采用修正Cole-Cole模型提取油纸绝缘频域介电谱的特征参量方法

为了定量描述变压器油纸绝缘频域介电谱(frequency domain spectroscopy,FDS)随温度、水分、老化程度等绝缘状态的变化关系,引入了修正Cole-Cole模型研究油纸绝缘的FDS特性,提出采用该模型参量作为油纸绝缘FDS的特征参量,以反映其绝缘性能,并给出了模型的初始值设定方法及优化目标函数。在不同温度下采用三电极测量了油纸绝缘试品的频域介电谱特性,提取了模型的参量并分析其变化规律。结果表明,在10-3～103 Hz频率范围,可以采用单弛豫时间常数的修正Cole-Cole模型来描述油纸绝缘的频域介电谱,该模型将频域介电响应分解为弛豫、直流电导和跳跃电导3个分量的叠加。温度主要影响弛豫分量和直流电导分量,且上述两个分量所对应的时间常量τ和直流电导率σdc随温度变化满足Arrhenius方程。     

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。     

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。     

油纸绝缘频域介电谱的修正Cole-Cole模型特征参量提取及水分含量评估方法

为了应用频域介电谱技术实现变压器油纸绝缘水分含量的定量评估,在实验室中制备了不同水分含量的油纸绝缘样品,分析了水分含量对样品介电特性的影响规律,同时引入修正Cole-Cole模型提取了油纸绝缘频域介电特征参量,研究了水分含量对这些特征参量的影响规律。结果表明,水分含量的变化会对油浸绝缘纸板样品的频域介电特性产生较大影响,采用修正Cole-Cole模型提取的频域介电特征参量中,?弛豫时间常数??及直流电导率?dc会随着油浸绝缘纸板水分含量的增加分别明显变小和增大;对参量水分含量m.c.的初步拟合显示,??和?dc与m.c之间分别呈现指数和线性关系,可考虑作为定量评估油纸绝缘水分含量的特征参量。     

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。     

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。     

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.     

基于Havriliak-Negami介电模型的油纸绝缘老化参数提取

电力变压器是电能传输中最重要的设备之一,检测变压器老化状态具有重要意义。为了对变压器内油纸绝缘的老化状态进行有效评估,文中通过频域介电谱法(FDS)研究了不同老化程度下油纸绝缘的介电特性,并通过引入Havriliak-Negami(H-N)模型建立了特征参量与老化时间之间的关系,最后将此方法应用于现场变压器的测试,进行了验证。结果表明:随着老化程度的加深,FDS曲线在高、低频段变化不明显,中频段显著增大,总体曲线呈“枣核”状;依据H-N模型提取的特征参量与老化程度具有良好的对应关系;对现场变压器的应用验证了此方法对于评估变压器老化状态的可行性。     

大型发电机主绝缘多因子老化过程中介损温谱的研究

本文通过大型发电机定子主绝缘的联合三因子加速老化试验,研究了主绝缘的介质损耗角正切tanδ的温谱随老化时间的变化规律,提出0 2Un下tanδ T曲线峰值对应的温度Tm可作为表征绝缘老化状态的特征参量,并对其随老化时间的变化规律进行了研究。结果表明,0 2Un下tanδ T曲线峰值对应的温度Tm随老化时间的增加而逐渐升高。     

定子主绝缘受潮频域介电参量提取及状态评估

针对吸收比等传统电气参数测试结果分散性大、易受外界干扰等问题,提出将频域介电谱技术引入发电机定子主绝缘受潮状态评估过程.对不同老化状态的定子主绝缘样品进行受潮试验,得到不同状态样品的吸收比和介质损耗频域谱.结合灰色关联法,深入分析测试结果,划分四种绝缘受潮状态和四个特征频段,通过特征频段的介损积分值构建标准状态向量组,...     

基于两步优化的介电谱特征参数辨识方法及其应用

为了能够通过拟合介电谱的方式获得绝缘材料的绝缘状态，在Cole-Cole模型下提出了基于两步优化的绝缘材料介电谱特征参数辨识方法。根据绝缘材料的普适弛豫定律，推导形成了一套较为完整的Cole-Cole模型初值获取方法；采用与拟合误差情况更匹配的目标函数，提出基于全局搜索与局部搜索相结合的两步优化对各特征参数进行优化计算，有效地解决了传统辨识方法容易陷入局部极小点甚至发散的问题。运用3种典型的介电谱特征参数辨识方法和所提方法，对数值产生和实测的介电谱进行计算，验证了所提方法的优越性。实验测量了低密度聚乙烯(LDPE)样本直流加压注入空间电荷后的介电谱，运用所提方法辨识不同去极化时刻LDPE介电谱的特征参数。结果表明：不同去极化时间下，通过所提方法均能较好地逼近实测介电谱，且随着频率的升高，复介电常数的实部、虚部的减小速度存在下降的趋势。     

油纸绝缘老化评估的Davidson-Cole模型参数提取方法

针对目前变压器油纸绝缘老化状态评估中的纸板聚合度测定破坏性取样、介电响应法测量没有定量判据等问题,提出一种基于Davidson-Cole模型的现场绝缘老化状态定量评估方法。首先仿真研究Davidson-Cole模型参数提取方法,借助现场测量的去极化电流数据,计算出油纸绝缘等值电路参数与频域复介电常数,并利用所得数据绘制Davidson-Cole图,采用多变量最小二乘拟合方法得出松弛时间、介电常数变化量等Davidson-Cole模型参量。实验研究了油纸绝缘不同老化程度的Davidson-Cole模型,采用非线性拟合方法对其老化状态进行Davidson-Cole模型参量提取并分析参数变化,研究结果表明,模型参数与老化程度有直接关系,仿真结果与实验结果一致,对变压器油纸绝缘老化状态评估有参考价值。     

受潮对油纸电容式套管频域介电响应的影响

设计制作了10 kV油浸纸套管模型,对该模型进行电势分布仿真,得出电势沿径向路径线性分布的结论。同时,套管模型实际工频电容测量值30.197 pF与理论计算值30.172 pF接近,套管模型基本满足实际需求。测试了不同受潮程度下套管的主绝缘与绝缘油的频域介电响应特性后发现:受潮缺陷会使主绝缘的介质损耗和电容在整个频域(10~(-3)~10~3Hz)内明显增加;受潮后的绝缘油介质损耗在整个频域内明显增加,而电容则在10~(-3)~10~(-1)Hz频段内明显增加,10~(-1)~10~3Hz内基本保持不变。最后选取特征频率点(10~(-3)、10~(-2)、10~(-1)Hz)下的电容值与工频电容值的比值为特征量有效地实现了对套管受潮状态的评估,为频域介电响应技术应用于油纸电容式套管的状态评估提供了理论参考。     

油纸绝缘变压器介质响应极化谱的探索与研究

基于扩展德拜模型,建立油纸绝缘变压器绝缘状态与介质响应等值电路之间的关系,并仿真分析模型(时间常数、支路数)改变引起回复电压特征参数和极化谱的变化规律。仿真分析结果表明,极化谱回复电压峰值与主时间常数可作为变压器绝缘诊断的判据,且时间常数不同的RC支路在回复电压极化谱的对应区段才有所影响。通过研究多台不同绝缘状态的变压器,总结出绝缘老化程度与支路数取值的内在联系,由此获取的等值参数最优,所建立模型与变压器实际状况相吻合,可作为油纸绝缘系统状态准确诊断和研究的基础。     

基于界面电荷极化特性的变压器油纸绝缘寿命预测方法研究

准确预测变压器油纸绝缘寿命对于保障电力系统安全稳定运行具有重要意义。根据微观介电响应机制剖析界面极化与油纸绝缘老化的内在机理联系,并基于混合极化模型——一种在扩展德拜模型基础上引入界面极化支路的等效电路拓扑,探究界面电荷极化特性在油纸绝缘寿命预测中的应用。首先,分析温升过程中频谱特性变化背后蕴含的普适弛豫极化规律,基于混合极化模型重构回复电压极化谱。结合温度对主时间常数和模型参数的影响规律,提出一种单一温度测试下的油纸绝缘活化能计算方法,通过界面极化电容构建出频温平移因子。其次,剖析介质损耗因数随老化加深的变化规律,探究损耗峰偏移现象与界面极化弛豫时间的内在联系,凝练全新表征油纸绝缘聚合度含量的频域特征参量——界面极化支路极点Ph2。最后,联合界面极化支路极点Ph2、频温平移因子和损失累积动力学方程构建油纸绝缘寿命预测模型,并将不同运行年限变压器现场实测数据代入模型验证实效性,为油纸绝缘寿命预测提供了一种新思路。     

基于介电特征参量分析的变频电机匝间绝缘老化特性研究

连续高压双极性脉冲方波电压幅值、频率和工作温度与变频调速牵引电机匝间绝缘的寿命有着密切关系.本文对模拟变频电机匝间绝缘的绞线对试样在不同电压幅值、频率、温度下进行加速老化试验,测试其介质损耗角正切值和试样电容随电压的变化特性.通过介质损耗产生机理分析和方波脉冲作用机理研究,结果表明:老化初期,局部放电起始放电电压随电压升高而升高,基本上不受频率的影响,其与空间电荷积累有关.温度在稍微变化(变大)的情况下对绝缘的影响都是很大的.脉冲方波幅值、频率和外界温度具有协同效应,一种因素的增强和减弱都会改变其他因素对绝缘影响的趋势.