The Research of Connection between Degree of Polymerization and Frequency Domain Dielectric Spectroscopy Characteristics during Oil-Paper Insulation Aging

In order to study the linkage effects between degree of polymerization and frequency domain dielectric spectroscopy characteristics of oil-paper insulation, the frequency domain dielectric response test platform of oil-paper insulation is set up. Complex permittivity of oil-paper insulation respectively composed by new or aged oil and insulation paper with different DP are tested, and complex permittivity of oil-paper insulation respectively composed by insulation respectively composed by new oil and insulation paper with different DP and low or high moisture content are tested. The test results are analyzed, and the analysis results show that the degree of polymerization of insulation paper has an influence on complex permittivity of oil-paper insulation though influencing the distribution of moisture and acids between oil and paper.

变压器油纸绝缘状态的FDS法测试及特征量分析

为达到确定变压器内绝缘频域参数与特征参量之间关系的目的,对油浸式电力变压器油纸绝缘系统开展频域测试。在不同温度时对样品进行热老化处理。另外,对样品开展频域介电谱(FDS)测试法研究,设定模型参数,拟合得出其与老化时间、试验温度的关系。研究结果表明,在老化时间和试验温度发生改变时,FDS参数tanδ和ε′在高低频率范围均表现为逐渐减小,达到拐点后缓慢上升,且拐点缓慢平移至高频区域;提取Davidson-Cole模型参量β、Δε、τ,通过拟合,得到模型参量和老化时间、试验温度之间的函数关系。该研究为变压器油纸绝缘老化水平的评估提供新的方向。

FDS土壤水分传感器的两步标定法

在有机溶液、砂土和基质(泥炭、蛭石、珍珠岩质量比4.5:4.5:1.0)中对基于频域(FD)原理的FDS系列水分传感器进行了测试,并根据实验结果对其阻抗特性、一致性和测量精度进行了分析。传感器的标定工作分2步进行,首先利用有机溶液建立传感器输出电压信号V与介电常数ε的关系,然后通过Topp公式间接得出传感器输出信号与土壤含水率之间的关系。在砂土和基质中的实验结果表明,采用两步标定法标定后,FDS系列传感器测量得到的砂土和基质含水率与烘干法得到的含水率的相关系数分别为0.90和0.95,其输出电压与ML2型传感器输出电压的相关系数>0.99,表明该标定方法能够满足测量精度要求。

水分和温度对FDS低频介损的影响研究

FDS方法能有效地评估水分和温度对变压器油纸绝缘系统的影响,尤其是低频介损更能有效反应其绝缘状态。在实验室完成试品的制备以模拟变压器油纸绝缘系统,试验研究了水分和温度对f=0.1 mHz的低频介质损耗tanδ的影响,并通过最小二乘法分别将水分含量和测试温度与特征频率处的介质损耗tanδ进行拟合,得到相应的拟合关系。试验结果表明:低频f=0.1 mHz处的介质损耗tanδ随着水分和温度的上升呈指数函数增长,且其增长速率不断增大。该方法准确直观地评估了水分和温度对低频介损的影响,对准确诊断变压器油纸绝缘老化状态具有参考价值。

温度对环氧胶浸纸套管FDS特性的影响

为研究温度对环氧胶浸纸套管频域谱特性的影响,以便更准确地将介电响应技术应用于套管受潮或老化状态评估,设计了不同温度下胶浸纸套管绝缘频域谱(FDS)测量试验,运用电介质极化理论对频域介电现象进行分析,并建立扩展Debye模型,利用遗传算法和内点法辨识各支路参数,通过模型参量变化分析温度对频域谱特性的影响规律。结果表明,随着温度的升高,低频区(10^(-3)~1 Hz)复电容实部随着温度的升高显著增大,介损和复电容虚部频谱曲线整体向高频方向移动;建立的6支路Debye模型与实测值基本相符,绝缘电阻R0随温度升高而减小,几何电容C_0基本不变;采用基于"频温平移因子"的主曲线技术可有效消除温度的影响,实现将已知温度下的频谱曲线折算到未知温度,扩展了频谱曲线的测量范围;频谱曲线的"平移因子"满足Arrhenius方程,利用"平移因子"计算得到的活化能约为31.92 kJ/mol。因此,利用频域介电谱法评估受潮或老化状态时必须考虑温度的影响,否则将导致评估结果失实。

水分对大型汽轮发电机定子线棒主绝缘FDS测试的影响研究

为更好的将频域介电谱技术(FDS)应用于发电机主绝缘状态的评估,通过实验得到不同水分含量的线棒试样,对其工频介质损耗因数tanδ、电容C以及FDS进行测试,研究水分对频域介电谱的影响。结果表明:随着线棒干燥周期的增加(水分含量减小),工频介质损耗tanδ、电容C呈指数规律下降;电机线棒的介质损耗因数tanδ、复介电常数虚部ε″随FDS测试电场频率增加整体呈下降趋势,但下降过程中会在部分频段出现弛豫峰;而复介电常数实部ε′随FDS测试电场频率增加而不断下降。不同水分状态下tanδ弛豫峰值及对应频率fmax随线棒干燥周期增加呈指数规律下降,介损弛豫峰值和fmax与线棒水分关系密切,能反映电机线棒绝缘中的水分含量。

基于FDS的换流变绝缘纸寿命评估方法研究

为实现换流变压器绝缘纸机械强度的无损检测及评估变压器的绝缘寿命,首先在100℃下对绝缘纸进行了频率为50 Hz、振幅为0.57 mm,老化时间为35 d的一系列加速机–热老化实验。其次,测量了不同老化时间的试品在10–3~103 Hz范围的频域介电谱(FDS)特性及其抗拉强度(TS)。通过对试品tanδ–f曲线特性进行分析发现,低频段可作为表征试品老化程度的特征频段。同时发掘了特征频率下不同老化时间试品的介质损耗因数和对应的抗拉强度间存在的负指数关系,并利用实验数据佐证了此关系的正确性,据此可实现绝缘纸机械强度的无损检测以及老化状态的有效评估。最后,发展了基于FDS的绝缘纸剩余寿命预估判据,可有效评估绝缘纸的剩余寿命。该结论可为变压器绝缘纸机械特性的无损检测及寿命评估提供理论依据。

基于FDS区分热老化和水分对油纸绝缘状态的影响研究

为区分热老化和水分对频域介电特性的影响,将FDS法应用于变压器主绝缘的老化和受潮状态评估。通过绝缘诊断仪对制备的老化和水分试品进行FDS测量,提取1 mHz及0.1 mHz为老化试品特征频率,100 Hz、1 kHz为水分试品特征频率,利用特征频率处的tanδ区分老化和水分对频域介电特性的影响,并给出了特征频率处tanδ与聚合度以及水分含量的定量拟合关系。研究结果表明:聚合度和水分含量与特征频率处的tanδ均呈指数函数关系,tanδ随着聚合度增大而减小,随着水分含量的增大而增大。

热老化对油纸绝缘系统FDS的影响研究

为准确评估变压器油纸绝缘系统的老化情况,通过FDS方法试验分析了热老化对其的影响。首先在实验室内制备老化试品并搭建FDS测试平台,然后通过FDS仪对制备好的老化试品在恒定温度下进行测试,最终得到试品复电容实部C′、复电容虚部C′′和介质损耗因数tanδ的FDS。试验研究表明:随着热老化时间的增长,试品的C′、C″和tanδ在全频域10-4~103Hz内也逐渐增大,但相较于高频段和中频段,低频段内的C′、C″和tanδ增大趋势更为明显,最终为准确检测变压器的老化状态提供了坚实的理论依据。

热老化对FDS特征频率处介质损耗的影响研究

FDS法可以对变压器油纸绝缘系统的老化进行有效诊断。根据介质耗损相关机理可知,在0.1~1mHz内的的介质损耗可以更有效的体现其老化情况。本文首先通过FDS法对制备的5组试品进行测试,然后选取频率f=0.1mHz、f=1mHz处的介质损耗tanδ作为特征参量,将特征频率处的tanδ和热老化时间进行拟合,并得到两者的拟合关系。研究表明:特征频率f=0.1mHz、f=1mHz处的tanδ随着热老化时间的增加呈指数函数增长,且其增长速率逐渐增大。通过该方法可定量反映热老化对FDS的作用,并为准确诊断油纸绝缘系统的老化情况提供了一定参考。

基于FDS法研究水分含量对特征频率处介质损耗的影响

为研究水分对油纸绝缘系统的影响,分别在30℃和60℃下对试验室制备的试品进行频域介电谱(FDS)测量,通过对所得试验结果进行分析,选取特征频率处的介质损耗和水分含量进行拟合,并获得相关的拟合关系。研究表明:水分含量和特征频率处的介质损耗呈指数函数关系,随着水分含量的增大介质损耗也增大,其增长速率也逐渐增大,且频率越小其增长速率越大;在同一特征频率处,温度越高介质损耗的增长速率越大。

SC-FDMA上行系统中一种频域迭代块DFE均衡方法

针对多径衰落信道条件下多用户单载波频分多址(SC-FDMA)上行系统中的符号间干扰和多用户间干扰问题,结合分集合并,设计了一种新的多用户SC-FDMA接收结构,并在此基础上提出了一种频域迭代块判决反馈均衡方法.该方法利用输入-判决符号相关系数,优化前馈滤波器和反馈滤波器的抽头系数,使得每次迭代过程中信号的信干噪比最大,逐步消除干扰,提高了数据检测的可靠性.仿真结果表明,该均衡方法有较好的误比特率性能.

一种基于均匀分布型的MIMO OFDM系统最优导频设计

本文提出了一种针对存在虚子载波的MIMO OFDM系统下基于均匀分布型的最优导频设计,该设计通过采用时域最小二乘信道估计(TD-LS-CE),且以数据子载波的频域信道响应的均方误差为准则,在最大化带宽效率的前提下,对各发送天线上均匀分布型的导频子载波进行功率最优化分配,并推导了其闭式解。最后,仿真结果表明该最优导频序列在MSE、BER性能方面均优于传统的移相正交导频序列和等功率分配的交错正交导频序列。

电气设备复合绝缘结构的太赫兹无损检测综述

在电气设备复合绝缘结构检测方面,基于声、光、电、磁等物理量、化学组分和微观特征的检测方法得到广泛应用,但难以实现无损可视化表征。相比之下,太赫兹检测技术利用太赫兹波的光学和电磁学特性可以有效反演出被测物的结构特征和介电特性,较传统检测方法具有无损可在线测量的明显优势。为此,该文总结了当前太赫兹无损检测技术在电气设备复合绝缘结构检测方面的研究现状。首先,系统介绍了太赫兹检测方法的原理及系统,并与传统检测手段进行了比较;其次,重点总结了太赫兹时域和频域光谱及其成像技术在复合绝缘材料老化和缺陷检测中的实际应用,包括缺陷的识别和定位、组分鉴定及老化状态评估等;最后,对太赫兹无损检测技术在该领域的发展前景进行了展望。希冀该综述可帮助相关研究人员快速了解太赫兹无损检测技术在电气设备状态诊断方面的研究和应用情况,并对同类问题提供解决思路。

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。

基于低频高压频域介电谱的XLPE电缆电树枝老化状态评估

应用传统的频域介电谱(FDS)法对10 kV及以上电压等级的交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘进行测试时,存在抗干扰能力差、微电流采集困难等问题。因此该文提出一种基于I/V转换微电流采集装置的FDS测试方法,用于电缆绝缘状态评估。搭建了一套低频-高压FDS测试系统,用于对不同老化程度的电缆试样进行频域介电谱测试,发现对于同一老化程度的电缆而言,随着激励电压的升高,在低频段内表征出的非线性特征越加明显。基于老化电缆的频域介电谱所表征出的非线性现象,该文提出非线性特征参数的概念,以定量的形式对老化电缆所表现出的非线性进行分析。结果表明,随电树枝长度的增加,非线性特征参数以指数形式增大。通过指数函数关系式可以以非破坏性手段对电树枝长度进行预测,实现对电缆绝缘状态的有效评估。

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。

基于频域介电谱的环氧树脂浸渍皱纹纸绝缘受潮状态评估

环氧树脂浸渍皱纹纸(ERICP)绝缘材料被广泛应用于电力设备绝缘,受潮是影响其绝缘状态的重要原因。本文将频域介电谱(FDS)技术用于材料绝缘状态的评估,首先制备不同含水量的ERICP样片并开展FDS测试;然后根据FDS频谱曲线,分析FDS特征参数随含水量的变化规律;最后引入介电模量谱和模量因子,提出ERICP绝缘状态评估方法。结果表明:含水量的变化影响FDS曲线整体变化规律;介电模量能够有效抑制直流电导的影响从而表征内部弛豫过程;ERICP样片的介电模量谱在低频范围内出现了明显的弛豫峰,弛豫峰的特征频率随含水量的增加而升高;介电模量虚部的积分面积可以作为表征ERICP绝缘的特征参量,模量因子与含水量的关系同指数函数具有0.9975的拟合优度。

变压器油纸绝缘频域介电响应非线性特性研究

频域介电响应(frequency domain dielectric response,FDS)技术作为变压器油纸绝缘无损评估的重要手段,而油纸绝缘介电性能非线性变化将影响评估的准确性,因此需要开展油纸绝缘FDS非线性变化规律的研究。该文在实验室条件下制备了多组不同老化程度、不同含水率的油纸绝缘试样,开展不同温度下油纸绝缘非线性FDS测试。研究发现,测试温度较低、油纸绝缘水分含量较小时,油纸绝缘低频介电响应与电压呈负相关,且随着测试温度的升高,非线性变化区域向高频且损耗因数增大的方向移动,FDS变化规律与测试激励幅值的关系减弱;当测试温度较高、油纸绝缘水分含量较大时,油纸绝缘低频介电响应出现与电压呈正相关的非线性变化规律;同时,根据频温平移计算发现,油纸绝缘的弛豫活化能与交流电导活化能均与其内部水分含量存在线性变化关系,而测试激励幅值对交流电导活化能的影响更为显著。为了消除测试温度对交流电导率的影响,该文建立电导率修正函数,实现了高温、高含水率下油纸绝缘低频交流电导率曲线的平移修正;最后,结合所构建的水分基团迁移率计算模型,定量计算水分含量对老化油纸绝缘频域介电响应非线性变化的影响,其规律与实验结果一致。