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。     

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。     

聚合度对油纸绝缘时域介电特性影响研究

为了研究绝缘纸聚合度(简称DP)对油纸绝缘时域介电特性的影响,搭建了油纸绝缘极化电流特性测试平台,应用该平台测试了不同初始酸值、初始水分分别和不同聚合度绝缘纸组成试样的极化去极化电流,并画出相应的时域介电谱,最后拟合得到不同初始水分、酸值情况下峰值时间常数与DP变化的公式。结果表明:绝缘纸DP作为单一变量变化时并不会对油纸绝缘时域介电特性产生影响,此时并不能用DP作为油纸绝缘的老化特征量;只有在水分和小分子酸等极性分子存在并扩散到绝缘纸内部形成界面极化时,不同DP对油纸绝缘时域介电特性影响差异才能体现出来;水分或酸值含量升高,时域介电谱整体向左上方平移,峰值变大,峰值时间常数减小,峰值时间常数与DP之间的拟合优度提高。通过基于绝缘纸DP的老化动力学模型来评估变压器剩余寿命时,要参考油纸绝缘中水分、酸等极性分子的含量。     

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。     

提取杂质后的老化油浸绝缘纸板介电响应特性研究

首先制备老化绝缘纸板样品,并制定了提取老化绝缘纸板水分及分解产物的方法,然后在去除油纸绝缘的杂质及变压器油后,分别针对不同老化状态的油浸纸板开展介电响应实验。分析排除杂质后的老化油浸绝缘纸板的介电响应特性,以及纸板自身老化与油纸绝缘老化对其绝缘状态的影响差异。结果表明:老化时间和激励电压对频域介电谱(FDS)的影响主要集中在中低频段,在高频段介质损耗因数(tanδ)较为稳定;温度变化会导致FDS曲线发生平移,在高频段,温度越高tanδ越小,在低频段,温度越高tanδ越大,且频率越低tanδ的增长趋势越明显。     

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。     

冲击电压激励下变压器套管介电响应快速测量方法北大核心CSCD

油纸绝缘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。频域介电谱法可实现套管绝缘状态的无损检测,但传统扫频测试耗费时间长,为频域介电谱的现场应用带来不便。文中提出一种冲击电压激励下变压器套管介电响应快速测量方法,利用冲击电压信号中包含的丰富频率分量作为激励信号,获取套管末屏响应电流并进行数据处理与计算,从而得到频域介电响应信息。文中基于扩展德拜模型,搭建冲击电压激励下介电响应仿真平台,并利用任意波形发生器、高压功率放大器等设备搭建实验测试平台,验证了冲击电压激励下介电响应快速测量方法的可行性与准确性,对于缩短变压器停电检修时间窗口,提高现场套管绝缘状态诊断效率具有重要意义。     

基于时域介电谱法分析油纸绝缘变压器极化等效电路弛豫支路数

评估变压器油纸绝缘时,无论采用时域方法还是频域方法,都需要先建立变压器的油纸绝缘等效电路。基于电介质极化原理,变压器油纸绝缘等效电路大多采用扩展德拜模型,但往往很难直接确定该模型中弛豫机构的个数。本文提出了一种利用时域介电谱法确定弛豫机构个数的方法,即通过对变压器油纸绝缘去极化电流微分运算,得出时域介电谱,则谱线的峰点个数即为弛豫机构个数,从而建立变压器油纸绝缘扩展德拜等效电路模型。本文详细介绍了时域介电谱的分析方法,并给出了实例验证该方法在确定变压器油纸绝缘等效电路模型中得可行性和合理性。     

环氧-云母复合绝缘固化过程介电响应特性

为研究环氧-云母复合绝缘固化工艺条件对大型发电机绝缘质量影响的机理,采用频域谱法对电机线棒试品进行宽频介电谱测试。根据介电响应理论推导出介质损耗因数随频率和温度变化的关系式,同时实验研究了不同固化温度、固化时间下的介电参数频域特性。结果表明,170℃完全固化后的绝缘体系的介电响应特性要优于150℃和160℃时未达到完全固化的绝缘体系,固化后绝缘体系中小分子交联聚合成大分子,使能发生固化的极性分子大大减少,整体损耗也小于150℃和160℃下的损耗,且完全固化后的试样中各频率对应的损耗散点图也明显有一个收敛的趋势。研究表明,随着固化程度的增加,介质中容易发生转向极化的小分子逐渐减少,使同等频率下的松弛损耗相对于未固化时的损耗大幅度减小,固化后环氧-云母复合绝缘体系的介电性能有大幅度提高。     

非线性绝缘电介质AC介电特性参数及其测量

为调控电场分布避免电场集中,由聚合物与无机半导体填料制备的非线性绝缘电介质在许多高压设备中得到应用。非线性绝缘电介质介电特性的测试是其理论与应用技术研究的重要基础。研发了一套基于虚拟仪器技术的非线性绝缘介质交流介电特性测试装置,实现交流激励电压和响应电流瞬时波形的测试。参照激励电压通过确定的算法将响应电流分解成阻性电流和容性电流。通过对电压与电流波形的分析,获得瞬态测量条件下的静态、动态参数与电场强度关系曲线及等效参数等,可更全面地表征非线性绝缘电介质交流介电特性。结合测量实例,详细描述了各参数及其与电场强度关系曲线的获得过程。     

油老化对油纸绝缘时域介电特性影响的实验研究

为了研究绝缘油老化对变压器油纸绝缘时域介电特性测量结果的影响,以更准确地分析和评估油纸绝缘老化状态,对油浸纸试品进行加速热老化,获取3组不同老化程度的变压器油试样并分析其理化参数。对新绝缘纸试品进行真空干燥,然后使用3组油样分别对干燥的纸样进行充分浸渍获得3组油老化状态不同的油浸纸试品。对每组油浸纸试品进行极化去极化电流(polarization and depolarization currents,PDC)测量,分析油老化引起的油纸绝缘时域介电特性变化。结果表明,变压器油老化后,油中微水含量、酸值、介质损耗因数显著增大,pH值、电阻率减小;油浸纸试品的极化、去极化电流增大,电导电流增大且需要较长时间达到稳定值;试品绝缘电阻R60和吸收比Ka减小。     

10kV交联聚乙烯电缆加速电老化特性研究

在电应力长期作用下,XLPE电缆易发生绝缘老化.为研究XLPE电缆的电老化特性,对10 kV XLPE电缆进行加速电老化实验,并对老化前后样本进行理化性能及介电性能测试.结果表明:电老化后XLPE结晶度明显降低,熔融峰特征温度出现小幅下降;XLPE亚甲基含量有所上升,材料内部出现碳碳双键;PDC测试结果表明,电老化后样品极化电流和去极化电流均有所上升,XLPE电导率和低频介质损耗明显增加.由此可知,高能电子撞击使XLPE分子链发生化学键断裂,从而造成小分子链数量增多以及结晶区破坏,进而导致材料的理化性能和介电性能下降.     

考虑介质介电驰豫影响时瞬态电场计算的时域有限元法

在电力装备的实际运行过程中,可能遭受诸如操作冲击电压、雷电冲击电压等瞬态电压激励的作用。此外,随着电力电子器件在直流输电装备中的大规模应用,装备内部器件的绝缘结构承受的电压不再是传统的交流电压或直流电压,而是正极性重复性方波电压。为了研究这些装备或器件内的绝缘结构在瞬态电压激励下的电场特性,需要在电准静态场下计算其瞬态电场分布。在交变电场中,绝缘材料具有介电弛豫现象,其介电常数在频域上为频变函数。由于瞬态电压激励时间短、变化快,对应的频谱宽。因而,瞬态电压激励下的瞬态电场计算需要考虑材料的介电弛豫特性。为此,该文提出了考虑介质介电弛豫过程的时域有限元法。首先,将材料的介电弛豫现象用时变的介电参数表征,对含时变介电参数的电准静态场控制方程进行时空离散,推导了时域有限元方程和边界电场约束方程;然后,通过对比PEEK材料极化电流的实验测量结果与计算结果,验证了所提方法的有效性;最后,分析了瞬态电压激励下考虑材料介电弛豫特性的复合绝缘结构的瞬态电场分布特性。     

生物介质低温介电谱自动测试系统

生物介质低温介电谱是研究生物材料低温生态特性、了解介质内部低温微观现象,探寻生物材料低温保存方法的一种有效手段。基于数字示波器和数据采集卡设计了一套生物介质低温介电谱自动测试系统,实现生物介质的介电温谱(最低测量温度-100℃)和介电频谱(频率范围50 Hz~1 MkHz)的自动测量。以生理盐水为样品的实验表明,由该系统完成的介电温谱和介电频谱测量结果能够正确反映介质在不同条件下的介电特性,可以满足生物材料介电性能测试要求。     

基于小波分析和时域介电谱的变压器油纸绝缘老化状态评估

为了研究变压器油纸绝缘老化特性,从而为变压器寿命评估作出指导,在实验室进行加速热老化实验,利用时域介电谱图对不同老化时间油纸试样的极化/去极化电流开展研究,结合小波分析理论对时域介电谱提出改进算法,并提取表征油纸各部分老化时间的特征量。结果表明:二次微分时域介电谱可以反映油纸绝缘的整体极化强度,测量时间1 000 s后介电谱出现峰值,且峰值随着老化时间的增加而增大;小波改进算法处理后的时域介电谱图的不同谱峰对应油纸绝缘3种主要极化类型,分别为油、油纸界面和绝缘纸内部极化;改进时域介电谱的不同峰值和峰值时间表征不同极化过程的强度和响应速度,且不同峰值与油、纸和油纸界面具有拟合优度很高的指数关系,可以考虑将改进时域介电谱不同谱峰作为表征油纸不同部分的老化特征量。     

温度对交流油纸绝缘套管频域介电谱特性的影响研究

本文针对交流油纸绝缘套管频域介电谱测试,阐述套管频域介电谱测试原理和温度影响机理,选取72.5kV、110kV和220kV油纸电容式套管试品开展温度相关性研究,从微观机理解释了温度对套管频域介电谱特性的影响规律,并提出基于Arrhenius方程的套管介电谱温度校正方法,工程应用效果验证了温度校正方法的有效性和套管绝缘状态评估的准确性.     

介电模量频域特性的理论分析及其应用于油纸绝缘水分含量评估的研究

油纸绝缘是以变压器为代表的重要电力一次设备的典型绝缘结构,对油纸绝缘结构的绝缘状态进行准确的评估对于确保电网系统安全稳定运行具有重要意义。文中在理论分析和数据实测的基础上,首次提出了利用介电模量这一参量的频域特性来对介质的绝缘状态进行评估的方法。首先,基于经典电介质物理理论分析了介电模量的内涵;其次,通过与传统的频域介电谱相比较,分析了介电模量的频谱在表征电介质弛豫现象的典型特点;为进一步说明介电模量的频谱特性,文中以油纸绝缘的常见缺陷——受潮为例,得到了介电模量频谱特征参量与油纸绝缘含水量定量关系,从而显示介电模量谱在现场绝缘评估中的优势。通过文中的研究表明,介电模量谱作为绝缘结构状态评估的有效手段,具有进一步深入研究的理论和试验价值。     

大型发电机主绝缘的Cole-Cole模型频域介电温度特性研究

为研究温度对发电机环氧云母绝缘频域介电谱特性的影响,在实验室条件下,测试了不同温度下发电机线棒试样的频域介电响应,采用双弛豫Cole-Cole模型对测量数据进行拟合,分析了温度对环氧云母绝缘频域介电谱特性的影响原因。结果表明,双弛豫Cole-Cole模型能够准确拟合测试值,温度升高会加强空间电荷极化和转向极化,使复介电常数实部ε'和虚部ε″的频谱曲线整体上移,低频段增大幅度高于高频段;同时温度升高会减小介质的松弛极化时间,使频谱曲线向高频方向移动。因此在应用介电响应法评估环氧云母绝缘老化状态时,必须考虑温度的影响。     

一种基于未确知测度理论的油纸绝缘老化评估方法北大核心CSCD

依据油纸绝缘时域介电响应介电谱及其能量谱,定义了两个能反映油纸绝缘老化程度的新特征量——去极化能量初始斜率S_(W)和去极化能量半衰期t_(half)。通过测试样本分析确定了S_(W)、t_(half)与油纸绝缘老化程度之间的关联性,验证了其作为绝缘老化指标在油纸绝缘老化评估中的有效性。针对复合油纸绝缘介电特征量,提出了一种新的未确知测度理论的绝缘老化特征指标综合评估体系。建立了绝缘老化评估结构层次与评价指标分级区间,在复合特征指标的权重分析基础上,引入未确知测度理论,针对其中等级评定环节的主观性问题,提出一种非对称贴近度改进的复合指标绝缘状态等级评估模型。最后,将新型的绝缘状态老化评估模型应用于介电响应试验样本,验证了非对称贴近度改进的未确知测度评估模型可以有效、合理地对变压器绝缘状态进行评估。     

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。