去极化电流法诊断10kV电缆绝缘缺陷的可行性研究

针对10 kV电缆绝缘缺陷问题,分析了利用去极化电流法来对其绝缘缺陷和老化程度进行诊断的可行性,在此基础上提出一种基于去极化电流的电缆绝缘缺陷和老化的检测方法,搭建基于Matlab和高压真空开关系统的去极化电流法10 kV电缆老化自动化检测系统。该系统通过对具有不同绝缘缺陷的老化电缆样本进行去极化电流测试和分析,得到不同缺陷程度的老化电缆去极化电流变化规律,可以方便地实现对老化电缆的绝缘缺陷及老化程度的自动判断和精准识别,对提高老化电缆绝缘故障诊断效率,保障电力系统可靠供电具有非常重要的意义。

基于PDC法的大型发电机定子线棒主绝缘热老化状态评估

大型发电机在运行过程中会受到热应力等因素的影响,造成定子线棒绝缘劣化乃至失效,影响发电机的安全稳定运行。为了明确极化-去极化电流(PDC)法对于定子线棒主绝缘性能评估的有效性,首先采用PDC法评估热老化状态的定子线棒主绝缘性能。依据PDC测试结果,提取出稳态电导电流、0.1 Hz极化/去极化损耗、不对称系数等基本特征参量;随后再利用奇异值分解(SVD)算法对线棒样本的PDC数据进行扩展德拜模型的分析,得出其模拟电路的支路数和支路参量,通过分析明确老化过程中上述特征参量的变化规律。最后对不同热老化时长的样本进行傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析,从微观角度进一步明确上述绝缘后固化和劣化过程的机理。结果表明:随着绝缘老化程度加剧,稳态电导电流和0.1 Hz极化/去极化损耗增加,不对称系数偏离1的程度加剧,界面极化时间常数τ2减小。

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。

温度对PDC法测试冲击电容器结果的影响研究

为了研究不同测试温度对冲击电容器极化去极化电流法(PDC)测试结果的影响,对未老化和热老化10天的冲击电容器分别进行了20℃、40℃、60℃、80℃下的PDC测试。通过分析不同测试温度下的极化去极化电流,得到了冲击电容器不同测试温度下的直流电导率、0.1Hz下的介质损耗因数值(tanδ)和时间常数不对称系数(τ_(as))。结果表明,随着测试温度的上升,冲击电容器热老化前后极化电流、直流电导率及0.1 Hz下的介质损耗因数值均随着测试温度的升高先增大后适当减小。而时间常数不对称系数虽然随着温度变化有一定的波动,但变化并不明显,因此,在对冲击电容器进行PDC测试时可选择时间常数不对称系数作为判断冲击电容器绝缘状态的依据。

基于IWOA-BP算法的变压器绝缘老化评估方法

为增强变压器运行的安全性以及稳定性,提出一种基于改进的鲸鱼优化(improved whale optimization algorithm,IWOA)—反向传播(back propagation,BP)算法的变压器绝缘老化状态评估模型。建立变压器油纸绝缘模型进行极化—去极化电流(polarization and depolarization current,PDC)实验,为避免含水率对评估结果造成影响,提取综合电导率作为老化特征量;以BP神经网络为主,PDC电流数据为输入,综合电导率为输出,建立算法模型对油纸绝缘老化状态进行评估;为提升算法模型的评估效果,以加入非线性收敛因子以及自适应权重为方法对鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm,WOA)进行改进,并以IWOA对BP神经网络进行优化,获取更优的BP权重与阈值初值,提高BP神经网络的收敛速度以及精度。最终结果证明,IWOA-BP评估模型具有一定准确性以及实用性,且在油纸绝缘寿命评估方向上有一定发展空间。

基于改进定阶法的海底电缆绝缘状态诊断研究

为了解决极化-去极化电流法在目前海底电缆绝缘诊断中支路辨识易受噪声干扰的问题,基于信息熵理论提出一种改进的支路辨识定阶方法。首先分析导致传统支路辨识方法在噪声环境下定阶不够准确的理论原因,之后利用信息熵理论对奇异值所带信息进行阶数确定,最后分别对实验室新电缆以及水树老化电缆运用该方法进行绝缘支路辨识。结果表明:水树老化缺陷的存在导致电荷在电缆的去极化过程中的弛豫时间与其他极化形式不同,最终使得支路数增加。改进定阶法在对水树老化电缆进行支路辨识时,能够更为准确地辨识出水树老化对应的极化支路,验证了所提方法的有效性,并为海底电缆绝缘状态诊断提供参考。

基于PDC法的绝缘老化电缆低频损耗特性分析

为实现对10 kV交联聚乙烯(XLPE)电缆的绝缘老化问题的快速、有效诊断,基于短时极化/去极化电流法(PDC)分析了老化电缆的低频损耗特性,提出了电缆不同类型老化问题的诊断方法。该方法通过模拟电缆实际运行中遇到的老化情况,对实验室短、长电缆进行人工加速老化,基于介电响应理论分析了电缆老化前后极化/去极化电流的低频损耗特性及其不对称现象。同时,为了进一步验证该诊断方法对实际运行老化电缆的评估效果,收集了已知老化状态的退运电缆和现场运行电缆并对其进行了极化/去极化电流测试。研究结果表明:低频介质损耗谱不仅能发现桥接绝缘较长的水树老化缺陷,而且能诊断出绝缘受潮或长度较短的水树;对于集中性缺陷,电缆的极化电流介质损耗因数通常大于去极化电流介质损耗因数;而对于电缆的整体绝缘劣化,其极化电流介质损耗因数却不大于去极化电流介质损耗因数。实验室老化电缆与运行老化电缆的测试结果证实了极化/去极化电流的低频介质损耗谱及其不对称性能够较为准确地反映电缆绝缘不同类型的老化问题。

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。

油浸式电力变压器老化状态评估方法

介绍油浸式电力变压器油纸绝缘系统的介电响应模型,分析回复电压法、极化/去极化电流法、频域谱测量法3种非破坏性变压器老化状态的评估方法,为油浸式电力变压器老化状态评估工作提供参考。

基于空间电荷和脱陷电流的油纸绝缘界面电荷与陷阱特性

不同老化程度的变压器油纸材料中存在的油纸/油界面,在直流电场下空间电荷积聚特性不同,一定程度上可以表征油纸绝缘体系的老化状态和绝缘性能。用一种型号的绝缘纸和两种型号的绝缘油材料分别制作油纸/油双层试样,分别测试了不同油纸材料组合试样的空间电荷分布和极化/去极化电流变化,根据空间电荷分析界面电荷的特性,提取界面势垒参数,并利用极化/去极化电流研究脱陷电流的变化规律,发现了陷阱特征参数与界面样本势垒参数之间的相关性。

基于连续PDC测试的XLPE电缆水树老化判别方法

为了判断XLPE电缆绝缘中是否出现水树老化现象,基于水树老化后特有的微观结构及在电场下的力学蠕变特性,提出一种基于连续极化去极化电流(polarization and depolarization current,PDC)测试的水树老化XLPE电缆检测方法。首先分析水树区域在电场下受到麦克斯韦应力下的力学形变,使得流过这一区域的电流在连续PDC测试过程中逐渐增大。之后,对这一过程下的水树区域进行电流仿真,验证了这一现象。最后,对不同老化形式(水树、热、辐照老化)的电缆样本进行连续PDC测试,分析在连续PDC测试过程中直流电导率的变化情况。实验结果表明:对于内部出现水树老化的电缆样本,它们均出现了电导率随测试次数增加而明显增加的现象,同时电导率增加的幅度与水树枝平均长度相关,水树枝越长,则电导率增加越明显;而其他老化形式样本(不包含水树)电导率基本保持不变。这一对比分析结果说明:通过对电缆进行连续多次PDC测试并分析其电导率变化情况,能够判断XLPE电缆中是否存在水树老化现象。

基于时域介电法的绝缘纸板水分特征量研究

为了评估变压器绝缘纸板的含水量,从而为现场变压器绝缘状态和寿命估计提供可靠指导,笔者在实验室环境中制备4组不同含水量的油纸绝缘试样,采用极化/去极化电流法(PDC)对不同水分含量绝缘纸板开展了研究,提出了可表征纸板含水量的特征量Q_(paper)。实验结果表明,PDC曲线对油纸绝缘试样含水量的变化十分敏感,且水分含量的改变对于去极化电流曲线的尾端有很大影响;通过去极化电流曲线可以获得拓展Debye模型的各支路参数,且随着水分含量的增加模型支路数量在增加,最大支路时间常数在变大;通过PDC曲线的末端对纸板中水分含量的敏感性,可以拟合出绝缘纸板对应模型支路,从而将绝缘纸板对应支路从Debye模型中筛选出来;特征量Q_(paper)可以反映绝缘纸内部的偶极子转向极化强度,并且Q_(paper)和绝缘纸板水分含量有良好的线性关系,可以考虑用Q_(paper)来做绝缘纸水分含量的特征量。

基于PDC法的XLPE长电缆中局部水树的诊断

针对极化–去极化电流法(polarization and depolarization current method, PDC)对于局部水树老化的诊断灵敏度随着交联聚乙烯(XLPE)电缆长度增加而下降的问题,提出了一种新的基于PDC法的长电缆中局部水树的诊断方法。由于水树区域XLPE的蠕变特性,使得水树通道在极化过程中打开且在去极化过程中关闭,宏观上表现为极化和去极化过程的不对称性。通过对长电缆进行三支路Debye模型参数辨识并提取出第三支路极化和去极化时间常数的不对称系数τas以反映这种不对称现象,且实现对局部水树老化的诊断。对加速水树老化后的短电缆、长电缆和退运电缆进行了PDC测试,结果表明:水树老化使得Debye模型中支路电容明显增加,并且局部存在水树老化电缆的参数τas增加并逐渐偏离1,且随着电缆长度的增加,诊断灵敏性并未明显下降。水树老化后的电缆及退运电缆的诊断结果证明了不对称系数τas可以反映XLPE电缆的水树老化现象且灵敏度不受电缆长度的影响。

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。

电力变压器油纸绝缘含水量定量评估的时域介电特征量

水分是影响变压器油纸绝缘性能的一个重要因素。为了评估变压器主绝缘中的含水量,从而对变压器的绝缘状态及剩余寿命进行可靠预测,本文利用时域介电响应技术的极化/去极化电流法(Polarization and Depolarization Current,PDC)对变压器油纸绝缘含水量进行了深入研究。首先,在实验室内制备了不同含水量的油浸渍绝缘纸板样品,然后,利用Matlab程序仿真了样品的实测PDC图谱并获取了扩展Debye模型参数。最后,提出了两个能够量化油浸渍绝缘纸板油纸绝缘含水量的新特征量——极化电量斜率Kp与稳定极化电量Qp-5000。分析结果表明:特征量Kp与Qp-5000对纸板样品的含水量变化非常敏感。该特征量与纸板含水量存在指数函数关系。因此,Kp和Qp-5000可以用于变压器油纸绝缘含水量的定量评估。

基于多时域特征参量的变压器油纸绝缘状态综合评估

利用RVM5461测试仪的现场测试结果对变压器的回复电压极化谱进行了分析。利用扩展德拜模型对变压器弛豫机构参数进行了分析。对去极化电流能量谱中反映变压器油纸绝缘老化状态的特征量进行了分析。对多台变压器的实测数据进行统计,建立变压器标准状态参量表。采用主客观相结合的综合赋权法确定各个时域特征量的权重系数,并融合证据理论和多指标评估方法,建立变压器油纸绝缘状态综合评价体系。实例分析结果表明了所提方法的有效性。

基于陷阱密度谱特征量的油纸绝缘变压器老化诊断

变压器油纸绝缘老化是影响变压器正常运行的重要因素。现阶段,基于时域检测的去极化电流法被广泛应用于变压器油纸绝缘状态诊断,但对于去极化电流谱线的特征量提取仍处于初始阶段。根据介电响应和陷阱理论,提出绘制去极化陷阱密度谱,并从中提取峰值大小S_(max)和峰值时间常数T_(max)这两个新特征量,用以评估变压器油纸绝缘老化状态。首先采用不同极化电压测试,分析去极化陷阱密度谱线新特征量与极化电压间的关系。其次对检测出不同糠醛质量浓度的绝缘油纸变压器的陷阱密度谱线作对比分析。最后对大量变压器实例进行验证分析。研究结果表明:峰值大小S_(max)与糠醛检测质量浓度呈正相关,峰值时间常数T_(max)与糠醛检测质量浓度呈负相关;随着油纸绝缘老化程度的加深,陷阱密度谱的特征量S_(max)逐渐增大,而特征量Tmax逐渐减小;所提出的两个特征量取值范围可作为今后诊断变压器油纸绝缘老化状态的依据。

大型电机定子线棒主绝缘老化性能的介电响应研究现状

介电响应法(Dielectric Response Method,DRM)是一种近年蓬勃发展的绝缘体系无损检测技术,对确定发电设备绝缘体系老化状态具有十分重要的作用。目前利用极化/去极化电流法(PDC)、频域谱(FDS)、热刺激去极化电流(TSDC)等介电响应法研究电机绝缘老化状态已经成为热点方向。国内外学者利用介电响应法研究绝缘老化状态取得了较好的成果,为建立绝缘老化状态的介电响应无损检测方法、指导电力系统机组评估诊断绝缘老化状态奠定了理论基础。为提高我国制造业创新能力,掌握无损检测大型电机定子绝缘缺陷关键技术,国内需要在此方面深入开展研究工作。

酸对变压器油纸绝缘水分含量测量的影响

为了更准确地进行油纸绝缘水分含量的测量,探寻老化产物中最为主要的酸对于水分测量的影响,从而为变压器绝缘状态评估提供可靠指导,文中在实验室条件下制备含有不同水分含量以及含有不同类型不同酸值的油纸绝缘试样,采用极化/去极化电流法(PDC)对有机酸对于水分测量的影响开展了研究。试验结果表明:乙酸在油纸间的分布会受到水分含量变化的影响,而硬脂酸的分布并不受含水量的影响;乙酸和硬脂酸对去极化电流曲线影响不同,乙酸对去极化电流曲线尾端影响很大,而硬脂酸对去极化电流曲线首段影响严重;乙酸和硬脂酸分别影响绝缘纸与绝缘油中的含水量测量,且存在一定比例关系,故实际中可以考虑采取补偿的方法消除不同酸对油和纸中水分测量的影响。

水树老化电缆的绝缘评估图谱特征

针对现有基于极化–去极化电流(polarization and depolarization current method,PDC)法的绝缘评估方法无法综合反映老化电缆特征参数变化特性这一问题,提出了绝缘评估图谱来多维度表现电缆老化状态。绝缘评估图谱中包含特征参数图谱和支路辨识图谱。水树老化是对电缆绝缘结构影响较大的老化形式之一,对水树老化电缆和退运电缆进行PDC测试后分析了其绝缘评估图谱的变化特征,并利用其他理化分析手段更加深入地分析了退运电缆的异常老化特征,结果表明:随着水树老化时间增加,电缆的电导率σ未出现明显变化趋势,而单位化去极化电量Qn和介质损耗因数最大值tanδmax参数则先减小后增大,这导致水树老化电缆的特征参数图谱面积先减小后增大;电缆发生水树老化后,其支路辨识图谱形态会发生显著变化,且随着水树老化进行支路辨识图谱上移;若电缆交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)绝缘中存在树枝通道状的不同质结构,会导致去极化电流中存在违背指数衰减规律的异常增大的电流分量,在支路辨识图谱中表现为拟合系数Ai为负数。