融合智能算法及频域介电谱法的变压器油纸绝缘状态评估研究

针对变压器绝缘状态评估提出一种结合非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithmⅡ,NSGA-Ⅱ)和扩展Cole-Cole模型的组合方法,提取特征参数并应用于实验室样本和变压器的绝缘状态评估工作。首先,收集不同状态绝缘样本的频域介电谱信息;然后,对扩展Cole-Cole模型进行解耦分析,以区分不同的介电响应行为;接着,使用NSGA-Ⅱ算法求解扩展Cole-Cole模型分离特征参数,并使用Pearson相关系数法获得所需的特征参数;最后,基于获得的特征参数,借助神经网络工具开展实验室样本和现场变压器的绝缘状态评估。结果表明,基于智能算法及频域介电谱法的变压器油纸绝缘状态评估具有较高的准确性和适用性。

基于最小二乘法的变压器油纸绝缘频域介电谱法的研究

为了分析油纸绝缘系统的介电频谱与微水含量、温度之间的关系,在实验室搭建了频域介电谱法的测试平台。根据油纸绝缘系统的Debye弛豫模型,推导出了复电容实部与虚部的计算公式,并利用最小二乘法对测试数据进行曲线拟合,得到弛豫模型中的参数值,找出参数值的变化规律,并根据其来评估变压器的绝缘状况。结果表明:油纸复合绝缘系统复介电常数的实部和虚部都随温度和微水含量的增大而增大;温度和微水会影响等效模型中的参数,将弛豫参数的变化规律应用于变压器的状态评估有一定的可行性。

基于频域介电谱法的绝缘纸聚合度和水分含量预测的新方法

频域介电谱法应用于评估油纸绝缘中的水分含量时,其测试结果会受到试样温度、老化状态和绝缘几何参数等因素的影响。为了消除几何参数的影响,试验引入与绝缘几何参数无关的评估因子M,通过试验方法建立了M与绝缘纸聚合度和tanδ(f=1 Hz)的函数关系。定义不同频率下tanδ的标幺值(tanδ)p.u.和(tanδ)p.u.的平均值(tanδ)avg,建立了(tanδ)avg与绝缘纸中水分含量的函数关系。结果表明:参数M随绝缘纸聚合度的减小而增大且呈近似指数关系,与tanδ(f=1 Hz时)呈近似线性关系;(tanδ)avg与绝缘纸中水分含量呈近似线性关系,因此,可以将参数M和(tanδ)avg分别作为绝缘纸聚合度和纸中水分含量预测的新参数。

基于频域介电谱法的油纸绝缘系统弛豫函数与微水及温度关系

为了分析油纸绝缘系统的介电谱与频率和微水含量及温度变化之间的关系,在实验室搭建了测试装置。根据测试结果,研究了水分及温度对变压器主绝缘系统的影响规律及其影响机理,通过傅里叶逆变换得到复合绝缘体系的弛豫函数。结果表明:含有3个弛豫项的物理模型,可以较好反映油纸绝缘的弛豫及其微观极化机制,微水和温度对弛豫函数的影响较大且影响规律不同。

基于频域介电谱法的油纸绝缘材料老化状态的研究及现场应用

通过搭建频域介电响应试验平台,开展了老化程度、含水量和温度这三个因素对油纸绝缘材料频域介电响应特性的影响研究。

基于频域介电谱技术的变压器套管介质损耗因数超标检测研究

鉴于高压套管现场检测手段有限、诊断准确性不佳,事故频发,对电力系统稳定运行构成威胁,采用新型无损检测方法精准评估高压套管绝缘老化和受潮状态至关重要。现基于介电响应理论,运用频域介电谱法(FDS)检测高压套管。首先通过阐述测试原理,并结合实际案例,分析套管介损值异常原因,其次提出故障诊断建议。相比传统方法,频域介电谱测量技术能更灵敏、全面地反映套管内部绝缘状态,具有较高的工程应用价值。

基于FDS介电响应法的油纸绝缘型设备状态评估

对于油纸绝缘型设备,传统工频介质损耗测量频带范围有限,无法准确分析介质内部的绝缘状态,基于介电响应的频域谱法(FDS)能更灵敏、全面地反映油纸绝缘型设备内部油老化及油纸受潮状态。介绍FDS测量原理及水分评估方法,建立变压器及套管结构模型,并分析测量影响因素,在现场中利用DIRANA介电响应分析仪对ABB GOE型套管进行FDS测量和水分评估,结果证明FDS具有良好的实用性,为油纸绝缘型设备状态评估提供了新方法。

基于普适弛豫定律的油纸绝缘设备频域介电谱特征量的提取与表征

针对实验室不同老化程度和不同温度下的油纸绝缘模型,开展频域介电谱试验,基于普适弛豫定律,从频域介电谱的实验数据中提取了频域特征量fp,研究了特征量fp与油纸绝缘模型不同老化程度、不同温度之间的关系。结果表明:特征量fp随老化程度的加深和温度的升高而呈现规律性递增,将该特征量用于变压器等油纸绝缘设备状态评估具有一定的可行性。

基于频域介电谱的油纸绝缘套管局部受潮诊断研究

套管受潮初期多为局部受潮,因此局部受潮的有效诊断可避免套管受潮过程的进一步发展。文中采用频域介电谱(FDS)对套管局部受潮诊断方法进行研究。首先制备梯度含水量油纸绝缘样品,组合形成局部受潮等效试样,并获得其FDS特性。结果表明,局部受潮会形成不同含水量油纸绝缘界面,在FDS曲线中产生界面松弛极化损耗峰,径向局部受潮程度越大,损耗峰幅值越大,并向高频方向移动,因此基于界面松弛极化损耗峰特性可对套管局部受潮进行诊断。利用变压器套管仿真模型验证了文中所提方法的有效性,为变压器套管早期故障预警与诊断提供了新方法。

不均匀受潮油纸绝缘套管频域介电谱仿真研究

电容型高压套管作为变电站内极为重要的电力设备之一,其绝缘状态对电力系统的安全稳定运行至关重要。套管在生产和运行过程中,可能因干燥不充分、浸渍不充分或外部水分入侵而受潮,影响绝缘可靠性。由于套管电容芯子绝缘结构的特殊性,水分通常为非均匀分布,在外界水分侵入时尤为明显。文中通过建立油纸绝缘双单元叠层和110 kV电容型套管数值仿真模型,对其在不均匀受潮状态下的频域介电谱特性进行仿真分析。结果表明:不均匀受潮时,介质损耗因数与频率的关系曲线出现明显的介质损耗峰;水分分布不均匀程度增大时,损耗峰对应的频率随之增大;频域介电谱(FDS)对套管厚度和末屏局部的含水量变化敏感,但基本不受套管轴向不均匀受潮的影响。

时变温度下油纸绝缘频域介电谱曲线校正方法研究

频域介电谱(FDS)技术被广泛应用于油纸绝缘电力设备状态诊断中。但FDS在低频段测试时间较长,测试时设备往往处于动态降温过程,所获得的FDS曲线与评估数据库差别较大,使用时变温度FDS曲线进行绝缘状态评估的结果存在一定误差。为将时变温度条件下的FDS曲线校正到恒定温度,该文通过仿真获得套管温度场分布,采用粒子群优化(PSO)算法反演出不同温度下介电弛豫Havriliak-Negami(H-N)模型的特征参数。在此基础上,基于最小二乘法(LS)计算出时变温度条件下每个频点的等效温度,由此实现了曲线校正。结果表明:校正后的曲线与参考温度曲线具有较好的一致性,有助于电力设备绝缘状态的精确评估。

基于FDS及PDC方法的油纸绝缘水分含量研究

分别采用频域介电谱法和极化去极化电流法对不同温度和水分的油浸纸介电性能和电导率进行了研究,依据Arrhenius公式得到了电导率自然对数lnγ与绝对温度的倒数1/T线性分布关系式。

绝缘结构与测试电极对植物油纸频域介电谱特性的影响

为了全面研究绝缘结构对植物油纸频域介电谱特性的影响,搭建了植物油纸频率响应实验平台,采用3种不同电极对植物绝缘油、植物油纸绝缘结构、纸板间带1层油隙及带2层油隙的植物油纸绝缘系统进行测试。结果表明:绝缘结构对频域介电谱影响较大,在低频下植物油纸的介质损耗因数最低,植物绝缘油的介质损耗因数最高;在中高频下植物油纸的介质损耗因数最低,植物油纸与2层油隙组成的油纸绝缘系统介质损耗因数最高;3种测试电极测得同种试品的曲线存在一定差异,但整体趋势相同,可通过计算消除不同电极对测试结果产生的影响。

基于介电响应法的矿用电缆绝缘性能评估方法研究

矿用高压电缆在实际使用中易受电、热、机械应力等多种因素的复合作用,加速绝缘老化,易导致电缆漏电、短路或放电等故障。目前,介电响应法被引入矿用电缆绝缘性能及老化状态的分析、评估和诊断中。针对基于介电响应法的电缆绝缘性能及老化状态评估问题,以常用的三元乙丙橡胶(EPDM)绝缘矿用移动软电缆为研究对象,总结了介电响应法中回复电压法、极化/去极化电流法和频域介电谱法的基本原理和典型特征量,对比了3种方法的优缺点。介绍了扩展Debye模型提取的老化因子、修正介电驰豫模型提取的弛豫特征量、介质损耗积分谱等基于介电响应模型的电缆绝缘性能评估特征量。从基于回复电压法和极化/去极化电流法的矿用电缆电痕腐蚀程度判别,以及基于极化/去极化电流法和等温松弛电流、基于介电驰豫模型、基于介质损耗积分值的EPDM绝缘多应力老化状态评估等方面,综述了介电响应法在矿用电缆绝缘性能评估中的应用研究。针对基于介电响应法的矿用电缆绝缘性能评估存在的在线监测技术无法适应煤矿工况、评估用数据不足、绝缘劣化程度与特征量关系未知等问题,提出应重点研究电缆绝缘状态感知、绝缘劣化程度与特征量关系构建这2项关键技术。

电力变压器介电谱测试分析

为检测变压器绝缘介质中的水分,采用极化去极化电流(PDC)和频域介电谱(FDS)相结合的介电谱测试方法用于变压器现场测试。PDC和FDS测试方法可区分出绝缘油和绝缘纸中的水分含量,为变压器绝缘评估提供依据,两者相结合进行测试可有效缩短现场测试时间,测试实例说明开展变压器介电谱测试是可行的。

多次双极性振荡衰减冲击电压作用下的油纸绝缘累积效应

为研究电力变压器实际遭受的雷电冲击电压波和IEC规定的标准雷电冲击电压波（SLIW）对油浸绝缘纸累积作用,基于变电站实测的雷电侵入波形,通过试验方法产生了不同波形参数的双极性振荡衰减冲击电压,采用匝间绝缘模型模拟真实状况下油纸绝缘所承受的电场,并通过测量冲击电压幅值与冲击电压累积次数之间的关系特性和不同次数冲击电压作用前后相对介电常数等电气参数,探索了多次冲击电压作用对油纸绝缘的累积效应。研究表明：多次双极性振荡衰减冲击电压作用下油纸绝缘表现出明显的累积效应,在不同波形参数的冲击电压作用下油浸绝缘纸的U-N特性曲线均呈指数变化规律;在相同电压幅值下,油浸绝缘纸对双极性振荡衰减波的累积耐受能力比标准雷电冲击电压波更好,表明相同电压幅值下标准雷电冲击电压对绝缘的要求偏严;油浸绝缘纸的相对介电常数和介质损耗角正切值均随累积次数的增加呈明显上升趋势,表明多次双极性振荡衰减冲击电压作用对油纸绝缘性能有明显的影响。

双极性振荡衰减冲击电压作用下油浸绝缘纸的绝缘累积效应特性

变压器内油纸绝缘在雷电冲击电压的重复作用下会产生累积损伤,从而对变压器的安全运行产生威胁。实际侵入变压器的雷电冲击电压波受变电站进线衰减、折反射及绕组谐振等因素的影响,具有显著的振荡特性,该波形与IEC规定的标准雷电波形有显著差异。为此基于变电站实测的雷电侵入波形,通过试验方法产生了不同波形参数的双极性振荡衰减冲击电压,采用柱–柱电极结构测量了冲击电压幅值与冲击电压累积次数之间的关系特性(U-N特性)。通过观察累积冲击作用前后油浸绝缘纸的微观形貌变化并测量其相对介电常数和介质损耗角正切,探索了多次冲击电压作用对油浸绝缘纸的累积损伤效应。研究表明,多次双极性振荡衰减冲击电压作用下油浸绝缘纸表现出明显的累积效应,随着冲击次数的增加,电极覆盖区域的试品表面会出现乳白色胶状附着物,且试品表面的纤维结构发生变化,粗糙程度逐渐增大,其相对介电常数和介质损耗角正切值均呈明显上升趋势。

油纸绝缘特性研究及微水含量评估

为充分发挥FDS宽频介电信息量丰富的优势,将其更好地应用于油纸绝缘微水含量的定量评估,首先对不同微水含量油纸绝缘试品的频域介电谱(即"频谱")进行了基于微观物理机制的深入剖析,在此基础之上采用向后选择多元回归法建立微水含量评估模型。最终的模型显著性检验结果表明,所提取的9个特征参量均对微水含量产生显著性影响且只有测试频率为10-1 Hz处所建立的多元回归方程线性显著。最后基于新测试数据对模型的有效性进行了检验,其中计算值与实际值的相对误差大部分小于4%且方程的决定系数R2高达0.9971,充分验证了本文所构建模型的可靠性。

运用Maxwell模型对植物油纸绝缘系统老化状态的研究

植物绝缘油被广泛运用于油浸式变压器,研究植物油变压器油纸绝缘系统的老化状态至关重要.本文引入分数微积分的概念,建立了分数阶Maxwell介电模型参数辨识的数学模型,同时根据实验得到的复介电常数实虚部的值求得分数Maxwell模型中的各个参数,根据最小二乘法建立目标函数,采用粒子群算法实现参数辨识,得到了不同老化状态下油纸试品的Maxwell模型参数,并利用混合蛙跳算法对其进行验证.得到模型特征参数后,根据模型重构得到的数据,进而研究了绝缘老化对分数Maxwell介电模型参数影响的规律.研究表明:随着老化程度的加深而增大的介电常数ε与聚合度D_p有着较好的线性关系,弛豫时间τ与D_p间有着较好的指函数关系.提出的分数阶Maxwell模型参数可用于量化评估油纸绝缘的老化状态.

变压器油纸绝缘频域介电谱特性的研究与应用

油浸式变压器的寿命主要由油纸绝缘的状态系统决定,频域介电谱法是诊断变压器油纸绝缘的老化状态的有效方法之一。为了对频域介电谱法进一步研究,本文介绍了频域响应法的原理,从影响因素(水分、温度、老化状态)、频域介电谱特征量与老化状态关系对该方法的研究与应用进行了综述。