气体绝缘开关设备电缆终端绝缘硅油老化问题试验研究

气体绝缘开关设备(GIS)高压充油电缆终端绝缘硅油随运行时间的增加会逐渐老化,从而造成电缆终端的绝缘性能大大降低。为了进行硅油老化状态的判定,首先研究了热老化对硅油电气性能的影响,然后采用针板电极对硅油进行了放电老化试验,通过不同放电形式下击穿电压、介质损耗角正切(简称介损值)、体积电阻率等电气参数的变化规律以及MALDI-TOF质谱分析的结果来评价硅油的老化状态。综合以上分析,证明了单纯的热老化对硅油电气性能的影响较小且非常缓慢,并且初步形成了硅油老化状态的评价标准:若击穿电压U≥40 kV,介损值tanδ≤0.6%,体积电阻率ρ≥5×1012Ω·m,质谱分析表明没有明显低分子量聚硅氧烷生成,则硅油处于轻微老化状态;若击穿电压U为30~35 kV,介损值tanδ为1%~1.5%,体积电阻率ρ为1011~1012Ω·m,质谱分析表明分子量在1 400~2 400范围内时出现稳定间隔吸收峰,则硅油处于中度老化状态;若击穿电压U≤25 kV,介损值tanδ≥5%,体积电阻率ρ≤1010Ω·m,质谱分析表明分子量在550~750甚至更低范围内时出现稳定间隔吸收峰,则硅油处于严重老化状态。     

老化及受潮下硅油纸和矿物油纸绝缘的频域介电谱特性对比研究

硅油作为矿物油的替代品在变压器、互感器和套管等高压电力设备中获得了比较广泛的应用,然而在硅油纸绝缘电力设备的绝缘状态评估研究方面所积累的经验相对较少。为了评估频域介电谱法用于硅油纸绝缘电力设备绝缘状态评估的有效性,该文对比研究了硅油纸绝缘和矿物油纸绝缘的频域介电谱(frequency domain spectroscopy,FDS)特征参数分别随水分含量和老化程度的变化规律。实验结果表明:水分对硅油纸和矿物油纸绝缘的频域介电谱特征参数的影响规律是一致的,两种油纸绝缘体系的介质损耗角正切值tanδ均随着水分含量的增加而逐渐升高;热老化对矿物油纸绝缘的tanδ和电介质相对介电常数ε_r有明显的影响且影响规律和水分非常相似,但对硅油纸绝缘的tanδ和ε_r的影响非常微弱。因此可以采用频域介电谱方法对硅油纸绝缘的含水量进行定量评估。     

油老化对变压器油纸绝缘频域介电谱的影响

为研究变压器油老化对油纸绝缘频域介电谱的影响,以便准确地评估变压器油纸绝缘老化状态,对变压器油进行加速热老化,获得3组不同老化程度的变压器油试样。采用3组油样分别对新绝缘纸进行充分浸渍,得到3组油老化程度不同的油浸纸试样。对每组试样进行频域介电特性测量,获得油浸纸试样介电参数的频域介电谱,研究油老化对变压器油纸绝缘频域介电特性的影响。结果表明:油老化严重时,油纸绝缘的复电容实部(C′)增大,虚部(C″)和介质损耗因数(tanδ)在较低频率范围受变压器油老化的影响显著,且随着油老化的加重而增大,而在较高频率范围的影响较小。     

油老化对油纸绝缘时域介电特性影响的实验研究

为了研究绝缘油老化对变压器油纸绝缘时域介电特性测量结果的影响,以更准确地分析和评估油纸绝缘老化状态,对油浸纸试品进行加速热老化,获取3组不同老化程度的变压器油试样并分析其理化参数。对新绝缘纸试品进行真空干燥,然后使用3组油样分别对干燥的纸样进行充分浸渍获得3组油老化状态不同的油浸纸试品。对每组油浸纸试品进行极化去极化电流(polarization and depolarization currents,PDC)测量,分析油老化引起的油纸绝缘时域介电特性变化。结果表明,变压器油老化后,油中微水含量、酸值、介质损耗因数显著增大,pH值、电阻率减小;油浸纸试品的极化、去极化电流增大,电导电流增大且需要较长时间达到稳定值;试品绝缘电阻R60和吸收比Ka减小。     

电力变压器油纸绝缘状态评估的频域介电特征参量研究

变压器油纸绝缘的水分与老化状态将直接影响到变压器的电气性能和运行寿命。为了研究水分含量和老化对油纸绝缘频域介电特性的影响规律,从而更准确地评估变压器油纸绝缘的含水量与老化状态,在实验室内制备了不同水分含量与不同老化状态的油纸绝缘样品并测试了其复电容(C*)频域谱,提出了一种利用复电容虚部(C″)评估油纸绝缘含水量与老化状态的新方法并提取了评估纸板水分含量与老化状态的频域介电特征量,初步建立了纸板水分含量及聚合度分别与频域介电特征量的量化关系。最后,通过引入"FDS曲线频率平移"方法消除温度对老化油纸绝缘样品C*频域谱的影响。结果表明:提取的频域介电特征量对纸板含水量以及老化状态变化比较敏感;通过"FDS曲线频率平移"方法得到的C*主曲线可以消除温度对C*频域谱的影响。     

基于硅油劣化特性对高压电缆终端热状态的测试分析

为了对已经在现场运行了12年的220 kV瓷套管电缆终端异常热状态进行研究,以电缆终端内部填充的硅油为研究对象,进行了傅里叶红外光谱分析、介电性能及微水含量测试。结果表明:微水含量对硅油的老化状态影响显著,是硅油老化的特征指标之一。在红外光谱中硅油老化特征峰对应于2 360 cm~(-1)附近P-H键的伸缩振动峰,Si-CH_3键、-CH_3键及Si-O-Si键的特征峰在老化前后变化不大。在温度为90℃时,硅油的介电性能数据能更好地体现出其性能变化的差异,硅油老化后其介电性能的下降主要是由水分含量提高,加剧硅油老化引起的。     

密闭环境下高压电缆终端硅油劣化特性

为研究密闭环境下高压电缆终端硅油中水分析出原因及其劣化后的性能参数，以填充于电缆终端内部的TR50绝缘硅油为研究对象，搭建了密闭环境的电、热老化试验平台，测试了不同老化状态下硅油的理化性能与电气性能。结果表明：电老化与热老化均能引起硅油的水分析出，90℃热老化与低能局部放电对硅油理化及电气性能的劣化影响较小，间歇火花放电及持续电弧放电对硅油理化及电气性能的劣化影响较大，其中击穿电压、介质损耗因数、体积电阻率和含水量的相关性较大，这些指标可有效表征硅油的劣化程度。     

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。     

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。     

高压充油电缆绝缘热老化的红外光谱分析研究

高压充油电缆绝缘老化与其绝缘内部微观缺陷的产生和发展以及油纸劣化有着极为密切的关系。笔者以充油电缆绝缘结构为研究对象,采用红外光谱分析技术对不同热老化阶段的电缆油油样进行了理化分析。实验结果表明:利用红外光谱分析法可以测量电缆油中的糠醛含量:随着老化时间的延长,电缆纸有加速老化的趋势;油中糠醛含量与油中氢气浓度的比值(KFH)可以反映绝缘老化的危险程度。KFH饱和值越高,对充油电缆绝缘剩余寿命的危害越大。     

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。     

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。     

纸板的老化状态对其PDC特性影响的实验研究

为研究纸板劣化对其极化去极化电流（polarization and depolarization currents,PDC）特性的影响,在实验室内对油浸变压器绝缘纸板进行加速热老化,在不同老化阶段取出纸板试品,对不同老化状态的纸板进行石油醚萃取变压器油和真空干燥处理。为了表征绝缘纸板的老化状态,对各老化阶段的纸板采用粘度法测量聚合度,并使用扫描电子显微镜（scanning electron microscope,SEM）观察纤维素表面的微观结构及破坏状况。在同一温度下,对干燥后不同老化状态的纸板分别进行真空中和新变压器油浸渍条件下的PDC测量。结果表明,随着老化时间的延长,纸板聚合度下降,纤维表面微观结构破坏明显。纸板劣化造成真空中和油浸渍的纸板极化去极化电流显著增大,电导率增加,并导致其绝缘电阻降低,吸收比减小。因此,对于油纸绝缘,除老化产生的水分外,纸板劣化本身也将导致纸板电导率的增大,并显著影响其极化去极化电流的测量结果。     

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。     

定子主绝缘受潮频域介电参量提取及状态评估

针对吸收比等传统电气参数测试结果分散性大、易受外界干扰等问题,提出将频域介电谱技术引入发电机定子主绝缘受潮状态评估过程.对不同老化状态的定子主绝缘样品进行受潮试验,得到不同状态样品的吸收比和介质损耗频域谱.结合灰色关联法,深入分析测试结果,划分四种绝缘受潮状态和四个特征频段,通过特征频段的介损积分值构建标准状态向量组,...     

Dielectric response methods for diagnostics of power transformers

The dryness and aging state of oil-paper insulation is a key factor in both the short- and long-term reliability of a power transformer, since moisture has deleterious effects on dielectric integrity and insulation aging rates. Today, the water content of the cellulose in an in-service transformer is determined indirectly via moisture measured from oil samples, according to IEC 60422. This report summarizes the work performed by Cigre Task Force 15.01.09, and presents conclusions regarding the state of the knowledge on the applicability of the current diagnostic techniques.     

变压器油中糠醛含量与固体绝缘老化关系的研究

通常诊断油浸式变压器寿命的方法主要是利用气相色谱法测定油中的一氧化碳和二氧化碳的生成总量来判别绝缘纸老化的程度,这种方法准确性较差。糠醛含量法是一种油浸式变压器绝缘监督的新方法。为此,阐述了糠醛含量法的基本原理,介绍了油中糠醛质量浓度的测定方法,分析了油中糠醛质量浓度与一氧化碳、二氧化碳的体积分数之间的关系。根据糠醛的质量浓度值取对数后与代表绝缘纸老化程度的纤维素聚合度之间有较好的线性关系的情况,介绍了计算纤维素聚合度的经验公式,并列举了实例验证公式的准确程度。研究结果表明,糠醛含量法是一种油浸式变压器绝缘老化监督较为实用、准确、方便灵活的方法。     

基于极化/去极化电流法的变压器油纸绝缘影响因素研究

极化/去极化电流法作为一种新的反映变压器油纸绝缘状态的新方法,但环境因素尤其是温度和水分对油纸绝缘极化/去极化电流曲线有严重影响.为表征温度和水分对油纸绝缘极化/去极化电流特性变化规律,对极化/去极化电流法进行了建模,搭建了实验室测试平台,测试了油纸绝缘系统在不同温度和水分含量条件下的极化/去极化电流特性.结果表明：极化/去极化电流随温度升高、水分增加而增大,参数σ和a与温度和水分密切相关,可以作为评估油纸绝缘的绝缘状态的特征量.