加速老化下油纸绝缘气隙缺陷模型放电的特征演化与参量表征研究

气隙放电是变压器内最为常见的放电形式,通过检测其放电发展程度来表征油纸老化程度有助于对变压器放电危险性进行定量评估。为研究不同老化状态下的油纸绝缘内部气隙放电的发展特性,提出表征老化程度和放电危险度的特征量,通过加速热老化制备4种不同老化程度的油纸绝缘试品,搭建油纸绝缘局部放电试验平台,在阶升电压下获得局部放电发展过程中的放电谱图。研究发现,随着老化程度的加深,局部放电起始电压和击穿电压总体呈下降趋势,且放电量的威布尔尺度参数α值和平均放电功率P变化较为显著;连续放电时间差Δt对放电发展阶段和绝缘老化程度反应灵敏,可用于放电危险度评估指标。     

电力变压器典型放电模型试验研究

设计制作了5种油纸绝缘结构模型用以模拟变压器中的典型缺陷。利用数字式局放测量系统获取了大量放电谱图和放电脉冲波形。分析了不同缺陷类型的局部放电特性,为进一步研究电力变压器局部放电模式识别和绝缘老化特征提供了科学依据。     

交流电压下油纸绝缘针板放电特性

为探究油纸绝缘针板放电发展过程和老化对放电特性的影响,在实验室条件下,通过油纸绝缘130℃加速热老化试验,以绝缘纸板聚合度为表征老化程度的特征参量,得到了不同老化阶段的油纸绝缘样品。基于脉冲电流法,测量了交流电压下不同老化状态油纸绝缘针板模型局部放电信号,分析了从起始至预击穿过程中局部放电相位分布模式的幅值分布H(q,φ)谱图,并讨论了油纸绝缘老化对局部放电H(q,φ)谱图、放电量、放电次数和统计参数的影响。研究结果表明:针板电极局部放电H(q,φ)谱图中放电分布在正、负峰值附近,工频正半周的脉冲幅值、个数均分别大于负半周,且正半周的H(q,φ)谱图放电随电压升高呈现"倒V型";平均放电量-相位分布Hqave(φ)正半周的偏斜度Sk+随电压的升高呈下降趋势,且在油纸绝缘样品达到预击穿阶段Sk+变为负值,因此Sk+可用于评估油纸绝缘针板电极模型下的缺陷发展状态;随着油纸绝缘的老化,导致油中老化产物增多,进一步畸变了场强,老化后的油纸绝缘样品正半周局部放电次数明显增多,平均放电量、最大视在放电量增大。     

不同热老化程度下油纸绝缘沿面放电发展特性

为研究不同老化状态下油纸绝缘沿面放电的发展特性,分析老化程度对放电特性的影响,进而提出表征老化程度和放电危险度的特征量。通过加速热老化制备了4种不同老化程度的油纸绝缘试品,在阶升电压下获得了其局部放电发展过程中的谱图和脉冲序列特性。研究发现,沿面放电脉冲多以脉冲簇群形式出现且有脉冲幅值逐渐增大,脉冲波形上升沿、下降沿快于空气中放电的情形;油纸绝缘老化程度对沿面放电的起始电压和击穿电压影响不大,但对放电量的威布尔尺度参数α值和平均放电功率P影响显著;连续放电时间差Δt对放电发展阶段和绝缘老化程度反应灵敏,可用于放电危险度评估指标。     

交直流复合电压下老化油纸绝缘针板模型局部放电特性

为研究换流变压器阀侧实际运行老化的油纸绝缘局部放电特性,提高交直流复合电压下油纸绝缘局部放电研究的工程实际意义,取运行5 a的换流变油纸样本,建立典型针板电极油纸绝缘缺陷模型,对交直流复合电压下老化油纸绝缘局部放电从起始阶段到击穿的整个过程进行了实验模拟并记录放电时域信号。随着局部放电发展,放电幅值逐渐提高,出现放电的相位分布扩大,相应相位出现的放电次数增加,当临近击穿时,负周期放电量超正周期数倍。基于时域放电信号建立了多个放电周期的H_(umax)(φ)、H_(umean)(φ)、H_n(φ)和H_n(u)等PRPD谱图。分析谱图特性,并计算各个谱图的偏度(Sk)等统计参量因子,基于自适应阈值模糊聚类分析方法,将统计参量因子分为10类,分类之后可看出一定的时间延续性。结合分类结果和局部放电发展的不同时刻的信息,将放电模型的发展过程划分为初始放电阶段、放电发展阶段、放电稳定阶段和预击穿阶段。划分结果可为交直流复合电压下油纸绝缘局部放电在线监测和模式识别提供参考。     

基于局部放电能量的油纸绝缘典型缺陷放电严重程度评估方法

变压器内部缺陷引发的局部放电会导致油纸绝缘老化与损伤,甚至造成威胁变压器安全运行的绝缘故障。为探究基于局部放电信号的变压器缺陷严重程度评估方法,文中搭建了球—板、柱—板、针—板3种典型缺陷模型,得到局部放电相位谱图、放电次数和放电量等特征参量随时间的变化规律,发现球—板和柱—板模型下放电次数、针—板模型下平均放电量由上升到下降这一变化趋势的改变,可作为放电后期的判断依据。在此基础上,引入放电能量对放电强度进行量化表征,分析了缺陷类型和放电发展阶段对放电能量的影响规律,据此可将放电严重程度划分为起始、发展和危险3个等级。研究成果可为不同缺陷类型下的局部放电严重程度评估提供参考依据。     

油纸绝缘局部放电脉冲参数统计分析与老化状态诊断技术

不同老化程度下油纸绝缘中的局部放电会由于材料特性的不同而表现出不同特征。鉴于此,在实验室搭建了抗干扰能力强的局部放电测量系统,制作了6种具有不同老化程度的纸板内部缺陷模型试品。通过对不同试品局部放电单个脉冲波形的测量,以期获得可表征油纸绝缘劣化程度的局部放电脉冲参数统计特征。研究发现:虽然油纸绝缘局部放电强度具有很大的随机性,但随着油纸绝缘老化程度的增加,局部放电脉冲的上升时间减小,而且半高宽降低,局部放电脉冲频率增加特别是脉冲上升时间与油纸绝缘老化关系明显;该现象可用于判断纸板的老化状态。研究结果为油纸绝缘老化状态的评估提供了一种新的判别方法。     

矿山电力变压器油纸绝缘老化的微观结构及放电特性研究*

文章对比分析了实际寿命周期中矿山电力变压器(矿山变)与普通电力变压器(普通变)油纸绝缘老化的微观结构及放电性能。利用粘度测试仪、光学显微镜及扫描电镜等现代测试手段,并根据放电相位分布(phase-resolved partial discharge,PRPD)模式,分析了油纸的聚合度、表面形态及微观形貌,以及放电起始电压、放电量及放电次数等。结果表明：温度、水分和生成物的协同作用导致了老化过程中油纸微观结构缺陷形成并进而引发电树枝,绝缘缺陷的分散性导致了放电相位分布中的“波浪”特征;运行过程中,矿山变油纸老化更加严重,局部放电现象更加激烈;矿区运行环境是造成矿山变油纸老化更严重的主要原因,矿山变油纸微观结构变化更加明显是导致其放电特征变化更加显著的直接原因;对矿山变绝缘状态的监测须从严执行电力标准,局部放电能更有效进行矿山变绝缘状态诊断。     

基于局部放电图像特征的换流变压器油纸绝缘缺陷诊断方法

油纸绝缘缺陷问题直接影响换流变压器的运行安全,而实现换流变压器的绝缘诊断对保证直流输电系统正常运行具有重要意义,但由于换流变压器内部同时存在着交流和直流的叠加电场,放电特征与交流电压单独作用时具有明显区别,因此交流变压器缺陷诊断方法不一定适用于换流变压器,基于局部放电的n-q-?谱图信息,构建了灰度图像,提出了基于图像特征的换流变压器缺陷诊断方法,提取属于图像本身的颜色特征、形状特征及纹理特征构成原始特征空间,采用粗糙集理论对特征空间进行优化,通过人工神经网络分类器实现缺陷模式识别。同时搭建了交直流复合电压下5种油纸绝缘典型缺陷放电检测平台,获取不同缺陷放电n-q-?谱图,并构建识别图像,验证了基于图像特征的缺陷诊断方法在换流变压器交直流复合电压下的使用效果,并发现该方法可以有效实现换流变压器缺陷诊断。     

充油电缆纸绝缘老化中局部放电特性的研究

为开发高压充油设备局部放电在线监测系统及诊断油纸绝缘老化状态。根据充油电缆油纸绝缘结构特性,制定了电老化和热老化试验方案以了解局部放电时间分布参量、相位分布参量以及统计分布参量—Sk、Ku随老化时间的变化关系,从而确定油纸绝缘的老化状态。研究发现随着老化时间的增加,最大放电量和平均放电量均显著增加,起始放电脉冲的相位越来越接近0、180度,Sk和Ku均呈明显减少的趋势。     

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。     

变压器油纸绝缘老化状态的分析方法

油纸绝缘老化与充油电气设备绝缘寿命具有紧密联系。文章介绍了采用新的油纸绝缘缺陷模型模拟变压器匝间绝缘缺陷,通过电热老化试验,采集油纸绝缘老化过程中缺陷模型的局部放电信号及绝缘纸样本聚合度、油中水分含量。提取了27个局部放电的统计算子用于油纸绝缘老化状态的识别,采用模糊C-均值聚类算法对统计向量进行聚类分析,并与样本聚合度及油中水分含量相比较。结果表明模糊c-均值聚类算法对油纸绝缘老化状态的判别结果可以为绝缘状态诊断提供具有重要参考价值的信息。     

基于模糊聚类算法的油纸绝缘状态研究

回复电压测试法是利用电介质响应特性评估变压器油纸绝缘老化状态的方法,通过回复电压法可以得到变压器油纸绝缘的相关参数。首先,本文辨识ED等效电路参数以及基于回复电压法提取相关特征量,将所得到的特征量用于电力变压器油纸绝缘老化评估;其次,利用模糊聚类分析法将不同油纸绝缘老化程度较接近的变压器进行归类,综合判断变压器油纸绝缘的老化情况,为评估电力变压器油纸绝缘老化状态提供一种新的思路和方法。     

变压器油纸绝缘老化状态的分析方法

油纸绝缘老化与充油电气设备绝缘寿命具有紧密联系。文章介绍了采用新的油纸绝缘缺陷模型模拟变压器匝间绝缘缺陷,通过电热老化试验,采集油纸绝缘老化过程中缺陷模型的局部放电信号及绝缘纸样本聚合度、油中水分含量。提取了27个局部放电的统计算子用于油纸绝缘老化状态的识别,采用模糊C-均值聚类算法对统计向量进行聚类分析,并与样本聚合度及油中水分含量相比较。结果表明模糊c-均值聚类算法对油纸绝缘老化状态的判别结果可以为绝缘状态诊断提供具有重要参考价值的信息。     

特高压变压器油纸绝缘典型缺陷局部放电特征

变压器绝缘在制造及运行过程中难免产生缺陷,本文针对特高压变压器典型夹持结构进行了典型含缺陷油纸绝缘局部放电特性分析。根据特高压变压器夹持结构绝缘建立了实验室研究模型,用以模拟绝缘含空腔及金属异物等典型绝缘故障模型。采用脉冲电流法对缺陷试样进行了局部放电特性测试,获得了局部放电起始电压、放电量q-相位φ、放电次数n-相位φ、放电次数n-放电量q等特征参数,提取出峭度K_u、偏斜度S_k、相位中值μ、不对称度Q等统计算子特征参数,对比了局部放电不同阶段下各绝缘缺陷的放电特征图谱。结果表明,含有空腔及金属杂质的缺陷对油纸绝缘局部放电影响明显,其中金属杂质影响最严重。通过对比不同试样的平均放电量相位分布图谱H_qn(φ)与放电次数相位分布图谱H_n(q)可有效对局部放电原因进行分类。     

交流与直流电压比例对油纸绝缘内部气隙放电特性影响分析

为实现换流变压器故障诊断,研究交流与直流电压比例对油纸绝缘放电特性的影响对换流变压器的故障诊断判据选取具有实际工程意义。因此该文搭建了一套交直流复合电压作用下油纸绝缘气隙缺陷局部放电测量平台,通过多次试验得到了局部放电特征与交直流复合比例的试验关系;另外建立了油纸绝缘气隙缺陷的物理模型,从理论上分析了比例与放电特征关系的仿真结果。试验测量和理论仿真结果相同:随着交流和直流叠加电压中直流成分的增大,脉冲重复率和放电量不断减小;交流时的放电起始电压低于交直流复合电压作用时的起始电压,而且直流比例越高,起始电压越高;随着交流中直流成分的增加,放电起始相位从交流正负半周过零点附近向负半周期峰值附近移动,换流变压器不同位置的绝缘问题应该采用不同的诊断依据。     

油纸绝缘的局部放电特征量分析及危险等级评估方法研究

以局部放电为特征量,研究油纸绝缘扁平气隙缺陷发展规律及状态评估的方法。首先引入等效时频分析结合模糊聚类方法实现混合放电源的分离,并采用因子分析方法对传统的放电特征量指纹进行降维,提取出新的放电指纹;然后以不同放电阶段的新特征指纹为依据,采用ID3决策树实现了放电发展阶段和风险的评估;最后提出一套以局部放电作为特征参量对绝缘缺陷发展程度和风险进行评估的方案。该方法重点解决了2个问题:一是混合放电源的分离和识别,二是可用于评估油纸绝缘老化程度的放电指纹特征提取和诊断方法。     

UHVDC换流变压器油纸绝缘缺陷直流局部放电发展过程

特高压换流变压器绝缘承受的直流电压高,绝缘缺陷劣化发展迅速,且单凭局部放电(PD)量值和放电次数无法对绝缘缺陷的发展阶段进行分析诊断。为此,研究了特高压换流变压器内部油纸绝缘缺陷直流局部放电特征及其发展过程,构建了油纸针-板等7种局部放电模型。采用阶梯式升压法研究在长期外加电压作用下,绝缘纸板从起始放电到被击穿的整个缺陷发展过程中脉冲电流信号的实时特征及其统计特性,通过拍照的方式给出各模型各发展阶段纸板表面电腐蚀状态,并给出各相应发展阶段电场的空间分布。结果表明:直流局部放电发展过程复杂,初期以大放电脉冲为主,放电频率低,等待恢复时间随机性强;中期和末期以小脉冲放电为主,等待恢复时间均匀分布;临界击穿时等待恢复时间分布集中。结合多种放电模型直流局部放电试验,可断定不同缺陷结构从起始直流局部放电到击穿的过程中,其局部放电的总体发展趋势表现一致。     

基于放电统计参数动态变化率的油浸芳纶绝缘纸局部放电发展过程研究

车载变压器运行环境恶劣,在运行中易出现绝缘缺陷,引发局部放电,损伤油纸绝缘系统,影响列车安全稳定运行。本文根据车载变压器的匝间绝缘结构,使用芳纶绝缘纸设计了三层油纸局部放电模型,在实验室中开展局部放电模拟试验,使用局部放电检测仪检测局部放电信号,并提出局部放电统计参数动态变化率的方法,表征局部放电发展过程。结果表明：油浸芳纶纸的放电相位谱图呈对称分布,放电起始后放电量迅速增加至nC级;根据放电相位谱图及动态变化率可将油浸多层芳纶绝缘纸的放电过程划分为起始、发展、危险和击穿4个阶段;其中放电重复率变化率在放电阶段变化处存在拐点,可用于评估油浸芳纶绝缘纸的局部放电发展过程。     

温度对变压器用油纸绝缘老化的频域介质响应的试验研究

变压器是电网安全运行中最关键的设备之一,由内绝缘(油纸绝缘)问题引发的变压器故障占变压器事故重要部分。目前用于诊断变压器油纸绝缘状态的方法尚存在各自的不足之处,故研究通过无损的诊断方法获取表征油纸绝缘老化状态的特征量,为评估变压器油纸绝缘老化状态提供准确且有价值的参考,无疑具有重要意义。基于频域介质响应的频域谱法是一种诊断电力变压器绝缘老化状态的非破坏性方法,笔者首先通过模拟变压器实际生产流程,制作变压器油纸绝缘试品,并对油纸绝缘试品进行加速热老化试验,得到不同老化程度的油纸绝缘试品。通过频域谱测试并分析了温度对油纸绝缘试品的频域介电特征量变化规律,运用电介质极化理论对测试结果进行了分析,为频域谱技术用于实际变压器油纸绝缘老化状态的无损诊断提供技术积累。结果表明:测量温度对频域谱诊断油纸绝缘老化状态影响显著,采用频温平移因子可以将任意测量温度下的频域谱曲线归算到同一参考温度,解决了测量温度对FDS测试结果的影响。初步研究结果表明,经过频温修正后的FDS能用于不同温度下的变压器油纸绝缘老化的评估。