基于二次时域微分解析法的油纸绝缘介质响应参数辨识

时域介质响应数学模型的合理构建及其参数辨识的准确性对评估油纸绝缘老化状态至关重要。针对原有模型未能真实反映极化过程,引入了微观动力学的线型因子,建立了非典型线型的介质响应函数;首次提出了二次时域微分解析法用于不同弛豫过程的分解,该方法不仅能准确判定极化支路数,而且所提取的谱线特征量,确保了介质响应参数辨识的唯一性。最后,应用该方法对1台220 k V变压器的实测去极化电流曲线进行参数辨识。结果表明,通过改进介质响应数学模型,采用二次时域微分解析法获取的去极化电流曲线与测试曲线更为相符,重合度由传统方法的88.56%提升到97.58%,验证了该方法在油纸绝缘介质响应参数辨识中的适应性和准确性。     

考虑线型因子的变压器油纸绝缘系统微水含量评估

针对现有的时域介质响应方法无法直观诊断变压器受潮情况,现从微观动力学的角度分析线型因子与微水含量的内在联系。提出的时域微分解析法将隐含在去极化电流曲线中的不同介质极化过程逐一分解,不但可求得线型因子,而且能直观地判断弛豫项数。通过对变压器测试曲线的解析结果表明,变压器的受潮程度与弛豫项数相关及线型因子有密切联系:弛豫项数越多,绝缘系统内部微水含量越多;绝缘系统受潮越严重,表征绝缘纸极化的线型因子越大。     

去极化电流微分法在求解变压器极化等效电路参数中的应用

为构造可靠的油纸绝缘变压器等效电路模型,以便深入研究绝缘系统受潮老化状态与介质弛豫响应间的内在联系,提出了一种基于去极化电流微分谱线的扩展德拜模型等效电路参数辨识方法。首先,对去极化电流曲线进行一次微分,揭示其内部蕴含的弛豫响应信息,研究表明:去极化电流微分谱线峰值点数即为等效电路弛豫支路数;其次,理论分析去极化电流一次微分谱线函数式与等效电路参数间的关系,解谱其一次微分谱线并获得相应子谱线参数,研究发现,通过微分子谱线参数可进而辨识得到弛豫支路元件参数;最后,通过实例验证了该方法的有效性与可行性。提出的等效电路参数辨识法为评估变压器绝缘介质内部弛豫响应特性提供了准确可靠的数学诊断模型。     

油纸绝缘结构介质响应电路模型的参数辨识方法研究

介质响应法能够有效地无损诊断油纸绝缘结构的老化状态。油纸绝缘结构的介质响应电路模型的参数辨识是介质响应法评估老化状态的关键。笔者根据介质响应的极化过程的特点,提出利用去极化电流辨识油纸绝缘结构的扩展徳拜模型,并通过分析去极化电流的形成和扩展徳拜模型的特点,将多指数拟合问题转化成单指数拟合问题,同时将模型中RC支路的时间常数转换成直线的斜率来求解。最后,笔者基于1台110 kV变压器的实测去极化电流曲线,用文中的方法辨识出其扩展徳拜模型,并在MATLAB中仿真了所得扩展徳拜模型的去极化电流曲线,仿真曲线与原曲线重合度为95.8%,从而验证了该方法的正确性。     

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。     

基于时域介电谱法分析油纸绝缘变压器极化等效电路弛豫支路数

评估变压器油纸绝缘时,无论采用时域方法还是频域方法,都需要先建立变压器的油纸绝缘等效电路。基于电介质极化原理,变压器油纸绝缘等效电路大多采用扩展德拜模型,但往往很难直接确定该模型中弛豫机构的个数。本文提出了一种利用时域介电谱法确定弛豫机构个数的方法,即通过对变压器油纸绝缘去极化电流微分运算,得出时域介电谱,则谱线的峰点个数即为弛豫机构个数,从而建立变压器油纸绝缘扩展德拜等效电路模型。本文详细介绍了时域介电谱的分析方法,并给出了实例验证该方法在确定变压器油纸绝缘等效电路模型中得可行性和合理性。     

油纸绝缘设备微水量的定性评估方法

针对目前极少有文献对极化去极化电流内部弛豫信息进行研究,提出了一种基于去极化电流微分谱线的峰谷点数来评估油纸绝缘系统微水含量的方法。利用极化去极化电流法获取去极化电流谱线,通过去极化电流微分谱线得到峰谷点数,以此作为诊断油纸绝缘系统微水含量的依据。研究发现,去极化电流微分谱线峰谷点数随油纸绝缘设备微水含量的增加而增加,因此运用峰谷点数可定性评估油纸绝缘设备微水含量,且峰谷点数越多,微水含量越严重。最终的理论结果与实际情况基本吻合,进一步验证了该方法的准确性和可行性。研究提出的理论和方法为今后评估油纸绝缘系统的微水含量提供了一种可靠而有力的分析手段。     

采用线型因子的油纸绝缘系统老化状态评估

针对现有的时域介质响应方法无法直观诊断变压器绝缘油和绝缘纸的老化状态,现从微观动力学的角度分析线型因子与绝缘油、绝缘纸老化的内在联系。提出的时域微分解析法将隐含在去极化电流曲线中的不同介质极化过程逐一分解,不但可求得线型因子,而且能直观地判断极化支路数。通过对变压器测试曲线的解析结果表明:极化支路数会随着绝缘状态发生改变,当油纸绝缘老化程度加剧时,极化支路数将增加;当绝缘质量提高时,极化支路数将减少。此外,油和纸绝缘介质分别发生劣化时,相对应的线型因子将会增大;随着绝缘状态的提高,相应的线型因子将减小。     

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.     

基于极化/去极化电流法的油纸绝缘时域电导模型

时域介质响应法是一种评估变压器绝缘状态的新方法,然而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,并建立了时域电导模型。搭建了用来测试油纸绝缘极化电导率的实验平台,测试了不同温度下油纸绝缘的极化电导率,并计算了油浸纸的极化电导率。实验结果表明:油隙作为油纸绝缘极化特性的影响因素之一,在测试分析过程中应当予以考虑。极化电导率随温度升高而增大,充电时间一定时,极化电导率对数与温度倒数成线性关系。极化电导率能很好地表征油纸绝缘的极化特性,与频域响应法特征量—复介电常数的关系明确,为评估油纸绝缘状态提供了新的思路和有益参考。     

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。     

改进仿射粒子群算法在电路参数估计的应用

合理准确地辨识出介质弛豫响应等效电路模型的参数是分析油纸绝缘劣化的重要前提。首先利用一种非破坏性的电气量诊断方法-时域响应回复电压法,从中提取初始斜率特征量建立介质响应等效电路参数辨识的数学优化模型;接着考虑到仪器误差和环境因素等对参数辨识的影响,利用改进仿射粒子群算法对等效电路模型参数进行区间估计,克服了区间算术容易导致参数区间被过估计的不足,发挥了该算法在处理高维多峰值函数中不仅有良好的执行效率,而且能够得到最优可行区间的优点;最后,通过实际变压器现场测试实例,验证了改进仿射粒子群算法对等效电路模型参数估计的准确性与优越性,等效电路模型参数准确的估计为最终分析变压器油纸绝缘老化状态奠定了良好基础。     

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。     

宽频带油纸绝缘介电响应的全过程谱图提取和定量分析

为深入而全面地解释油纸绝缘材料在宽频带内介电响应的微观机理,基于普适弛豫定律和凝聚态物理经典理论,利用响应谱图受温度影响的频移特性,通过势垒能级这一本征参量建立油纸绝缘材料频域介电谱与热刺激电流曲线在表征同类介电过程时的联系,并进一步以复介电常数实部与虚部关联关系和复介电常数一阶偏微分方程的数据处理手段,形成具有可靠理论依据的宽频带介电过程微观机理综合分析新方法。基于此,依次在宽频带内提取和观察了电荷的各类运动过程。分析结果表明,在较宽温度范围内,油纸绝缘材料的频域介电谱曲线从低频到高频依次包括低频弥散、交流电导和电极极化、界面极化及偶极子转向极化等独立介电过程,并根据相关理论模型和试验数据对上述各独立过程进行定量研究,确定其微观物理机制、频谱函数和发生条件。该研究揭示了油纸绝缘材料在全频域范围的电荷运动规律,为频域介电谱法应用于电力设备绝缘评估提供了新的理论分析思路。     

Condition Evaluation for Aging State of Transformer Oil-paper Insulation Based on Time-frequency Domain Dielectric Characteristics

For the oil-impregnated power transformers in service, the condition of the main insulation system is very important. This article reports a non-destructive evaluation technique based on time-frequency domain dielectric characteristics. First, the polarization/depolarization current and frequency-domain spectroscopy were well measured under controlled laboratory conditions. Then, the recovery voltage curves and recovery voltage polarization spectroscopy were also obtained by using the conversion method between polarization/depolarization current and recovery voltage based on the extended Debye model. After that, the time-domain dielectric characteristics, which can represent oil-paper insulation aging, were extracted from the polarization/depolarization current curves, recovery voltage curves and recovery voltage polarization spectroscopy. In addition, the frequency-domain dielectric characteristics, which can represent the oil-paper insulation aging, were also proposed in terms of frequency domain spectroscopy. Finally, the change rules of time-frequency domain dielectric characteristics under different aging times were investigated in depth. Results show that the time-frequency domain dielectric characteristics are sensitive to the aging states of power transformers, which could be utilized to diagnose the aging state of oil-paper insulation in field power transformers.     

大型电机定子线棒主绝缘老化性能的介电响应研究现状

介电响应法(Dielectric Response Method,DRM)是一种近年蓬勃发展的绝缘体系无损检测技术,对确定发电设备绝缘体系老化状态具有十分重要的作用。目前利用极化/去极化电流法(PDC)、频域谱(FDS)、热刺激去极化电流(TSDC)等介电响应法研究电机绝缘老化状态已经成为热点方向。国内外学者利用介电响应法研究绝缘老化状态取得了较好的成果,为建立绝缘老化状态的介电响应无损检测方法、指导电力系统机组评估诊断绝缘老化状态奠定了理论基础。为提高我国制造业创新能力,掌握无损检测大型电机定子绝缘缺陷关键技术,国内需要在此方面深入开展研究工作。     

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.     

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。