基于频域介电响应的油浸纸套管受潮缺陷诊断分析北大核心CSCD

水分是影响油纸绝缘套管绝缘性能的主要因素之一,对油纸绝缘套管的受潮状态开展诊断分析有重要工程价值。为研究油纸绝缘套管在不同受潮状态下的频域介电特征,文中针对正常套管和芯体受潮套管开展了频域介电响应测试,获取芯体受潮程度与介电响应的分布关系,提取了0.1 Hz至1 kHz频率范围介损偏差平均值(average dielectric loss deviation)E(Δlg(tanδ))和实部电容比值KC′两类缺陷判断特征值。研究结果表明,水分作为强极性物质,会引起套管的绝缘电阻下降以及介质损耗的提升,由于绝缘纸与绝缘油的亲水性差异,芯体受潮对套管绝缘性能的影响较绝缘油受潮情况更为显著。在0.1 Hz至1 kHz频率范围内,芯体受潮套管存在E(Δlg(tanδ))>0.23和KC′>1.05%的特征。据此制定了0.1 Hz至1 kHz频率范围内介电损耗增量不大于70%,电容变化量不大于5%的缺陷判断依据,实际应用效果较好。研究成果为现场分析及诊断油纸绝缘套管受潮缺陷提供了参考。     

基于宽频介电响应的油纸绝缘套管受潮特征提取和状态诊断

以油纸绝缘宽频介电响应为研究对象,针对实验室不同水分含量的油纸绝缘样品,开展了宽频介电响应测试。通过介电谱中的弛豫极化部分,提取了表征受潮程度的频谱参数,分析其与油纸绝缘中水分含量的关系,进一步设计了油浸式套管缩比模型的受潮试验,讨论了频谱参数在套管受潮诊断中的应用。结果表明：弛豫极化频谱中的低频极化过程对水分含量较为敏感,其损耗峰峰值可作为表征水分含量的特征参数;在套管不同受潮类型情况下,低频和高频弛豫极化的损耗峰值及特征频率等参数的变化规律不同,可作为套管受潮类型的初步判据。     

不同受潮类型下油纸绝缘套管的频域介电谱特性

电容型高压套管作为典型的油纸绝缘设备之一,是电力变压器不可或缺的外部连接组件。为了评估频域介电谱法用于油纸绝缘套管含水量状态的有效性,研究了实验室油纸绝缘等效模型和现场套管的频域介电谱(frequency domain spectroscopy,FDS)特征在不同受潮程度和受潮类型时的变化规律。同时,结合界面极化数值模型分析结果,针对不均匀受潮样品和现场套管进行数值分析。结果表明:水分会影响频域介电谱(frequency domain spectroscopy,FDS)特性曲线整个频段。水分分布不均匀时,水分含量高的部分对油纸绝缘整体FDS特性曲线影响较大。不均匀程度越大,曲线波动越大,且具有典型的界面极化特征。因此,可采用频域介电谱方法对油纸绝缘套管的含水量进行评估,同时也能针对性地评估水分分布不均匀的影响。     

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。     

基于FDS介电响应法的油纸绝缘型设备状态评估

对于油纸绝缘型设备,传统工频介质损耗测量频带范围有限,无法准确分析介质内部的绝缘状态,基于介电响应的频域谱法（FDS）能更灵敏、全面地反映油纸绝缘型设备内部油老化及油纸受潮状态。介绍FDS测量原理及水分评估方法,建立变压器及套管结构模型,并分析测量影响因素,在现场中利用DIRANA介电响应分析仪对ABB GOE型套管进行FDS测量和水分评估,结果证明FDS具有良好的实用性,为油纸绝缘型设备状态评估提供了新方法。     

110 kV变压器油纸绝缘套管不均匀绝缘受潮劣化分析

利用频域介电谱方法对油纸绝缘变压器套管的受潮特性进行了系统研究。从频域介电谱基础理论,对均匀与不均匀受潮的油纸绝缘模型的介电响应特性进行了分析。同时对现场油纸绝缘套管的频域介电谱测试诊断与应用进行了相关研究。提出了一种油纸绝缘设备内受潮均匀度评估方法。综合考虑均匀受潮与不均匀受潮时的介电响应特征,即油纸绝缘不均匀受潮时,曲线有明显损耗峰、波动等特征。并针对现场变压器套管展开频域介电谱测试与解体理化分析,进一步验证了理论模型,为现场变压器套管受潮评估提供了一种可靠的方法。     

不均匀受潮油纸绝缘套管频域介电谱仿真研究

电容型高压套管作为变电站内极为重要的电力设备之一,其绝缘状态对于电力系统的安全稳定运行至关重要。套管在生产和运行过程中,可能因干燥、浸渍不充分或外部水分入侵而导致受潮,对其绝缘的可靠性带来威胁。由于套管电容芯子绝缘结构的特殊性,水分在其中通常是非均匀分布的,尤其是在外界水分侵入的情况下。本文建立了油纸绝缘双单元叠层和110kV电容型套管数值仿真模型,对其在不均匀受潮状态下的频域介电谱特性进行仿真研究。结果表明：不均匀受潮时,tanδ-f曲线呈现出明显的介质损耗峰,水分分布不均匀程度增大,损耗峰对应的频率随之增大;频域介电谱对套管厚度和末屏局部的含水量变化表现敏感,而基本不受套管轴向不均匀受潮的影响。     

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。     

基于频域介电响应特征指纹的油纸绝缘受潮及老化状态区间识别

频域介电谱技术作为一种无损测试及绝缘诊断手段,近年来受到了广泛关注并成为研究热点,尤其是在变压器固体绝缘受潮的评估方面取得了较为显著的进展。然而,作为影响变压器绝缘性能的两个重要因素,油纸绝缘的受潮和老化对频域介电响应特性影响较为相似,目前还无法通过该技术区分变压器的受潮和老化两种状态,也无法对变压器绝缘的老化状态进行有效的评估。该文提出将油纸绝缘状态按照受潮和老化程度的不同划分为数个状态模式,采用模糊模式识别的方法,以介电响应特征指纹作为分类器的输入,以模糊模式识别结果对应的标准状态模式作为评价油纸绝缘受潮和老化程度的方法。按照油纸绝缘样本聚合度及水分含量划分30个标准状态模式,选用介质损耗频域谱在三个频段的积分作为介电响应特征参数,采用贴近度的方式实现状态模式分类。实验室油纸绝缘样本和现场变压器测试结果的分析初步证实了所提方法的有效性。     

油纸绝缘频域介电谱特性与聚合度的关联影响规律研究

为研究绝缘纸聚合度与油纸绝缘频域介电谱特性间的关联影响规律,搭建了油纸绝缘频域介电响应测试平台,测试了新绝缘油、低含酸量绝缘油、高含酸量绝缘油、一定老化程度绝缘油分别与不同聚合度绝缘纸所组成的油纸绝缘的复介电常数以及新绝缘油分别与低含水量、高含水量绝缘纸组成的油纸绝缘的复介电常数,并对测试结果进行了对比分析。分析结果表明:绝缘纸聚合度通过影响水分和酸在油纸间的分布情况而对油纸绝缘复介电常数产生关联性影响。利用频域介电谱法诊断油纸绝缘中水分或小分子酸含量时,应考虑聚合度影响两者在油纸间的分布情况后对油纸绝缘频域介电谱特性产生的关联性影响。     

变压器油纸绝缘频域介电响应非线性特性研究EI北大核心CSCD

频域介电响应(frequency domain dielectric response,FDS)技术作为变压器油纸绝缘无损评估的重要手段,而油纸绝缘介电性能非线性变化将影响评估的准确性,因此需要开展油纸绝缘FDS非线性变化规律的研究。该文在实验室条件下制备了多组不同老化程度、不同含水率的油纸绝缘试样,开展不同温度下油纸绝缘非线性FDS测试。研究发现,测试温度较低、油纸绝缘水分含量较小时,油纸绝缘低频介电响应与电压呈负相关,且随着测试温度的升高,非线性变化区域向高频且损耗因数增大的方向移动,FDS变化规律与测试激励幅值的关系减弱;当测试温度较高、油纸绝缘水分含量较大时,油纸绝缘低频介电响应出现与电压呈正相关的非线性变化规律;同时,根据频温平移计算发现,油纸绝缘的弛豫活化能与交流电导活化能均与其内部水分含量存在线性变化关系,而测试激励幅值对交流电导活化能的影响更为显著。为了消除测试温度对交流电导率的影响,该文建立电导率修正函数,实现了高温、高含水率下油纸绝缘低频交流电导率曲线的平移修正;最后,结合所构建的水分基团迁移率计算模型,定量计算水分含量对老化油纸绝缘频域介电响应非线性变化的影响,其规律与实验结果一致。     

油纸复合套管受潮状态的频域介电响应分析

油纸电容型套管是大型电力变压器的重要部件,其安全可靠性是电网稳定运行的关键因素。变压器出线套管结构复杂、设计紧凑,在安装设计不当,运行环境恶劣等条件下很容易成为变压器绝缘系统的最薄弱环节。统计表明,25%以上的电力变压器故障是由套管绝缘故障导致的,而套管绝缘受潮导致的事故案例居于套管绝缘故障类型中的前列。因此,对套管绝缘状态的有效评估显得尤为重要。为探究水分对油纸绝缘套管的影响,运用介电响应法,结合在实验中测量得到的单层油纸绝缘的结果,仿真得到简化套管均匀受潮时介电谱。并运用Kramer-Kroning方程将得到的介电谱虚部分解为电导损耗部分和极化损耗部分,观察各个部分随水分变化规律,总结为如下两点：第一是电导损耗分量随水分的增大急剧增大,变化量可以达到好几个数量级,且电导损耗随水分变化其趋势基本不会发生改变;第二,油纸中水分的加入使油纸出现了新的极化过程,在介电谱中0.1~10 Hz出现一个损耗峰,且损耗峰幅值随水分增大而增加。     

温度对植物绝缘油纸介电响应特性的影响

本文分析了大豆油基植物绝缘油和棕榈油基植物绝缘油的相对介电常数、介质损耗因数、体积电阻率等参数,在不同温度下测试了两种植物油纸绝缘系统的频域介电谱。结果表明:两种不同油基的植物绝缘油相对介电常数不同;黏度低的植物绝缘油极化损耗更强;植物绝缘油的极性越强,体积电阻率越低,电导率越高;温度对植物油纸绝缘的频域介电谱曲线有较大的影响,温度升高使频域介电谱曲线向高频方向平移。     

变压器油纸绝缘老化与水分含量评估频域介电特征量

为区分水分以及老化状态对油纸绝缘频域介电响应的影响,更好地推动频域介电谱技术(FDS)应用于现场电力变压器绝缘状态的无损评估,首先在实验室制备了不同含水量、不同热老化状态的油纸绝缘样品,然后在深入分析老化和水分对频域介电响应影响规律的基础上,提出一种利用介质损耗因数tanδ区分油纸绝缘水分和老化状态对频域介电响应影响的方法,并提取了能够量化绝缘纸水分含量及聚合度的频域介电特征量。研究结果表明:提取的油纸绝缘样品的频域介电特征量在10-1~10Hz的频域范围内对水分反映灵敏,而老化仅仅在10-3~10-1Hz的测试频段内对该特征量的影响较大,该特征量在两频段范围内的最大值分别与绝缘纸水分含量、聚合度均存在拟合优度较高的指数函数关系。提取的特征量可进一步应用于变压器油纸绝缘状态的无损评估。     

基于频域介电谱分析的油纸套管状态评估仿真

采用频域介电谱法对高压油纸套管进行了受潮状态诊断。通过在COMSOL中建立110k V油纸套管模型,求解不同频率下的介质损耗得到其频域介电谱,并分析了套管频域介电谱的差异。     

基于频域介电谱分析的高压套管绝缘状态评估

为了解决高压套管现场检测手段有限、诊断准确性差的问题,改善目前高压套管事故多发的现状,采用新型无损检测方法对高压套管绝缘老化和受潮状态进行评估,对提高高压套管的运行可靠性具有重要意义。笔者采用基于介电响应理论的频域介电谱法(FDS),对3支结构相同的油纸绝缘高压套管在不同温度、含水量以及热老化时间下FDS测试的介损频率曲线进行了对比和分析,通过0.01¹ 000 Hz频段的FDS测试的介损频率曲线来评估套管纸绝缘的含水量。研究结果表明,FDS测量的套管介损频率曲线受温度、含水量和老化时间等因素的影响,介损频率曲线的低频部分对套管纸绝缘含水量更敏感,而通过FDS测试评估套管纸绝缘含水量也可定量分析套管内部纸绝缘的老化和受潮状态。相比传统工频介质损耗测量,频域介电谱测量能够更灵敏和较全面地反映套管内部绝缘老化和受潮状态,具有较好的工程应用价值。     

冲击电压激励下变压器套管介电响应快速测量方法北大核心CSCD

油纸绝缘套管作为变电站内极为重要的电力设备之一,其绝缘状态对于电力系统的安全稳定运行至关重要。频域介电谱法可实现套管绝缘状态的无损检测,但传统扫频测试耗费时间长,为频域介电谱的现场应用带来不便。文中提出一种冲击电压激励下变压器套管介电响应快速测量方法,利用冲击电压信号中包含的丰富频率分量作为激励信号,获取套管末屏响应电流并进行数据处理与计算,从而得到频域介电响应信息。文中基于扩展德拜模型,搭建冲击电压激励下介电响应仿真平台,并利用任意波形发生器、高压功率放大器等设备搭建实验测试平台,验证了冲击电压激励下介电响应快速测量方法的可行性与准确性,对于缩短变压器停电检修时间窗口,提高现场套管绝缘状态诊断效率具有重要意义。     

国内文摘与专利

<正>电热联合作用下交流油浸纸套管绝缘特性/王成智,胡伟,罗晓庆,等/高电压技术,2019(8)为研究交流油纸绝缘套管实际工程运行中的绝缘特性,建立了套管电热联合试验平台,针对交流油纸绝缘套管,开展了不同油温和不同负荷条件下的绝缘参量特性试验。掌握了不同油温和不同负荷条件下交流油纸绝缘套管介质损耗因数、电容量、绝缘电阻及频域介电谱的变化规律,并根据电介质极化理论系统分析了参量变化规律机理。结果表明:     

绝缘结构与测试电极对植物油纸频域介电谱特性的影响

为了全面研究绝缘结构对植物油纸频域介电谱特性的影响,搭建了植物油纸频率响应实验平台,采用3种不同电极对植物绝缘油、植物油纸绝缘结构、纸板间带1层油隙及带2层油隙的植物油纸绝缘系统进行测试。结果表明:绝缘结构对频域介电谱影响较大,在低频下植物油纸的介质损耗因数最低,植物绝缘油的介质损耗因数最高;在中高频下植物油纸的介质损耗因数最低,植物油纸与2层油隙组成的油纸绝缘系统介质损耗因数最高;3种测试电极测得同种试品的曲线存在一定差异,但整体趋势相同,可通过计算消除不同电极对测试结果产生的影响。     

基于扩展德拜模型的油纸绝缘受潮频域特征量研究

为充分挖掘频域介电谱(FDS)携带油纸绝缘状态信息,提取油纸绝缘受潮状态特征量,首先分析基于FDS的油纸绝缘扩展德拜模型参数随温度及微水含量的变化规律,并提取两个油纸绝缘受潮状态特征量——特征频率处(10~(-3) Hz、10~(-2) Hz、10~(-1) Hz和10~0 Hz)的介质损耗和10~(-2)~10~2 Hz范围内的介质损耗斜率K_P。研究表明,扩展德拜模型参数对油纸绝缘微水含量十分敏感,随微水含量的增加,绝缘电阻R_0单调减小,大时间常数和中时间常数支路极化电容C_i单调增大,而几何电容C_0几乎不变。此外,温度也显著影响等效模型参数,因此频域介电测试需保持温度的一致性。提取的状态量特征频率处介质损耗和介质损耗斜率K_p分别与微水含量存在指数关系和线性关系,有助于实现油纸绝缘微水含量的定量评估。