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。     

基于Debye模型分析变压器油纸绝缘频域介电谱特性研究

变压器的油纸绝缘系统可等效为Debye电路模型来模拟其复杂极化过程。基于Debye模型等值电路参数与油纸绝缘的频域介电特征量的关系式,利用测量的频域介电特征量建立辨识Debye等值电路参数的优化模型,通过粒子群优化算法辨识出Debye电路模型中的参数值。利用辨识出的电路参数值计算油纸绝缘系统的介质损耗值,并与测量值比较,其绝对误差在8%以内。研究结果表明,提出的辨识电路参数的方法能有效用于分析油纸绝缘的极化特性,为利用频域介电谱诊断变压器油纸绝缘状态提供新的研究思路。     

变压器油纸绝缘频域介电谱的虚部分析

频域介电谱(FDS)绝缘诊断方法由于具有无损测试、包含绝缘信息丰富等特点被广泛应用在现场测试。但FDS测量结果易受到多种因素影响,如杂质离子含量、温度变化、变压器结构等。而当前研究中,水分含量、杂质离子浓度对油纸绝缘的介电特性影响机理的解释并不完善,因此需要更加合理的介电响应特性仿真和实验分析。本文首先依据实际变压器的测试结果得到扩展Debye模型的参数,并借助Matlab仿真分析扩展Debye模型中纸(板)的绝缘参数的变化对FDS曲线的影响。仿真和实验表明,FDS电导过程的变化规律受杂质离子影响规律明显与水分不同,杂质离子主要影响复电容虚部的低频段。     

变压器油纸绝缘套管受潮缺陷频域介电谱特征

已有研究表明,频域介电谱(FDS)对油纸绝缘受潮缺陷的检测比较灵敏。为了研究变压器油纸绝缘套管受潮缺陷的FDS特征,测试了受潮后套管模型不同静置时间下的介损电压特性和0.001 Hz～1 k Hz的介损频率特性。结果表明:在受潮初期,相同试验电压下介损随时间的变化呈现微弱增长趋势,但并不明显,相同时间下,介损随试验电压升高有所增长;在受潮中期,介损随时间的变化呈现明显增长趋势,并在120 h时介损达到峰值;在受潮末期,介损随着时间的增加呈现下降趋势,整个过程介损增量未超过规程规定值,可考虑降低规程规定值。在FDS的低频段0.001～0.01 Hz区间范围内可明显区分受潮套管和不受潮套管,1 m Hz介损特征尤其明显。因此建议套管出厂及运行增加FDS低频段测试,利用FDS低频段特征进行套管绝缘诊断。     

油纸绝缘介电响应函数模型参数与频域介电谱相关性仿真研究

本文中作者利用有限元仿真研究了油浸纸板电介质响应函数模型参数与油纸绝缘频域介电谱的相互关系,给出了研究结果并对其进行了分析。     

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影响因素研究

作为一种新型的、非破坏性的试验方法,频域介电谱技术正广泛应用于油纸绝缘型绝缘诊断和评估。但在现场测试时发现,这种方法易受温度、空间电场等干扰因素的影响,从而给设备的绝缘诊断带来困难。为了提高频域介电谱用于油纸绝缘诊断的可靠性和准确性,笔者基于变压器等效XY模型在实验室内制备了典型的油纸绝缘试品,并在控制温度和试品状态的情况下,研究了温度、接线方式和绝缘结构对频域谱的影响规律。结果表明,3因素都对频域谱有特征性的影响,在实际测试中可通过温度校正、合理接线等方式排除这些因素的影响。     

变压器油纸绝缘系统频域介电特性的影响因素研究

为准确检测变压器油纸绝缘系统的健康状态,利用试验方法分别测试了水分、热老化和温度三种因素对频域介电谱(FDS)的影响。在实验室内完成试品的制备和试验平台的搭建,通过绝缘诊断仪IDAX300分别对制备好的水分和老化试品在特定温度下进行FDS测试,并得到相应的试验数据和图像。试验研究表明:在全频域10~(-4)~10~3Hz内水分、热老化、温度对FDS有着不同的影响规律,且在频域10~(-4)~10~(-2)Hz内随着水分含量、热老化时间、温度的增大介质损耗tanδ也逐渐增大,该方法为准确检测变压器的健康状态提供了理论依据。     

不均匀受潮油纸绝缘套管频域介电谱仿真研究

电容型高压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。套管在生产和运行过程中,可能因干燥、浸渍不充分或外部水分入侵而导致受潮,对其绝缘的可靠性带来威胁。由于套管电容芯子绝缘结构的特殊性,水分在其中通常是非均匀分布的,尤其是在外界水分侵入的情况下。本文建立了油纸绝缘双单元叠层和110kV电容型套管数值仿真模型,对其在不均匀受潮状态下的频域介电谱特性进行仿真研究。结果表明：不均匀受潮时,tanδ-f曲线呈现出明显的介质损耗峰,水分分布不均匀程度增大,损耗峰对应的频率随之增大;频域介电谱对套管厚度和末屏局部的含水量变化表现敏感,而基本不受套管轴向不均匀受潮的影响。     

油纸绝缘加速热老化的频域介电谱特性

为研究变压器油纸绝缘不同老化状态及温度对其频域介电谱(frequency domain spectroscopy,FDS)测量结果的影响,对变压器油浸绝缘纸板试品进行加速热老化试验:测量同一试品不同老化阶段10?3~103 Hz范围的FDS,并对某一老化状态试品在不同温度下进行FDS测量,分析试品的tanδ、复电容实部C′和虚部C″及微水含量随老化时间和测量时温度的变化。结果表明:随着热老化时间的延长和测量时温度的升高,试品在较低频率下的tanδ和C″逐渐变大,而较高频率下变化不明显,C′急剧变化的频率区域向高频方向移动;根据FDS测量结果得到的纸板微水含量在老化阶段前期随着老化时间延长明显变大,后期则相对稳定;评估得出的纸板微水含量受温度影响十分明显,温度较高时得到的微水含量明显偏高。     

油老化对变压器油纸绝缘频域介电谱的影响

为研究变压器油老化对油纸绝缘频域介电谱的影响,以便准确地评估变压器油纸绝缘老化状态,对变压器油进行加速热老化,获得3组不同老化程度的变压器油试样。采用3组油样分别对新绝缘纸进行充分浸渍,得到3组油老化程度不同的油浸纸试样。对每组试样进行频域介电特性测量,获得油浸纸试样介电参数的频域介电谱,研究油老化对变压器油纸绝缘频域介电特性的影响。结果表明:油老化严重时,油纸绝缘的复电容实部(C′)增大,虚部(C″)和介质损耗因数(tanδ)在较低频率范围受变压器油老化的影响显著,且随着油老化的加重而增大,而在较高频率范围的影响较小。     

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。     

油纸绝缘频域介电谱特性与聚合度的关联影响规律研究

为研究绝缘纸聚合度与油纸绝缘频域介电谱特性间的关联影响规律,搭建了油纸绝缘频域介电响应测试平台,测试了新绝缘油、低含酸量绝缘油、高含酸量绝缘油、一定老化程度绝缘油分别与不同聚合度绝缘纸所组成的油纸绝缘的复介电常数以及新绝缘油分别与低含水量、高含水量绝缘纸组成的油纸绝缘的复介电常数,并对测试结果进行了对比分析。分析结果表明:绝缘纸聚合度通过影响水分和酸在油纸间的分布情况而对油纸绝缘复介电常数产生关联性影响。利用频域介电谱法诊断油纸绝缘中水分或小分子酸含量时,应考虑聚合度影响两者在油纸间的分布情况后对油纸绝缘频域介电谱特性产生的关联性影响。     

变压器油纸绝缘老化介电谱特性及特征量研究

为了研究系统的老化状态和水分含量对油纸绝缘介电响应特性的影响,测量了在相同试验条件下,经过相同处理油浸纸板试样的去极化电流、频域介电谱以及含水率,获得时频域的介电响应特性曲线,利用最小二乘法、扩展Debye模型对去极化电流曲线进行拟合,分析拟合结果,得到热老化对松弛时间较长的扩展Debye支路影响较为明显;利用Davidson-Cole模型对不同老化程度及不同含水率试样的频域介电谱实测曲线进行拟合,并提取介电特性相关参数,得到松弛时间随老化程度加深和含水率的增大均呈减小趋势,此变化规律可用于对变压器油纸绝缘老化状态和含水率的评估。     

变压器油纸绝缘状态的频域介电谱特征参量及评估方法

为了区分水分和老化产物对油纸绝缘频域介电特性的影响,进一步将频域介电谱测试方法更好地应用于评估变压器主绝缘的老化状态,本文在实验室中获得了不同水分含量及老化程度油纸绝缘试品的频域介电谱特性曲线,通过分析其变化规律,提出一种采用不同测试频率点对应介质损耗正切tan?为特征参量,以区分水分和老化状态影响的评估方法,并初步给出了各参量与水分含量和老化状态的定量拟合公式。结果表明,tan?在10?3~102Hz范围内随油纸绝缘水分含量增加而增大,而老化程度增加仅影响其在10?3~10?1Hz范围内的值;不同频率点对应的tan?值与水分含量和绝缘纸聚合度的拟合曲线呈现指数函数关系。应用该研究方法对一台现场运行的电力变压器主绝缘绝缘纸的水分含量和聚合度值进行评估,初步验证了该方法的有效性。     

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.     

不同受潮类型下油纸绝缘套管的频域介电谱特性

电容型高压套管作为典型的油纸绝缘设备之一,是电力变压器不可或缺的外部连接组件。为了评估频域介电谱法用于油纸绝缘套管含水量状态的有效性,研究了实验室油纸绝缘等效模型和现场套管的频域介电谱(frequency domain spectroscopy,FDS)特征在不同受潮程度和受潮类型时的变化规律。同时,结合界面极化数值模型分析结果,针对不均匀受潮样品和现场套管进行数值分析。结果表明:水分会影响频域介电谱(frequency domain spectroscopy,FDS)特性曲线整个频段。水分分布不均匀时,水分含量高的部分对油纸绝缘整体FDS特性曲线影响较大。不均匀程度越大,曲线波动越大,且具有典型的界面极化特征。因此,可采用频域介电谱方法对油纸绝缘套管的含水量进行评估,同时也能针对性地评估水分分布不均匀的影响。     

铜类产物对油纸绝缘频域介电谱特性的影响

油浸式电力变压器内部的铜部件易受变压器油老化产生的杂质(酸、硫等物质)的腐蚀而引起变压器故障,为寻求有效监测铜类产物质量分数的途径,对变压器油纸绝缘进行了加速热老化实验,采用两组不同的试样,对铜类产物质量分数不同时变压器油纸绝缘体系的频域介电谱进行了比较分析,结果表明:铜类产物的存在对油纸绝缘复介电常数实部的影响较小,而对复介电常数虚部和介质损耗的影响较大,这种影响在中频段(100~104Hz)最为显著;铜类产物的存在对油纸绝缘体系中的弛豫机制产生了影响,强化的界面极化和离子极化导致了中频段弛豫中心的分开,采用两种不同的弛豫模型对变化前后的频域介电谱曲线进行拟合,拟合结果显示新的弛豫模型有效。     

变压器油纸绝缘频域介电响应非线性特性研究EI北大核心CSCD

频域介电响应(frequency domain dielectric response,FDS)技术作为变压器油纸绝缘无损评估的重要手段,而油纸绝缘介电性能非线性变化将影响评估的准确性,因此需要开展油纸绝缘FDS非线性变化规律的研究。该文在实验室条件下制备了多组不同老化程度、不同含水率的油纸绝缘试样,开展不同温度下油纸绝缘非线性FDS测试。研究发现,测试温度较低、油纸绝缘水分含量较小时,油纸绝缘低频介电响应与电压呈负相关,且随着测试温度的升高,非线性变化区域向高频且损耗因数增大的方向移动,FDS变化规律与测试激励幅值的关系减弱;当测试温度较高、油纸绝缘水分含量较大时,油纸绝缘低频介电响应出现与电压呈正相关的非线性变化规律;同时,根据频温平移计算发现,油纸绝缘的弛豫活化能与交流电导活化能均与其内部水分含量存在线性变化关系,而测试激励幅值对交流电导活化能的影响更为显著。为了消除测试温度对交流电导率的影响,该文建立电导率修正函数,实现了高温、高含水率下油纸绝缘低频交流电导率曲线的平移修正;最后,结合所构建的水分基团迁移率计算模型,定量计算水分含量对老化油纸绝缘频域介电响应非线性变化的影响,其规律与实验结果一致。     

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。