电力变压器油纸绝缘热老化研究综述

综述了电力变压器油纸绝缘老化的研究现状,剖析了影响变压器油纸绝缘老化的各种因素。分析了变压器油纸绝缘热老化特征产物及规律,强调了水分对变压器油纸绝缘热老化的影响。分别总结了变压器油纸绝缘热老化的理化和电气特征量,并从微观形貌和分子动力学模拟层面探索绝缘纸内部纤维素的断链机理,从而讨论各种因素对绝缘热老化的影响机制。最后提出了电力变压器绝缘热老化领域后续关注的问题。     

基于回复电压微分子谱线的油纸绝缘设备老化诊断评估

油纸绝缘设备老化状况可采用回复电压微分子谱线数判别。本文对回复电压微分子谱线法进行研究,并将其用于判别油纸绝缘设备的老化状况评估中。油纸绝缘设备老化越严重时,就会产生越多的老化产物,回复电压过程包含的弛豫信息量就越大,解析出的子谱线越多,因此可通过解析出的子谱线数目来判断油纸绝缘老化状态。研究结果表明油纸绝缘设备回复电压微分子谱线个数能够反映油纸绝缘设备的老化状况。     

频域响应法对油纸绝缘测试中外界因素影响的仿真研究

介绍变压器油纸绝缘状态检测的发展现状,阐述了变压器油纸绝缘的电介质响应法的研究现状,介绍了扩展的Debye模型对于介质损耗过程的代表性,最后依据现有研究成果对各种老化模式、各种水分比例的油纸绝缘样品和一系列温度梯度中的FDS检测及其依据检测结论实现德拜模型拓展的指标辨识,利用拟合优良的绝缘电阻、几何电容以及各条支路参数,来仿真不同外界因素下变压器油纸绝缘的FDS曲线,讨论水分、温度、老化因素对变压器油纸绝缘状态产生的不同影响,分析不同因素对设备绝缘状态的影响进而推进介电响应法在实际检修中的应用。     

油纸复合绝缘热老化及水分影响机理的反应分子动力学模拟

高温和水分是导致变压器油纸绝缘劣化的主要因素,对其劣化机理进行分析具有重要意义。该文建立油纸复合绝缘的分子模型,利用反应力场(ReaxFF)模拟不同含水量下的绝缘热老化过程。统计绝缘老化过程中反应物与生成物的数量变化趋势,通过同位素标记法得到油纸复合绝缘热老化的主要反应路径和相互作用机理,重点分析水分对复合绝缘热老化过程的影响机制。结果表明:油纸复合绝缘热老化的小分子产物主要包括氢气、乙烯、甲烷、水、乙醇醛、甲酸、一氧化碳和二氧化碳。高温条件下,水分子易与纤维二糖分子形成氢键,破坏纤维二糖结构;纤维二糖裂解产生水与酸,促进绝缘油劣化。在H~+的作用下,油、纸绝缘老化相互促进,加速复合绝缘老化。     

基于热刺激电流的老化油纸绝缘极化特性研究

变压器油纸绝缘在长期服役过程中,受温度、电场、与机械应力的作用会发生老化,改变其极化特性并影响其绝缘寿命。首先对0~1000h老化(140℃)的油纸绝缘试样进行热刺激电流测试(thermally stimulated current,TSC),并利用全曲线法获得了各TSC峰的特征参数。其后结合TSC特征参数及微水与酸值测试结果,分析老化对油纸绝缘极化特性的影响。发现老化产物中的水、有机酸和杂质分子会导致油纸绝缘偶极子极化强度上升;纤维素的劣化会导致油纸绝缘界面极化效应增强;老化产物中的水和有机酸会引入大量载流子,降低电导势垒,增大油纸绝缘的电导。该文可深化对油纸绝缘极化特性和其相应机理的理解,并对电力变压器绝缘设计提供参考。     

不同老化因素对油纸绝缘介质频域谱特性的影响

为获取表征油纸绝缘老化状态的新特征量,实现将频域谱技术用于变压器老化状态的无损诊断,在实验室条件下系统地研究了不同热老化程度、不同测量温度以及不同含水量下油纸绝缘试品的频域谱(FDS)变化规律,并运用电介质极化理论对其影响机理进行了分析。结果表明,绝缘纸的相对介电常数虚部和介质损耗角正切值tanδ在频率100Hz时随其老化的深入而显著增加;水分作为一种强极性分子,使得油纸绝缘试品的FDS曲线随含水量增加而明显上移;同时,研究发现将FDS用于油纸绝缘状态诊断时必须充分考虑测试温度的影响。     

初始水分含量对油纸绝缘热老化特性的影响

为探讨初始水分含量对变压器油纸绝缘老化过程的影响机制,设计了绝缘纸初始水分质量分数分别为1%、3%、5%的矿物油-纸绝缘试品在90°C下的加速热老化试验,定期取样测量了绝缘纸聚合度、油纸绝缘水分质量分数、油中糠醛质量浓度、油中酸值等特征参量。然后,在分子模拟软件内建立了不同含水量的矿物油分子、糠醛分子、水合氢离子模型,通过分子动力学模拟技术计算了糠醛分子及水合氢离子与不同水分含量油分子模型之间的扩散系数、相互作用能、径向分布函数。实验结果表明:绝缘纸和矿物油中水分含量在老化过程中均是波动的,油中糠醛和酸值在老化过程中的变化趋势未与绝缘纸聚合度的下降规律相对应,受系统水分含量的影响较大。分子模拟结果表明:水分的增加显著降低了糠醛及小分子酸的扩散能力,并与糠醛及小分子酸形成稳定的氢键;同时,水分与糠醛及小分子酸的极性作用改变了彼此的相互作用能。实验数据与分子模拟结果相互验证,为深入研究油纸绝缘的老化机理及诊断提供了理论参考。     

换流变压器油纸绝缘局部放电及电荷分布特性研究综述

油纸绝缘作为换流变压器(简称:换流变)阀侧绕组的主要绝缘形式,长期受到交直流复合电压、谐波以及极性反转等复杂工况的影响,其在电场、温度、水分等因素作用下易发生局部放电和空间电荷/界面电荷积聚,从而诱发绝缘介质劣化或击穿。为此从油纸绝缘局部放电及电荷分布特性两方面对国内外研究现状、研究热点和成果进行阐述,总结了不同电压类型、不同老化因素、不同绝缘位置等对油纸绝缘局部放电及电荷分布特性的影响规律,展望了油纸绝缘局部放电特性与机理的研究趋势,指出在极不均匀电场以及谐波、脉冲电压作用下的局部放电特性是未来研究的重点方向,并且需结合电荷分布试验/仿真/分子模拟从宏观和微观角度同时探究电荷分布与局部放电机理的内在联系。这些研究成果的总结可为基于局部放电特征的换流变在线监测技术以及换流变绝缘性能改进提供参考和借鉴。     

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。     

基于去极化电流法的变压器油纸绝缘状态

变压器油纸绝缘作为典型的复合电介质在老化过程中,其介电特性将发生显著的变化。本文为了研究油纸绝缘老化的介电响应特征量,设计了一套模拟变压器油纸绝缘老化的实验装置,研究了在加速电老化过程中,不同老化阶段的油纸绝缘的去极化电流,并利用傅立叶红外光谱分析了老化过程中油的化学组分的变化,作为对电老化程度的验证。研究结果表明,去极化电流的Debye等效电路模型能有效分析变压器油纸绝缘的老化状态,分析表明电路模型中最大和最小时间常数所对应的电阻R和电容C可作为老化特征量,其中最大时间常数所对应的Rmax、Cmax反应了绝缘油的老化情况,而最小时间常数对应的Rmin、Cmin反应了绝缘纸的老化情况。     

回复电压法用于变压器油纸绝缘老化状态评估

油纸绝缘材料发生老化现象时,往往会引起固体绝缘纸板材料中含水量增加及绝缘系统电介质响应特性改变。若对其进行回复电压测量,会表现出峰值升高、起始斜率增大以及峰值时间缩短等定性特征。为了进一步量化油纸绝缘老化现象与回复电压之间的关系,在介绍回复电压法基本原理的基础上,针对实验室内不同老化程度和不同含水量的油纸绝缘系统进行了回复电压试验,并结合现场实测经验,提出了基于回复电压的油纸绝缘老化状态评估方法。结果表明,油纸绝缘老化或受潮会显著降低其极化谱的主时间常数,绝缘固体材料的含水量与主时间常数的对数之间存在定量关系,利用主时间常数可以有效评估油纸绝缘的老化状态。     

基于时域介电法的油纸绝缘复合电老化性能

换流变压器油纸绝缘系统在运行中需要承受复合电压,其绝缘老化特性与普通电力变压器有着显著的区别,然而相关研究明显不足。为了得到不同复合电压下油纸绝缘的绝缘老化规律,对油纸结构采用实验室加速复合电老化方法,测量不同老化阶段油纸结构的极化去极化电流和绝缘纸的聚合度,结合时域介电法和聚合度对油纸结构的绝缘特性进行了研究。研究结果表明:随着老化时间的增加,PDC曲线整体向上移动,极化电流稳定值不断增加,去极化电流趋向于零,同时油纸聚合度不断下降;随着交流电压百分数的增加,对油纸聚合度的影响从靠近高压侧的油纸向中间层油纸不断加剧。最后提出一种将时域介电法和聚合度相结合的换流变压器油纸绝缘无损检测方法,本研究将为油纸绝缘在复合电压下老化机理及换流变压器绝缘设计提供参考。     

油纸绝缘变压器极化等效电路分析及其老化评估

提出一种判断油纸绝缘设备弛豫响应扩展德拜等效电路极化支路数的方法。该方法应用微分解谱法,对油纸绝缘设备测试获得的回复电压谱线进行逐次解谱,将隐含在回复电压谱线中的弛豫响应特征以子谱线的形式展现出来。然后根据回复电压微分子谱线的数量,判断扩展德拜等效电路的极化支路数。研究发现,随着油纸绝缘设备老化程度的不断劣化,弛豫响应极化支路及其松弛极化强度也伴随之增大。如果油纸绝缘设备的绝缘状况良好,则松弛极化强度值较小,反之油纸设备的绝缘状况越差,弛豫极化强度越强其值就越大。该方法为应用弛豫响应等效电路判别油纸绝缘设备老化状况提供了一种有力的分析手段。     

油纸绝缘老化拉曼光谱特征量提取及诊断方法

实现油纸绝缘老化的准确诊断是预防油纸绝缘设备故障的重要技术手段,获取能准确反映油纸绝缘老化的有效特征量是关键。结合拉曼光谱分析在物质成分分析及状态诊断的良好应用,论文基于实验室油纸绝缘拉曼光谱分析平台,针对通过加速老化获得的不同老化阶段的油纸绝缘样本,开展了油纸绝缘老化拉曼光谱特征量提取及诊断研究。通过对不同样本的拉曼光谱检测,运用主成分分析法对拉曼光谱数据降维,提取与油纸绝缘老化具有明显对应特征的拉曼光谱特征量;结合粒子群优化算法和多分类支持向量机诊断方法,建立了基于拉曼光谱老化特征量的油纸绝缘老化诊断模型,实验验证了该模型的有效性。     

油纸绝缘体系微水扩散的分子模拟

油纸绝缘中微水将严重影响油浸式变压器电气寿命和机械寿命。为研究油纸绝缘体系中微水扩散微观特性,基于分子模拟方法建立绝缘纸/油纸共存体系微观模型,利用分子动力学计算了不同温度下微水在绝缘纸/油纸共存体系下运动轨迹及其扩散系数,讨论了扩散系数与绝缘纸/油纸共存体系自由体积及水分子运动轨迹关系,并由实验所得扩散系数对模拟计算结果进行验证。结果表明分子模拟结果为实验数据的84%～222%,分子模拟为油纸绝缘体系微水扩散机理研究提供了微观研究手段。     

LabVIEW编程实现油纸绝缘评估的极化去极化电流测试

极化去极化电流试验是一种有效的变压器油纸绝缘老化状态评估手段,但目前应用该方法的商业化产品类型较少,价格昂贵,应用灵活性较差。为了研究油纸绝缘老化对极化去极化电流特性的影响,通过LabVIEW编程和GPIB卡控制Keithley 6517A静电计,研制了1台极化去极化电流测试仪。并介绍了此仪器的测量原理、硬件结构和软件设计,采用本仪器对油纸绝缘试品开展了试验,同时与商业化仪器的技术性能进行了比较。结果表明,此仪器运行正常,使用灵活、方便,对油纸绝缘的老化状况反映灵敏,达到了商业化仪器的测试性能,可应用于极化去极化电流试验。     

油纸绝缘介电响应检测技术研究现状与发展

油纸复合绝缘广泛用于电力变压器、高压套管、电力电缆等电力设备中,而多数油浸式设备缺陷/故障是由油纸绝缘材料的老化/劣化所引起,因此合理、准确检测及评估油纸绝缘状态对确保设备安全可靠运行及延长使用寿命等均具有重要作用。近年来介电响应技术因其准确度高、测量结果可靠等优点被广泛应用于油纸绝缘状态检测与故障诊断中,在广泛调研油纸绝缘介电响应技术研究及应用情况的基础上,介绍了3种介电响应测试方法定义与原理,及现有油纸绝缘介电响应函数的理论解释模型与方法;结合多类油浸设备现场实际,重点讨论了介电响应现场应用进展及影响因素情况,并分析了存在的问题与对策;最后对介电响应技术在电力设备绝缘状态检测与评估未来的发展方向提出了展望。     

变压器油中水分对糠醛扩散及分布影响的分子动力学研究

糠醛是电力变压器绝缘纸的老化产物,通过监测油中糠醛质量浓度可以直接评估绝缘纸的老化程度,但关于糠醛的生成机制及在油纸复合绝缘系统的分布规律至今没有形成统一的认识。在众多的因素中,水分被认为在影响糠醛的生成速率及其在油纸复合绝缘系统分布的过程中具有重要作用,但其作用机制却不够明晰。为此,利用分子模拟手段分别构建出糠醛分子...     

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。     

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。