采用微分去极化电流法解析变压器油纸绝缘的介质响应函数

时域介质响应诊断技术是有效诊断变压器油纸绝缘状态的无损检测方法,而绝缘的介质响应数学模型是时域诊断研究的关键手段。针对原有模型未能准确反映介质的极化过程,现有建模方法无法确定极化过程包含的弛豫项数、未能准确地辨识模型参数等问题,根据电介质物理学的研究成果,将方根指数型衰减规律引入介质响应函数,以便其更贴近多种不同条件下的实验规律。同时,在建模中提出了微分去极化电流法,从而解决了一直以来受争议的弛豫项数问题,并实现了介质响应函数的解析。研究结果证明了利用微分去极化电流法建模的唯一性和准确性,为油纸绝缘的时域介质响应诊断提供了新思路。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

去极化电流解谱分析油纸绝缘等效电路参数研究

介质响应法可以有效地判断油纸绝缘的状态,保证变压器运行的可靠性,延长老旧变压器的使用寿命。变压器油纸绝缘等效电路参数的求解对于深入分析介质响应特征量随绝缘状态变化的规律有重要意义。基于去极化电流解谱的方法对等效电路参数的求解进行了改进。根据时域介电谱理论,估算出各条支路的时间常数,再逐条求出每条支路的极化电阻、极化电容。该方法计算简单,而且还体现了物理意义。最后,用该方法对三台变压器进行解谱分析,计算得到的等效电路参数和原参数的误差很小,验证了该方法的有效性和可行性。     

油纸绝缘系统回复电压函数建模及拓扑结构辨识

基于扩展德拜等效电路模型与时域介电响应原理,提出一种能够真实反映绝缘介质响应过程的回复电压函数模型,并利用该函数模型辨识油纸绝缘系统拓扑结构。实验结果验证了所提回复电压函数模型以及油纸绝缘系统拓扑结构辨识方法的可行性与准确性,并且通过等效电路的极化支路条数可初步诊断变压器油纸绝缘老化状态。     

基于去极化电量的油纸绝缘变压器微水含量评估

变压器绝缘的微水含量是影响其寿命重要因素之一。本文基于去极化电量和介电响应理论,提取去极化电流始端去极化电量Soil和末端去极化电量Spaper来评估变压器油纸绝缘的微水含量。首先,比较绝缘油和绝缘纸在不同水分含量下的去极化电流曲线变化;然后,根据去极化电流曲线的介电响应参数辨识结果提取特征量Soil和Spaper,分析结果表明,Soil与Spaper均随着绝缘油或纸中微水含量的增加呈现指数规律增长。最后,通过实例验证所提特征量能较好地评估变压器油纸绝缘的微水含量。     

油纸绝缘等效电路参数辨识及老化状态评估

对油纸绝缘等效电路参数进行准确辨识是当前研究的一个难点。为此摒弃了传统利用恢复电压特征量对油纸绝缘等效电路建模和参数辨识方法,并提出了一种电路建模和参数辨识的新方法。恢复电压曲线含有丰富的介电弛豫响应信息,利用微分解谱得到包含介电弛豫响应信息的子谱线,分析子谱线弛豫参数与等效电路参数的关系并求解等效电路参数。该方法可以准确地确定等效电路拓扑结构,能避开复杂的方程组运算而准确辨识电路中的参数量,并可求解出各极化支路的非典型自由弛豫的线型参数。同时,对多台变压器绝缘等效电路的部分参数与油纸绝缘老化状态的关系进行了研究,结果表明:变压器绝缘状态良好时,恢复电压曲线可分解5条子谱线,线型参数较小且接近0.5;子谱线数量越多,线型参数越大,则变压器油纸绝缘老化越严重。因此,利用子谱线数量和线型参数能准确评估油纸绝缘老化状态。     

基于修正Debye模型的油浸绝缘纸不均匀老化时域介电特性

变压器内部存在的温度梯度导致油浸绝缘纸不均匀老化,为研究油浸绝缘纸在温度梯度下的时域介电特性,在实验室搭建油浸绝缘纸不均匀老化试验平台,测定试样老化过程中聚合度变化规律和极化/去极化电流曲线,并对其进行等效模型参数辨识,得到如下结论:发热端附近油浸绝缘纸极化/去极化电流均向左上方平移,纸内电导率提高,极化的响应速率加快;发热端附近等温区极化电阻和时间常数最小,修正Debye模型和扩展Debye模型参数存在关联关系;扩展Debye模型只能评估油纸绝缘平均老化程度,用其进行绝缘状态评估时会出现"老化被高估区"和"老化被低估区",发热端附近绝缘实际状况比评估结果恶劣将近50%。研究结果为将极化/去极化电流法更精确地应用于实际变压器油纸绝缘状态评估提供了参考。     

基于去极化电量时域微分谱线时域特征量的变压器绝缘老化研究

本文依据时域介电谱理论,提出去极化电量时域微分谱线。应用微分解谱法,对油纸绝缘去极化电量微分谱线进行逐次解谱,求取去极化电量谱的参数,提取去极化电量谱时域特征量,利用去极化电量平均电量和平均极化响应时间评估油纸绝缘的老化状态。通过分析多组不同绝缘状态变压器的去极化电量微分谱线,得到如下结论:随着变压器绝缘状态的劣化加剧,去极化平均电量逐渐增大,平均极化反应时间逐渐减小。本文结论为正确评估变压器绝缘状态提供了一种新的思路。     

用于评估油纸绝缘热老化状态的极化/去极化电流特征参量

极化/去极化电流法能灵敏反映介质的绝缘状态,已被应用于变压器油纸绝缘的水分评估中,但通过该方法定量分析油纸绝缘的老化状态尚未见研究报道。为此,对油纸绝缘开展了110°C加速热老化试验,测量了不同老化时间下油纸绝缘样品的极化/去极化电流。通过分析极化/去极化电流特性的变化,提出了一种反映油纸绝缘热老化状态的新特征参量—去极化电量。研究结果表明,试品的去极化电流随老化程度加深不断增大,但其增大趋势微弱,而提出的去极化电量曲线则对试品绝缘老化状态反应极为敏感,且从该曲线中提取的系数A和最大值C这2个特征参量与绝缘纸聚合度满足一阶动力学模型关系式,可以用作评估油纸绝缘热老化程度的特征参量。     

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。     

应用极化电流辨识油纸绝缘系统等值电路参数

变压器油纸绝缘系统的介质响应特性可以用扩展德拜模型等值电路来描述,研究变压器油纸绝缘系统等值电路参数的辨识方法具有十分重要的意义。文中提出一种应用极化电流辨识变压器油纸绝缘系统扩展德拜等值电路参数的方法,利用极化电流曲线末端主要取决于大时间常数指数项的特点,先在曲线末端不为零处选取初始点计算得到大时间常数支路参数的估计值,再以估计值为基础进行多次修正计算,待参数计算值稳定后再进行检验计算,从而求得各个参数较为准确的数值解;逐条计算,可以求出所有极化支路的参数。文中应用该方法对多台变压器进行等值电路参数辨识,计算得到的等值电路参数与实际值误差较小,拟合极化电流曲线和测量极化电流曲线基本重合。     

基于频谱解构法的油纸绝缘扩展德拜模型参数辨识

扩展德拜模型参数的准确辨识对油纸绝缘设备状态诊断具有重要意义。针对目前扩展模型参数辨识方法存在的不足,该文首次提出频谱解构法实现扩展德拜模型的精准辨识。首先,引入Kramers-Kronig变换对频域介电谱进行解耦,获取绝缘电阻谱线、几何电容谱线及弛豫极化谱线,并利用最小二乘法确定绝缘电阻和几何电容参数。然后,提出频谱微分法对极化复电容实部微分谱线进行逐次分解,根据微分谱线峰值点数和剩余谱线最大峰值点坐标求解极化等效电路参数,从而构建完整、精准的油纸绝缘扩展德拜等效电路模型。最后,通过仿真和实例验证了该方法辨识油纸绝缘扩展德拜模型参数的准确性。该文可为频域介电谱法开展油纸绝缘内部弛豫特性研究提供可靠的物理模型。     

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.     

极化/去极化电流测试系统的设计及应用

极化/去极化电流(PDC)介电响应法是一种变压器油纸绝缘无损检测及寿命评估方法。以"特高压直流接入750 k V交流换流变压器研制"课题为背景,设计了一套极化/去极化电流测试系统,包含高压模块、开关模块、采集模块及终显模块的设计及选型。该法依据油纸绝缘的极化特性,测得极化/去极化电流,依托极化/去极化电流曲线的演变机制,评价变压器油纸绝缘劣化程度及寿命,从而综合诊断变压器的服役状态。     

变压器油纸绝缘弛豫机构参数小区间计算法研究

时域介电响应法是变压器油纸绝缘老化诊断的无损检测方法,而变压器油纸绝缘等效弛豫机构建模是时域介电响应法的重要手段。现阶段,针对等效弛豫机构建模通常采用尝试法任意假定建模过程中的弛豫机构数,且在后续参数计算中忽略测试误差及仪器精度引起的不确定量,该方法具有随机性、吻合度不高等缺陷。本文提出一种利用回复电压测试曲线深度解析变压器油纸绝缘等效弛豫机构拓扑的新方法。首先,应用回复电压法(RVM)测试得到变压器的回复电压曲线,再根据弛豫响应理论,依次选取曲线末端两点对回复电压曲线解析得到拓扑信息;其次,根据所求q_i、G_i的拓扑分析结果建立弛豫机构R_(pi)、C_(pi)的参数方程组,在方程组计算中考虑测试误差及仪器精度,采用区间数学分析方法求解方程组得到最优参数的小范围区间;最后,本文在实测变压器绝缘建模分析中,验证该方法可以解决弛豫机构数的确定问题,且小范围区间中点参数辨识结果的吻合度相比普通粒子群等智能迭代算法有一定提高,可为今后应用时域介电响应诊断变压器油纸绝缘老化状态提供评估判据。