低压电缆绝缘热氧老化过程中介电响应的Davidson-Cole分析

基于Davidson-Cole模型提取极化响应的弛豫强度、弛豫时间及电导损耗等特征量,分析热氧老化过程中核级低压电缆绝缘各特征量的变化规律,阐明老化过程中微观与宏观性能下降的一致性。首先在165℃下对试样进行人工加速老化实验,获得不同劣化程度的试样,测试老化过程中试样理化特性、力学特性与介电响应的变化规律,发现老化过程中试样发生再交联反应,老化后期氧化反应加速进行;然后利用Davidson-Cole介电模型提取弛豫与电导特征参数,发现分子链段运动弛豫强度Δεα、热离子弛豫强度Δεδ与直流电导率σ_(dc)随老化时间增加呈逐渐下降趋势,老化504 h后,氧化反应的加速进行减缓了Δεα与σ_(dc)的下降,再交联反应对特征参数的变化起主导作用;最后对介电模型特征参数Δεα、Δεδ、σ_(dc)与断裂伸长率进行初步拟合,结果显示Δεα、Δεδ和σ_(dc)与断裂伸长率呈正相关,可见频域介电谱的定量分析可应用于低压电缆老化状态评估。

基于时域有限差分法的电性源感应-极化效应三维数值模拟

时域电性源电磁探测法是一种可以有效快速探测矿产资源的方法。极化效应会导致电性源电磁响应快速衰减,发生符号反转现象。本文采用Cole-Cole模型描述极化效应,利用整数阶有理逼近算法实现任意分数阶Cole-Cole模型有理化;采用Yee氏网格对仿真区域进行剖分,基于时域有限差分(finite-difference time-domain, FDTD)法实现电性源感应-极化效应三维数值模拟。本文对三种典型模型(均匀半空间模型、极化半空间模型和三维极化体模型)的电磁响应进行数值模拟,结果表明:均匀半空间模型的电磁响应与解析解基本吻合,并且相对误差小于10%,证明了三维数值模拟方法的正确性;极化半空间模型与三维极化体模型的电磁响应均在晚期出现了负响应,与极化理论结果相符合。

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。

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。

多频电阻抗扫描的Cole-Cole模型分析

目的研究适合于多频电阻抗扫描测量数据的分析方法,为深入研究电阻抗扫描技术打下基础。方法根据传统的阻抗形式Cole-Cole模型经验公式,推导出与电阻抗扫描测量结果匹配的导纳形式Cole-Cole公式。依据最小二乘原理,估计导纳形式Cole-Cole模型的各个参数。结果人体实测数据的导纳形式Cole-Cole轨迹图与最小二乘估计圆弧吻合良好。同一电极阵列上的测量数据可以按照电极位置生成导纳形式Cole-Cole模型4个参数的三维分布图。结论导纳形式Cole-Cole轨迹图能清晰地反映不同电极处的传输导纳随激励频率改变而引起的差异。导纳形式Cole-Cole模型的参数分布图,可从不同的物理含义上解释多频电阻抗扫描测量的结果。两者都有助于准确诊断疾病。

基于cole-cole复电阻率模型的线源可控源有限元数值模拟

受激发极化效应的影响,大地中岩(矿)石电阻率是一个与频率、电化学性质等因素有关的复电阻率。接收到的电磁场信号中,包含了电磁感应效应以及激发极化效应双重因素的影响。将cole-cole复电阻率模型引入二维线源可控源正演理论,加载伪delta函数,实现了含激发极化效应的线源可控源有限元数值模拟。计算了不同极化参数的二维地质体线源可控源的影响特征。结果表明:线源可控源响应对IP效应反映明显,视电阻率出现增高的特征;低阻高极化相对于高阻高极化模型受IP效应影响更大,从低阻中提取IP效应更加乐观。该研究为实现从复杂地质条件下CSAMT信号提取IP效应奠定了基础。

基于修正Cole-Cole模型的氧化锌压敏电阻老化状态评估

为了将频域介电响应法(FDS)用于氧化锌压敏电阻老化状态的无损检测,在实验室环境下对氧化锌压敏电阻进行冲击老化试验,测量其介电频谱,并引入了带直流电导的多驰豫Cole-Cole模型拟合分析氧化锌压敏电阻的介电频谱。通过双驰豫Cole-Cole模型拟合常温下的介电谱发现,其中存在α驰豫过程和β驰豫过程,其对应的活化能约为0.68 eV和0.34 eV,对应着非本征晶间相缺陷驰豫和本征氧空位缺陷驰豫,α驰豫强度Δε_α随冲击次数的增加而增强,而β驰豫过程不受冲击老化的影响;在拟合高温下(393 K)的介电频谱时新发现γ驰豫过程,其活化能约为0.73 eV,对应着非本征晶界面缺陷驰豫,随着老化程度的加深,驰豫强度Δε_γ、形状参数γ增大,驰豫时间τ_γ和活化能减小;直流电导σDC随着冲击次数的增加而变大,其对应的活化能约为0.72 eV,随着冲击次数的增加而减小。因此,可通过修正的多驰豫Cole-Cole模型参数σ——(DC)、Δε_α、Δε_γ、τ_γ、γ和直流电导活化能、γ驰豫活化能综合评估氧化锌压敏电阻的老化状态。

大鼠红细胞悬浮液阻抗谱Cole-Cole数学模型分析

目的建立大鼠红细胞阻抗谱的两项式Cole-Cole数学模型分析方法及其模型参数,探讨红细胞阻抗谱的β散射和δ散射来源。方法在0.01~100 MHz范围,使用Agilent4294A阻抗分析仪对红细胞悬浮液进行阻抗测量,并利用Cole-Cole方程的非线性数值计算,对Bode图和Nyquist图进行了曲线拟合的残差分析,建立大鼠红细胞Cole-Cole数学模型参数。结果大鼠红细胞阻抗谱的Cole-Cole数学模型参数：高频阻抗极限值R∞=63/Ωcm;第一弛豫阻抗增量ΔR1=59/Ωcm,第一特征频率fC1=2.4 MHz,第一弛豫散射角α1=0.07,第二弛豫阻抗增量ΔR2=48/Ωcm,第二特征频率fC2=370 MHz,第二弛豫散射角α2=0.22。结论两项式Cole-Cole数学模型可以表征大鼠红细胞阻抗频谱的β和δ弛豫行为。β散射由细胞膜的容性响应构成,δ散射来源于细胞内血红蛋白的频率响应。

尾吊大鼠血液细胞电阻抗谱的Cole-Cole模型分析

目的利用Cole-Cole数学模型研究尾吊大鼠血液细胞电阻抗频谱的变化。方法通过非线性数值计算,对血液细胞的Bode图,Nyquist图和Nichols图进行Cole-Cole方程的曲线拟合,比较对照组(Con)与尾吊组(SUS)Cole-Cole模型参数。结果尾吊60 d大鼠血液细胞电阻抗频谱Cole-Cole模型参数变化显示:阻抗高频极限值(R∞)和阻抗增量(ΔR1,ΔR2)减小;特征频率(fC1,fC2)和β驰豫散射角(α1,α2)增加。结论可以通过Cole-Cole数学方程参数表达尾吊大鼠血液细胞电阻抗频谱特性变化。

人血液介电谱Cole-Cole数学模型的解析

通过Cole-Cole方程的数值计算,对人血液介电谱实验数据进行曲线拟合的残差分析,建立人血液Cole-Cole数学模型参数。在104～108 Hz频率范围,使用Agilent 4294A阻抗分析仪测量30人70例全血导纳,并利用Cole-Cole方程的非线性数值计算,对实测数据进行曲线拟合,计算曲线拟合的残差数值。人血液介电谱的Cole-Cole数学模型参数:高频极限介电常数εh=45±5;第一弛豫介电增量Δε1=6 200±350、第一特征频率fC1=(500±5)kHz、第一弛豫分布系数β1=0.86±0.06、第二弛豫介电增量Δε2=990±310、第二特征频率fC2=(2.7±0.1)MHz、第二弛豫分布系数β2=0.975±0.015、低频极限电导率κl=(4.15±0.85)mS/cm。人血液细胞介电行为可以通过介电频谱、Cole-Cole图、介电损耗因子频谱、电导率虚部频谱及损耗角正切频谱等5个频谱进行表征,建立Cole-Cole模型参数。

基于修正四阶Cole-Cole模型的太赫兹波段生物组织介电特性估算方法探索

为了获得生物组织在太赫兹波段的相对介电常数和电导率,在四阶Cole-Cole模型基础上进行修正,使修正后的模型不仅能描述生物组织在10 Hz^100 GHz频段的介电特性,还能描述生物组织在太赫兹波段的介电特性。在四阶Cole-Cole模型上新增了一项ωk/i,对正常皮肤组织在10 Hz^20 GHz和0.15~1.95 THz频段的介电特性的实验数据按照文献方法进行处理,提取四阶Cole-Cole修正模型的参数。在10 Hz^100 GHz频段内,原有模型和修正模型计算值的相对误差在5%以内,并且在太赫兹波段正常皮肤组织修正模型的相对介电常数和电导率的计算值与实验数据的相对误差基本在10%以内,结果验证了四阶Cole-Cole修正模型的正确性。将该修正模型应用在脑白质和脑灰质太赫兹波段的介电特性的计算中,得到脑白质和脑灰质在0.15~1.95 THz频段的相对介电常数和电导率。所提出的四阶Cole-Cole修正模型还可以对其他生物组织在太赫兹波段的介电特性进行预测。

一种处理Cole-Cole色散媒质的FDTD改进方案

对柯尔-柯尔(Cole-Cole)色散媒质的时域有限差分(FDTD)方案尝试给出改进:(1)保留了Cole-Cole经验公式中的静态电导率项;(2)扩展到三维情形;(3)人体乳房组织的模型参数源于实验测量.数值算例结果初步证实改进方案的可行性和有效性.改进方案适用于模拟更一般柯尔-柯尔色散媒质中的电波传播.

利用Cole-Cole模型组合得到SIP真参数的联合频谱最优化反演

利用Cole-Cole模型组合和稀释系数理论,可以描述测量得到的视复电阻率频谱与地下多个电性体SIP真参数之间的正演关系。本文利用此正演关系进行反演试算,并比较了几种Cole-Cole模型反演方案的效果;提出固定极化目标体和围岩体的极化率同时反演其它各SIP真参数的反演方案。结果表明在固定极化率为真值时,利用此反演方案可以稳定、准确、快速地得出地下电性体SIP真参数。

两种复合Cole-Cole模型的频谱差异研究与分析

对两种在频率域激发极化法中广泛采用的复Cole-Cole模型复电阻率频谱进行了理论对比分析.在参数取值相同时,二者复电阻率幅值和相位频谱存在较大差异;在同类参数变化量相同的情况下,两种模型复电阻率的幅值和相位变化量的频谱也不相同,相位变化量的差异大于幅值变化量的差异;不同的参数增加或减少时,对变化量的影响也不一样.研究揭示了在进行反演时因为两种模型选择上的不同,对反演结果造成差异的原因,为更深入研究激发极化效应机理,探究一种统一准确的极化模型提供了理论基础.

油纸绝缘老化评估的Davidson-Cole模型参数提取方法

针对目前变压器油纸绝缘老化状态评估中的纸板聚合度测定破坏性取样、介电响应法测量没有定量判据等问题,提出一种基于Davidson-Cole模型的现场绝缘老化状态定量评估方法。首先仿真研究Davidson-Cole模型参数提取方法,借助现场测量的去极化电流数据,计算出油纸绝缘等值电路参数与频域复介电常数,并利用所得数据绘制Davidson-Cole图,采用多变量最小二乘拟合方法得出松弛时间、介电常数变化量等Davidson-Cole模型参量。实验研究了油纸绝缘不同老化程度的Davidson-Cole模型,采用非线性拟合方法对其老化状态进行Davidson-Cole模型参量提取并分析参数变化,研究结果表明,模型参数与老化程度有直接关系,仿真结果与实验结果一致,对变压器油纸绝缘老化状态评估有参考价值。

频谱激电法中Cole-Cole模型频谱特性分析

在电法勘探中为了更好的校正电磁耦合和评价激电异常,一些学者提出了频谱激电法。这种方法是用极化体复电阻率Co le-Co le模型参数值来识别极化体性质,使对极化体的评价从定性发展到定量,大大提高了评价异常的准确性。本文介绍了频谱激电法的基本原理,并对频谱激电法中Co le-Co le模型频谱参数进行简单的分析。

采用改进Davidson-Cole介电模型的变压器油纸绝缘状态分析

为利用频域介电谱准确分析变压器油纸绝缘状态,引入考虑直流电导率与跳跃电导率的改进DavidsonCole介电模型。运用测量的频域介电谱数据参数化改进Davidson-Cole介电模型,将其转化为非线性优化问题。选用混合蛙跳优化算法对改进Davidson-Cole介电模型参数进行辨识,得到了弛豫时间τ、圆弧不对称度β和直流电导率σ_(dc)等特征参数。研究了老化与受潮对油纸绝缘试样的改进Davidson-Cole模型参数的影响特性,结果表明β与糠醛含量、σ_(dc)与水分含量有着良好的指数关系;τ与糠醛含量、水分含量有着良好的对数关系。通过线性拟合获得了糠醛含量、水分含量与模型参数的量化关系式,其拟合优度较高,因此可利用改进Davidson-Cole模型定量评估变压器油纸绝缘状态。

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。

时域激电数据的Cole-Cole模型参数反演与应用

Cole-Cole模型的频谱参数可以用于区分引起激电异常的极化体和寻找深部矿(化)体。Cole-Cole模型参数以往由频谱激电数据求得,但它需要观测多个数据,野外工作效率低,而时间域数据的使用却是十分普遍。据此,提出了一种基于时间域激电数据的Cole-Cole模型参数的最小二乘反演方法。该方法根据频谱激电和时间域激电可以相互转换的理论,在时间域激电中,用几个不同延时段的视充电率计算出Cole-Cole模型参数。实例表明:利用Cole-Cole模型参数极大地丰富了时间域激发极化法的有效信息,可以区分一些常规激电法所不能区分的异常体,提高了时间域激电勘探能力。

变压器油纸绝缘非线性介电弛豫模型构建方法研究

基于频域介电响应(FDS)对变压器油纸绝缘状态进行检测时,油纸绝缘频域介电响应的非线性变化会影响绝缘评估的准确性,因此亟须开展不同老化程度油纸绝缘材料FDS非线性变化规律的研究。在实验室环境下制备了多组不同老化程度的油纸绝缘模型,并在不同温度下对油纸绝缘非线性FDS进行测试。结果表明:测试激励幅值越大,FDS曲线在低频段降低越明显,且随着测试温度的升高及老化程度的增加,介质损耗因数曲线出现非线变化的特征频段向高频方向移动;本文基于修正的Davidson-Cole模型,通过曲线拟合计算得到模型中的形状参数,并以此建立基于传递函数的等效电路模型,仿真计算得到了油纸绝缘阻抗模值非线性的变化规律。根据仿真结果可知,各阶阻抗模型的电路参数与油纸绝缘介电特性非线性的变化规律密切相关,而阻抗的改变使得曲线在相应频段发生变化。