变压器油纸绝缘老化状态的分析方法

油纸绝缘老化与充油电气设备绝缘寿命具有紧密联系。文章介绍了采用新的油纸绝缘缺陷模型模拟变压器匝间绝缘缺陷,通过电热老化试验,采集油纸绝缘老化过程中缺陷模型的局部放电信号及绝缘纸样本聚合度、油中水分含量。提取了27个局部放电的统计算子用于油纸绝缘老化状态的识别,采用模糊C-均值聚类算法对统计向量进行聚类分析,并与样本聚合度及油中水分含量相比较。结果表明模糊c-均值聚类算法对油纸绝缘老化状态的判别结果可以为绝缘状态诊断提供具有重要参考价值的信息。     

油纸绝缘电热老化的聚类判别算法

油纸绝缘老化诊断是保障充油电力设备安全运行的重要手段之一。为研究采用局部放电参数进行油纸绝缘老化诊断的新方法,设计了新的油纸绝缘缺陷模型模拟变压器匝间绝缘缺陷,通过电热联合老化试验,采集老化过程中缺陷模型的局部放电信号及绝缘纸样本聚合度。采用因子分析方法,从传统的27个局部放电统计算子中提取一组新的9个局部放电主成分因子向量,组成统计矩阵进行聚类及老化状态的判别。采用c-均值聚类算法和模糊c-均值聚类算法分别对两种向量进行聚类分析,聚类结果表明,基于局部放电统计算子和其主成分因子,采用模糊c-均值聚类算法对油纸绝缘老化状态识别,都可获得稳定的识别结果,正确识别率均>70%,优于c-均值聚类算法。     

基于模糊聚类算法的油纸绝缘缺陷识别

采用典型模糊聚类算法(FCM)对电力变压器油纸绝缘缺陷进行诊断,研究不同绝缘缺陷的局部放电超高频信号特征识别问题。根据变压器内部绝缘缺陷特征,文章构建典型油纸绝缘缺陷模型,通过提取局部放电超高频信号特征量,构建综合识别矩阵,对缺陷进行识别。采用模糊C-均值聚类算法分别对信号小波去噪前后两种综合特征矩阵进行聚类分析及识别。对比结果表明,小波包多尺度超高频网格维数和能量参数能有效区分4种绝缘缺陷;小波去噪方法提高了正确识别率、最小识别率、识别稳定性、算法稳定性和收敛性。验证了模糊C-均值算法对油纸绝缘缺陷识别的适用性。     

油纸绝缘老化状态判别的局部放电特征量

采用多元统计分析方法对传统的局部放电统计特征算子进行了因子分析,从24个统计算子中提取出8个公共因子作为局部放电新特征因子,从而实现数据压缩的目的。提取的新特征因子之间不仅携带了原始统计算子的大部分方差信息,而且彼此独立,具备各自的物理意义。对油纸绝缘扁平气隙模型开展了电-热加速老化试验,并采集不同老化阶段试品的局部放电信号样本,采用新特征因子进行了已知老化状态样本的聚类和线性判别函数构造,进而对未知样本的绝缘老化状态进行判别。该方法基于实验室数据的分析得到了令人满意的结果,并为变压器油纸绝缘老化状态的诊断提供了一种可行的方案。     

矿山电力变压器油纸绝缘老化的微观结构及放电特性研究*

文章对比分析了实际寿命周期中矿山电力变压器(矿山变)与普通电力变压器(普通变)油纸绝缘老化的微观结构及放电性能。利用粘度测试仪、光学显微镜及扫描电镜等现代测试手段,并根据放电相位分布(phase-resolved partial discharge,PRPD)模式,分析了油纸的聚合度、表面形态及微观形貌,以及放电起始电压、放电量及放电次数等。结果表明：温度、水分和生成物的协同作用导致了老化过程中油纸微观结构缺陷形成并进而引发电树枝,绝缘缺陷的分散性导致了放电相位分布中的“波浪”特征;运行过程中,矿山变油纸老化更加严重,局部放电现象更加激烈;矿区运行环境是造成矿山变油纸老化更严重的主要原因,矿山变油纸微观结构变化更加明显是导致其放电特征变化更加显著的直接原因;对矿山变绝缘状态的监测须从严执行电力标准,局部放电能更有效进行矿山变绝缘状态诊断。     

交流电压下油纸绝缘针板放电特性

为探究油纸绝缘针板放电发展过程和老化对放电特性的影响,在实验室条件下,通过油纸绝缘130℃加速热老化试验,以绝缘纸板聚合度为表征老化程度的特征参量,得到了不同老化阶段的油纸绝缘样品。基于脉冲电流法,测量了交流电压下不同老化状态油纸绝缘针板模型局部放电信号,分析了从起始至预击穿过程中局部放电相位分布模式的幅值分布H(q,φ)谱图,并讨论了油纸绝缘老化对局部放电H(q,φ)谱图、放电量、放电次数和统计参数的影响。研究结果表明:针板电极局部放电H(q,φ)谱图中放电分布在正、负峰值附近,工频正半周的脉冲幅值、个数均分别大于负半周,且正半周的H(q,φ)谱图放电随电压升高呈现"倒V型";平均放电量-相位分布Hqave(φ)正半周的偏斜度Sk+随电压的升高呈下降趋势,且在油纸绝缘样品达到预击穿阶段Sk+变为负值,因此Sk+可用于评估油纸绝缘针板电极模型下的缺陷发展状态;随着油纸绝缘的老化,导致油中老化产物增多,进一步畸变了场强,老化后的油纸绝缘样品正半周局部放电次数明显增多,平均放电量、最大视在放电量增大。     

采用双向改进模糊2DLDA算法提升多因素影响的局部放电识别可靠性

缺陷尺寸、施加电压、绝缘老化等多因素会引起局部放电特征的分散、交叉,并对变压器局部放电的识别可靠性产生较大影响.为了解决上述问题,本文提出了一种双向改进模糊2DLDA(TD-MF2DLDA)算法,提取局部放电(PD)灰度图像特征以提升局部放电的识别可靠性.首先,提出了一种改进模糊2DLDA(MF2DLDA)算法,并引入双向压缩策略,构建了局部放电灰度图像压缩的TD-MF2DLDA算法.最后,采用模糊C均值聚类算法对TD-MF2DLDA特征和其他特征进行了对比分析.对实验室局部放电样本的识别结果表明,当存在绝缘老化等多因素影响时,TD-MF2DLDA算法可以取得92.84％的聚类正确率,较NMF-PCA特征和传统局部放电PRPD特征的77.80％和71.12％具有明显的提高,能够有效避免缺陷尺寸、施加电压、绝缘老化等因素导致的局部放电特征分散、相互交叉等问题,提高了局部放电识别的可靠性.同时,FCM聚类指标XBI表明TD-MF2DLDA特征较NMF-PCA特征和PRPD特征具有更好的类内紧凑性和类间可分性,更适合现场应用.     

纤维素老化对油纸绝缘水分扩散特性的影响机制

大量变压器进入运行的中后期,绝缘纸老化会对油纸绝缘水分平衡产生影响。试验测试了绝缘纸在空气中、油纸绝缘体系中的水分平衡过程。实验结果表明,相同空气湿度下,绝缘纸聚合度越低,其吸附的水分含量越高;油纸绝缘中,绝缘油中水分含量相同时,绝缘纸聚合度越低,水分向绝缘纸中迁移速率越快,其稳态水分含量越低。绝缘纸老化所发生纤维素微观特性的变化表明空气中老化绝缘纸无定形区增大,聚合度降低,附着在绝缘纸孔隙中的亲水性杂质导致其吸水性增加;油纸绝缘中,老化绝缘纸的无定形区孔隙、纤维素内的孔隙由于绝缘油分子的进入导致间接吸附水的减少,亲水性杂质溶解于油中,比表面积的下降导致亲水基团的减少使得吸附水分的含量降低。最后,将文中实验所得曲线与类Oommen曲线类比,聚合度对油纸绝缘水分平衡的影响可以认为在横坐标方向对类Oommen曲线的平移。     

基于隐马尔科夫模型的牵引变压器油纸绝缘剩余寿命预测

为考虑动车组车载牵引变压器油纸绝缘老化状态对剩余寿命的影响,本文采用油中溶解气体含量作为反映油纸绝缘老化的特征参量,由于油纸绝缘老化过程中具有动态特性,依据油纸绝缘老化状态与特征参量之间对应的隐藏状态与观测状态建立隐马尔科夫模型。首先通过贝叶斯信息准则确定隐藏状态数目,利用k-Means算法对观测序列进行聚类处理。在此基础上,利用Viterbi算法对观测序列进行状态识别进而确定油纸绝缘老化状态,最后结合比例风险模型确定可靠度函数。通过CRH2型动车组车载牵引变压器油中溶解气体在线监测数据验证模型的准确性,最终得到油纸绝缘的剩余寿命与实际寿命基本相符,从而可为后续制定牵引变压器维修策略提供理论参考。     

水分和氧气对油纸绝缘老化的影响

为探究水分和氧气对油纸绝缘老化过程的影响机理,通过设计不同水分和氧气含量的矿物油纸绝缘在不同温度下的加速热老化试验,测量其绝缘纸聚合度和油中糠醛浓度,并验证了水分、氧气影响因素条件下聚合度变化对二阶动力学模型参数的影响。结果表明:水分和氧气对油纸绝缘加速老化作用明显;水分含量较低时,水分和氧气有相互抑制作用,油中氧气会阻止水分和纤维素相互作用,并且随着氧气含量的增加其作用越来越明显,从而降低绝缘纸的老化速率;水分和氧气含量及绝缘纸类型会影响老化过程中糠醛的变化趋势。     

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.     

植物油-纸绝缘的电老化寿命试验研究

植物绝缘油具有高燃点和高闪点，几乎可完全生物降解以及良好的电气性能，是目前国际上重点研究的环保型液体绝缘材料。油纸绝缘结构因其稳定的性能而在电力设备中得到广泛的应用，因此评估植物油-纸绝缘的寿命具有重要意义。采用逐步升压法对植物油-纸绝缘模型进行加速电老化试验，利用双参数Weibull分布对试验数据作统计分析，反幂函数和指数函数拟合试验数据并求得电压耐受系数；同时进行矿物油-纸绝缘模型的加速电老化寿命试验，对比分析了2种油纸绝缘的加速老化性能。试验结果表明，由于植物绝缘油的介电常数比矿物绝缘油的高，使植物油-纸绝缘结构的电场分布比矿物油-纸绝缘结构的均匀，因此植物油-纸绝缘的电老化性能优于矿物油-纸绝缘。     

油纸绝缘介质的空间电荷积聚与消散特性

油纸材料的绝缘问题在换流变压器、直流套管、直流电缆等高压大型直流设备大量应用的情况下显得十分突出。为探讨高压直流设备绝缘的最主要问题—空间电荷效应,应用电声脉冲法(PEA)对油纸绝缘材料的空间电荷特性进行了研究。有关外加场强对油纸材料中空间电荷积聚情况的影响和在较高场强下油纸材料的击穿破坏与空间电荷关系的研究结果表明:①低场强下油纸材料中空间电荷以电离产生为主;而在较高场强下,先后在阴极和阳极产生了同极性载流子注入。②相对于聚乙烯而言,由于油纸材料的电导率较大,材料内的空间电荷在外加电场撤去后很快消散。③空间电荷的注入和运动会导致油纸材料的劣化和破坏。油纸材料中的空间电荷快速消散现象有利于直流设备在极性反转条件下的运行,为阐释油纸绝缘良好的长期性能提供了有重要意义的试验依据。     

Infrared detection of transformer insulation degradation due toaccelerated thermal aging

Regular monitoring of the paper insulation of electrical windings is necessary to ensure safe and reliable operation of oil-paper insulated electrical transformers. The degradation of the paper insulation due to thermal aging yields furanic derivatives which are specific to the paper and cannot be produced by general oxidation of the oil. The concentration of such furan compounds in the oil gives an accurate indication of the condition of the paper insulation. Normally, off-line methods such as HPLC (high performance liquid chromatography) are applied to periodically assess the furan concentration within oil samples which have been extracted from the transformer. We report experimental findings on the production of the furan compound FFA (furfuraldehyde) in an oil-paper system subject to accelerated thermal aging. Our approach is based on IR spectroscopy. This technique could lay the basis for the construction of direct online monitoring equipment suitable for monitoring of transformer winding insulation     

应用极化/去极化电流法评估变压器油纸绝缘水分含量

时域介质响应法作为评估变压器绝缘状态的新方法,目前尚无公认的时域特征量能很好地表征油纸绝缘的极化特性。基于极化/去极化电流法提出了新的时域介质响应法的特征量--极化电导率,建立了时域电导模型。搭建了油纸绝缘极化电导率的实验平台,测试了不同温度和水分条件下油纸绝缘的极化电导率并应用最小二乘法对时域电导模型参数进行了拟合。实验结果表明:极化电导率随温度和水分的增加而增大,时域电导模型能较好地反映油纸绝缘在不同温度和水分条件下的极化特性。根据时域电导模型参数直流电导率提出了评估油纸绝缘水分含量的方法并进行了验证,为诊断变压器油纸绝缘水分含量提供了有益参考。     

基于改进电声脉冲测试系统的油纸绝缘混合体系空间电荷动态行为特性

目前国内外关于油纸绝缘介质空间电荷特性的研究全部基于油浸绝缘纸,且已有的电声脉冲测试系统无法实现对油隙与油浸纸组合而成的混合体系的空间电荷特性的测试。通过采用改进的电声脉冲测试系统首次对油隙与油浸纸板组合而成的混合体系的空间电荷动态行为特性进行研究,分析空间电荷积聚对油纸混合体系内部电场分布的影响。研究发现油纸绝缘界面处及油浸绝缘纸内部积聚的空间电荷和电场畸变程度与绝缘油和油浸纸板的电导率关系很大。由绝缘油劣化导致油纸绝缘系统的电导率提升更易引起油浸纸内部场强严重畸变,油浸纸内部最大场强约达到平均场强的2.5倍。而由油浸纸电导率增大引起的油纸绝缘系统的电导率提升减轻了油浸纸内部的电场畸变程度,但电荷快速迁移会导致介质热效应显著也易诱发击穿。消除绝缘结构界面引起的空间电荷积聚效应、限制空间电荷在绝缘介质内部的快速迁移或使电荷在介质内部分布更加均匀,从三方面出发将有助于抑制空间电荷的危害。     

油纸绝缘电—热老化寿命模型的选择研究

为准确评估油纸绝缘的老化程度和剩余寿命,对油纸绝缘电热联合老化试验后利用Weibull概率分布统计分析多次试验得到的击穿寿命,求得平均寿命,并对多种电热联合老化寿命模型多元回归,估计参数,验证与比较,得出FALLOU多因子模型为最适合油纸绝缘的寿命模型。     

换油对油纸绝缘热老化特性参数的影响研究

采用矿物绝缘油与牛皮绝缘纸作为试验材料,开展了不同时长的变压器油纸绝缘加速热老化试验,并在不同时刻进行换油操作,以研究换油对油纸绝缘热老化特性参数的影响。     

不同油纸复合绝缘老化糠醛生成规律

为研究不同绝缘组合材料老化糠醛生成的规律特点,通过不同油纸复合绝缘在3种温度下276d的老化试验,对不同温度同一绝缘组合、同一温度下不同绝缘组合的油中糠醛质量浓度随老化时间的变化情况进行了研究;对不同绝缘系统油中糠醛与绝缘纸聚合度DP的关系进行了比较分析。结果表明,不同绝缘系统的油中糠醛质量浓度随老化时间增加而增加;不同温度下各绝缘系统油中糠醛质量浓度由多到少的顺序为:#25普通变压器油与普通绝缘纸组合,BIOTEMP油与普通绝缘纸组合,#25普通变压器油与Munksjo热稳定纸组合,BIOTEMP油与Munksjo热稳定纸组合;温度对各绝缘系统油中糠醛质量浓度的影响也有同样的顺序;各组合下油中糠醛与DP有较好的线性关系;不同绝缘系统的油中糠醛产生速率与温度满足Arrhenius方程。