基于高压频域介电响应的交流500kV交联聚乙烯海缆绝缘老化状态检测与分析

开展海缆绝缘性能劣化状态检测与评估是保障其安全稳定运行的重要手段。该文搭建高压频域介电响应测量平台,基于此测试分析500kV交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)新海缆和电热老化海缆的高压频域介电响应特性变化规律,并结合Dissado-Hill QDC模型对海缆高压频域介电特性变化机制进行了分析。结果表明:与新海缆相比,电热老化海缆XLPE材料的晶面间距更大,簇间极化更强,这导致同等测量电压下电热老化海缆的电容和介损值更大,其频域介电曲线随测量电压升高呈现更为明显的分层现象;电热老化海缆的介质损耗标量变化幅度平均值较小,介质损耗标量变化幅度平均值可作为海缆老化状态的表征参量,该文结果为超高压海缆绝缘老化状态检测提供了借鉴。     

大型发电机主绝缘的Cole-Cole模型频域介电温度特性研究

为研究温度对发电机环氧云母绝缘频域介电谱特性的影响,在实验室条件下,测试了不同温度下发电机线棒试样的频域介电响应,采用双弛豫Cole-Cole模型对测量数据进行拟合,分析了温度对环氧云母绝缘频域介电谱特性的影响原因。结果表明,双弛豫Cole-Cole模型能够准确拟合测试值,温度升高会加强空间电荷极化和转向极化,使复介电常数实部ε'和虚部ε″的频谱曲线整体上移,低频段增大幅度高于高频段;同时温度升高会减小介质的松弛极化时间,使频谱曲线向高频方向移动。因此在应用介电响应法评估环氧云母绝缘老化状态时,必须考虑温度的影响。     

考虑电导损耗对高压XLPE海缆低频介电特性的影响

随着海上风电的快速发展,高压XLPE海缆在海洋输电系统中承担着传输电能的重任。为了研究热氧老化对高压XLPE海缆频域介电特性的影响,本文在135℃下对XLPE试样进行加速老化试验,分别对不同老化程度的高压海缆XLPE试样进行频域介电特性测试。在分析实测试样介电特性时,发现有大量电导损耗和极化损耗相互叠加于中低频域内,影响了应用频域介电特性评估高压XLPE海缆绝缘老化状态的准确性。针对这一问题,本文推导出分离介电响应数据中电导损耗和极化损耗的方法。最后探究电导损耗对模型参数辨识精度的影响,并提出表征老化程度的特征参数。结果表明：高压XLPE海缆的频域介电曲线随着老化程度加深而向高频方向移动,且低频段内弥散现象越发明显;将复介电常数虚部中的电导损耗去除后能够提高Havriliak-Negami(H-N)模型参数辨识的精度;提取的特征参数弛豫强度?ε和高频介电常数ε∞能够表征高压海缆XLPE绝缘的老化状态,可实现高压XLPE海缆绝缘老化的评估。     

发电机主绝缘加速老化的频域介电特性

为研究大型发电机主绝缘的频域介电特性,在实验室搭建多因子加速老化平台对发电机定子线棒试样进行加速老化,通过频域介电谱法(FDS)测试不同老化程度下发电机绝缘试样的频域介电特征量,研究环氧云母绝缘试样复电容和老化状态之间的关系,同时分析温度对发电机绝缘频域介电特征量的影响规律,并采用Arrhenius方程求得了发电机主绝缘的活化能。研究结果表明:发电机环氧云母绝缘的复电容实部和虚部随着老化周期增加明显增大,可反映绝缘老化状态;温度对绝缘介电特征量影响显著,根据复电容虚部的曲线和Arrhenius方程计算出第三个老化周期之后绝缘的活化能是67.36kJ/mol;通过“频温平移”可以有效消除测试温度对FDS结果的影响,同时可以拓宽已知测试温度下的测试频率范围。     

10kV交联聚乙烯电缆加速电老化特性研究

在电应力长期作用下,XLPE电缆易发生绝缘老化.为研究XLPE电缆的电老化特性,对10 kV XLPE电缆进行加速电老化实验,并对老化前后样本进行理化性能及介电性能测试.结果表明:电老化后XLPE结晶度明显降低,熔融峰特征温度出现小幅下降;XLPE亚甲基含量有所上升,材料内部出现碳碳双键;PDC测试结果表明,电老化后样品极化电流和去极化电流均有所上升,XLPE电导率和低频介质损耗明显增加.由此可知,高能电子撞击使XLPE分子链发生化学键断裂,从而造成小分子链数量增多以及结晶区破坏,进而导致材料的理化性能和介电性能下降.     

交流500kV交联聚乙烯海缆绝缘材料的步进工频击穿特性及寿命模型

世界首条500 kV交联聚乙烯(XLPE)海缆已于2018年底在舟山敷设完成。为了研究500 kV XLPE海缆绝缘材料的绝缘与老化特性,对交流500 kV XLPE海缆绝缘材料进行不同温度下的短时工频击穿试验和步进应力工频击穿试验,并运用反幂模型对该材料在电-热应力下的寿命进行计算。结果表明:该500 k V XLPE海缆绝缘材料的短时工频击穿强度在25～85℃内呈现先上升后下降的趋势,工频击穿强度显著下降的阈值温度在70℃左右;相同温度下,步进应力下的工频击穿强度随加压时间步长上升而下降;相同加压时间步长下,步进应力下的工频击穿强度和耐压时间均随温度升高先增大后减小;寿命指数n和常数C随温度的升高也呈现先上升后下降的趋势。最后提出了基于反幂模型的该交流500 kV XLPE海缆材料的寿命计算公式,可为该材料类型海缆的寿命计算以及采用该材料进行电缆结构设计提供参考。     

500kV海缆接头绝缘恢复对XLPE工频击穿和晶相结构的影响

高压交联聚乙烯(crosslinked polyethylene,XLPE)绝缘海底电缆工厂接头绝缘恢复工艺对接头绝缘和近接头电缆绝缘材料的晶相结构及介电性能影响的研究,对于提升工厂接头技术具有重要意义。通过研究500 kV高压交流海缆本体、工厂接头、近接头电缆绝缘的工频击穿性能以及交联度和晶相结构的分布特征,获得了工厂接头绝缘恢复工艺对近接头电缆绝缘击穿和晶相结构的影响规律。结果表明:工厂接头和电缆本体绝缘的工频击穿场强相近,并且工厂接头绝缘的结晶度较小,内部绝缘晶体表面能较低,晶面间距较大;与电缆本体绝缘相比,近接头电缆绝缘的工频击穿场强降低,交联度增加,结晶度减小,晶体表面能降低,晶面间距增大,这可能是由于近接头电缆绝缘再加热过程而发生二次硫化所致,同时消除了近接头电缆绝缘中工厂脱气形成的热历史。因此,建议在工厂接头绝缘恢复工艺中采用降低交联温度,增长交联时间等手段保证工厂接头绝缘与电缆本体绝缘性能的一致性,同时应注意近接头电缆绝缘再加热过程的温度控制。     

XLPE电缆绝缘热老化的高压频域介电谱诊断方法

热老化是导致 XLPE 电缆绝缘性能下降的重要原因,实现热老化的诊断对电缆安全具有重要意义,为此该文对 XLPE 电缆整体和局部热老化高压频域介电谱特性进行研究。通过内外加热法制备了整体热老化电缆试样和用于模拟局部热老化电缆线段,分别在不同老化阶段检测了整体热老化、局部热老化段与完好电缆比值为 10%、4%的 10kV 缺陷电缆的高压频域介电谱(0.01～0.1Hz,最高检测电压 U₀),分析了局部老化段占比对介电常数的影响,定义并分析了曲线分层度 L、斜率、曲线积分和非线性度 η。研究结果表明：高压频域介电谱对整体、局部热老化反应灵敏;具有一定老化程度的整体热老化、局部热老化缺陷电缆试样的 L 均大于 1,L 矩阵可作为电缆老化现象的诊断参数;较高检测电压等级(1.0U₀)介电谱曲线的 η 对老化程度的变化敏感,且受局部缺陷占比影响较小,可以作为电缆老化程度的诊断特征;局部老化段的占比减小会使高压频域介电谱出现分层对应的时间延后,介电谱曲线积分值、曲线斜率减小,可以结合 η 的数值及曲线积分、斜率值所在数值区间判定电缆是否为局部老化;介电谱...     

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。     

变压器油纸绝缘频域介电谱特性的XY模型仿真及试验研究

为将频域介电谱法更好地用于对变压器油纸绝缘状态的现场诊断,通过联合XY模型仿真和主绝缘结构可变的变压器模型对变压器油纸绝缘系统的频域介电谱特性（FDS）进行研究。首先,借助于Concept 80宽频介电谱仪和介电响应分析仪DIRANA验证了XY模型仿真结果和变压器模型实测结果的等效性。然后,以绝缘纸板的复介电常数频域谱数据为基础,采用XY模型仿真系统地探讨了油纸绝缘系统在不同绝缘结构、绝缘油电导率、绝缘纸水分含量和老化状态等情况下的频域介电谱特性。研究结果表明：当绝缘油电导率较大时,在tanδ频域谱的低频部分出现＂凸起＂,＂凸起＂峰值所在频率随油电导率增大向高频方向平移,但幅值不变;随绝缘结构中X或Y值增大,＂凸起＂所在频率向高频方向平移,但幅值反而减小;随老化程度的加深,tanδ频域谱向高频方向移动;该研究提供了一种利用频域介电谱法诊断变压器老化状态的新思路。     

500kV油浸纸绝缘套管频域介电谱现场测试及分析研究

本文中作者介绍了频域介电谱测试原理,对500k V套管的频域介电谱特性进行了研究,结合电气试验和解体检查结果,阐述了频域介电谱对检测套管受潮、低能量局放等缺陷的有效性。     

基于频域介电谱试验的750 kV变压器绝缘状况评估

电力变压器运行的可靠性在很大程度上取决于其绝缘系统,绝缘性能降低,寿命便缩短。从经济性和安全性考虑,希望尽可能延长变压器的使用年限,又确保其安全稳定运行,则要对其进行绝缘诊断和寿命评估。通过分析电力变压器绝缘状态的诊断原理与方法,介绍了一种基于频域介电谱(FDS)技术进行绝缘诊断的新型试验方法。采用FDS法对兰州东变电站750 kV变压器进行了初步的现场测量,并分析了测量结果,结果表明,该变压器纸板水分含量合格,绝缘状况良好,且测量结果与预防性试验吻合良好。FDS有望成为一种新的预防性试验方法,具有良好的应用前景。     

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。     

交联聚乙烯电缆热老化与电树枝化相关性研究

热老化过程不但会影响交联聚乙烯（XLPE）电缆绝缘的物理化学性能,还对绝缘内电树的产生与生长有着一定的影响。研究了热老化后XLPE电缆绝缘中的电树行为．探讨XLPE电缆绝缘中电树枝过程与材料热老化的关系。采用带循环通风的热老化箱对XLPE电缆绝缘进行3个温度等级的热老化实验：采用针板结构电极进行电树枝实验,并利用数码显微镜观察电树枝的产生和发展情况;利用差示扫描量热法（DSC）、傅里叶红外光谱分析（FTIR）测试了不同温度热老化下XLPE电缆绝缘的物理化学性能;最后探讨了几种不同结构电树枝的生长机理．认为热老化并没有加速电树枝的生长．反而有一定的抑制作用．     

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。     

热老化对发电机定子线棒用环氧—云母绝缘频域介电特性的影响

为了研究热老化对发电机定子线棒用环氧—云母绝缘频域介电特性的影响,在170℃环境下对线棒样段进行加速热老化试验,老化时间分别为0、7、14、21 d.通过频域介电谱法测试了不同老化时间试样的频域介电谱,分析了老化时间对介质损耗和相对介电常数的影响;采用扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱对环氧—云母绝缘体系老化前后的微观形貌...     

变压器油纸绝缘系统频域介电特性的影响因素研究

为准确检测变压器油纸绝缘系统的健康状态,利用试验方法分别测试了水分、热老化和温度三种因素对频域介电谱(FDS)的影响。在实验室内完成试品的制备和试验平台的搭建,通过绝缘诊断仪IDAX300分别对制备好的水分和老化试品在特定温度下进行FDS测试,并得到相应的试验数据和图像。试验研究表明:在全频域10~(-4)~10~3Hz内水分、热老化、温度对FDS有着不同的影响规律,且在频域10~(-4)~10~(-2)Hz内随着水分含量、热老化时间、温度的增大介质损耗tanδ也逐渐增大,该方法为准确检测变压器的健康状态提供了理论依据。     

老化和水分对电容性套管绝缘纸频域介电特性的影响

套管故障是引起变压器停运的主要原因之一,其中套管绝缘受潮引起的故障比例占据首位,而水分是引起油纸绝缘劣化的重要因素,因此研究不同水分对电容性套管绝缘介电特性的影响对于评估套管受潮状态具有重要意义。制备了不同初始水分质量分数的油纸电容型套管电容芯子试品,开展了实验室内油浸纸电容芯子的加速热老化试验,建立了介损特征区间积分模型,发现老化时间与油浸纸介损在特征区间的积分值符合线性规律,水分同介损在特征区间的积分宽度符合线性规律,表明油浸纸频域介电谱中的介损积分值可反映绝缘老化程度,为现场基于介损评估受潮下油纸套管的老化状态及受潮对绝缘老化的加速情况提供研究思路。     

油纸绝缘频域介电谱的修正Cole-Cole模型特征参量提取及水分含量评估方法

为了应用频域介电谱技术实现变压器油纸绝缘水分含量的定量评估,在实验室中制备了不同水分含量的油纸绝缘样品,分析了水分含量对样品介电特性的影响规律,同时引入修正Cole-Cole模型提取了油纸绝缘频域介电特征参量,研究了水分含量对这些特征参量的影响规律。结果表明,水分含量的变化会对油浸绝缘纸板样品的频域介电特性产生较大影响,采用修正Cole-Cole模型提取的频域介电特征参量中,?弛豫时间常数??及直流电导率?dc会随着油浸绝缘纸板水分含量的增加分别明显变小和增大;对参量水分含量m.c.的初步拟合显示,??和?dc与m.c之间分别呈现指数和线性关系,可考虑作为定量评估油纸绝缘水分含量的特征参量。