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。     

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。     

基于频域介电谱和温度谱的活化能计算方法

为了明确介电谱法求取活化能中平移基准的选取原则,搭建了环氧树脂试样介电谱测试平台,分析了现有频-温平移法存在的问题,结合实例提出了平移基准的选取原则。结果表明:若测试频段存在弛豫峰,则选择弛豫峰特征频率附近的介质损耗因数(tanδ)或复电容虚部(C″)作为平移基准;若测试频段无弛豫峰且频率较低,则选择复电容实部(C′)作为平移基准。     

基于频谱解构法的油纸绝缘扩展德拜模型参数辨识

扩展德拜模型参数的准确辨识对油纸绝缘设备状态诊断具有重要意义。针对目前扩展模型参数辨识方法存在的不足,该文首次提出频谱解构法实现扩展德拜模型的精准辨识。首先,引入Kramers-Kronig变换对频域介电谱进行解耦,获取绝缘电阻谱线、几何电容谱线及弛豫极化谱线,并利用最小二乘法确定绝缘电阻和几何电容参数。然后,提出频谱微分法对极化复电容实部微分谱线进行逐次分解,根据微分谱线峰值点数和剩余谱线最大峰值点坐标求解极化等效电路参数,从而构建完整、精准的油纸绝缘扩展德拜等效电路模型。最后,通过仿真和实例验证了该方法辨识油纸绝缘扩展德拜模型参数的准确性。该文可为频域介电谱法开展油纸绝缘内部弛豫特性研究提供可靠的物理模型。     

频域介电谱温度归一化微观机理及优化策略研究

作为极具应用前景的电力设备绝缘状态现场评估新方法,频域介电谱在近年来受到了广泛关注。温度归一化是基于频域介电谱的绝缘评估流程中必要和基础的一环,关系最终评估结果的准确性。为建立有效而准确的油纸绝缘频域介电响应温度归一化方法,在深入分析电介质材料频域复介电常数物理内涵的基础上,建立了以频域介电谱1阶偏微分衍生方程和复介电常数实部–虚部综合推导相结合的介电响应机制分析方法,实现了从宽频带内油纸材料的响应曲线中分离电导、低频极化和高频极化等独立的微观介电过程。应用该方法对具有不同温度和不同老化状态的多组油纸材料频域介电谱曲线进行了分析,定量观察了不同介电过程各自的温度特性,并提取势垒高度这一温度特性关键参量。试验结果表明,各介电过程在不同温度下的分布规律具有显著差异,而宏观测量所得的油纸绝缘频域介电响应曲线随温度的平移特性是各微观介电过程在不同温度下分布特性的共同结果。由此,建立了宽频带内基于各独立微观过程热力学特征参量的油纸绝缘频域介电响应温度归一化方法。该方法具有明确的物理意义和完整的流程步骤,在材料频谱分析和现场绝缘评估领域具有普适性。     

纳米添加量对纳米改性变压器油宽频介电弛豫特性的影响

为了探索纳米改性变压器油的微观结构与宏观性能的相关性,选择绝缘体二氧化硅为改性材料,在室温条件下,制备出了不同体积分数的二氧化硅纳米改性变压器油并对其稳定性进行了测试。通过对油样进行介电谱曲线复介电常数的测量,对比分析了纯油和纳米改性变压器油的介电谱曲线以及不同体积分数二氧化硅对纳米油介电谱曲线的影响。研究结果表明:和未添加纳米颗粒的变压器油相比,纳米油在介电谱复介电常数虚部曲线的低频段和高频段均出现一个较为明显的极化峰,且低频极化峰峰值要高于高频极化峰,而在整个测试频率范围内,纯油未出现明显的极化峰;体积分数升高,纳米油的介电谱虚部值在低频段和高频段的极化峰均有所增加,且低频极化峰有向高频方向移动的趋势。Schwarz的双电层极化理论被用来解释这一现象。     

等效电路模型分析介电响应的方法、意义及应用

等效电路模型是研究电介质介电响应的有效手段,其反映的是实际介电响应与由代表弛豫过程、电导过程的电气单元构成的电路之间的关系。在等效电路模型中所有可能的电气单元种类包括:1)弛豫峰型介电响应单元;2)低频弥散介电响应单元;3)电荷扩散单元;4)频率无关电容单元;5)直流电导单元。需要根据电介质的微观结构的实际物理意义以及实际的测量条件来选择等效电路模型中相应的电气单元以及单元之间的电气连接方式。在计算等效电路模型的具体参数时,需要在拟合中同时考虑复电容的实部和虚部。同一种电介质,测量的条件不同会导致所测量获得的介电响应和相应的等效电路模型也不同。判断等效电路模型是否合理需从物理实际角度和数学拟合角度两个方面进行判断,不能仅仅为了提高等效电路模型对实际介电响应的拟合程度而随意添加没有实际弛豫过程或电导过程对应的电气单元。等效电路模型分析可以对实际电介质介电响应进行定量的表征,这为深入分析外界条件、组分含量等因素对电介质介电响应以及对电介质微观结构的影响提供了分析方法和理论依据。该文以分析电气绝缘领域常见的硅橡胶材料和树脂材料的介电响应为例,详细讨论了分析实际电介质介电响应时构建等效电路模型的方法以及判断所选等效电路模型是否合理的依据。     

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。     

发电机主绝缘加速老化的频域介电特性

为研究大型发电机主绝缘的频域介电特性,在实验室搭建多因子加速老化平台对发电机定子线棒试样进行加速老化,通过频域介电谱法(FDS)测试不同老化程度下发电机绝缘试样的频域介电特征量,研究环氧云母绝缘试样复电容和老化状态之间的关系,同时分析温度对发电机绝缘频域介电特征量的影响规律,并采用Arrhenius方程求得了发电机主绝缘的活化能。研究结果表明:发电机环氧云母绝缘的复电容实部和虚部随着老化周期增加明显增大,可反映绝缘老化状态;温度对绝缘介电特征量影响显著,根据复电容虚部的曲线和Arrhenius方程计算出第三个老化周期之后绝缘的活化能是67. 36kJ/mol;通过"频温平移"可以有效消除测试温度对FDS结果的影响,同时可以拓宽已知测试温度下的测试频率范围。     

温度对发电机主绝缘频域介电响应的影响研究

为研究温度对大型发电机主绝缘频域介电响应的影响,将频域介电谱技术用于发电机主绝缘老化状态的无损诊断,在不同温度下进行发电机线棒试样的频域介电谱测试,基于双弛豫Cole-Cole模型,分析了温度对环氧云母绝缘频域介电谱特性的影响。结果表明:随着温度升高,复介电常数实部??和虚部??的频谱曲线整体向上和向高频方向偏移;在-103~103Hz范围内,双弛豫Cole-Cole模型可以准确描述发电机主绝缘的频域介电谱;温度升高加强了界面极化强度和偶极子转向极化强度,在虚部??频谱内,界面极化弛豫起主导作用的频率范围变宽;不同温度下的界面极化弛豫时间常数和直流电导率满足Arrhenius方程。根据过渡态理论,计算得到界面极化弛豫对应的活化焓为103.1k J/mol;活化熵随温度升高而增大,表明绝缘体系有序性减小;活化能减小,表明各种极化过程更易完成。因此可用过渡态理论解释发电机主绝缘频域介电谱的温度依存性。     

基于最小二乘法的变压器油纸绝缘频域介电谱法的研究

为了分析油纸绝缘系统的介电频谱与微水含量、温度之间的关系,在实验室搭建了频域介电谱法的测试平台。根据油纸绝缘系统的Debye弛豫模型,推导出了复电容实部与虚部的计算公式,并利用最小二乘法对测试数据进行曲线拟合,得到弛豫模型中的参数值,找出参数值的变化规律,并根据其来评估变压器的绝缘状况。结果表明:油纸复合绝缘系统复介电常数的实部和虚部都随温度和微水含量的增大而增大;温度和微水会影响等效模型中的参数,将弛豫参数的变化规律应用于变压器的状态评估有一定的可行性。     

Alternating Current Conduction and Impedance Spectroscopy Analysis on Pulsed Excimer Laser Ablated (Pb,La)TiO 3 Thin Films

Lanthanum doped lead titanate (PLT) thin films were identified as the most potential candidates for the pyroelectric and memory applications. PLT thin films were deposited on Pt coated Si by excimer laser ablation technique. The polarization behavior of PLT thin films has been studied over a temperature range of 300 K to 550 K. A universal power law relation was brought into picture to explain the frequency dependence of ac conductivity. At higher frequency region ac conductivity of PLT thin films become temperature independent. The temperature dependence of ac conductivity and the relaxation time is analyzed in detail. The activation energy obtained from the ac conductivity was attributed to the shallow trap controlled space charge conduction in the bulk of the sample. The impedance analysis for PLT thin films were also performed to get insight of the microscopic parameters, like grain, grain boundary, and film-electrode interface etc. The imaginary component of impedance Z" exhibited different peak maxima at different temperatures. Different types of mechanisms were analyzed in detail to explain the dielectric relaxation behavior in the PLT thin films.     

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。     

大型汽轮发电机主绝缘的频域介电响应研究

为研究将频域介电谱法(frequency domain dielectric spectroscopy,FDS)用于发电机绝缘状态无损诊断的可行性,对发电机线棒试品进行多因子加速老化,采用FDS法测量了不同老化程度下发电机定子线棒的介质损耗因数tanδ和相对介电常数ε,建立与常规试验参量介质损耗角正切tanδ和电容C之间的量化关系。结果表明,线棒试品的老化程度对频域谱曲线影响显著,随着老化的进行,tanδ和ε的值增大,低频下增大趋势更加明显,tanδ频谱曲线的损耗峰向高频方向移动;不同老化程度的线棒试品在特征频率处的tanδ与电容C、特征频率处的ε和工频下tanδ满足指数函数关系,研究成果表明FDS技术可用于发电机老化状态的无损诊断。     

油浸变压器绝缘受潮的介质响应诊断技术研究

现场条件下准确诊断变压器的受潮程度一直是难点,通过对变压器及油纸模型的介质响应测试,分析温度及水分对介质响应的影响.结果显示温度升高主要使介质响应曲线在频率轴方向向高频方向移动,而水分增加主要使介质响应曲线在介质损耗轴方向向上平移.复电容虚部极小值大小随温度变化不明显,但却随着水分的增加呈指数形式显著增加,这一规律,为准确判断变压器的受潮程度提供了一种依据.     

傅里叶算法测量介质损耗的误差分析与应用

为减少傅里叶算法用于电容犁设备介质损耗（介损）计算的误差,基于信号仅含基波分量和信号频率变化的前提下对傅里叶算法用于介损计算的误差进行理论推导和分析。获得了介损角计算误差的表达式,该表达式由电雕与电流信号的相位差、电流信号的初始相位、信号频率和信号长度组成,即介损角的计算误差受这些因素影响。分析结果表明：存仞始相位变化...     

复介电常数在绝缘子污秽检测中的应用

根据微波辐射特性,提出了一种新的污秽检测方法,该方法利用污秽物的复介电常数特性作为主要参数之一来测量污秽等级。分析了污秽复介电常数与辐射亮温的关系,并利用微波波导测量法测量了实验室制备的各种不同含水含盐的污秽物的复介电常数,研究了介电常数的实部和虚部与含水量、盐度的关系,给出了污秽辐射亮温与盐度的关系。实验研究结果表明污秽物复介电常数的实部与含水量、虚部与盐度存在确定关系,这为利用微波辐射计检测污秽物的性质提供了可能和实验依据。     

IGBT器件封装用有机硅凝胶宽频介电特性与温度影响

有机硅凝胶材料作为IGBT器件封装用绝缘材料,在器件的运行工况下,器件承受着重复性导通关断电压,对应频谱宽,且器件损耗将引起温度升高。为了能够准确分析器件内部电场特性,运用频域介电谱技术对有机硅凝胶在宽频、宽温度范围内的介电特性进行研究,利用叉指电极,实现对有机硅凝胶在不同温度下的宽频介电谱测试。采用Cole-Cole介电模型对实验数据进行拟合,并分析温度对Cole-Cole模型特征参量的影响规律。研究结果表明：频率和温度对有机硅凝胶的介电特性均有较大影响,在低频高温下,有机硅凝胶材料相对复介电常数的实部、虚部都显著增加。在所提取的Cole-Cole介电模型的特征参量中,直流电导率σ₀及特征参量Δε₁与温度之间的关系都满足Arrhenius方程,热活化能分别为0.233 eV与0.691 eV;弛豫时间τ₁和τ₂随温度的变化规律有所不同,但在高温时都明显增加。对半导体器件封装用有机硅凝胶材料介电特性的认知可以为器件内部电场分析和绝缘设计提供基础数据支撑。     

IGBT器件封装用有机硅凝胶宽频介电特性与温度影响

有机硅凝胶材料作为IGBT器件封装用绝缘材料,在器件的运行工况下,器件承受着重复性导通关断电压,对应频谱宽,且器件损耗将引起温度升高。为了能够准确分析器件内部电场特性,运用频域介电谱技术对有机硅凝胶在宽频、宽温度范围内的介电特性进行研究,利用叉指电极,实现对有机硅凝胶在不同温度下的宽频介电谱测试。采用Cole-Cole介电模型对实验数据进行拟合,并分析温度对Cole-Cole模型特征参量的影响规律。研究结果表明：频率和温度对有机硅凝胶的介电特性均有较大影响,在低频高温下,有机硅凝胶材料相对复介电常数的实部、虚部都显著增加。在所提取的Cole-Cole介电模型的特征参量中,直流电导率σ₀及特征参量Δε₁与温度之间的关系都满足Arrhenius方程,热活化能分别为0.233 eV与0.691 eV;弛豫时间τ₁和τ₂随温度的变化规律有所不同,但在高温时都明显增加。对半导体器件封装用有机硅凝胶材料介电特性的认知可以为器件内部电场分析和绝缘设计提供基础数据支撑。