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。     

基于去极化电流法的变压器油纸绝缘状态

变压器油纸绝缘作为典型的复合电介质在老化过程中,其介电特性将发生显著的变化。本文为了研究油纸绝缘老化的介电响应特征量,设计了一套模拟变压器油纸绝缘老化的实验装置,研究了在加速电老化过程中,不同老化阶段的油纸绝缘的去极化电流,并利用傅立叶红外光谱分析了老化过程中油的化学组分的变化,作为对电老化程度的验证。研究结果表明,去极化电流的Debye等效电路模型能有效分析变压器油纸绝缘的老化状态,分析表明电路模型中最大和最小时间常数所对应的电阻R和电容C可作为老化特征量,其中最大时间常数所对应的Rmax、Cmax反应了绝缘油的老化情况,而最小时间常数对应的Rmin、Cmin反应了绝缘纸的老化情况。     

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。     

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。     

多次雷电冲击电压作用下变压器油浸绝缘纸板累积效应特性EI北大核心CSCD

油纸绝缘是电力变压器最常用的一种绝缘介质,其在运行过程中不可避免的会受到多次雷电冲击电压的作用,在冲击电压的累积作用下变压器内绝缘有可能会产生不可逆的损伤。鉴于此,通过自动连续冲击电压发生器对油纸绝缘模型的累积施压,来模拟侵入变压器的雷电过电压对油浸绝缘纸板的累积效应。研究了雷电冲击电压幅值U与油浸绝缘纸板击穿时雷电冲击电压累积次数N之间的关系,即U-N特性。并采用Weibull模型分析了油浸绝缘纸板试品U-N特性的变化规律。还通过原子力显微镜(AFM)对比研究了不同次数雷电冲击电压作用后油浸绝缘纸板表面形貌的变化。研究结果表明:随着雷电冲击电压幅值的升高,油浸绝缘纸板累积直至击穿所需要的次数大幅度下降,雷电冲击电压对油浸绝缘纸板具有明显的累积效应;多次雷电冲击电压的累积作用会导致油浸绝缘纸板表面颜色与形貌的变化,200、400、600、800次标准雷电冲击电压作用后,油浸绝缘纸板表面粗糙度比累积试验前分别增加了0.61、2.80、5.97和11.76倍。     

变压器油和绝缘纸老化对扩展Debye模型参数的影响研究

为研究变压器油和绝缘纸老化对扩展Debye模型参数的影响,以及确定变压器油换油时间,首先在实验室条件下对油纸绝缘试样进行130℃加速老化试验和PDC试验,然后建立不同试样相对应的扩展Debye模型,深入研究变压器油和绝缘纸老化时扩展Debye模型支路参数的变化规律,最后提出用中间时间常数分支电容变化率作为变压器的换油阈值。结果表明:变压器油主要影响扩展Debye模型时间常数小于500 s的支路参数,随着变压器油老化天数增加,油老化产物会增加油中偶极子组的转向极化及油纸界面极化,去极化电流起始部分幅值增大,较小时间常数支路电阻变小,电容变大;绝缘纸主要影响扩展Debye模型时间常数大于500 s的支路参数,随着绝缘纸老化天数增加,纸老化产物仅会增加纸内总体极化强度,去极化电流曲线末端升高,较大时间常数支路电阻变小,电容变大;扩展Debye模型中间时间常数支路电容变化率可作为换油阈值,当电容变化率大于0.36%时变压器油介损值达到4.0%,此时应进行换油处理。     

多次雷电冲击电压作用下变压器油浸绝缘纸板累积效应特性

油纸绝缘是电力变压器最常用的一种绝缘介质,其在运行过程中不可避免的会受到多次雷电冲击电压的作用,在冲击电压的累积作用下变压器内绝缘有可能会产生不可逆的损伤。鉴于此,通过自动连续冲击电压发生器对油纸绝缘模型的累积施压,来模拟侵入变压器的雷电过电压对油浸绝缘纸板的累积效应。研究了雷电冲击电压幅值U与油浸绝缘纸板击穿时雷电冲击电压累积次数N之间的关系,即U-N特性。并采用Weibull模型分析了油浸绝缘纸板试品U-N特性的变化规律。还通过原子力显微镜(AFM)对比研究了不同次数雷电冲击电压作用后油浸绝缘纸板表面形貌的变化。研究结果表明:随着雷电冲击电压幅值的升高,油浸绝缘纸板累积直至击穿所需要的次数大幅度下降,雷电冲击电压对油浸绝缘纸板具有明显的累积效应;多次雷电冲击电压的累积作用会导致油浸绝缘纸板表面颜色与形貌的变化,200、400、600、800次标准雷电冲击电压作用后,油浸绝缘纸板表面粗糙度比累积试验前分别增加了0.61、2.80、5.97和11.76倍。     

多次双极性振荡衰减冲击电压作用下的油纸绝缘累积效应

为研究电力变压器实际遭受的雷电冲击电压波和IEC规定的标准雷电冲击电压波(SLIW)对油浸绝缘纸累积作用,基于变电站实测的雷电侵入波形,通过试验方法产生了不同波形参数的双极性振荡衰减冲击电压,采用匝间绝缘模型模拟真实状况下油纸绝缘所承受的电场,并通过测量冲击电压幅值与冲击电压累积次数之间的关系特性和不同次数冲击电压作用前后相对介电常数等电气参数,探索了多次冲击电压作用对油纸绝缘的累积效应。研究表明:多次双极性振荡衰减冲击电压作用下油纸绝缘表现出明显的累积效应,在不同波形参数的冲击电压作用下油浸绝缘纸的U-N特性曲线均呈指数变化规律;在相同电压幅值下,油浸绝缘纸对双极性振荡衰减波的累积耐受能力比标准雷电冲击电压波更好,表明相同电压幅值下标准雷电冲击电压对绝缘的要求偏严;油浸绝缘纸的相对介电常数和介质损耗角正切值均随累积次数的增加呈明显上升趋势,表明多次双极性振荡衰减冲击电压作用对油纸绝缘性能有明显的影响。     

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。     

绝缘纸热老化对油浸绝缘纸空间电荷生成及迁移特性的影响

油纸绝缘介质在高压直流电场的作用下容易在其内部积聚空间电荷,造成电场畸变进而引发材料绝缘性能的下降,为了深入探索油纸绝缘系统空间电荷的生成机理,研究区分绝缘纸老化和绝缘油老化对油纸绝缘介质空间电荷生成及迁移的影响具有重要意义。首先将纤维素绝缘纸在130℃下进行加速热老化,然后将不同老化状态绝缘纸浸渍新绝缘油,得到不同老化状态的油纸试品,最后运用电声脉冲(PEA)法研究油纸试品的空间电荷注入、迁移和消散特性,并分析单纯绝缘纸老化对油纸绝缘试品在加压和去压过程中的空间电荷总量变化规律的影响,以及对油纸试品表面陷阱能级密度分布的影响。结果表明:随着绝缘纸老化程度的加深,加压过程中阳极处的正电荷密度峰值以及试品内部负电荷密度峰值逐渐增大,去压后空间电荷衰减速率减小;绝缘纸老化越严重,试品内部积聚的空间电荷总量、试品的表面陷阱能级密度也越大。与绝缘油老化对油浸绝缘纸空间电荷特性的影响相比发现,绝缘油与绝缘纸的老化均会改变油纸绝缘介质空间电荷分布,增大空间电荷注入总量,从而对材料绝缘性能造成巨大影响。     

用于评估油纸绝缘热老化状态的极化/去极化电流特征参量

极化/去极化电流法能灵敏反映介质的绝缘状态,已被应用于变压器油纸绝缘的水分评估中,但通过该方法定量分析油纸绝缘的老化状态尚未见研究报道。为此,对油纸绝缘开展了110°C加速热老化试验,测量了不同老化时间下油纸绝缘样品的极化/去极化电流。通过分析极化/去极化电流特性的变化,提出了一种反映油纸绝缘热老化状态的新特征参量—去极化电量。研究结果表明,试品的去极化电流随老化程度加深不断增大,但其增大趋势微弱,而提出的去极化电量曲线则对试品绝缘老化状态反应极为敏感,且从该曲线中提取的系数A和最大值C这2个特征参量与绝缘纸聚合度满足一阶动力学模型关系式,可以用作评估油纸绝缘热老化程度的特征参量。     

基于回复电压特征量的油纸绝缘老化诊断

准确诊断油纸绝缘变压器老化状态对降低变压器故障率,提高电力系统供电可靠性具有重要意义。首先对回复电压特征量与油纸绝缘老化之间的关系进行了理论分析,然后通过同台变压器不同绕组和同台变压器检修前后的回复电压测量数据来研究油纸绝缘老化与回复电压特征量之间的内在联系。研究结果表明,回复电压初始斜率在短充电时间下反映绝缘油的老化情况,而在长充电时间下则反映绝缘纸的老化情况,且初始斜率越小,其反映的绝缘介质的绝缘状态越好。回复电压极化谱最大值反映油纸绝缘变压器绝缘纸的老化状态;回复电压极化谱的短充电时间部分反映绝缘油的老化状态;回复电压极化谱的长充电时间部分反映绝缘纸的老化状态。回复电压曲线的峰值时间越大,油纸绝缘变压器绝缘状态越好。     

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。     

有机酸对变压器油纸绝缘进一步热老化的催化作用试验研究

为研究有机酸对电力变压器油纸绝缘进一步热老化的催化作用,制作了初始水分质量分数均为0.4%的绝缘纸试样和不同类型的酸性绝缘油溶液,在室温(25℃)和90℃下,研究了酸在油纸绝缘系统中的溶解分布特性。接着在90℃下对油纸绝缘试样进行加速热老化,测试了不同老化阶段试样的绝缘纸聚合度以及油纸绝缘试样的极化去极化电流。结果表明:甲酸主要分布在绝缘纸中,并会导致纸中水分向油中扩散,硬脂酸主要分布在绝缘油中;相比于硬脂酸,甲酸极大地加速了绝缘纸的降解速率,使极化去极化电流曲线的上移幅度也更大;甲酸酸值达到0.1×10-3、硬脂酸酸值达到0.3×10-3时会对油纸绝缘进一步热老化起到明显的催化作用;在分析实际运行中影响变压器油纸绝缘热老化的因素时,需特别考虑甲酸等低分子强极性酸对油纸绝缘进一步热老化的催化作用。     

基于极化/去极化电量差的油浸绝缘纸电导率计算方法

油纸绝缘的老化会引起其极化/去极化特征量发生改变,为了利用极化/去极化特征来定量分析油纸系统的老化状态,提出采用极化/去极化电量差斜率计算绝缘纸电导率的方法,首先在实验室测试了不同老化油纸绝缘样本的极化/去极化电流(PDC),并根据新方法计算出了不同老化样本中绝缘纸的电导率,其次将该方法计算出的电导率与根据IDAX300和Keithley静电仪测得的实验数据计算后的绝缘纸电导率进行了误差对比分析;最后运用最小二乘法求得了绝缘纸电导率与老化天数之间的定量关系。研究结果表明极化/去极化电量差斜率法计算绝缘纸电导率具有一定的有效性,绝缘纸电导率与老化天数呈指数函数关系。本研究将为量化评估油纸绝缘变压器的老化特性提供新的参考。     

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。     

国内文摘与专利

正多次雷电冲击电压作用下变压器油浸绝缘纸板累积效应特性/司马文霞;孙魄韬;吴婧瑜;等/高电压技术,2016(02)油纸绝缘是电力变压器最常用的一种绝缘介质,其在运行过程中不可避免的会受到多次雷电冲击电压的作用,在冲击电压的累积作用下变压器内绝缘有可能会产生不可逆的损伤。鉴于此,通过自动连续冲击电压发生器对油纸绝缘模型的累积施压,来模拟侵入变压器的雷电过电压对油浸绝缘纸板的累积效应。研究了雷电冲击电压幅值U与油浸绝缘     

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。     

基于去极化电流子谱线的油纸绝缘老化评估

去极化电流能够很好表征油纸绝缘系统介质响应过程.本文对去极化电流内部弛豫特性进行研究,引入子谱线和子谱线能量这两个新特征量,探讨子谱线能量与绝缘老化状况的关系,进而研究子谱线与油纸绝缘成分的对应关系,从而得到油纸绝缘老化的判别方法.研究结果表明子谱线能量对老化变化灵敏,它随绝缘水平的降低而显著增加;绝缘油的状态与小时间常数子谱线相关;绝缘纸的状态与大时间常数子谱线相关.因此,去极化电流子谱线及其能量可重点作为绝缘诊断的判据,其为准确评估油纸绝缘老化状态提供一种可靠有力的分析手段.