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。     

温度对汽轮发电机主绝缘频域介电谱特性的影响分析

为更好的将频域介电谱技术用于评估发电机主绝缘状态,在不同温度下采用频域介电谱法测量定子线棒的介电参量。研究了主绝缘的介质损耗因数、复介电常数和电导率与测试温度和电场频率的关系,在分析温度对测量结果影响规律的同时,提出将不同温度下的测试数据实现归一化处理的方法。结果表明:测试温度对频域介电谱参量的影响在低频10~(-3)~10~0Hz更明显;主绝缘的几何电容和特征频率处的tanδ、ε与测试温度满足指数函数关系;研究结果可消除环境温度对FDS测量结果的影响,为更好的应用FDS技术准确评估发电机主绝缘状态提供参考。     

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。     

频域介电谱用于高压电流互感器绝缘诊断

电流互感器(TA)是电网控制回路的重要组成部分,失效时可能引起相对地故障或高能量爆炸,妨碍变电站的安全运行。为了提高电流互感器的运行可靠性,基于频域谱理论和测试技术,提出了联合频域介电谱和高压介损试验进行高压电流互感器绝缘状态及老化诊断的方法。首先利用频域介电谱(FDS)对3台220kV TA进行测试,得到了主绝缘的tanδ-f和C*-f特性曲线。然后对设备进行了高压介损试验,得到了主绝缘的tanδ-U曲线,并将10kV工频介损与FDS测试结果进行了对比,验证了两者的一致性。从试验结果可知:绝缘严重老化或受潮均使得固体绝缘中水分含量增加、低频段的介质损耗升高;老化严重时,低频段的复电容实部随频率降低而增大,绝缘受潮时复电容实部基本不随频率变化;绝缘老化设备在tanδ-U曲线上呈现开口形状,绝缘受潮设备的tanδ基本不随电压U变化,为两者的区分提供了新途径。FDS作为一种估计纸中水分和油电导率的可靠工具,结合高压介质损耗试验有利于对高压TA绝缘进行更有效、准确的诊断。     

氰酸酯改性环氧树脂的研究

采用红外光谱对氰酸酯树脂(CE)改性环氧树脂的共固化反应进行分析,测试了环氧树脂固化物的介电常数(ε)、介质损耗因数(tanδ)和吸湿率,通过TG分析了固化物的热稳定性。结果表明:随着CE含量的增加,环氧树脂固化物的ε、tanδ下降;随着测量频率的增加,固化物的ε下降,tanδ上升。改性环氧树脂的吸水率降低,热稳定性变化较小,介电性能明显提高。     

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。     

应用频域介电谱法的变压器油纸绝缘老化状态评估

通过频域介电谱法(frequency domain dielectric spectroscopy,FDS)测试分别在110和130℃下老化不同程度的变压器油纸绝缘试品的相对介电常数(εr)和介质损耗因数(tanδ),提出利用油纸绝缘试品在特征频率处的εr、tanδ值评估油纸绝缘老化状态的新方法,建立油纸绝缘试品在特征频率处的εr、tanδ与绝缘纸老化状态的量化关系。结果表明FDS低频段对油纸绝缘老化状态反应敏感,不同老化程度油纸绝缘试品在特征频率处的εr和tanδ值与绝缘纸聚合度满足指数函数关系;研究成果为将FDS用于无损诊断变压器老化状态提供参考。     

水分对10 kV电缆XLPE片状试样超低频介质损耗因数的影响

交联聚乙烯(XLPE)电缆在运行过程中接头部分极易受潮,导致绝缘性能下降,影响其正常运行。为了探究交联聚乙烯受潮对其相对介电常数(ε_r)和介质损耗因数(tanδ)的影响,以片状XLPE试样为研究对象,测量其在不同浸水时间的ε_r和tanδ随频率的变化,并对试样的超低频介质损耗因数tanδ_(0.1 Hz)和工频介质损耗因数tanδ_(50 Hz)进行Pearson相关分析,最后对浸水前后的XLPE试样进行红外光谱分析。结果表明:不同浸水时间XLPE试样的tanδ_(0.1 Hz)比tanδ_(50 Hz)大2.36～3.28倍,tanδ_(0.1 Hz)、tanδ_(50 Hz)及ε_r均随浸水时间的增加而增大,其中tanδ_(0.1 Hz)的增大趋势更显著;tanδ_(0.1 Hz)与tanδ_(50 Hz)具有强相关性;红外光谱测试结果表明,XLPE分子结构中部分亚甲基变为H-C-OH基团,有水分以结构水的形式存在于浸水后的试样中。     

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。     

油浸纸套管尾部受潮故障模拟及早期特征

为研究油浸纸套管尾部绝缘受潮的故障检测及诊断方法,设计并制作了透明护套的油浸纸套管模型,模拟水分从套管头部进入并在尾部沉积的典型受潮故障,研究额定电压和阶梯升压下套管尾部受潮的局部放电、介质损耗角正切值tanδ、电容及频域介电谱特征的变化规律。研究结果表明:额定电压下套管尾部受潮早期,电容随受潮时间呈现增长趋势,而局部放电、tanδ基本不变;1.5 Um工频电压下的局部放电试验使得套管尾部早期受潮的沉积水分运动引发放电;频域介电谱1 m Hz,tanδ随受潮时间呈现增长趋势。现有10 k V电压下测试tanδ、额定电压测局部放电的方法可能会因水分沉积状态而产生误判。建议对疑似尾部受潮套管离线试验中增加1.5 Um工频电压测局部放电试验、1 m Hz频域介电谱测试,在线监测中增加电容的检测,以便早诊断和识别尾部受潮的套管。     

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。     

工频范围内高压发电机定子线圈绝缘内部气隙群放电行为的研究

为了分析在工频电源频率范围内高压电机定子线圈主绝缘内部存在气隙群放电(包括无气隙群放电、完全型气隙群放电和非完全型气隙群放电)时对定子线圈绝缘的介质损耗因数(tanδ)与对地电容(C)的影响,测试并分析了主绝缘材料的相对介电常数和介质损耗因数的工频频谱特性、线圈介质损耗因数和电容随电压的变化规律。结果表明:在线圈绝缘内部无气隙群放电的情况下,电源频率与施加电压对线圈绝缘介质损耗因数和电容基本无影响;在线圈绝缘内部存在气隙群放电的情况下,电源频率与施加电压对线圈介质损耗因数和电容的影响很大。     

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。     

含水量对变压器油介电性能影响的研究

变压器油是油浸式变压器内部重要的液体绝缘介质,油中含有的水分会影响变压器油的绝缘性能。文中通过搭建测试平台,对不同温度下含水量对变压器油的电阻率及频域介电特性的影响进行测试研究。研究结果表明:变压器油的电阻率随温度的增大而减小,随含水量的增大呈现指数下降趋势;水分对变压器油的介电常数和介质损耗因数的影响主要反映在低频段。在低频范围内,变压器油的相对介电常数和介损因数随频率增加而减小,随温度和含水量的增大而增大。因此,利用低频段的相对介电常数和介质损耗因数变化可间接对变压器油中的含水量进行诊断。     

基于频域介电谱和温度谱的活化能计算方法

为了明确介电谱法求取活化能中平移基准的选取原则,搭建了环氧树脂试样介电谱测试平台,分析了现有频-温平移法存在的问题,结合实例提出了平移基准的选取原则。结果表明:若测试频段存在弛豫峰,则选择弛豫峰特征频率附近的介质损耗因数(tanδ)或复电容虚部(C″)作为平移基准;若测试频段无弛豫峰且频率较低,则选择复电容实部(C′)作为平移基准。     

聚酰亚胺/纳米有机硅薄膜结构与电性能研究

通过调整甲基三乙氧基硅烷和正硅酸乙酯的摩尔比,采用溶胶-凝胶法制备了纳米有机硅溶胶用于掺杂的聚酰亚胺(PI)薄膜。对薄膜的结构与电气强度,相对介电常数εr和介质损耗因数(tanδ)的关系进行了实验研究,并采用FT-IR,SEM表征了薄膜的化学结构和表面形貌。结果表明,随着纳米有机硅网络结构的变化,掺杂薄膜的击穿场强先下降后增加,大约在甲基三乙氧基硅烷和正硅酸乙酯的摩尔比为3∶5时出现极小值,在1 kHz的测试频率下,相对介电常数εr先增大后减小,相应的介质损耗因数(tanδ)逐渐降低。     

提取杂质后的老化油浸绝缘纸板介电响应特性研究

首先制备老化绝缘纸板样品,并制定了提取老化绝缘纸板水分及分解产物的方法,然后在去除油纸绝缘的杂质及变压器油后,分别针对不同老化状态的油浸纸板开展介电响应实验。分析排除杂质后的老化油浸绝缘纸板的介电响应特性,以及纸板自身老化与油纸绝缘老化对其绝缘状态的影响差异。结果表明:老化时间和激励电压对频域介电谱(FDS)的影响主要集中在中低频段,在高频段介质损耗因数(tanδ)较为稳定;温度变化会导致FDS曲线发生平移,在高频段,温度越高tanδ越小,在低频段,温度越高tanδ越大,且频率越低tanδ的增长趋势越明显。     

不同老化因素对油纸绝缘介质频域谱特性的影响

为获取表征油纸绝缘老化状态的新特征量,实现将频域谱技术用于变压器老化状态的无损诊断,在实验室条件下系统地研究了不同热老化程度、不同测量温度以及不同含水量下油纸绝缘试品的频域谱(FDS)变化规律,并运用电介质极化理论对其影响机理进行了分析。结果表明,绝缘纸的相对介电常数虚部和介质损耗角正切值tanδ在频率100Hz时随其老化的深入而显著增加;水分作为一种强极性分子,使得油纸绝缘试品的FDS曲线随含水量增加而明显上移;同时,研究发现将FDS用于油纸绝缘状态诊断时必须充分考虑测试温度的影响。     

电机线棒环氧云母绝缘老化特性研究

为将频域介电谱测试技术应用于大型电机定子线棒绝缘老化状态的无损检测中,在热、电、机械等多因子联合作用下对定子线棒环氧云母绝缘进行加速老化试验,测试不同老化程度试样的频域介电谱.采用最小二乘法提取频域介电响应的Davidson-Cole模型参数作为特征参量,采用特征参量分析环氧云母绝缘的老化程度.最后通过拟合建立特征参量与老化时间的关系.结果表明:环氧云母绝缘的介质损耗因数tanδ随老化程度的增加而增大,尤其在频率为10-3～10-1 Hz有明显的增大趋势;Davidson-Cole模型提取的特征参量β和τ可用于表征绝缘的老化程度,β随老化时间的增加线性减小,τ随老化时间的增加呈指数函数减小,Δε随老化时间的增加明显增大.通过τ与老化时间的拟合关系,得出了定量表征绝缘老化程度的公式,可以考虑作为老化程度评估的经验公式.     

基于FDS区分热老化和水分对油纸绝缘状态的影响研究

为区分热老化和水分对频域介电特性的影响,将FDS法应用于变压器主绝缘的老化和受潮状态评估。通过绝缘诊断仪对制备的老化和水分试品进行FDS测量,提取1 mHz及0.1 mHz为老化试品特征频率,100 Hz、1 kHz为水分试品特征频率,利用特征频率处的tanδ区分老化和水分对频域介电特性的影响,并给出了特征频率处tanδ与聚合度以及水分含量的定量拟合关系。研究结果表明:聚合度和水分含量与特征频率处的tanδ均呈指数函数关系,tanδ随着聚合度增大而减小,随着水分含量的增大而增大。