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。     

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。     

不同受潮类型油纸绝缘套管的高压时/频域介电响应特性分析

水分是影响油纸绝缘套管绝缘性能的主要因素之一,对油纸绝缘套管的受潮状态开展诊断分析有重要工程价值。为研究油纸绝缘套管的不同类型受潮状态,本文针对正常套管、芯子受潮套管和绝缘油受潮套管开展了高压时/频域介电响应测试,分析了激励电压对套管的时/频域介电响应测试结果影响,针对不同激励电压对套管的不同受潮状态进行对比研究。研究结果表明,水分作为强极性物质,会引起套管的绝缘电阻下降以及介质损耗的提升,由于绝缘纸与绝缘油的亲水性差异,芯子受潮对套管绝缘性能的影响较绝缘油受潮情况更为显著。随着激励电压提高,套管的极化/去极化电流更大且不易受到噪声干扰,而介质损耗与电容因油纸界面处极化损耗的增大而表现出一定的电压依赖性。研究成果为分析不同受潮类型油纸绝缘套管在高电压下的绝缘特性提供了参考。     

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。     

油纸复合套管受潮状态的频域介电响应分析

油纸电容型套管是大型电力变压器的重要部件,其安全可靠性是电网稳定运行的关键因素。变压器出线套管结构复杂、设计紧凑,在安装设计不当,运行环境恶劣等条件下很容易成为变压器绝缘系统的最薄弱环节。统计表明,25%以上的电力变压器故障是由套管绝缘故障导致的,而套管绝缘受潮导致的事故案例居于套管绝缘故障类型中的前列。因此,对套管绝缘状态的有效评估显得尤为重要。为探究水分对油纸绝缘套管的影响,运用介电响应法,结合在实验中测量得到的单层油纸绝缘的结果,仿真得到简化套管均匀受潮时介电谱。并运用Kramer-Kroning方程将得到的介电谱虚部分解为电导损耗部分和极化损耗部分,观察各个部分随水分变化规律,总结为如下两点：第一是电导损耗分量随水分的增大急剧增大,变化量可以达到好几个数量级,且电导损耗随水分变化其趋势基本不会发生改变;第二,油纸中水分的加入使油纸出现了新的极化过程,在介电谱中0.1~10 Hz出现一个损耗峰,且损耗峰幅值随水分增大而增加。     

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.     

水分对电容式油纸绝缘套管频域介电谱的影响

为研究水分对油浸式套管频域介电谱的影响,首先根据行业规范在实验室内设计并制作了72.5 kV电容型油纸绝缘套管模型,然后对套管模型进行受潮处理,制作了水分含量分别为0.53%、1.78%、2.97%、3.89%、5.03%的试样,测试了不同水分含量的油浸式套管模型的频域介电谱,最后分析并讨论了水分对电容式油纸绝缘套管频域介电谱的影响。结果表明:随着测试电场频率的上升,复介电常数虚部ε″和介质损耗因数tanδ呈现出先下降后升高的变化趋势,不同水分含量的套管模型的测试曲线在频率为10~(-3)~10~1Hz时呈现出的差异更为明显;随着外加电场频率的变化,套管模型的介质损耗因数曲线会在特征频率(f)处产生极值点,当套管模型受潮严重时,极值点现象在测试频率范围内消失;不同水分含量的套管模型介质损耗因数曲线极值点的f与水分含量存在指数函数关系,可用来对套管的水分含量进行有效评估。     

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。     

基于频域介电谱法的变压器油纸绝缘套管受潮状况分析

近年来频域介电谱法(frequency domain spectrum,FDS)作为一种无损检测方法,逐渐被尝试用来检测大型变压器、套管等油纸绝缘设备的绝缘状态。采用该方法对某500 kV变电站主变压器高中压中性点套管及低压故障套管进行了现场离线测量,然后将所测结果与实验室结果进行比对,分析其故障原因,实现了对现场实测数据的定性和定量分析,确认该批次套管存在出厂时套管芯子干燥不充分问题。研究表明,频域介电谱法不仅能够定性地反映套管内部受潮状况和受潮原因,而且还可以对其受潮程度进行定量分析,从而为该方法在实际生产中的进一步应用提供了理论和实践基础。     

老化及受潮下硅油纸和矿物油纸绝缘的频域介电谱特性对比研究

硅油作为矿物油的替代品在变压器、互感器和套管等高压电力设备中获得了比较广泛的应用,然而在硅油纸绝缘电力设备的绝缘状态评估研究方面所积累的经验相对较少。为了评估频域介电谱法用于硅油纸绝缘电力设备绝缘状态评估的有效性,该文对比研究了硅油纸绝缘和矿物油纸绝缘的频域介电谱(frequency domain spectroscopy,FDS)特征参数分别随水分含量和老化程度的变化规律。实验结果表明:水分对硅油纸和矿物油纸绝缘的频域介电谱特征参数的影响规律是一致的,两种油纸绝缘体系的介质损耗角正切值tanδ均随着水分含量的增加而逐渐升高;热老化对矿物油纸绝缘的tanδ和电介质相对介电常数ε_r有明显的影响且影响规律和水分非常相似,但对硅油纸绝缘的tanδ和ε_r的影响非常微弱。因此可以采用频域介电谱方法对硅油纸绝缘的含水量进行定量评估。     

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。     

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。     

基于扩展Debye模型的油纸绝缘套管频域介电谱的温度特性研究

为研究温度对油纸绝缘套管频域介电谱(FDS)的影响特性,按照实际尺寸制作了72.5 kV套管试验模型,对不同温度下油纸绝缘套管FDS进行了测试,根据不同温度下ε′、ε″的测试曲线,分析温度对FDS的影响规律,然后运用扩展Debye等效电路模型拟合不同温度下的FDS测试曲线,提取可用于表征温度特性的特征参数,并建立特征参数与温度的关系。结果表明,ε′和ε″随温度升高都向高频方向移动;拟合提取得到的等效电路模型参数对温度较为敏感,绝缘电阻R_g和最大时间常数分支参数R_1与温度表现出指数函数关系,最小时间常数分支参数R_3与温度表现出幂函数关系,因此可将特征参数的变化规律应用于温度对油纸绝缘套管FDS影响特性的评估。     

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。     

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。     

受潮状态下环氧胶浸纸套管频域介电谱研究

为研究环氧胶浸纸干式套管在受潮状态下的绝缘特性,建立了环氧胶浸纸套管电容芯体绝缘性能测试装置。基于频域介电谱(FDS)方法,测试分析了环氧胶浸纸套管电容芯体在空气中自然受潮、烘干及在绝缘气体微量水分条件下的FDS曲线变化规律,结合工频介质损耗因数和电容量测量结果,提出了环氧胶浸纸套管受潮特征参量及受潮诊断方法。研究结果表明:随着受潮程度的增加,FDS曲线向高频方向移动,且套管在低频段出现tanδ负值及负峰值,严重受潮时套管工频介质损耗因数会明显增大;环氧胶浸纸套管在绝缘气体中的受潮程度远低于空气中受潮,工频下的tanδ和C变化量很小,可通过分析0.1 Hz下的tanδ值及FDS曲线整体变化规律判别套管是否受潮,为环氧胶浸纸套管出厂检测及现场检修提供参考。     

有机酸对油纸绝缘热老化及频域介电谱特性的影响

为研究有机酸对油纸绝缘热老化及频域介电谱(FDS)的影响,在绝缘油中分别添加甲酸和硬脂酸至油中酸值均达到0.3×10-3(即中和1 g该绝缘油需0.3 mg KOH),再将初始水分质量分数σmc分别为0.2%和3.0%的绝缘纸置于不同的绝缘油试品中,测试不同温度下有机酸在油和纸之间的分布特性(采用酸的扩散特性和溶解特性来表征)。当有机酸达到稳态后,分别在20℃和70℃下对不同试品进行FDS测试,分析试品复介电常数实部ε'和虚部ε'的变化规律;再分别在70℃和100℃下对试品进行加速热老化试验,分析老化过程中的绝缘纸聚合度的变化趋势和老化机理。结果表明,甲酸易溶于绝缘纸,硬脂酸易溶于绝缘油。温度和σmc对酸在油纸绝缘中溶解特性的影响很小,但温度的升高会加速酸的扩散。甲酸对绝缘纸的老化具有显著影响,而硬脂酸基本无影响。低温时,甲酸对ε'和ε'均具有显著影响,而硬脂酸只对干燥绝缘纸的ε'具有显著影响;高温时,甲酸和硬脂酸分别对ε'和ε'的影响较大。因此利用FDS法评估油纸绝缘中的σmc时,需充分考虑有机酸的影响。