油纸绝缘老化评估的Davidson-Cole模型参数提取方法

针对目前变压器油纸绝缘老化状态评估中的纸板聚合度测定破坏性取样、介电响应法测量没有定量判据等问题,提出一种基于Davidson-Cole模型的现场绝缘老化状态定量评估方法。首先仿真研究Davidson-Cole模型参数提取方法,借助现场测量的去极化电流数据,计算出油纸绝缘等值电路参数与频域复介电常数,并利用所得数据绘制Davidson-Cole图,采用多变量最小二乘拟合方法得出松弛时间、介电常数变化量等Davidson-Cole模型参量。实验研究了油纸绝缘不同老化程度的Davidson-Cole模型,采用非线性拟合方法对其老化状态进行Davidson-Cole模型参量提取并分析参数变化,研究结果表明,模型参数与老化程度有直接关系,仿真结果与实验结果一致,对变压器油纸绝缘老化状态评估有参考价值。     

电机线棒环氧云母绝缘老化特性研究

为将频域介电谱测试技术应用于大型电机定子线棒绝缘老化状态的无损检测中,在热、电、机械等多因子联合作用下对定子线棒环氧云母绝缘进行加速老化试验,测试不同老化程度试样的频域介电谱.采用最小二乘法提取频域介电响应的Davidson-Cole模型参数作为特征参量,采用特征参量分析环氧云母绝缘的老化程度.最后通过拟合建立特征参量与老化时间的关系.结果表明:环氧云母绝缘的介质损耗因数tanδ随老化程度的增加而增大,尤其在频率为10-3～10-1 Hz有明显的增大趋势;Davidson-Cole模型提取的特征参量β和τ可用于表征绝缘的老化程度,β随老化时间的增加线性减小,τ随老化时间的增加呈指数函数减小,Δε随老化时间的增加明显增大.通过τ与老化时间的拟合关系,得出了定量表征绝缘老化程度的公式,可以考虑作为老化程度评估的经验公式.     

基于扩展Debye模型的变压器油纸绝缘老化特征量研究

为了提取表征油纸绝缘老化状态的新特征量,将时域介电响应技术应用于变压器油纸绝缘老化状态的无损评估,并在深入研究了不同老化状态对油纸绝缘时域介电特性影响的基础上,首先分析了油纸绝缘样品等效扩展Debye模型参数随热老化状态变化的规律,然后提取了四组可用于表征油纸绝缘老化状态的特征参量,并建立了特征参量与绝缘老化状态之间的量化关系。研究表明:扩展Debye模型等效电路参数对油纸绝缘老化状态的反映比较敏感,最小和最大时间常数分支的R、C参数均可以反映绝缘纸的老化状态;最大时间常数分支的参数Rmax和最小时间常数分支的参数Cmin与绝缘纸聚合度存在线性拟合关系,而最小时间常数分支的参数Rmin和最大时间常数分支的参数Cmax与绝缘纸聚合度具有指数函数关系;文中提取的特征量可应用于油纸绝缘的老化状态评估。     

采用改进Davidson-Cole介电模型的变压器油纸绝缘状态分析

为利用频域介电谱准确分析变压器油纸绝缘状态,引入考虑直流电导率与跳跃电导率的改进DavidsonCole介电模型。运用测量的频域介电谱数据参数化改进Davidson-Cole介电模型,将其转化为非线性优化问题。选用混合蛙跳优化算法对改进Davidson-Cole介电模型参数进行辨识,得到了弛豫时间τ、圆弧不对称度β和直流电导率σ_(dc)等特征参数。研究了老化与受潮对油纸绝缘试样的改进Davidson-Cole模型参数的影响特性,结果表明β与糠醛含量、σ_(dc)与水分含量有着良好的指数关系;τ与糠醛含量、水分含量有着良好的对数关系。通过线性拟合获得了糠醛含量、水分含量与模型参数的量化关系式,其拟合优度较高,因此可利用改进Davidson-Cole模型定量评估变压器油纸绝缘状态。     

基于多特征参量的油纸绝缘老化状态定量表征方法

为定量地评估油纸绝缘的老化状态,在实验室条件下对油纸绝缘样品进行为期40天的加速热老化试验,测试不同老化阶段的纸板聚合度、油色谱数据、频域介电谱、糠醛含量等老化特征量,引入主成分分析法,建立不同老化阶段下油纸绝缘样品的综合评价指数。结果表明:该综合评价指数并非随着老化过程呈线性变化。通过拟合该综合评价指数与聚合度的关系,发现二者在不同老化阶段的变化规律不同,最后建立了不同阶段下的指数和线性数学模型,根据此模型可以对绝缘纸板聚合度进行评估,在不拆卸变压器的情况下可以对油纸绝缘老化状态进行诊断。     

换油周期对变压器油纸绝缘老化性能影响规律

油纸绝缘老化评估的准确性决定了变压器的使用寿命,为研究不同换油周期对变压器油纸绝缘老化状态影响的变化规律,该文制备了三组变压器XY等效模型,并进行不同换油周期的加速老化试验,在不同老化天数时进行频域介电响应测试以及变压器油中的水分、酸值、绝缘纸板聚合度的测试。根据对比实验结果发现:换油周期越长,曲线拐点越明显,随着温度升高,曲线拐点向高频移动;换油周期越长,换油前后介质损耗因数曲线在低频段下降越明显,随着测试温度的升高,换油前后在高频段重合程度越大;换油前后介质损耗因数曲线不同,频段平移方法计算绝缘纸板活化能大小基本相同,同时建立换油周期内后酸值增量与绝缘纸板聚合度的定量计算关系。该文通过对比实验,分析不同换油周期对变压器内部绝缘老化影响的变化规律,提出换油前后变压器等效模型油纸绝缘中绝缘纸板活化能的计算方法,为后续研究换油周期、老化温度与变压器油纸绝缘寿命的定量表征建立了理论基础。     

温度、水分、老化对变压器油中糠醛及绝缘纸老化评估的影响和修正

为修正温度、水分和老化对变压器油中糠醛含量和绝缘纸老化评估的影响,该文在实验室条件下进行了加速热老化、吸潮和恒温平衡实验,制备出3种温度、4种老化程度和5种含水量组合的60组油纸绝缘样品。分别检测油、纸中的糠醛含量,计算糠醛在油纸间的分布比例,分析了温度、水分和老化对油中糠醛分布的影响并建立定量模型。研究结果表明,运行温度、绝缘含水量、老化程度的差别均会改变糠醛在油纸间的分布比例,导致油中糠醛含量的变化。油中糠醛比例与温度、水分含量正相关,与绝缘纸聚合度负相关。此外,建立了糠醛–聚合度方程,引入油中糠醛分布定量模型,结果表明该模型能够有效修正糠醛分布对绝缘纸老化评估的干扰,提高绝缘纸老化评估的准确性。     

油纸绝缘热老化特征参量的多元统计分析

为了得到聚合度与老化特征参量的内在关系,首先对由克拉玛依#25变压器油与普通变压器绝缘纸组成的油纸绝缘试品在90、110和130°C下开展加速热老化实验,并定期取样测量绝缘纸聚合度和油中糠醛体积分数、油中溶解气体体积分数、油中微水质量分数及油中酸值等老化特征参量。然后,引入多元统计分析学中的逐步回归分析和因子分析方法对油纸绝缘热老化的各种特征参量进行了分析。对实验数据的逐步回归分析结果表明,油中糠醛体积分数的对数值与表征油纸绝缘老化状态的绝缘纸聚合度具有较好的线性关系,油中酸值次之,其他老化特征参量与聚合度没有明显的线性关系。因子分析结果表明油纸绝缘热老化特征参量可以压缩为2个主成分因子,新的主成分因子不仅物理意义明确,而且均与绝缘纸聚合度有较好的指数关系。     

基于时域介电法和动态贝叶斯网络的变压器油纸绝缘老化状态评估

为了能够实现对变压器油纸绝缘老化状态的准确评估,文中在极化/去极化电流方法的基础上,提出6种表征油纸老化的特征量,并将动态贝叶斯网络引入到油纸绝缘老化状态评估问题中,建立了相应的老化阶段预测模型,针对该模型进行了实例验证。结果表明:从PDC及拓展Debye模型提取的绝缘纸电量Q_(paper)、稳定平均电导电流■以及平均极化时间常数■对油纸老化状态反映敏感,且与聚合度有良好的拟合关系,可作为表征绝缘纸老化的特征量;油纸绝缘老化状态评估问题符合动态贝叶斯网络的应用条件,通过划分特征量状态及老化阶段,可以反映变量之间的时序关系;油纸老化状态评估模型验证的准确度为91.3%,平均相对误差为0.108,故验证了动态贝叶斯网络应用于油纸绝缘老化状态评估的准确性和稳定性。     

利用近红外光谱定量评估绝缘纸聚合度的建模方法研究

近红外光谱分析技术在电力变压器油纸绝缘老化状态的现场快速、无损诊断方面具有巨大的应用潜力。目前,评估建模与现场应用尚处于起步探索阶段。为研究基于近红外光谱的绝缘纸聚合度(degree of polymerization,DP)定量评估模型,制备得到不同老化状态的油纸绝缘样品,检测近红外光谱、DP等数据,利用Savitzky-Golay卷积法对光谱进行预处理,结合偏最小二乘法建立聚合度定量评估基础模型。研究引入XY变量联合的异常样本检测算法和竞争性自适应重加权取样法(competitive adaptive reweighted sampling,CARS),得到不同组合方式下的优化模型。各模型的预测精度评估结果显示:依据XY变量联合+CARS算法建立的绝缘纸聚合度定量评估模型,使用更少的光谱数据,达到了更优的预测精度,可实现绝缘老化状态的自适应预测。建立的评估模型在5台主变的绝缘纸样现场检测及老化评估中初见成效。     

应用时–温–水分叠加方法改进油纸绝缘热老化寿命模型

为改进现有的油纸绝缘热老化寿命模型,使模型的预测结果更为准确,研究初始水分含量及温度对油纸绝缘试品的加速热老化特性影响。首先,对4种初始水分含量的油纸绝缘试品分别在3个温度下开展加速热老化试验,以绝缘纸聚合度作为表征老化程度的特征参量,引入纤维素累积损失动力学方程研究其在老化过程中的变化规律;其次,在时温叠加方法基础上提出一种时间–温度–水分叠加的新方法,并改进了热老化寿命评估模型。结果表明,与之前的寿命模型相比,改进的模型不但考虑了温度对绝缘纸热老化速率的影响,而且考虑了不同初始水分含量对油纸绝缘热老化的加速作用,有助于对油纸绝缘的热寿命进行更为合理的评估。     

基于时域介电法的不同材料油纸绝缘特性研究

为研究油浸式变压器中油浸普通牛皮绝缘纸和油浸热稳定绝缘纸的时域介电特性,文中在实验室开展了不同温度下的油纸样品加速热老化试验。通过极化去极化电流法(PDC)获得PDC曲线,根据曲线分析不同类型油纸绝缘在老化过程中的极化特性差异,从PDC曲线中提取电导率并拟合得曲线,探寻能够表征不同类型油纸绝缘老化程度的特征量。结果表明:普通牛皮绝缘纸试样的老化速度快于热稳定绝缘纸,且在老化后期,后者聚合度下降速率变缓更明显;PDC曲线对绝缘材料的变化十分敏感,对于老化时间相同的两种材料,热稳定绝缘纸的极化去极化电流小于普通绝缘纸,且在较高温度时区别更为明显;由电导率拟合曲线得出,老化程度与电导率关系密切,可作为衡量不同油纸绝缘的老化状态的特征量。     

基于极化/去极化电量差的油浸绝缘纸电导率计算方法

油纸绝缘的老化会引起其极化/去极化特征量发生改变,为了利用极化/去极化特征来定量分析油纸系统的老化状态,提出采用极化/去极化电量差斜率计算绝缘纸电导率的方法,首先在实验室测试了不同老化油纸绝缘样本的极化/去极化电流(PDC),并根据新方法计算出了不同老化样本中绝缘纸的电导率,其次将该方法计算出的电导率与根据IDAX300和Keithley静电仪测得的实验数据计算后的绝缘纸电导率进行了误差对比分析;最后运用最小二乘法求得了绝缘纸电导率与老化天数之间的定量关系。研究结果表明极化/去极化电量差斜率法计算绝缘纸电导率具有一定的有效性,绝缘纸电导率与老化天数呈指数函数关系。本研究将为量化评估油纸绝缘变压器的老化特性提供新的参考。     

变压器油纸绝缘状态的频域介电谱特征参量及评估方法

为了区分水分和老化产物对油纸绝缘频域介电特性的影响,进一步将频域介电谱测试方法更好地应用于评估变压器主绝缘的老化状态,本文在实验室中获得了不同水分含量及老化程度油纸绝缘试品的频域介电谱特性曲线,通过分析其变化规律,提出一种采用不同测试频率点对应介质损耗正切tan?为特征参量,以区分水分和老化状态影响的评估方法,并初步给出了各参量与水分含量和老化状态的定量拟合公式。结果表明,tan?在10?3~102Hz范围内随油纸绝缘水分含量增加而增大,而老化程度增加仅影响其在10?3~10?1Hz范围内的值;不同频率点对应的tan?值与水分含量和绝缘纸聚合度的拟合曲线呈现指数函数关系。应用该研究方法对一台现场运行的电力变压器主绝缘绝缘纸的水分含量和聚合度值进行评估,初步验证了该方法的有效性。     

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。     

变压器油纸绝缘多参量诊断与失效概率研究

为了准确诊断油纸绝缘的老化状态,对多组试样进行加速老化实验,并测量多个非破坏性参量。通过显著性检验,筛选出与绝缘纸聚合度最相关的参量,进而建立绝缘纸聚合度的多元线性回归预测模型,并分析聚合度与变压器失效概率之间的关系。结果表明:参量中糠醛含量的对数、一氧化碳、二氧化碳、水分、氢气与绝缘纸的聚合度相关性较大,利用上述参量建立了预测聚合度的多元线性回归模型,拟合优度为0.93。当聚合度大于400时,变压器的失效概率几乎为零,而当聚合度小于400时,变压器的失效概率随聚合度的降低而不断增加。     

变压器油纸绝缘电热联合老化机理研究

变压器油纸绝缘系统在运行中需要承受电、热等共同作用,目前一般研究工作重点在电故障、热故障以及电或热老化对油纸的特性影响,而电热联合老化特性研究较少。该文通过研究油纸绝缘电热联合老化,对不同老化阶段油纸结构的聚合度,抗张强度和频域介电谱特性进行测量和研究。研究结果得到了电热联合老化条件下的聚合度的二阶模型以及聚合度与抗张强度的拟合公式。进一步研究频域介电谱发现随着老化时间的增加,在低频区εr和tan δ随频率的减小而有不同的增大趋势。在10-3,10-1Hz频率区εr和tan δ与绝缘纸老化状态有明显的相关关系,拟合得到在10-3、10-2及10-1Hz特征频率处的εr和tan δ值与绝缘纸聚合度的指数函数关系。该研究将为油纸绝缘在电热联合作用下的老化机理及应用FDS无损评估变压器油纸绝缘状态提供方案。     

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。     

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。