介质粗糙面与组合目标宽带电磁散射特性研究

文中对介质粗糙面和组合目标的宽带复合电磁散射特性进行研究,通过数值计算得到了复合散射系数频率响应曲线。分析结果显示,后向复合散射系数在宽频带范围内随着频率的变化而产生振荡,粗糙面的高度均方根、介电常数、组合目标尺度、目标介电常数等因素对复合散射系数有显著的影响,且影响规律较为复杂。相比之下,粗糙面的相关长度对复合散射系数的影响较为微弱。当目标是理想导体时,频率响应曲线近似呈现出准周期性的振荡形态。

基于介电频谱特征参数的红壤干旱指标评价研究

为获取红壤含水量对电磁波介电频谱的响应特征,探讨介电频谱特征参数作为红壤干旱评价指标的可行性,以红壤为研究对象,开展不同体积含水量红壤的频域介电谱(FDS)试验,提取介电谱特征曲线积分值,分析介电频谱特征参数与体积含水量的相关性,结合国家《农业干旱等级》标准提出基于介电频谱特征参数的红壤干旱评价指标。结果表明:红壤介电常数实部和虚部均随着介电频谱频率的增大而逐渐减小,两者与体积含水量均呈正相关关系;介电损耗因数随频率变化具有波动性,且体积含水量越小波动性越强,总体呈现出先减小后增大的趋势;通过最小二乘法拟合得到介电频谱特征参数与体积含水量的量化关系,采用细菌觅食算法确定最优的模型系数,拟合精度均大于0.95;基于介电谱特征参数建立红壤干旱指标评价模型,预测值与标准值之间的误差均为±1%左右。该模型能有效地评价红壤干旱程度,可为红壤区域性农业干旱调查、评估及预警提供参考指标。

载流条件下环氧胶浸纸套管温度分布及绝缘特性

为研究环氧胶浸纸套管内部温度分布及对应的绝缘性能,构建了套管温升与绝缘性能同步测试回路,获得了不同电流下套管芯体温度分布及热点温度对套管绝缘性能的影响规律。结果表明:载流条件下套管油端芯体最大直径处存在由于热量累积导致的局部热点;在与套管绝缘材料接触的热点温度<100℃时,绝缘介质中松弛极化损耗现象明显,tanδ随频率变化曲线存在损耗“峰”和“谷”,曲线随着温度增加向高频方向平移,当热点温度>120℃时,绝缘介质中电导损耗作用突出,tanδ随频率变化曲线在对数坐标系中呈直线下降趋势;热点温度>140℃将损坏套管内部绝缘,恢复常温后tanδ和电容量急剧增加,绝缘电阻大幅下降;当热点温度>200℃时,套管内部将产生大量气体,芯体开裂,tanδ突增而电容量突降。该研究可为套管优化设计、试验及运行状态评估提供参考。

气固复合绝缘变压器聚酯材料老化特性研究

为了研究长时间运行下SF6气固复合绝缘变压器的老化状态,建立了变压器内部聚酯绝缘材料老化评估模型。首先对6020型PET薄膜进行加速热老化实验,然后采用频域介电谱、差示扫描量热、拉伸以及近红外光谱检测PET材料的老化特性。实验发现,PET薄膜介电损耗随老化呈现先减小后增大趋势,采用Havriliak-Negami介电弛豫模型处理后选取了典型特征参量τ1和τ2,并拟合得到了老化时间与τ1和τ2的经验公式;PET薄膜的结晶度和断裂伸长率随着老化呈现先增大后减小趋势,拉伸强度呈现减小趋势;PET薄膜近红外吸光度随着老化呈现减小趋势,采用线性判别分析算法进行降维处理后获得了较好的分类结果。综合分析可得,频域介电谱弛豫时间常数τ1和τ2、拉伸强度和近红外光谱吸光度特征参量可以较好的表征聚酯材料的老化程度。

应用频域介电谱法的变压器油纸绝缘老化状态评估

通过频域介电谱法(frequency domain dielectric spectroscopy,FDS)测试分别在110和130℃下老化不同程度的变压器油纸绝缘试品的相对介电常数(εr)和介质损耗因数(tanδ),提出利用油纸绝缘试品在特征频率处的εr、tanδ值评估油纸绝缘老化状态的新方法,建立油纸绝缘试品在特征频率处的εr、tanδ与绝缘纸老化状态的量化关系。结果表明FDS低频段对油纸绝缘老化状态反应敏感,不同老化程度油纸绝缘试品在特征频率处的εr和tanδ值与绝缘纸聚合度满足指数函数关系;研究成果为将FDS用于无损诊断变压器老化状态提供参考。

现场变压器油纸绝缘时频域介电特征量提取及状态评估

油浸式变压器的绝缘状态决定了变压器的运行寿命。为将时频域介电响应技术应用于变压器油纸绝缘状态的无损评估,对一台停运的500kV变压器进行了极化/去极化电流(PDC)与频域介电谱(FDS)测量。通过时域介电谱融合理论及FDS技术提取了反映变压器油纸绝缘状态变化的时域介电特征量与频域介电特征量,并分析了其变化规律。研究结果表明,时频域介电特征量对变压器油纸绝缘的老化情况较为敏感,可定性评估变压器的绝缘状况。

变压器油纸绝缘水分含量的频域介电特征参量及评估方法研究

为了更好地将频域介电谱技术（FDS）用于变压器油纸绝缘状态的无损诊断，本文对在实验室获得的不同水分含量的油纸绝缘样品分别在30℃及60℃下进行频域介电谱测量；在深入研究水分含量及测量温度对油纸绝缘复相对介电常数及介质损耗频域谱特性影响的基础上，提出采用不同频率点处tanδ值作为水分含量评估频域介电特征参量，并初步给出了特征参量与水分含量的定量拟合公式；引入“频温平移因子”以消除测量温度对油纸绝缘频域介电特性影响的方法。结果表明：tanδ在10^-1～10^2Hz范围内随水分含量增加明显增大；分别采用10^-1Hz、10^0Hz、10^1Hz及10^2Hz频率点处tan6值作为水分含量评估特征参量，并拟合得到可用于水分含量评估指数函数；引入“频温平移因子”绘制的主曲线可以消除测量温度对油纸绝缘频域介电特性的影响，以提高水分含量评估的准确度。

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。

基于频域介损积分谱分析变压器油纸绝缘状态的研究

频域介电谱(FDS)与水分含量的映射关系能有效评估油纸绝缘状态,为了直接利用频域介电特征量评估绝缘老化和受潮的方法,提出在特征频域段内采用介损积分值作为绝缘状态评估的特征参量,并实验研究了不同绝缘老化和受潮程度对频域介电谱和频域介损积分谱影响及其变化规律。研究结果表明:在10^-3~10^2 Hz范围内相对于频域介损,频域介损积分谱对油纸绝缘老化和受潮更为敏感,随着油纸绝缘老化程度和绝缘受潮的增大,介损积分均呈上升趋势,且曲线具有饱和值,该介损积分值可以量化评估油纸绝缘的状态;与绝缘老化相比,在10^-3~10^2Hz范围内,频域介损积分值对绝缘纸的受潮更为敏感,其频域介损积分值更大。因此,提出的频域介损积分谱法为量化评估变压器绝缘状态提供新的研究思路。

基于频域介电谱法研究甲酸对油纸绝缘水分评估的影响

为了准确评估油纸绝缘中的水分含量,研究小分子酸对油纸绝缘水分评估的影响,文中制备了多组不同水分和甲酸含量的油浸纸试样并利用频域介电谱法对其进行FDS测试,基于此提出表征不同酸性环境下油纸绝缘水分含量的特征参量。研究结果表明:水分会影响小分子酸在油纸间的分布,且随着绝缘纸水分含量和油中甲酸含量的增加,油浸纸试样tanδ频域谱在10?3～101显著增大。相较于无酸环境,甲酸含量的增加使油浸纸试样同一水分含量下的tanδ频域谱发生不同程度的增加,实际测量绝缘纸水分含量时小分子酸的影响不容忽视。提出的油浸纸试样介质损耗因素积分量Stanδ,在不同酸性环境中与水分含量均有良好的指数关系,且随着酸值变化与水分呈现出一定的规律,故可用作表征不同酸性环境下油纸绝缘水分含量的特征参量。

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。

应用介损积分谱对变压器老化程度的定量评估

为更好的将频域介电谱用于变压器油纸绝缘的老化状态评估中,提出了频域介损积分谱,并对油纸绝缘试品进行了不同程度的加速热老化,测取了老化后试品的油中糠醛含量Ck,纸聚合度DP与微水含量Mc,在30℃下进行了FDS特性检测,结果表明:tanδ在测试频段内随老化天数增加呈上升趋势,且在10-4~10-1Hz内tanδ曲线逐步向高频段移动。结合理论分析,取特征频率点f=10-2Hz下的介损积分值Sδ(10-2)作为油纸绝缘老化状态的频域特征参量,经数据拟合发现Sδ(10-2)与DP、Ck分别存在较优的次幂与指数关系。最后引入了平移因子αT与频温平移法,在20~60℃下对同一老化试品进行FDS测试,得到了温度与αT的线性关系,通过对FDS曲线进行"频温平移",消除了测量温度对油纸FDS特性的影响,使评估结果更准确。

考虑界面极化因素的油纸绝缘样品中含水量评估方法的研究

为了研究受潮状态下油纸绝缘样品的电导与极化特性,并提取能够准确量化油纸绝缘样品受潮程度的特征参量。采用一种新型弛豫响应模型——混合极化电路模型来探究频域介电谱技术在油纸绝缘受潮状态评估中的应用。首先,推导了该模型的频域介电响应函数,并基于FDS实测数据进行模型参数辨识;其次,研究温度和水分含量对模型参数的影响规律,进而提取出3个油纸绝缘受潮状态特征参量——绝缘电阻R_(g)、平均串联极化支路时间常数τ_(p)与平均界面极化支路时间常数τ_(h);最后,实验结果表明,混合极化电路模型能够准确拟合复合绝缘介质的弛豫响应过程,所提取的特征参量与油纸绝缘水分含量存在明显的指数关系,有助于实现电力设备受潮状态的定量评估。

基于等效电路的油纸绝缘系统受潮状态分析

基于油纸绝缘的介电响应等效模型——扩展德拜模型,通过分析模型参数变化规律提取介电特征参量,从而实现对绝缘受潮状态的定量评估。首先,针对油纸电容式试验套管模型,制备不同受潮程度的电容芯子,并在不同温度下对样本芯子进行频域介电谱(FDS)测试。利用FDS实测谱图,采用GA-LMA融合优化算法辨识得出扩展德拜模型的各支路参数,并基于该模型分别研究了温度及水分含量对模型参数的影响规律,进而提取表征油纸绝缘受潮程度的特征参量-低频支路极化电阻及时间常数,最后建立上述参量与绝缘水分含量的关系式,实现了对油纸绝缘系统受潮状态的定量判断。

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。

大型发电机主绝缘的Cole-Cole模型频域介电温度特性研究

为研究温度对发电机环氧云母绝缘频域介电谱特性的影响,在实验室条件下,测试了不同温度下发电机线棒试样的频域介电响应,采用双弛豫Cole-Cole模型对测量数据进行拟合,分析了温度对环氧云母绝缘频域介电谱特性的影响原因。结果表明,双弛豫Cole-Cole模型能够准确拟合测试值,温度升高会加强空间电荷极化和转向极化,使复介电常数实部ε'和虚部ε″的频谱曲线整体上移,低频段增大幅度高于高频段;同时温度升高会减小介质的松弛极化时间,使频谱曲线向高频方向移动。因此在应用介电响应法评估环氧云母绝缘老化状态时,必须考虑温度的影响。

交流500kV交联聚乙烯海缆主绝缘介质的频域介电及击穿特性研究

为了研究热老化对500 kV XLPE海缆绝缘材料相关性能的影响,首先将AC 500 kV XLPE海缆主绝缘材料在170℃下进行恒温热老化,对不同热老化时间的XLPE海缆主绝缘材料进行FTIR测试分析;然后,对不同热老化时间的XLPE海缆主绝缘材料进行频域介电特性测试,并利用修正Cole-Cole模型分析热老化时间和测试温度对其频域介电特性的影响规律;最后,对不同热老化时间和温度下的XLPE海缆主绝缘材料进行工频击穿测试。结果表明:热老化对XLPE海缆主绝缘材料内部微观结构影响显著,引起XLPE羰基指数的增加。随热老化时间增加和温度升高,XLPE材料的低频区相对介电常数、体积电导率和介质损耗均升高。热老化时间和温度对修正Cole-Cole模型中6个频域介电特征量影响显著,分别是高频介电常数εhf、直流电导率σdc、α驰豫过程极化值χα、α驰豫过程时间常数τα、跳跃电导率σho和跳跃电导率参数γ。与新样品相比,热老化48、120、168、336 h的XLPE海缆主绝缘材料工频电气强度下降率分别为5.7%、38.7%、53.7%、59.1%;但随温度升高,XLPE材料的工频电气强度先稍微升高后快速下降,出现快速下降的阈值温度约为70℃。

不同受潮类型油纸绝缘套管的高压时/频域介电响应特性分析

水分是影响油纸绝缘套管绝缘性能的主要因素之一,对油纸绝缘套管的受潮状态开展诊断分析有重要工程价值。为研究油纸绝缘套管的不同类型受潮状态,本文针对正常套管、芯子受潮套管和绝缘油受潮套管开展了高压时/频域介电响应测试,分析了激励电压对套管的时/频域介电响应测试结果影响,针对不同激励电压对套管的不同受潮状态进行对比研究。研究结果表明,水分作为强极性物质,会引起套管的绝缘电阻下降以及介质损耗的提升,由于绝缘纸与绝缘油的亲水性差异,芯子受潮对套管绝缘性能的影响较绝缘油受潮情况更为显著。随着激励电压提高,套管的极化/去极化电流更大且不易受到噪声干扰,而介质损耗与电容因油纸界面处极化损耗的增大而表现出一定的电压依赖性。研究成果为分析不同受潮类型油纸绝缘套管在高电压下的绝缘特性提供了参考。

电机定子线棒绝缘频域介电谱评估

为探究环境湿度对发电机主绝缘介电特性的影响,同时消除温度对介电谱测试的影响,本文制备不同老化状态绝缘试样,进行受潮试验和变温介电谱测试。研究结果表明:介损积分谱对绝缘受潮状态十分敏感,可以稳定表征绝缘受潮状态;引入频温平移因子,构造不同老化状态试样的介质损耗频域谱主曲线,消除温度对测试的影响,同时验证了频温平移理论在不同老化状态下的普适性;通过计算活化能证实主曲线的可靠性。

热老化对变压器油纸绝缘介电响应特征参量影响的研究

基于介电响应理论的回复电压法、极化去极化电流法和频域谱法,作为无损的诊断技术正逐渐被应用于变压器油纸绝缘的状态评估。但是研究结果表明其测量结果会受测量过程中诸多因素的影响。在一个复杂的油纸绝缘系统中,水分在油纸之间的分布,迁移和平衡过程取决实际运行温度和老化程度。只有充分理解绝缘系统在温度和老化影响下的物理变化过程,才能更加准确的分析测量结果。本文引入了一种描述变压器油纸绝缘系统介电特性的电路模型,研究了该模型中各参数值的确定方法,最后设计了130℃下加速热老化试验和变温试验,分别在不同老化程度和不同温度下对试品进行了介电响应测量,根据测量结果分别研究了热老化和温度对介电谱法测量的影响;并基于介电响应测量曲线提取了介电响应特征参量,深入研究了热老化和温度对介电响应特征参量的影响规律。