基于频域介电谱曲线分解的氧化锌避雷器老化状态评估

氧化锌避雷器是电力系统的重要组成设备,其老化状态直接关系到对过电压的防护效果,开展氧化锌避雷器的老化状态评估具有重要意义。该文针对氧化锌避雷器内部不均匀老化分布,提出一种基于频域介电谱曲线分解的氧化锌避雷器老化状态评估方法。首先,通过构建氧化锌避雷器介电响应等效电路,研究了氧化锌避雷器频域介电谱分解方法,根据整支避雷器频域介电谱分解可以得到避雷器内部各区域氧化锌阀片的频域介电曲线;其次,利用Havriliak-Negami方程对氧化锌阀片频域介电谱特征参数进行了提取,基于极限学习机建立了氧化锌阀片老化状态评估模型,提出氧化锌避雷器老化评估方法流程;最后,通过多重雷击模拟实验,制备了不同老化状态的氧化锌阀片与避雷器实物样本,对所提老化评估方法进行了分析与验证。结果表明,整支避雷器频域介电谱分解与测试结果的平均误差小于3%,所提方法能够有效地对避雷器频域介电谱进行分解并获取各区域的频域介电谱;针对整支避雷器,该文所提方法对各区域老化状态的评估准确率为93.3%,能够有效地对避雷器进行老化评估。

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。

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。

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。

基于频域介电谱测量方法的变压器油纸绝缘评估

本文介绍了频域介电谱方法及X-Y模型,纤维素水分评估结果受X值、Y值、温度的影响,特别受Y值和温度的影响较大;对比了X、Y值的原定义算法和简便算法的差别,结果表明,简便算法不影响评估结果;采用FDS方法结合其他试验对某台变压器进行评估,判断该变压器纤维素含水量较高,滤油后绝缘性能得到了改善。

变压器油纸绝缘频域介电谱特性的仿真与实验研究

变压器油纸绝缘是一种复合电介质,油纸绝缘的老化会引起油纸绝缘体系介电特性的变化。为研究油纸绝缘频域介电谱特性参数与油纸绝缘复合电介质极化过程的关系,以及更好地将频域介电谱技术用于变压器老化状态无损诊断,通过变压器油纸绝缘扩展Debye等效电路模型仿真了绝缘电阻、几何电容以及时间常数分支电路参数的变化对油纸绝缘系统复电容频域介电谱的影响规律,通过频域介电谱实验研究了油纸绝缘系统的复相对介电常数、复电容、介损等参数与油纸绝缘状态和测试温度的关系,并根据电介质极化理论深入分析了油纸绝缘极化参数随频率和温度变化的规律。结果表明,频域介电谱法既可准确评估绝缘纸含水量和油纸绝缘试品老化程度,又能反映油纸绝缘试品的介电性能;用频域介电谱法评估油纸绝缘状态要保证测试温度的同一性。

油纸绝缘加速热老化的频域介电谱特性

为研究变压器油纸绝缘不同老化状态及温度对其频域介电谱（frequency domain spectroscopy，FDS）测量结果的影响，对变压器油浸绝缘纸板试品进行加速热老化试验：测量同一试品不同老化阶段10^-3-10^3Hz范围的FDS，并对某一老化状态试品在不同温度下进行FDS测量，分析试品的tanδ、复电容实部C’和虚部C＇＇及微水含量随老化时间和测量时温度的变化。结果表明：随着热老化时问的延长和测量时温度的升高，试品在较低频率下的tanδ和C”逐渐变大，而较高频率下变化不明显，C＇急剧变化的频率区域向高频方向移动；根据FDS测量结果得到的纸板微水含量在老化阶段前期随着老化时间延长明显变大，后期则相对稳定；评估得出的纸板微水含量受温度影响十分明显，温度较高时得到的微水含量明显偏高。

油纸绝缘频域介电谱解释方法研究

为了探索频域介电谱测试结果的解释方法,提升其应用于油纸复合绝缘状态无损检测效果,在深入研究频域介电响应理论的基础上,首先在实验室内构建了油纸绝缘频域介电谱试验平台,然后分析了电导及极化损耗的机制及特性,重点讨论了复介电常数与电场频率之间的关系,提取了典型损耗特性规律,并建立了基于电导及极化损耗模型的频域介电谱理论解释方法。研究表明:复介电常数谱在低频段的特征主要因电导损耗作用所致,可用Dyre模型解释;在高频段的特征主要是因极化损耗作用所致,可用H-N模型解释;而中频段特征则是因电导及极化损耗共同作用所致,可用两种理论模型联合解释。通过该方法可获得复介电常数重构曲线,其与频域介电谱实测曲线具有良好的一致性。所提出的频域介电谱解释方法依据FDS测试结果对油浸纸板复介电常数谱进行分析与拟合,分别获得了电导为主、极化为主的损耗与电场频率之间的统计函数关系,可进一步应用于介电响应特征参数提取,从而为油纸绝缘状态定量评估奠定一定的理论基础。

水分对变压器油和绝缘纸频域介电谱特性的影响

频域介电谱法作为一种无损的电气诊断技术,非常适用于变压器油纸绝缘状态的现场诊断。考虑到水分对变压器油纸绝缘系统的巨大危害,运用Concept80宽频介电谱测试系统,研究了水分对矿物绝缘油和不同种类油浸绝缘纸介电特性的影响规律,并对比了相同水分质量分数油浸普通绝缘纸、绝缘纸板和热稳定纸的介电性能。研究表明:矿物油-纸绝缘试品的介电性能受水分的影响极大;矿物油的直流电导率随着水分质量分数的增加呈指数规律增大,在10-3～10-1Hz范围内,油浸绝缘纸的复相对介电常数实部随其水分质量分数增加呈线性规律增大。因此,可利用油品介质损耗因数(直流电导率)和油浸绝缘纸复相对介电常数实部对变压器油、油浸绝缘纸的水分质量分数分别进行诊断。

变压器油纸绝缘状态的频域介电谱特征参量及评估方法

为了区分水分和老化产物对油纸绝缘频域介电特性的影响,进一步将频域介电谱测试方法更好地应用于评估变压器主绝缘的老化状态,本文在实验室中获得了不同水分含量及老化程度油纸绝缘试品的频域介电谱特性曲线,通过分析其变化规律,提出一种采用不同测试频率点对应介质损耗正切tan?为特征参量,以区分水分和老化状态影响的评估方法,并初步给出了各参量与水分含量和老化状态的定量拟合公式。结果表明,tan?在10?3~102Hz范围内随油纸绝缘水分含量增加而增大,而老化程度增加仅影响其在10?3~10?1Hz范围内的值;不同频率点对应的tan?值与水分含量和绝缘纸聚合度的拟合曲线呈现指数函数关系。应用该研究方法对一台现场运行的电力变压器主绝缘绝缘纸的水分含量和聚合度值进行评估,初步验证了该方法的有效性。

采用修正Cole-Cole模型提取油纸绝缘频域介电谱的特征参量方法

为了定量描述变压器油纸绝缘频域介电谱(frequency domain spectroscopy,FDS)随温度、水分、老化程度等绝缘状态的变化关系,引入了修正Cole-Cole模型研究油纸绝缘的FDS特性,提出采用该模型参量作为油纸绝缘FDS的特征参量,以反映其绝缘性能,并给出了模型的初始值设定方法及优化目标函数。在不同温度下采用三电极测量了油纸绝缘试品的频域介电谱特性,提取了模型的参量并分析其变化规律。结果表明,在10-3～103 Hz频率范围,可以采用单弛豫时间常数的修正Cole-Cole模型来描述油纸绝缘的频域介电谱,该模型将频域介电响应分解为弛豫、直流电导和跳跃电导3个分量的叠加。温度主要影响弛豫分量和直流电导分量,且上述两个分量所对应的时间常量τ和直流电导率σdc随温度变化满足Arrhenius方程。

基于频域介电谱分析的高压套管绝缘状态评估

为了解决高压套管现场检测手段有限、诊断准确性差的问题，改善目前高压套管事故多发的现状，采用新型无损检测方法对高压套管绝缘老化和受潮状态进行评估，对提高高压套管的运行可靠性具有重要意义。笔者采用基于介电响应理论的频域介电谱法（FDS），对3支结构相同的油纸绝缘高压套管在不同温度、含水量以及热老化时间下FDS测试的介损频率曲线进行了对比和分析，通过0．01～1000Hz频段的FDS测试的介损频率曲线来评估套管纸绝缘的含水量。研究结果表明，FDS测量的套管介损频率曲线受温度、含水量和老化时间等因素的影响，介损频率曲线的低频部分对套管纸绝缘含水量更敏感。而通过FDS测试评估套管纸绝缘含水量也可定量分析套管内部纸绝缘的老化和受潮状态。相比传统工频介质损耗测量．频域介电谱测量能够更灵敏和较全面地反映套管内部绝缘老化和受潮状态，具有较好的工程应用价值。

基于频域介电谱试验的750kV变压器绝缘状况评估

电力变压器运行的可靠性在很大程度上取决于其绝缘系统,绝缘性能降低,寿命便缩短。从经济性和安全性考虑,希望尽可能延长变压器的使用年限,又确保其安全稳定运行,则要对其进行绝缘诊断和寿命评估。通过分析电力变压器绝缘状态的诊断原理与方法,介绍了一种基于频域介电谱(FDS)技术进行绝缘诊断的新型试验方法。采用FDS法对兰州东变电站750 kV变压器进行了初步的现场测量,并分析了测量结果,结果表明,该变压器纸板水分含量合格,绝缘状况良好,且测量结果与预防性试验吻合良好。FDS有望成为一种新的预防性试验方法,具有良好的应用前景。

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。

温度和水分对变压器油纸绝缘系统频域介电谱特性的影响

基于频域的介电谱(FDS)诊断技术,研究了不同温度和水分含量下油纸绝缘系统频域介电谱和复电容实部与虚部交叉频率的变化规律。结果表明:油纸绝缘系统的介质损耗因数、复电容的实部和虚部、交叉频率都随着温度和水分的增加而增大。

水分含量与分布对油纸绝缘频域介电谱影响的有限元仿真与研究

利用频域谱法估计含水量从介电响应的角度上为油纸绝缘的状态诊断提供了新的思路。以实验室内油纸复合绝缘频域介电谱实测结果为基础,利用有限元仿真探索了油纸绝缘系统中水分存在与分布情况对变压器主绝缘频域介电谱特性的影响。研究结果表明:绝缘系统损耗与水分分布情况密切相关,复介电常数-频率(ε*-f)曲线可反映油纸绝缘内部损耗的改变。随着绝缘油电导率增加,低频域电导损耗特性逐渐向高频扩展,复介电常数实部?'在低频域增大,虚部ε''在整个频域内均增大;随着纸板中水分增加,低频域电导损耗及高频域极化损耗均有显著变化,ε'在低频域增大,而ε''-f曲线在全频段内逐渐增高,且中高频域的曲线"凸起"逐渐平缓消失;随着局部水分含水量增加,极化损耗明显增大,ε''值在高频域显著增大;随着纸板水分分布不均匀程度增加,ε'-f曲线低频域变化明显,而ε''-f曲线在高频域变化明显。

油纸绝缘频域介电谱影响因素研究

作为一种新型的、非破坏性的试验方法,频域介电谱技术正广泛应用于油纸绝缘型绝缘诊断和评估。但在现场测试时发现,这种方法易受温度、空间电场等干扰因素的影响,从而给设备的绝缘诊断带来困难。为了提高频域介电谱用于油纸绝缘诊断的可靠性和准确性,笔者基于变压器等效XY模型在实验室内制备了典型的油纸绝缘试品,并在控制温度和试品状态的情况下,研究了温度、接线方式和绝缘结构对频域谱的影响规律。结果表明,3因素都对频域谱有特征性的影响,在实际测试中可通过温度校正、合理接线等方式排除这些因素的影响。

有机酸对油纸绝缘热老化及频域介电谱特性的影响

为研究有机酸对油纸绝缘热老化及频域介电谱(FDS)的影响,在绝缘油中分别添加甲酸和硬脂酸至油中酸值均达到0.3×10-3(即中和1 g该绝缘油需0.3 mg KOH),再将初始水分质量分数σmc分别为0.2%和3.0%的绝缘纸置于不同的绝缘油试品中,测试不同温度下有机酸在油和纸之间的分布特性(采用酸的扩散特性和溶解特性来表征)。当有机酸达到稳态后,分别在20℃和70℃下对不同试品进行FDS测试,分析试品复介电常数实部ε'和虚部ε''的变化规律;再分别在70℃和100℃下对试品进行加速热老化试验,分析老化过程中的绝缘纸聚合度的变化趋势和老化机理。结果表明,甲酸易溶于绝缘纸,硬脂酸易溶于绝缘油。温度和σmc对酸在油纸绝缘中溶解特性的影响很小,但温度的升高会加速酸的扩散。甲酸对绝缘纸的老化具有显著影响,而硬脂酸基本无影响。低温时,甲酸对ε'和ε''均具有显著影响,而硬脂酸只对干燥绝缘纸的ε''具有显著影响;高温时,甲酸和硬脂酸分别对ε''和ε'的影响较大。因此利用FDS法评估油纸绝缘中的σmc时,需充分考虑有机酸的影响。

频域介电谱用于高压电流互感器绝缘诊断

电流互感器(TA)是电网控制回路的重要组成部分,失效时可能引起相对地故障或高能量爆炸,妨碍变电站的安全运行。为了提高电流互感器的运行可靠性,基于频域谱理论和测试技术,提出了联合频域介电谱和高压介损试验进行高压电流互感器绝缘状态及老化诊断的方法。首先利用频域介电谱(FDS)对3台220kV TA进行测试,得到了主绝缘的tanδ-f和C*-f特性曲线。然后对设备进行了高压介损试验,得到了主绝缘的tanδ-U曲线,并将10kV工频介损与FDS测试结果进行了对比,验证了两者的一致性。从试验结果可知:绝缘严重老化或受潮均使得固体绝缘中水分含量增加、低频段的介质损耗升高;老化严重时,低频段的复电容实部随频率降低而增大,绝缘受潮时复电容实部基本不随频率变化;绝缘老化设备在tanδ-U曲线上呈现开口形状,绝缘受潮设备的tanδ基本不随电压U变化,为两者的区分提供了新途径。FDS作为一种估计纸中水分和油电导率的可靠工具,结合高压介质损耗试验有利于对高压TA绝缘进行更有效、准确的诊断。