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。     

温度及老化状态对油纸绝缘时域介电响应特性影响的实验研究

针对老化过程及温度对油纸绝缘时域介电响应特性的影响开展了研究.对油浸纸绝缘试品在高温下进行了不同时间的人工加速热老化,采用极化去极化电流(polarization and depolarization current,PDC)试验跟踪了其完整的老化进程,在不同的老化阶段开展了不同温度下的PDC试验.确认了温度和老化程度对PDC曲线有着较大的影响,温度的升高或老化程度的增加使PDC曲线向左上方移动.认为PDC试验主要反映油纸绝缘的2种类型界面极化,即油纸间的界面极化和纸板内不均匀结构引起的界面极化,前者响应较快,特征明显,适于评估绝缘老化状态.     

基于时域介电谱和去极化电量的变压器油纸绝缘老化特征量研究

为研究变压器油纸绝缘极化/去极化电流法特征量,在130℃下进行了油纸试样的加速热老化试验,测得了试样在不同老化阶段的去极化电流,提出以稳态油老化电量Q_o和稳态油纸界面极化电量Q_(o-p)作为变压器绝缘油与油纸界面极化的老化特征量,并提取绝缘纸时域介电谱峰值和峰值时间tpeak作为绝缘纸老化特征量,最后通过现场试验验证了以上述特征量分别表征油纸绝缘老化状态的可行性。结果表明:Q_o随老化时间的增加而增大,2者间存在线性拟合关系,Q_o可以表征油中偶极子转向极化强度;绝缘纸时域介电谱峰值及对应时间分别代表了其内部因纤维素裂解引起的界面极化强度和响应速度,其中时域介电谱峰值和聚合度之间具有指数负相关关系;Q_(o-p)随老化时间增加而增大,2者间存在线性拟合关系,Q_(o-p)可以表征油纸界面极化强度。     

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。     

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。     

基于时域介电法的不同材料油纸绝缘特性研究

为研究油浸式变压器中油浸普通牛皮绝缘纸和油浸热稳定绝缘纸的时域介电特性,文中在实验室开展了不同温度下的油纸样品加速热老化试验。通过极化去极化电流法(PDC)获得PDC曲线,根据曲线分析不同类型油纸绝缘在老化过程中的极化特性差异,从PDC曲线中提取电导率并拟合得曲线,探寻能够表征不同类型油纸绝缘老化程度的特征量。结果表明:普通牛皮绝缘纸试样的老化速度快于热稳定绝缘纸,且在老化后期,后者聚合度下降速率变缓更明显;PDC曲线对绝缘材料的变化十分敏感,对于老化时间相同的两种材料,热稳定绝缘纸的极化去极化电流小于普通绝缘纸,且在较高温度时区别更为明显;由电导率拟合曲线得出,老化程度与电导率关系密切,可作为衡量不同油纸绝缘的老化状态的特征量。     

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。     

XLPE电缆绝缘老化的时频域介电特性

为了研究交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘老化的介电响应特征量,对XLPE电缆试品进行了加速水树老化,在老化的不同阶段开展了极化/去极化电流(PDC)试验,并对试验数据进行了分析;利用It-lnt曲线和扩展Debye模型,提取第3支路峰值时间τ3和介质损耗因数作为老化特征量,研究了时频域介电特征量与绝缘老化的关系。研究结果表明:XLPE电缆极化/去极化电流曲线受电缆长度的影响,无法直接反映电缆绝缘的实际状态;随着老化程度的增加,第3条支路的峰值不断向右移动,低频(0.001～0.5 Hz)下电缆的介质损耗因数曲线不断上移,这是由于老化使得水树界面不断扩张,陷阱深度增大,极化过程中的损耗也不断增大。因此,It-lnt曲线中的峰值时间常数τ3与低频下介质损耗因数可作为表征电缆绝缘老化程度的特征量。     

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。     

基于时域介电法的油纸绝缘复合电老化性能

换流变压器油纸绝缘系统在运行中需要承受复合电压,其绝缘老化特性与普通电力变压器有着显著的区别,然而相关研究明显不足。为了得到不同复合电压下油纸绝缘的绝缘老化规律,对油纸结构采用实验室加速复合电老化方法,测量不同老化阶段油纸结构的极化去极化电流和绝缘纸的聚合度,结合时域介电法和聚合度对油纸结构的绝缘特性进行了研究。研究结果表明:随着老化时间的增加,PDC曲线整体向上移动,极化电流稳定值不断增加,去极化电流趋向于零,同时油纸聚合度不断下降;随着交流电压百分数的增加,对油纸聚合度的影响从靠近高压侧的油纸向中间层油纸不断加剧。最后提出一种将时域介电法和聚合度相结合的换流变压器油纸绝缘无损检测方法,本研究将为油纸绝缘在复合电压下老化机理及换流变压器绝缘设计提供参考。     

基于陷阱密度谱特征量的油纸绝缘变压器老化诊断

变压器油纸绝缘老化是影响变压器正常运行的重要因素。现阶段,基于时域检测的去极化电流法被广泛应用于变压器油纸绝缘状态诊断,但对于去极化电流谱线的特征量提取仍处于初始阶段。根据介电响应和陷阱理论,提出绘制去极化陷阱密度谱,并从中提取峰值大小S_(max)和峰值时间常数T_(max)这两个新特征量,用以评估变压器油纸绝缘老化状态。首先采用不同极化电压测试,分析去极化陷阱密度谱线新特征量与极化电压间的关系。其次对检测出不同糠醛质量浓度的绝缘油纸变压器的陷阱密度谱线作对比分析。最后对大量变压器实例进行验证分析。研究结果表明:峰值大小S_(max)与糠醛检测质量浓度呈正相关,峰值时间常数T_(max)与糠醛检测质量浓度呈负相关;随着油纸绝缘老化程度的加深,陷阱密度谱的特征量S_(max)逐渐增大,而特征量Tmax逐渐减小;所提出的两个特征量取值范围可作为今后诊断变压器油纸绝缘老化状态的依据。     

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。     

采用向量匹配法的油纸绝缘系统扩展Debye模型参数识别

为了从时域数据中获取更丰富的表征油纸绝缘系统绝缘状态的信息,提出了一种获取油纸绝缘系统扩展Debye模型参数的方法。首先通过快速Fourier变换(FFT)获得极化去极化电流(PDC)实验的去极化电流频谱,然后使用向量匹配法(VFM)和时域非线性拟合算法(FNA),确定其频谱的极点和留数分布,最后根据极点和留数计算得到各支路参数。针对实验室不同老化程度和不同温度下的油纸绝缘模型,开展了验证性的PDC和频谱(FDS)实验,利用PDC实验数据求取了相应的扩展Debye模型,据此获得了介损(tanδ)随频率的变化曲线,并与FDS所得结果进行了比较。结果表明,PDC所得结果与FDS曲线在低频段一致,验证了所提方法的正确性。进而提出在对油纸绝缘设备绝缘状况进行测试时,采用FDS做高频测试,而采用PDC代替FDS做低频测试,从而减少测试时间,即将PDC与FDS这2种方法相结合,可以提高现场油纸绝缘设备的检测效率。     

基于修正Debye模型的油浸绝缘纸不均匀老化时域介电特性

变压器内部存在的温度梯度导致油浸绝缘纸不均匀老化,为研究油浸绝缘纸在温度梯度下的时域介电特性,在实验室搭建油浸绝缘纸不均匀老化试验平台,测定试样老化过程中聚合度变化规律和极化/去极化电流曲线,并对其进行等效模型参数辨识,得到如下结论:发热端附近油浸绝缘纸极化/去极化电流均向左上方平移,纸内电导率提高,极化的响应速率加快;发热端附近等温区极化电阻和时间常数最小,修正Debye模型和扩展Debye模型参数存在关联关系;扩展Debye模型只能评估油纸绝缘平均老化程度,用其进行绝缘状态评估时会出现"老化被高估区"和"老化被低估区",发热端附近绝缘实际状况比评估结果恶劣将近50%。研究结果为将极化/去极化电流法更精确地应用于实际变压器油纸绝缘状态评估提供了参考。     

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。     

扩展Debye模型大时间常数与变压器油纸绝缘老化的定量关系研究

目前,应用极化/去极化电流(PDC)法量化变压器油纸绝缘系统老化状态需深入研究,为了推动该研究工作,通过一系列加速热老化试验以及吸潮试验制备了不同老化状态和水分含量的油纸绝缘样品,测量了样品的PDC图谱;借助扩展Debye电路模型拟合了PDC图谱并获取了模型参数,在深入研究老化对Debye模型参数的影响规律后提出了时域介电特征量扩展Debye模型大时间常数来量化绝缘纸板老化状态。研究结果表明,扩展Debye模型大时间常数与绝缘纸板的聚合度存在较好的指数关系,但与样品的绝缘尺寸无关。     

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。     

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。