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。     

基于扩展Debye模型的变压器油纸绝缘老化特征量研究

为了提取表征油纸绝缘老化状态的新特征量,将时域介电响应技术应用于变压器油纸绝缘老化状态的无损评估,并在深入研究了不同老化状态对油纸绝缘时域介电特性影响的基础上,首先分析了油纸绝缘样品等效扩展Debye模型参数随热老化状态变化的规律,然后提取了四组可用于表征油纸绝缘老化状态的特征参量,并建立了特征参量与绝缘老化状态之间的量化关系。研究表明:扩展Debye模型等效电路参数对油纸绝缘老化状态的反映比较敏感,最小和最大时间常数分支的R、C参数均可以反映绝缘纸的老化状态;最大时间常数分支的参数Rmax和最小时间常数分支的参数Cmin与绝缘纸聚合度存在线性拟合关系,而最小时间常数分支的参数Rmin和最大时间常数分支的参数Cmax与绝缘纸聚合度具有指数函数关系;文中提取的特征量可应用于油纸绝缘的老化状态评估。     

基于陷阱密度谱特征量的油纸绝缘变压器老化诊断

变压器油纸绝缘老化是影响变压器正常运行的重要因素。现阶段,基于时域检测的去极化电流法被广泛应用于变压器油纸绝缘状态诊断,但对于去极化电流谱线的特征量提取仍处于初始阶段。根据介电响应和陷阱理论,提出绘制去极化陷阱密度谱,并从中提取峰值大小S_(max)和峰值时间常数T_(max)这两个新特征量,用以评估变压器油纸绝缘老化状态。首先采用不同极化电压测试,分析去极化陷阱密度谱线新特征量与极化电压间的关系。其次对检测出不同糠醛质量浓度的绝缘油纸变压器的陷阱密度谱线作对比分析。最后对大量变压器实例进行验证分析。研究结果表明:峰值大小S_(max)与糠醛检测质量浓度呈正相关,峰值时间常数T_(max)与糠醛检测质量浓度呈负相关;随着油纸绝缘老化程度的加深,陷阱密度谱的特征量S_(max)逐渐增大,而特征量Tmax逐渐减小;所提出的两个特征量取值范围可作为今后诊断变压器油纸绝缘老化状态的依据。     

现场变压器油纸绝缘时频域介电特征量提取及状态评估

油浸式变压器的绝缘状态决定了变压器的运行寿命。为将时频域介电响应技术应用于变压器油纸绝缘状态的无损评估,对一台停运的500kV变压器进行了极化/去极化电流(PDC)与频域介电谱(FDS)测量。通过时域介电谱融合理论及FDS技术提取了反映变压器油纸绝缘状态变化的时域介电特征量与频域介电特征量,并分析了其变化规律。研究结果表明,时频域介电特征量对变压器油纸绝缘的老化情况较为敏感,可定性评估变压器的绝缘状况。     

聚合度对油纸绝缘时域介电特性影响研究

为了研究绝缘纸聚合度(简称DP)对油纸绝缘时域介电特性的影响,搭建了油纸绝缘极化电流特性测试平台,应用该平台测试了不同初始酸值、初始水分分别和不同聚合度绝缘纸组成试样的极化去极化电流,并画出相应的时域介电谱,最后拟合得到不同初始水分、酸值情况下峰值时间常数与DP变化的公式。结果表明:绝缘纸DP作为单一变量变化时并不会对油纸绝缘时域介电特性产生影响,此时并不能用DP作为油纸绝缘的老化特征量;只有在水分和小分子酸等极性分子存在并扩散到绝缘纸内部形成界面极化时,不同DP对油纸绝缘时域介电特性影响差异才能体现出来;水分或酸值含量升高,时域介电谱整体向左上方平移,峰值变大,峰值时间常数减小,峰值时间常数与DP之间的拟合优度提高。通过基于绝缘纸DP的老化动力学模型来评估变压器剩余寿命时,要参考油纸绝缘中水分、酸等极性分子的含量。     

基于去极化电流子谱线的油纸绝缘老化评估

去极化电流能够很好表征油纸绝缘系统介质响应过程.本文对去极化电流内部弛豫特性进行研究,引入子谱线和子谱线能量这两个新特征量,探讨子谱线能量与绝缘老化状况的关系,进而研究子谱线与油纸绝缘成分的对应关系,从而得到油纸绝缘老化的判别方法.研究结果表明子谱线能量对老化变化灵敏,它随绝缘水平的降低而显著增加;绝缘油的状态与小时间常数子谱线相关;绝缘纸的状态与大时间常数子谱线相关.因此,去极化电流子谱线及其能量可重点作为绝缘诊断的判据,其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.     

扩展Debye模型大时间常数与变压器油纸绝缘老化的定量关系研究

目前,应用极化/去极化电流(PDC)法量化变压器油纸绝缘系统老化状态需深入研究,为了推动该研究工作,通过一系列加速热老化试验以及吸潮试验制备了不同老化状态和水分含量的油纸绝缘样品,测量了样品的PDC图谱;借助扩展Debye电路模型拟合了PDC图谱并获取了模型参数,在深入研究老化对Debye模型参数的影响规律后提出了时域介电特征量扩展Debye模型大时间常数来量化绝缘纸板老化状态。研究结果表明,扩展Debye模型大时间常数与绝缘纸板的聚合度存在较好的指数关系,但与样品的绝缘尺寸无关。     

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。     

基于去极化电量的油纸绝缘变压器微水含量评估

变压器绝缘的微水含量是影响其寿命重要因素之一。本文基于去极化电量和介电响应理论,提取去极化电流始端去极化电量Soil和末端去极化电量Spaper来评估变压器油纸绝缘的微水含量。首先,比较绝缘油和绝缘纸在不同水分含量下的去极化电流曲线变化;然后,根据去极化电流曲线的介电响应参数辨识结果提取特征量Soil和Spaper,分析结果表明,Soil与Spaper均随着绝缘油或纸中微水含量的增加呈现指数规律增长。最后,通过实例验证所提特征量能较好地评估变压器油纸绝缘的微水含量。     

一种基于未确知测度理论的油纸绝缘老化评估方法北大核心CSCD

依据油纸绝缘时域介电响应介电谱及其能量谱,定义了两个能反映油纸绝缘老化程度的新特征量——去极化能量初始斜率S_(W)和去极化能量半衰期t_(half)。通过测试样本分析确定了S_(W)、t_(half)与油纸绝缘老化程度之间的关联性,验证了其作为绝缘老化指标在油纸绝缘老化评估中的有效性。针对复合油纸绝缘介电特征量,提出了一种新的未确知测度理论的绝缘老化特征指标综合评估体系。建立了绝缘老化评估结构层次与评价指标分级区间,在复合特征指标的权重分析基础上,引入未确知测度理论,针对其中等级评定环节的主观性问题,提出一种非对称贴近度改进的复合指标绝缘状态等级评估模型。最后,将新型的绝缘状态老化评估模型应用于介电响应试验样本,验证了非对称贴近度改进的未确知测度评估模型可以有效、合理地对变压器绝缘状态进行评估。     

用于评估油纸绝缘热老化状态的极化/去极化电流特征参量

极化/去极化电流法能灵敏反映介质的绝缘状态,已被应用于变压器油纸绝缘的水分评估中,但通过该方法定量分析油纸绝缘的老化状态尚未见研究报道。为此,对油纸绝缘开展了110°C加速热老化试验,测量了不同老化时间下油纸绝缘样品的极化/去极化电流。通过分析极化/去极化电流特性的变化,提出了一种反映油纸绝缘热老化状态的新特征参量—去极化电量。研究结果表明,试品的去极化电流随老化程度加深不断增大,但其增大趋势微弱,而提出的去极化电量曲线则对试品绝缘老化状态反应极为敏感,且从该曲线中提取的系数A和最大值C这2个特征参量与绝缘纸聚合度满足一阶动力学模型关系式,可以用作评估油纸绝缘热老化程度的特征参量。     

基于时域介电谱和去极化电量的变压器油纸绝缘老化特征量研究

为研究变压器油纸绝缘极化/去极化电流法特征量,在130℃下进行了油纸试样的加速热老化试验,测得了试样在不同老化阶段的去极化电流,提出以稳态油老化电量Q_o和稳态油纸界面极化电量Q_(o-p)作为变压器绝缘油与油纸界面极化的老化特征量,并提取绝缘纸时域介电谱峰值和峰值时间tpeak作为绝缘纸老化特征量,最后通过现场试验验证了以上述特征量分别表征油纸绝缘老化状态的可行性。结果表明:Q_o随老化时间的增加而增大,2者间存在线性拟合关系,Q_o可以表征油中偶极子转向极化强度;绝缘纸时域介电谱峰值及对应时间分别代表了其内部因纤维素裂解引起的界面极化强度和响应速度,其中时域介电谱峰值和聚合度之间具有指数负相关关系;Q_(o-p)随老化时间增加而增大,2者间存在线性拟合关系,Q_(o-p)可以表征油纸界面极化强度。     

变压器油和绝缘纸老化对扩展Debye模型参数的影响研究

为研究变压器油和绝缘纸老化对扩展Debye模型参数的影响,以及确定变压器油换油时间,首先在实验室条件下对油纸绝缘试样进行130℃加速老化试验和PDC试验,然后建立不同试样相对应的扩展Debye模型,深入研究变压器油和绝缘纸老化时扩展Debye模型支路参数的变化规律,最后提出用中间时间常数分支电容变化率作为变压器的换油阈值。结果表明:变压器油主要影响扩展Debye模型时间常数小于500 s的支路参数,随着变压器油老化天数增加,油老化产物会增加油中偶极子组的转向极化及油纸界面极化,去极化电流起始部分幅值增大,较小时间常数支路电阻变小,电容变大;绝缘纸主要影响扩展Debye模型时间常数大于500 s的支路参数,随着绝缘纸老化天数增加,纸老化产物仅会增加纸内总体极化强度,去极化电流曲线末端升高,较大时间常数支路电阻变小,电容变大;扩展Debye模型中间时间常数支路电容变化率可作为换油阈值,当电容变化率大于0.36%时变压器油介损值达到4.0%,此时应进行换油处理。     

基于修正Debye模型的油浸绝缘纸不均匀老化时域介电特性

变压器内部存在的温度梯度导致油浸绝缘纸不均匀老化,为研究油浸绝缘纸在温度梯度下的时域介电特性,在实验室搭建油浸绝缘纸不均匀老化试验平台,测定试样老化过程中聚合度变化规律和极化/去极化电流曲线,并对其进行等效模型参数辨识,得到如下结论:发热端附近油浸绝缘纸极化/去极化电流均向左上方平移,纸内电导率提高,极化的响应速率加快;发热端附近等温区极化电阻和时间常数最小,修正Debye模型和扩展Debye模型参数存在关联关系;扩展Debye模型只能评估油纸绝缘平均老化程度,用其进行绝缘状态评估时会出现"老化被高估区"和"老化被低估区",发热端附近绝缘实际状况比评估结果恶劣将近50%。研究结果为将极化/去极化电流法更精确地应用于实际变压器油纸绝缘状态评估提供了参考。     

应用去极化能量谱评估变压器绝缘老化受潮状态

近年来,极化/去极化电流法(PDC)作为一种研究电力变压器绝缘老化状态的非破坏性检测方法得到了广泛的应用,但其中对于特征量的提取的研究还处在初步阶段。本文基于时域介电谱理论提取出去极化能量谱,从中提取峰值能量和主时间常数两个重要特征量。然后,利用扩展德拜模型等效电路建立仿真模型,研究两个特征量与老化受潮的关系,并分析能够反映绝缘内部结构的等效电路参数与谱线的内在联系。仿真结果表明,不同极化电压对特征量的提取不产生影响;随着绝缘老化受潮程度的增加,谱线往左上方移动,峰值能量和主时间常数能有效、直观和准确地评估变压器绝缘状态;等效电路参数变化与主时间常数、峰值能量具有鲜明的内在联系,可辅助评估变压器绝缘老化受潮状态。     

连续雷电冲击下的变压器油纸绝缘老化特性

随着气候的持续变暖，雷暴极端天气频繁出现，变压器面临连续雷电冲击电压的威胁，导致变压器油纸绝缘受损，运行存在安全风险。为了模拟变压器在极端雷暴环境下的运行状况，搭建了雷电冲击试验平台，并通过对油纸绝缘模型施加不同次数的雷电冲击电压，研究连续雷电冲击电压作用对油纸绝缘老化特性的影响。对受到不同雷电冲击次数的样品进行了极化/去极化电流测试，并利用扫描电镜观测了绝缘纸的微观形态变化，开展了绝缘纸抗拉强度测试和绝缘油微水含量测量。随后，分析了纤维结构的变化对绝缘纸应力-应变的影响，利用id(t)t–lnt曲线获得了去极化陷阱能级密度谱，并对陷阱能级、密度随老化程度的变化规律进行了分析。结果表明，随着雷电冲击次数的增加，绝缘纸的纤维结构劣化程度加深，应力峰值下降，油纸绝缘的极化、去极化电流曲线以及去极化陷阱曲线均上移，去极化陷阱密度曲线峰值和峰值时间常数增加。应力峰值的下降是绝缘纸纤维劣化的宏观体现，去极化陷阱曲线峰值和峰值时间常数可以作为油纸绝缘在雷电冲击作用下的老化特征量。     

基于时域介电法和动态贝叶斯网络的变压器油纸绝缘老化状态评估

为了能够实现对变压器油纸绝缘老化状态的准确评估,文中在极化/去极化电流方法的基础上,提出6种表征油纸老化的特征量,并将动态贝叶斯网络引入到油纸绝缘老化状态评估问题中,建立了相应的老化阶段预测模型,针对该模型进行了实例验证。结果表明:从PDC及拓展Debye模型提取的绝缘纸电量Q_(paper)、稳定平均电导电流■以及平均极化时间常数■对油纸老化状态反映敏感,且与聚合度有良好的拟合关系,可作为表征绝缘纸老化的特征量;油纸绝缘老化状态评估问题符合动态贝叶斯网络的应用条件,通过划分特征量状态及老化阶段,可以反映变量之间的时序关系;油纸老化状态评估模型验证的准确度为91.3%,平均相对误差为0.108,故验证了动态贝叶斯网络应用于油纸绝缘老化状态评估的准确性和稳定性。     

基于小波分析和时域介电谱的变压器油纸绝缘老化状态评估

为了研究变压器油纸绝缘老化特性,从而为变压器寿命评估作出指导,在实验室进行加速热老化实验,利用时域介电谱图对不同老化时间油纸试样的极化/去极化电流开展研究,结合小波分析理论对时域介电谱提出改进算法,并提取表征油纸各部分老化时间的特征量。结果表明:二次微分时域介电谱可以反映油纸绝缘的整体极化强度,测量时间1 000 s后介电谱出现峰值,且峰值随着老化时间的增加而增大;小波改进算法处理后的时域介电谱图的不同谱峰对应油纸绝缘3种主要极化类型,分别为油、油纸界面和绝缘纸内部极化;改进时域介电谱的不同峰值和峰值时间表征不同极化过程的强度和响应速度,且不同峰值与油、纸和油纸界面具有拟合优度很高的指数关系,可以考虑将改进时域介电谱不同谱峰作为表征油纸不同部分的老化特征量。     

热老化对变压器油纸绝缘介电响应特征参量影响的研究

基于介电响应理论的回复电压法、极化去极化电流法和频域谱法,作为无损的诊断技术正逐渐被应用于变压器油纸绝缘的状态评估。但是研究结果表明其测量结果会受测量过程中诸多因素的影响。在一个复杂的油纸绝缘系统中,水分在油纸之间的分布,迁移和平衡过程取决实际运行温度和老化程度。只有充分理解绝缘系统在温度和老化影响下的物理变化过程,才能更加准确的分析测量结果。本文引入了一种描述变压器油纸绝缘系统介电特性的电路模型,研究了该模型中各参数值的确定方法,最后设计了130℃下加速热老化试验和变温试验,分别在不同老化程度和不同温度下对试品进行了介电响应测量,根据测量结果分别研究了热老化和温度对介电谱法测量的影响;并基于介电响应测量曲线提取了介电响应特征参量,深入研究了热老化和温度对介电响应特征参量的影响规律。     

基于时域介电法的绝缘纸板水分特征量研究

为了评估变压器绝缘纸板的含水量,从而为现场变压器绝缘状态和寿命估计提供可靠指导,笔者在实验室环境中制备4组不同含水量的油纸绝缘试样,采用极化/去极化电流法(PDC)对不同水分含量绝缘纸板开展了研究,提出了可表征纸板含水量的特征量Q_(paper)。实验结果表明,PDC曲线对油纸绝缘试样含水量的变化十分敏感,且水分含量的改变对于去极化电流曲线的尾端有很大影响;通过去极化电流曲线可以获得拓展Debye模型的各支路参数,且随着水分含量的增加模型支路数量在增加,最大支路时间常数在变大;通过PDC曲线的末端对纸板中水分含量的敏感性,可以拟合出绝缘纸板对应模型支路,从而将绝缘纸板对应支路从Debye模型中筛选出来;特征量Q_(paper)可以反映绝缘纸内部的偶极子转向极化强度,并且Q_(paper)和绝缘纸板水分含量有良好的线性关系,可以考虑用Q_(paper)来做绝缘纸水分含量的特征量。