植物绝缘油浸纸板电气性能的研究

绿色环保型植物绝缘油越来越受到人们的重视,国外已经做到420 k V/300 MVA植物油变压器,而国内植物油变压器制造才刚刚起步,到目前为止还没有商品化植物油变压器。因此研究植物绝缘油浸纸板最基本的电气性能具有非常重要的意义。为掌握水分和温度对植物绝缘油浸纸板电气性能的影响,文中制备了不同含水量的植物绝缘油和矿物绝缘油浸纸板试样,并对比研究了它们在常温下的交流击穿特性,以及体积电阻率、损耗因数和相对介电常数随温度和水分的变化规律。研究结果表明,油浸纸板的电气性能在含水量超过4%时急剧下降,同等水分下植物绝缘油浸纸板的击穿场强高于矿物绝缘油浸纸板。文中的研究对植物绝缘油的应用具有重要的参考意义。     

热机联合应力对油浸纸板绝缘及机械特性影响研究

油纸绝缘系统在热、机械等应力共同作用下所发生的绝缘老化与破坏是电力变压器发生故障的主要原因之一。本文对热机联合应力对油纸绝缘的影响开展了实验研究。对油浸纸板进行不同时间的热老化后施加不同形式的机械应力，测量纸板产生的应变，分析了不同条件对油浸纸板的耐压时间、局部放电相位分布（Phase resolved partial discharge, PRPD）谱图、平均放电量等局放特征的影响。对未经老化的油浸纸板，机械应力加载时间越长、应力幅值越高或者应力频率越低，油浸纸板受到的破坏作用越严重，机械性能和绝缘性能越差。油浸纸板经过热老化处理后，机械应力对其绝缘性能和机械性能的影响趋势与未老化时类似，但热老化后PRPD谱图形态多呈现“兔耳状”。随着热老化时间的增加，纸板的绝缘寿命先有所上升，然后一直下降。本文的研究结果可为热机联合应力下油浸纸板老化模型建立提供试验依据。     

不同吸油率油浸纸板介电特性及电导特性研究

针对换流变压器主绝缘存在不同吸油率油浸纸板混用的问题,推导吸油率与油浸纸板介电常数εr的数学关系,试验测量不同吸油率条件下油浸纸板的介电常数,仿真分析吸油率对油纸绝缘电场分布的影响,最后试验研究电压、温度、吸油率对油浸纸板电导特性的影响,结果表明:介电常数试验结果与推导的数学关系吻合较好;吸油率的变化会使交流电场分布更加不均;直流电场作用下,电压、温度、吸油率的增加均导致油浸纸板电导电流增大。     

基于频域介电响应分频段优化计算的变压器油纸绝缘老化参数定量计算方法

变压器的稳定运行是维护电网安全的重要保证,频域介电谱中各频段可以对变压器内部油纸绝缘老化状态进行更准确的评估,而目前的评估方法多针对于单一油纸绝缘老化状态的评估,对变压器等效模型老化状态评估较少,评估软件在评估老化后变压器内部含水量时也十分不准确。为进一步满足实际工程应用,该文提出一种基于变压器等效模型,通过分频段计算得到变压器内部油纸绝缘老化状态的数值评估方法,并通过加速老化试验进行了相关验证。首先在实验室条件下通过变温介电谱测试,得到不同老化程度油浸纸板的频谱曲线,并根据"频温平移方式"计算不同老化程度油浸纸板的活化能,建立油浸纸板聚合度与活化能的定量表征方程;其次应用"反频温平移方式"得到不同测试温度下,不同老化程度油浸纸板频域介电响应基础数据;最后将绝缘纸板基础数据与变压器介电等效模型相结合并分频段进行数值迭代计算,当测试曲线与计算曲线拟合优度最佳时,可以得到变压器内部油浸纸板的聚合度、含水率、变压器油的电导率,并将其与理化性能分析结果进行对比,可得计算误差较小,因此可以有效地减小现场变压器绝缘老化评估的时间。     

水分对植物绝缘油浸纸板击穿特性的影响

为研究水分对植物绝缘油浸纸板击穿特性的影响,分别制备了含水量为0.3%~7.0%的植物绝缘油浸纸板试样和矿物绝缘油浸纸板试样,对比分析了两种油浸纸板在不同含水量下的击穿特性。从电导率、介质损耗因数以及电场分布3个方面分析得出水分对植物绝缘油浸纸板击穿特性的影响规律。结果表明:当植物绝缘油浸纸板含水量高于4.0%时,其电导率和介质损耗因数急剧增加,电气强度迅速下降;电气强度与电导率和介质损耗因数呈负相关,并且水分对其击穿特性的影响存在阈值效应。     

交直流复合电场–温度场下油纸绝缘内水分暂态分布规律研究EI北大核心CSCD

换流变压器的稳定运行是维护电网安全的重要保证,其主绝缘承受交直流复合电场-温度场的联合作用,内部水分暂态分布规律与传统模型不同。因此,该文构建复合电场-温度场下的单、双侧水分暂态扩散模型,修正油纸界面处水分的平衡条件,并进行相关的仿真与试验验证。首先,根据仿真结果可知,油浸纸板的厚度、活化能均会对油浸纸板内部水分暂态分布情况产生影响。在复合电场-温度场作用下,纸板内部水分扩散方向与电场方向有关,纸板微元内电阻率的分布直接影响水分的迁移速率;油浸纸板内部水分的迁移速率较仅受温度场作用时更快,且在油纸界面水分平衡时,纸板内部稳态含水率更高。同时,该文根据频域介电响应曲线的“二次平衡”规律发现,随着测试温度的升高,油纸绝缘模型内水分达到第一次稳态平衡时,油浸纸板内水分变化量逐渐增大,测试温度越高,水分变化量越明显;在相同大小的电场应力作用下,高温将对油纸绝缘模型内水分的第二次稳态平衡起到一定的促进作用。     

TiO_2纳米粒子对油浸纸板沿面放电的影响

油纸界面处的沿面放电是油浸式变压器最为常见的局部放电形式之一。为了提高变压器油纸介质的界面绝缘强度,利用Ti O2纳米粒子对变压器油浸纸板进行改性研究。分别测量了干燥条件和潮湿条件下纳米改性前后油浸纸板的沿面放电起始电压(SDIV)和沿面闪络电压(CFV),发现干燥纸板条件下Ti O2纳米改性油浸纸板的SDIV和CFV是纯变压器油浸纸板的1.12倍和1.15倍。当纸板中的水分增加至4%时,油浸纸板的界面绝缘强度明显降低,但是Ti O2纳米改性油浸纸板的SDIV和CFV是纯油浸纸板的1.24倍和1.11倍以上。结果表明:Ti O2纳米粒子能够明显抑制油浸纸板,特别是高湿条件下油浸纸板沿面放电的产生和发展,提高油纸绝缘界面的绝缘强度。     

基于介电响应技术的变压器油纸绝缘含水率数值评估方法

变压器绝缘纸板中的含水率是评估变压器内部绝缘老化的重要指标,为了运用介电响应技术测量变压器绝缘纸板含水率,首先对变压器XY等效模型及复合介质介电常数算法进行理论推导,得到绝缘纸板中含水率与XY等效模型介质损耗因数之间的关系,同时结合实验测试数据与频温叠加的基本思想,得出关于纯新油浸纸板复介电常数实部、虚部的具体表达式,将其代入绝缘纸板含水率与损耗因数的关系式中,得到迭代拟合算法。为进一步验证上述含水率拟合算法有效性,现阶段本文在实验室条件下制备了三种不同比例的XY等效模型,在不同温度条件下进行模型损耗因数测试,应用IDAX-300绝缘纸板含水率测试软件与本文迭代算法对测试结果分别进行拟合计算,发现试验中本文迭代拟合算法计算含水率平均误差为4.83%。     

温度及老化状态对油纸绝缘时域介电响应特性影响的实验研究

针对老化过程及温度对油纸绝缘时域介电响应特性的影响开展了研究.对油浸纸绝缘试品在高温下进行了不同时间的人工加速热老化,采用极化去极化电流(polarization and depolarization current,PDC)试验跟踪了其完整的老化进程,在不同的老化阶段开展了不同温度下的PDC试验.确认了温度和老化程度对PDC曲线有着较大的影响,温度的升高或老化程度的增加使PDC曲线向左上方移动.认为PDC试验主要反映油纸绝缘的2种类型界面极化,即油纸间的界面极化和纸板内不均匀结构引起的界面极化,前者响应较快,特征明显,适于评估绝缘老化状态.     

基于耐久度的油浸绝缘电气主设备状态评估模型

通过分析油浸绝缘设备绝缘性能变化规律,研究油浸绝缘设备剩余绝缘寿命评估方法。并对设备环境温度、油温升及绕组热点温度的历史数据分析,总结其季节性的变化规律对绝缘寿命预测准确性的影响。在此基础上提出了以年为计算时间单位的油浸绝缘设备剩余绝缘寿命评估方法。同时,基于绝缘寿命评估结果和现有的国网状态评估导则,对现有健康指数理论进行了改进和修正,提出了耐久度指标,利用设备设计参数、运行工况、试验数据及检修记录等信息构建出由三类评估模型组成的健康状态评估综合模型,并通过实际案例计算验证了模型的可靠性。     

Research on Life Prediction of Oil-Paper Insulation Based on Dielectric Response

Abstract

The power transformer is an important part of the power grid. The aging of oil-paper insulation is affected by many factors such as temperature and moisture. In order to accurately evaluate the service life of transformer and ensure the stable operation in power system, a method for predicting the lifetime of oil-immersed pressboard under different temperatures and moisture content was proposed. This method is mainly realized by the chemical reaction kinetic equations and transformation factor. Firstly, the effect of temperature and moisture content on the frequency dielectric response of oil-paper insulation was studied by frequency domain dielectric spectroscopy method. The results show that the dielectric loss of oil-immersed pressboard increases with the increase of moisture content and temperature. The activation energy of oil-immersed pressboard also increases exponentially with the increase of moisture content. Then, we analyzed the trend of polymerization degree of insulation pressboard in aging process and calculated the insulation life and the remain lifetime by combining the cellulose degradation kinetic models and translation factor. When the moisture content of the oil-immersed at 70?°C, the life expectancy of oil-paper insulation is about 19.26?years.     

温度对油纸绝缘介电响应特性的影响

为了研究温度对变压器油纸绝缘介电响应测量结果的影响,以更准确地评估纸板微水含量和老化状态,设计了在不同温度下对变压器油浸绝缘纸板试品分别进行时域回复电压(RV)和频域谱(FDS)测量的实验,比较不同温度下油纸绝缘RV极化谱特征参数以及介质损耗因数tan、复电容实部C′、虚部C″的频域谱曲线变化,分析变化趋势及原因,研究温度对介电响应方法评估绝缘纸板微水含量及其老化状态的影响。结果显示,随着温度的升高,试品RV极化谱曲线峰值向较短充电时间方向偏移,峰值时间和峰值电压均减小;试品tan和C″频域谱曲线向高频方向偏移,最小值略微增大;C′变大,在较低频率尤其明显。因此,在用介电响应法评估纸板微水含量及老化状态必须考虑温度影响,否则将导致评估结果失实。     

Dielectric response of mineral oil impregnated cellulose and the impact of aging

Dielectric response is a non-invasive diagnostic method with a potential to give information about the status of the solid insulation in a power transformer. To investigate what conditions the method can and cannot reveal, frequency domain spectroscopy has been applied to oil-impregnated paper and pressboard with and without moisture and/or acids added, and to paper at various stages of aging. Water and carboxylic acids are important aging indicators. It is found that moisture is clearly detectable. Also low molecular weight carboxylic acids will affect the dielectric response in a way similar to moisture, but high concentrations are needed for a contribution comparable to that of moisture. It is difficult to tell moisture and acids apart from the responses obtained. High molecular weight carboxylic acids make little or no contribution to the dielectric response of the solid insulation in a paper/pressboard - oil system. It was also observed that keeping paper or pressboard at elevated temperatures had a conditioning effect on the response     

老化绝缘纸表面的沿面放电试验分析

在故障变压器检修及事故调查中发现,变压器内绝缘纸界面发生沿面闪络后会留下烧灼痕迹,对此分析了油纸绝缘界面沿面闪络的起因及影响因素。测量了在添加和不添加绝缘纸板条件下绝缘油的击穿电压和起始局放电压,分析不同热老化程度的绝缘纸沿面闪络电压和起始局放电压的变化规律。研究结果表明:添加新绝缘纸不会改变油间隙的电气强度,但是老化后的绝缘纸会大幅降低油间隙的沿面闪络电压以及起始局放电压,在老化过程中产生的大量水分子可能是导致上述试验现象的重要原因。     

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。     

太赫兹时域光谱技术在绝缘纸板微水含量检测中的应用分析

水分是电力设备油纸绝缘寿命的首要劣化因素。将太赫兹时域光谱系统（THz-TDS）引入到油纸绝缘微水含量测试中,利用太赫兹时域光谱系统对不同微水含量绝缘纸板样品进行测试,得到了不同太赫兹时域及频域响应信号结果并进行拟合,从而获得了可以初步估计纸板中水分含量的计算公式;最后结合太赫兹成像技术对纸板平面的水分不均匀分布情况进行了检测。由于水分子中的氢键在太赫兹波照射下会产生强烈的共振与吸收,在太赫兹透射波中产生明显的反馈作用,基于此原理可以将太赫兹检测技术运用于对绝缘纸板水分含量与分布的评估中。     

水分对油纸绝缘热老化速率及热老化特征参量的影响

本文设计了在110℃和130℃下初始含水量分别为1%、3%、5%的绝缘纸试品在变压器油中的老化试验。系统地研究了不同初始含水量对油纸绝缘热老化速率的影响,分析对比了老化过程中的绝缘纸聚合度、纸中含水量、油中含水量、油中糠醛含量、油中酸值等老化特征参量的变化趋势。研究结果表明:初始含水量从1%增长到3%的绝缘纸平均降解速率的增长率比初始含水量从3%增长到5%时大得多,且从3%增长到5%时降解速率的增长率已经很小,有趋于饱和的趋势;老化过程中油中水分与纸中水分均是波动的,二者的波动幅度有较好的正相关关系,且二者整体上波动趋势的关系与初始含水量有关;水分含量及其变化趋势能影响老化过程中糠醛、酸等老化特征产物的变化趋势。因此本文提出应根据整个老化过程中油、纸二者水分含量整体上波动趋势的关系及波动幅度的大小来对变压器油纸绝缘进行状态评估及受潮分析,并建议在根据传统的油中糠醛、酸值等老化特征参量来对油纸绝缘进行状态评估及故障诊断时需充分考虑水分的影响。     

Dielectrometry measurements of moisture dynamics in oil-impregnatedpressboard

In oil-impregnated pressboard of medium and low humidity the complex dielectric spectrum's shape and amplitude do not change with variations in temperature and moisture content, but only shift in frequency. Thus it is possible to create a `universal' curve, with appropriate temperature correction factors, which can be used to extract information about the moisture dynamics of solid transformer insulation from dielectrometry measurements. To create the universal curve, measurements are taken with the material placed in a parallel-plate structure whose complex impedance is measured. To measure spatial distributions of dielectric properties, imposed ω-k (frequency-wavenumber) dielectrometry is used, where a set of interdigitated electrodes on one surface of the material cause the electric field to have a limited depth of penetration into the dielectric, proportional to the electrode spacing. Measurements using the parallel-plate methodology establish a mapping of the dielectric spectrum of EHV-Weidmann HIVAL pressboard impregnated with Shell Diala A transformer oil, as a function of temperature and water content. This mapping is then used to determine spatial moisture profiles in pressboard in other experiments which make use of a three-wavelength interdigitated sensor     

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。     

换流变压器油纸绝缘复合电场击穿特性及其试验方法

为了查明换流变压器油纸绝缘在交流叠加直流电场下的击穿特性,利用交流、直流及交流叠加直流等复合电场,对油隙、浸油纸板和油纸复合绝缘进行了击穿试验研究。结果表明：油隙的击穿场强几乎不随交流电压分量变化;浸油纸板击穿场强随交流电压分量增加迅速下降;受浸油纸板击穿特性影响,油纸复合绝缘击穿场强随交流电压分量减小明显提高。说明油隙的击穿场强与交流电压分量基本无关,但浸油纸板的击穿场强受交流电压分量影响严重。依据试验结果,进一步对换流变压器交流和直流电压试验项目的有效性进行了讨论。经分析发现换流变压器主绝缘的油隙与浸油纸板在运行电压下出现的最高电压仍为交流叠加直流电压。交流和直流电压试验的电压幅值能够满足要求,但电压波形与承受的运行电压相差较大。认为交流电压试验考核油隙绝缘介电强度是有效的,而直流电压试验考核浸油纸板绝缘介电强度并不充分。