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。

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。

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。

不同老化因素对油纸绝缘介质频域谱特性的影响

为获取表征油纸绝缘老化状态的新特征量,实现将频域谱技术用于变压器老化状态的无损诊断,在实验室条件下系统地研究了不同热老化程度、不同测量温度以及不同含水量下油纸绝缘试品的频域谱(FDS)变化规律,并运用电介质极化理论对其影响机理进行了分析。结果表明,绝缘纸的相对介电常数虚部和介质损耗角正切值tanδ在频率<100Hz时随其老化的深入而显著增加;水分作为一种强极性分子,使得油纸绝缘试品的FDS曲线随含水量增加而明显上移;同时,研究发现将FDS用于油纸绝缘状态诊断时必须充分考虑测试温度的影响。

电力变压器油纸绝缘状态评估的频域介电特征参量研究

变压器油纸绝缘的水分与老化状态将直接影响到变压器的电气性能和运行寿命。为了研究水分含量和老化对油纸绝缘频域介电特性的影响规律,从而更准确地评估变压器油纸绝缘的含水量与老化状态,在实验室内制备了不同水分含量与不同老化状态的油纸绝缘样品并测试了其复电容(C*)频域谱,提出了一种利用复电容虚部(C″)评估油纸绝缘含水量与老化状态的新方法并提取了评估纸板水分含量与老化状态的频域介电特征量,初步建立了纸板水分含量及聚合度分别与频域介电特征量的量化关系。最后,通过引入"FDS曲线频率平移"方法消除温度对老化油纸绝缘样品C*频域谱的影响。结果表明:提取的频域介电特征量对纸板含水量以及老化状态变化比较敏感;通过"FDS曲线频率平移"方法得到的C*主曲线可以消除温度对C*频域谱的影响。

温度对发电机主绝缘频域介电响应的影响研究

为研究温度对大型发电机主绝缘频域介电响应的影响,将频域介电谱技术用于发电机主绝缘老化状态的无损诊断,在不同温度下进行发电机线棒试样的频域介电谱测试,基于双弛豫Cole-Cole模型,分析了温度对环氧云母绝缘频域介电谱特性的影响。结果表明:随着温度升高,复介电常数实部??和虚部??的频谱曲线整体向上和向高频方向偏移;在-103~103Hz范围内,双弛豫Cole-Cole模型可以准确描述发电机主绝缘的频域介电谱;温度升高加强了界面极化强度和偶极子转向极化强度,在虚部??频谱内,界面极化弛豫起主导作用的频率范围变宽;不同温度下的界面极化弛豫时间常数和直流电导率满足Arrhenius方程。根据过渡态理论,计算得到界面极化弛豫对应的活化焓为103.1k J/mol;活化熵随温度升高而增大,表明绝缘体系有序性减小;活化能减小,表明各种极化过程更易完成。因此可用过渡态理论解释发电机主绝缘频域介电谱的温度依存性。

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。

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。

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。

基于最小二乘法的变压器油纸绝缘频域介电谱法的研究

为了分析油纸绝缘系统的介电频谱与微水含量、温度之间的关系,在实验室搭建了频域介电谱法的测试平台。根据油纸绝缘系统的Debye弛豫模型,推导出了复电容实部与虚部的计算公式,并利用最小二乘法对测试数据进行曲线拟合,得到弛豫模型中的参数值,找出参数值的变化规律,并根据其来评估变压器的绝缘状况。结果表明:油纸复合绝缘系统复介电常数的实部和虚部都随温度和微水含量的增大而增大;温度和微水会影响等效模型中的参数,将弛豫参数的变化规律应用于变压器的状态评估有一定的可行性。

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。

油纸绝缘频域介电谱仿真模拟中XY模型与有限元模型对比研究

为将频域介电谱法更好地应用于油纸绝缘设备老化状态的无损检测,通过对比有限元法与XY模型法对变压器油纸绝缘系统的频域介电特性的求解结果,探讨了两种方法的准确性与局限性。研究结果表明:XY模型在计算过程中忽略了油纸交界面附近由于材料不连续效应所产生的电场畸变,由此引入了模型误差。对于电场分布较均匀,畸变效应不明显的主绝缘结构,当油电导率γ<1.0×10-11 S/m时,XY模型求解结果较准确,但是当油电导率γ>1.0×10-11 S/m时,随着油电导率的继续增大,其准确度会降低;有限元法建立的仿真模型与实际模型更接近,其突出的优势还在于考虑了电场畸变等因素对频域介电谱计算的影响。因此,相比于XY模型法,有限元法准确度更高,能够求解复杂结构的频域介电谱,具有更广阔的应用前景。

超低频介电谱测量

研制了频率可低至１０－６Ｈｚ的复介电谱测量设备．在３０℃和６０℃测量了３．３×１０－４～１０－４Ｈｚ范围的（ＢａｘＳｒ１－ｘ）ＴｉＯ３陶瓷的复介电常数．实验证明，在稳态电路中正弦电压引起的慢介电效应提供的电流仍可以是正弦的．

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。

基于复合频率激励的低频介电响应快速测试方法

频域介电频谱(FDS)测试是用于诊断变压器绝缘状态的有效方法之一,由于采用扫频方式测试,低频阶段所需要耗费的测试时间长,对于某些测试时间特别有限的工况不一定适用。为尽可能减少测量时间,研究了采用混频激励测试FDS的方法,其主要思想是使用多个频率正弦电压叠加的信号作为激励源,将采集到的电流曲线分解为激励信号对应频率下的多个正弦波形,分别计算获得复电容;并以油隙为试验对象,比对混合频率和单个频率电压作用下的电流波形,验证了混频激励FDS测试原理的正确性;同时以油纸绝缘试样和实体变压器为试验对象,与传统FDS(使用IDAX300型介电响应测试仪)测试结果比对,结果表明:各频率下两者测试的复电容值都基本一致,但前者的测试时间可大幅缩短。

运用Maxwell模型对植物油纸绝缘系统老化状态的研究

植物绝缘油被广泛运用于油浸式变压器,研究植物油变压器油纸绝缘系统的老化状态至关重要.本文引入分数微积分的概念,建立了分数阶Maxwell介电模型参数辨识的数学模型,同时根据实验得到的复介电常数实虚部的值求得分数Maxwell模型中的各个参数,根据最小二乘法建立目标函数,采用粒子群算法实现参数辨识,得到了不同老化状态下油纸试品的Maxwell模型参数,并利用混合蛙跳算法对其进行验证.得到模型特征参数后,根据模型重构得到的数据,进而研究了绝缘老化对分数Maxwell介电模型参数影响的规律.研究表明:随着老化程度的加深而增大的介电常数ε与聚合度D_p有着较好的线性关系,弛豫时间τ与D_p间有着较好的指函数关系.提出的分数阶Maxwell模型参数可用于量化评估油纸绝缘的老化状态.

温度改变方式对应用频域介电谱法评估油纸绝缘状态的影响

为研究温度改变方式对建立评估变压器油纸绝缘状态数据库的影响,以更好地应用频域介电谱法(FDS)评估变压器油纸绝缘状态,采用三电极测试系统分别在降温与升温实验中测试不同温度下油纸绝缘的频域介电谱;在分析不同测试温度及不同温度改变方式下油纸绝缘频域介电谱特性的基础上,引入应用频域介电谱法评估变压器油纸绝缘水分含量及油浸绝缘纸电导率的量化关系式,定量研究了测试温度及温度改变方式对变压器油纸绝缘状态评估的影响。结果表明:测试温度及温度改变方式对油纸绝缘频域介电谱特性影响较大;在同一测试温度下,温度改变方式主要影响油纸绝缘频域介电谱的低频段;在应用频域介电谱法建立评估变压器油纸绝缘状态数据库时,必须选择恰当且一致的测试温度及合适的温度改变方式,否则将导致评估数据库失效;研究成果也可为实验室进行变温实验时选择正确的温度改变方式提供参考。

基于时频域介电响应混合的绝缘诊断装置

油纸绝缘电力设备绝缘状态的准确诊断与评估对于电力系统的安全稳定运行具有重要的意义。频域介电谱(FDS)法具有包含绝缘信息丰富、抗干扰能力强等优点,但其低频段测试过程需要耗费大量时间,为现场测试与诊断评估带来困难。此外,由于低频段电流幅值较低,极容易受到外界干扰导致测试误差。为了解决低频FDS法测试时间长及精度差的问题,文中采用时域法和频域法混合求解方式,在低频段,运用傅里叶变换将时域极化电流信号变换到频域,从而得到低频段的损耗因数。为解决低频段FDS法及极化与去极化电流(PDC)法电流测量误差大的问题,文中设计了一套基于时频域介电响应混合的绝缘诊断装置,其中线性级联放大器具有高带宽、高电压、低谐波畸变率的优点;微电流测量电路采用对称差分结构,可有效抑制温度和工频干扰的影响。最后,通过对变压器油纸绝缘套管模型进行实验测试,验证了该装置测量的准确性。

变压器油纸绝缘套管受潮缺陷频域介电谱特征

已有研究表明,频域介电谱(FDS)对油纸绝缘受潮缺陷的检测比较灵敏。为了研究变压器油纸绝缘套管受潮缺陷的FDS特征,测试了受潮后套管模型不同静置时间下的介损电压特性和0.001 Hz~1 kHz的介损频率特性。结果表明:在受潮初期,相同试验电压下介损随时间的变化呈现微弱增长趋势,但并不明显,相同时间下,介损随试验电压升高有所增长;在受潮中期,介损随时间的变化呈现明显增长趋势,并在120 h时介损达到峰值;在受潮末期,介损随着时间的增加呈现下降趋势,整个过程介损增量未超过规程规定值,可考虑降低规程规定值。在FDS的低频段0.001~0.01 Hz区间范围内可明显区分受潮套管和不受潮套管,1 mHz介损特征尤其明显。因此建议套管出厂及运行增加FDS低频段测试,利用FDS低频段特征进行套管绝缘诊断。