度更高,能够求解复杂结构的频域介电谱,具有更广阔的应用前景。     

变压器固体绝缘频域介电谱温度影响校正的通用模型研究

为校正温度及含水量对变压器固体绝缘频域介电谱(FDS)数据的影响,基于空间曲面拟合技术,提出了一种考虑温度及含水量协同效应的FDS数据温度校正模型。通过对4种不同含水量的油浸绝缘纸板进行变温实验,基于主曲线技术提取其平移因子,建立了含水量、测试温度以及平移因子数值的函数模型,最终得到实验室条件下用于变压器固体绝缘频域介电谱温度校正的通用模型。最后,实验结果验证了本文提出的FDS曲线温度校正方法的准确性及通用性。     

水分对变压器油和绝缘纸频域介电谱特性的影响

频域介电谱法作为一种无损的电气诊断技术,非常适用于变压器油纸绝缘状态的现场诊断。考虑到水分对变压器油纸绝缘系统的巨大危害,运用Concept80宽频介电谱测试系统,研究了水分对矿物绝缘油和不同种类油浸绝缘纸介电特性的影响规律,并对比了相同水分质量分数油浸普通绝缘纸、绝缘纸板和热稳定纸的介电性能。研究表明:矿物油-纸绝缘试品的介电性能受水分的影响极大;矿物油的直流电导率随着水分质量分数的增加呈指数规律增大,在10-3～10-1Hz范围内,油浸绝缘纸的复相对介电常数实部随其水分质量分数增加呈线性规律增大。因此,可利用油品介质损耗因数(直流电导率)和油浸绝缘纸复相对介电常数实部对变压器油、油浸绝缘纸的水分质量分数分别进行诊断。     

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。     

变压器油纸绝缘套管受潮缺陷频域介电谱特征

已有研究表明,频域介电谱(FDS)对油纸绝缘受潮缺陷的检测比较灵敏。为了研究变压器油纸绝缘套管受潮缺陷的FDS特征,测试了受潮后套管模型不同静置时间下的介损电压特性和0.001 Hz～1 k Hz的介损频率特性。结果表明:在受潮初期,相同试验电压下介损随时间的变化呈现微弱增长趋势,但并不明显,相同时间下,介损随试验电压升高有所增长;在受潮中期,介损随时间的变化呈现明显增长趋势,并在120 h时介损达到峰值;在受潮末期,介损随着时间的增加呈现下降趋势,整个过程介损增量未超过规程规定值,可考虑降低规程规定值。在FDS的低频段0.001～0.01 Hz区间范围内可明显区分受潮套管和不受潮套管,1 m Hz介损特征尤其明显。因此建议套管出厂及运行增加FDS低频段测试,利用FDS低频段特征进行套管绝缘诊断。     

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。     

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。     

变压器油纸绝缘系统频域介电特性的影响因素研究

为准确检测变压器油纸绝缘系统的健康状态,利用试验方法分别测试了水分、热老化和温度三种因素对频域介电谱(FDS)的影响。在实验室内完成试品的制备和试验平台的搭建,通过绝缘诊断仪IDAX300分别对制备好的水分和老化试品在特定温度下进行FDS测试,并得到相应的试验数据和图像。试验研究表明:在全频域10~(-4)~10~3Hz内水分、热老化、温度对FDS有着不同的影响规律,且在频域10~(-4)~10~(-2)Hz内随着水分含量、热老化时间、温度的增大介质损耗tanδ也逐渐增大,该方法为准确检测变压器的健康状态提供了理论依据。     

不均匀受潮油纸绝缘套管频域介电谱仿真研究

电容型高压套管作为变电站内极为重要的电力设备之一,其绝缘状态对于电力系统的安全稳定运行至关重要。套管在生产和运行过程中,可能因干燥、浸渍不充分或外部水分入侵而导致受潮,对其绝缘的可靠性带来威胁。由于套管电容芯子绝缘结构的特殊性,水分在其中通常是非均匀分布的,尤其是在外界水分侵入的情况下。本文建立了油纸绝缘双单元叠层和110kV电容型套管数值仿真模型,对其在不均匀受潮状态下的频域介电谱特性进行仿真研究。结果表明：不均匀受潮时,tanδ-f曲线呈现出明显的介质损耗峰,水分分布不均匀程度增大,损耗峰对应的频率随之增大;频域介电谱对套管厚度和末屏局部的含水量变化表现敏感,而基本不受套管轴向不均匀受潮的影响。     

基于频域介电谱的一起110kV变压器套管故障分析

通过油色谱试验和现场频域介电谱测试(FDS)对介损超标的原因进行分析,结合套管返厂解体结果确定此次介损异常的原因。最后对变压器套管故障诊断分析和现场管理工作提出相应的建议。     

油老化对变压器油纸绝缘频域介电谱的影响

为研究变压器油老化对油纸绝缘频域介电谱的影响,以便准确地评估变压器油纸绝缘老化状态,对变压器油进行加速热老化,获得3组不同老化程度的变压器油试样。采用3组油样分别对新绝缘纸进行充分浸渍,得到3组油老化程度不同的油浸纸试样。对每组试样进行频域介电特性测量,获得油浸纸试样介电参数的频域介电谱,研究油老化对变压器油纸绝缘频域介电特性的影响。结果表明:油老化严重时,油纸绝缘的复电容实部(C′)增大,虚部(C″)和介质损耗因数(tanδ)在较低频率范围受变压器油老化的影响显著,且随着油老化的加重而增大,而在较高频率范围的影响较小。     

油纸绝缘加速热老化的频域介电谱特性

为研究变压器油纸绝缘不同老化状态及温度对其频域介电谱(frequency domain spectroscopy,FDS)测量结果的影响,对变压器油浸绝缘纸板试品进行加速热老化试验:测量同一试品不同老化阶段10?3~103 Hz范围的FDS,并对某一老化状态试品在不同温度下进行FDS测量,分析试品的tanδ、复电容实部C′和虚部C″及微水含量随老化时间和测量时温度的变化。结果表明:随着热老化时间的延长和测量时温度的升高,试品在较低频率下的tanδ和C″逐渐变大,而较高频率下变化不明显,C′急剧变化的频率区域向高频方向移动;根据FDS测量结果得到的纸板微水含量在老化阶段前期随着老化时间延长明显变大,后期则相对稳定;评估得出的纸板微水含量受温度影响十分明显,温度较高时得到的微水含量明显偏高。     

基于扩展Debye模型的油纸绝缘套管频域介电谱的温度特性研究

为研究温度对油纸绝缘套管频域介电谱(FDS)的影响特性,按照实际尺寸制作了72.5 kV套管试验模型,对不同温度下油纸绝缘套管FDS进行了测试,根据不同温度下ε′、ε″的测试曲线,分析温度对FDS的影响规律,然后运用扩展Debye等效电路模型拟合不同温度下的FDS测试曲线,提取可用于表征温度特性的特征参数,并建立特征参数与温度的关系。结果表明,ε′和ε″随温度升高都向高频方向移动;拟合提取得到的等效电路模型参数对温度较为敏感,绝缘电阻R_g和最大时间常数分支参数R_1与温度表现出指数函数关系,最小时间常数分支参数R_3与温度表现出幂函数关系,因此可将特征参数的变化规律应用于温度对油纸绝缘套管FDS影响特性的评估。     

油纸绝缘频域介电谱解释方法研究

为了探索频域介电谱测试结果的解释方法,提升其应用于油纸复合绝缘状态无损检测效果,在深入研究频域介电响应理论的基础上,首先在实验室内构建了油纸绝缘频域介电谱试验平台,然后分析了电导及极化损耗的机制及特性,重点讨论了复介电常数与电场频率之间的关系,提取了典型损耗特性规律,并建立了基于电导及极化损耗模型的频域介电谱理论解释方法。研究表明:复介电常数谱在低频段的特征主要因电导损耗作用所致,可用Dyre模型解释;在高频段的特征主要是因极化损耗作用所致,可用H-N模型解释;而中频段特征则是因电导及极化损耗共同作用所致,可用两种理论模型联合解释。通过该方法可获得复介电常数重构曲线,其与频域介电谱实测曲线具有良好的一致性。所提出的频域介电谱解释方法依据FDS测试结果对油浸纸板复介电常数谱进行分析与拟合,分别获得了电导为主、极化为主的损耗与电场频率之间的统计函数关系,可进一步应用于介电响应特征参数提取,从而为油纸绝缘状态定量评估奠定一定的理论基础。     

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。     

基于频域介电谱试验的750kV变压器绝缘状况评估

电力变压器运行的可靠性在很大程度上取决于其绝缘系统,绝缘性能降低,寿命便缩短。从经济性和安全性考虑,希望尽可能延长变压器的使用年限,又确保其安全稳定运行,则要对其进行绝缘诊断和寿命评估。通过分析电力变压器绝缘状态的诊断原理与方法,介绍了一种基于频域介电谱(FDS)技术进行绝缘诊断的新型试验方法。采用FDS法对兰州东变电站750 kV变压器进行了初步的现场测量,并分析了测量结果,结果表明,该变压器纸板水分含量合格,绝缘状况良好,且测量结果与预防性试验吻合良好。FDS有望成为一种新的预防性试验方法,具有良好的应用前景。