温度对变压器用油纸绝缘老化的频域介质响应的试验研究

变压器是电网安全运行中最关键的设备之一,由内绝缘(油纸绝缘)问题引发的变压器故障占变压器事故重要部分。目前用于诊断变压器油纸绝缘状态的方法尚存在各自的不足之处,故研究通过无损的诊断方法获取表征油纸绝缘老化状态的特征量,为评估变压器油纸绝缘老化状态提供准确且有价值的参考,无疑具有重要意义。基于频域介质响应的频域谱法是一种诊断电力变压器绝缘老化状态的非破坏性方法,笔者首先通过模拟变压器实际生产流程,制作变压器油纸绝缘试品,并对油纸绝缘试品进行加速热老化试验,得到不同老化程度的油纸绝缘试品。通过频域谱测试并分析了温度对油纸绝缘试品的频域介电特征量变化规律,运用电介质极化理论对测试结果进行了分析,为频域谱技术用于实际变压器油纸绝缘老化状态的无损诊断提供技术积累。结果表明:测量温度对频域谱诊断油纸绝缘老化状态影响显著,采用频温平移因子可以将任意测量温度下的频域谱曲线归算到同一参考温度,解决了测量温度对FDS测试结果的影响。初步研究结果表明,经过频温修正后的FDS能用于不同温度下的变压器油纸绝缘老化的评估。     

换油条件下变压器油纸绝缘老化寿命评估研究

绝缘油作为变压器油纸绝缘的重要组成部分,其绝缘性能对油纸绝缘有重要影响,变压器通过定期换油清除油中杂质以提高其绝缘性能。为探索换油周期对变压器热老化寿命变化规律的影响,对不同换油周期的变压器油纸绝缘XY模型进行130℃下加速热老化试验,并在第15 d、30 d、45 d、60 d时进行换油前后模型变温介电谱测试、绝缘纸板聚合度测试、绝缘油酸值测试等试验。通过对换油后0.01～100Hz频率段变温介质损耗曲线的绝缘油活化能与绝缘纸板活化能关系进行分析,提出了一种基于换油后中频段介电谱绝缘纸板活化能计算方法。通过上述计算方法构建老化平移因子,然后结合老化平移因子与二阶动力学模型构建不同换油周期、不同温度下的油纸绝缘结构寿命预测关系式。结果表明:随着换油周期的缩短,油纸绝缘寿命逐渐增加;根据提出的方法得到的油纸绝缘寿命预测结果与实际情况相符,验证了方法的有效性。     

基于扩展Debye模型仿真的回复电压特征量分析

回复电压测量方法(return voltage measurement,RVM)能有效检测变压器固体绝缘的含水量,然而对于含有局部峰值点的回复电压极化谱难以给出明确的诊断结论。文中在扩展Debye模型基础上,仿真分析了模型参数变化对极化谱和主时间常数CTC、回复电压峰值最大值Urmax的影响规律,并提出将扩展Debye模型不同时间常数支路数作为新的特征量,最后验证了该特征量的可行性。仿真和试验结果表明:RVM极化谱前、中、尾3部分分别对应着油纸绝缘变压器油中偶极子转向极化、油纸界面极化和绝缘纸内偶极子转向极化、纸内界面极化;油纸绝缘老化会使扩展Debye模型各支路极化电阻减小,极化电容增大,时间常数减小;当变压器油老化严重时,极化谱有可能出现局部峰值;扩展Debye模型各时间常数支路数可作为新的RVM特征量,各时间常数支路数的变化也可使极化谱产生局部峰值,现场试验也验证了新特征量的有效性。     

基于极化–去极化电流法的变压器油纸绝缘低频介质损耗特性分析

目前极化-去极化电流(polarization and depolarization current,PDC)法被用来替代频域介电谱(frequency domain spectroscopy, FDS)法获取变压器油纸绝缘在低频下的诊断信息,以实现有效的频域诊断并节省测试时间。为了研究基于PDC法对油纸绝缘的频域诊断,制作了不同热老化程度和不同含水量的油纸绝缘模型,并基于PDC的时频变换分析了其低频损耗特性。油纸绝缘的低频介质损耗因数被分为电导损耗因数(tanδ_(conductance))和总极化损耗因数(tanδ_(total-pol))两部分,其中总极化损耗因数包括偶极子极化损耗因数(tanδ_(dipole-pol))和界面极化损耗因数(tanδ_(interface-pol))。结果表明:随着热老化时间的增加,油纸绝缘模型的tanδ_(conductance)曲线和tanδ_(total-pol)曲线均有所上移;而随着含水量的增加,油纸绝缘模型的tanδ_(conductance)曲线大幅上移,tanδ_(total-pol)也有所增加且tanδ_(interface-pol)增加相比于tanδ_(dipole-pol)增加更为明显。这说明热老化同时影响了油纸绝缘的电导损耗和极化损耗;而水分则大幅增强油纸绝缘的电导损耗并使得界面极化损耗也有所增加。最后,通过对比实际变压器低频损耗的分析结果和预防性试验结果证明了利用PDC对油纸绝缘低频损耗特性进行分析的有效性。     

基于热刺激电流的老化油纸绝缘极化特性研究

变压器油纸绝缘在长期服役过程中,受温度、电场、与机械应力的作用会发生老化,改变其极化特性并影响其绝缘寿命。首先对0~1000h老化(140℃)的油纸绝缘试样进行热刺激电流测试(thermally stimulated current,TSC),并利用全曲线法获得了各TSC峰的特征参数。其后结合TSC特征参数及微水与酸值测试结果,分析老化对油纸绝缘极化特性的影响。发现老化产物中的水、有机酸和杂质分子会导致油纸绝缘偶极子极化强度上升;纤维素的劣化会导致油纸绝缘界面极化效应增强;老化产物中的水和有机酸会引入大量载流子,降低电导势垒,增大油纸绝缘的电导。该文可深化对油纸绝缘极化特性和其相应机理的理解,并对电力变压器绝缘设计提供参考。     

混联等效电路在油纸绝缘老化诊断的应用

针对常规电路在油纸绝缘老化诊断中的局限性,提出应用混联等效电路来表征油纸绝缘介质极化响应特性,并将其用于油纸绝缘变压器老化诊断的分析中。该电路在扩展德拜模型的基础上加入混联支路来表征复杂的界面反应,由此提出混联电路参数辨识的数学模型,最后结合回复电压测试仪RVM5461测量得到的数据进行混联电路的有效性分析和混联支路数的探讨。研究结果表明,混联电路更能真实反映极化谱特性,其吻合度高于扩展徳拜模型,且当油纸绝缘变压器老化或受潮越严重时,混联支路数有增多的趋势。因此,论文提出的油纸绝缘混联等效电路模型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,具有一定的参考价值。     

变压器油纸绝缘频域介电谱特性的仿真与实验研究

变压器油纸绝缘是一种复合电介质,油纸绝缘的老化会引起油纸绝缘体系介电特性的变化。为研究油纸绝缘频域介电谱特性参数与油纸绝缘复合电介质极化过程的关系,以及更好地将频域介电谱技术用于变压器老化状态无损诊断,通过变压器油纸绝缘扩展Debye等效电路模型仿真了绝缘电阻、几何电容以及时间常数分支电路参数的变化对油纸绝缘系统复电容频域介电谱的影响规律,通过频域介电谱实验研究了油纸绝缘系统的复相对介电常数、复电容、介损等参数与油纸绝缘状态和测试温度的关系,并根据电介质极化理论深入分析了油纸绝缘极化参数随频率和温度变化的规律。结果表明,频域介电谱法既可准确评估绝缘纸含水量和油纸绝缘试品老化程度,又能反映油纸绝缘试品的介电性能;用频域介电谱法评估油纸绝缘状态要保证测试温度的同一性。     

油纸绝缘变压器新型混合极化电路模型及其参数计算

油纸绝缘系统的老化将产生大量的老化产物,油纸绝缘系统的介质响应变得更加复杂,此时,采用被广泛认同的扩展德拜等效模型不能真实反映油纸绝缘系统的弛豫过程。因此,综合现有等效电路模型的优点,在扩展德拜等效电路模型上引入能够真实反映界面极化特性的等效电路,提出一种能更加贴合油纸绝缘系统实际弛豫过程的混合极化电路模型,然后,给出混合极化电路模型的参数辨识方法,并通过吻合度法确定极化等效支路数。最后,通过实例分析和对比,证实混合极化电路模型的正确性及相比于扩展德拜等效电路模型具有更高的精度,且能够更加真实地反映油纸绝缘系统的弛豫过程。     

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。     

基于等效电路参数特征量的油纸绝缘老化状态评估

针对油纸绝缘等效电路参数与绝缘老化机理内在关系的研究较少,通过对变压器油纸绝缘等效电路参数与老化状态之间的关系进行分析,提出了利用等效电路中极化支路的平均弛豫时间常数作为评估变压器油纸绝缘老化状态的特征量,该参数受绝缘系统几何结构影响较小。通过大量数据分析获得利用平均弛豫时间常数与油纸绝缘老化之间的规律:油纸绝缘老化越严重,则平均弛豫时间常数越小。最后利用变压器实例验证了该特征量评估绝缘老化状态的有效性,为评估变压器绝缘状态提供新的思路与方法。     

Research on Life Prediction of Oil-Paper Insulation Based on Dielectric Response

Abstract

The power transformer is an important part of the power grid. The aging of oil-paper insulation is affected by many factors such as temperature and moisture. In order to accurately evaluate the service life of transformer and ensure the stable operation in power system, a method for predicting the lifetime of oil-immersed pressboard under different temperatures and moisture content was proposed. This method is mainly realized by the chemical reaction kinetic equations and transformation factor. Firstly, the effect of temperature and moisture content on the frequency dielectric response of oil-paper insulation was studied by frequency domain dielectric spectroscopy method. The results show that the dielectric loss of oil-immersed pressboard increases with the increase of moisture content and temperature. The activation energy of oil-immersed pressboard also increases exponentially with the increase of moisture content. Then, we analyzed the trend of polymerization degree of insulation pressboard in aging process and calculated the insulation life and the remain lifetime by combining the cellulose degradation kinetic models and translation factor. When the moisture content of the oil-immersed at 70?°C, the life expectancy of oil-paper insulation is about 19.26?years.     

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。     

基于介电响应的油纸绝缘寿命预测方法

油纸绝缘是油浸式电力变压器的重要组成部分,其绝缘寿命受热老化因素影响很大.因此,针对不同温度、不同含水率下的油浸纸板的寿命预测问题进行分析,提出一种应用平移因子和纤维素反应二阶动力学方程预测不同温度、不同含水率下的油浸纸板寿命的方法.首先,针对不同含水率的油浸纸板进行变温介电谱测试和130℃条件下的加速老化试验;其次,...     

基于频域介电谱的油纸绝缘套管局部受潮诊断研究

套管受潮初期多为局部受潮,因此局部受潮的有效诊断可避免套管受潮过程的进一步发展。文中采用频域介电谱(FDS)对套管局部受潮诊断方法进行研究。首先制备梯度含水量油纸绝缘样品,组合形成局部受潮等效试样,并获得其FDS特性。结果表明,局部受潮会形成不同含水量油纸绝缘界面,在FDS曲线中产生界面松弛极化损耗峰,径向局部受潮程度越大,损耗峰幅值越大,并向高频方向移动,因此基于界面松弛极化损耗峰特性可对套管局部受潮进行诊断。利用变压器套管仿真模型验证了文中所提方法的有效性,为变压器套管早期故障预警与诊断提供了新方法。     

油纸绝缘电-热联合老化寿命模型的比较与分析

绝缘材料的寿命模型一直是国内外学者研究热点之一.本文对油纸绝缘进行电热联合加速老化,利用Weibull分布对多次试验得到的击穿寿命进行统计分析,求出平均寿命.并对国际上几种主要电-热联合老化寿命模型进行多元回归分析,估计出各模型的参数,计算理论预测寿命.最后比较各模型的理论预测寿命与用Weibull分布求出的平均寿命的误差,深入分析各数学模型产生不同误差的原因,得出FALLOU寿命模型是最适合本文所述油纸绝缘分析的寿命模型.     

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。     

油浸式电力变压器老化状态评估方法

介绍油浸式电力变压器油纸绝缘系统的介电响应模型,分析回复电压法、极化/去极化电流法、频域谱测量法3种非破坏性变压器老化状态的评估方法,为油浸式电力变压器老化状态评估工作提供参考.