高热故障下变压器油纸绝缘系统的产气机理研究

针对高热故障下超/特高压变压器内部绝缘系统状态变化和产气机理不清晰而严重制约变压器状态分析诊断的问题,本文基于热焓理论与仿真模拟手段相结合的方式对超/特高压变压器高热故障下油纸绝缘系统特征气体的生成路径与油纸绝缘系统的裂解机理开展研究。依据热焓理论得到气体的生成机理,并利用仿真模拟验证本文所提出的产气机理与路径。结果表明:高热故障下油纸绝缘系统中链烷烃要比环烷烃和双环芳香烃更容易发生裂解,各组分裂解生成特征气体的速率从大到小依次为纤维素、链烷烃、环烷烃、双环芳香烃。根据气体生成能可知,特征气体CH_4和C_(2)H_6最容易生成,C_(2)H_(2)最难生成,可通过特征气体在油纸绝缘系统中的生成速率判断高热故障的严重程度。

电容屏破损缺陷局部放电过程规律特征及仿真分析

油纸电容式变压器套管因性能好、成本低而被广泛采用。当电容屏存在边缘破损工艺缺陷时易发生局部放电,进而会改变油纸绝缘性能,缩短套管使用寿命,严重时危及电网设备安全运行。为研究电容屏破损局部放电过程变化规律,明确放电发展阶段,该文搭建了缺陷套管放电实验模型分析局放过程中相位谱图、放电量等参数发展规律,并基于实验规律及流体漂移扩散理论、固体双极电荷传输理论,建立了末屏缺陷针板沿面放电过程仿真模型,结合仿真中电荷形态变化、放电时间及油纸界面电荷密度分布对电容屏破损放电过程进行阶段划分:放电初始阶段,铝箔尖端电荷聚集发生电晕放电;放电发展阶段,尖端处带电粒子在电场作用下向油纸发展,小部分达到油纸界面产生沿面放电;放电破坏阶段,经过长时间沿面放电进入油纸发生预击穿,电场强度更大使带电粒子能量更高,冲击油纸表面造成油纸表面纤维素断裂炭化形成通道。仿真结果与实验结论相对应,证明了仿真的有效性。该文的研究成果进一步阐明了油纸套管电容屏工艺缺陷局部放电的过程及机理。

温度对油-纸界面处微水迁移与局部放电的影响

变压器内部温度的改变会使油-纸绝缘中水分分布和聚集位置发生改变,而局部高含水量会严重影响油-纸绝缘的电气强度。因此,有必要研究温度对油-纸绝缘界面处微水迁移与局部放电(PD)的影响。该文利用楔形-板电极,研究了升温、起泡及降温过程中不同含水量(W_(C)=3.61%和5.76%)的油-纸绝缘体系在水分瞬态作用下的PD特性。在温度变化过程中,持续监测油的温度、含水量和水活性,并采用升压及恒定电压法进行PD试验。试验结果表明,温度升高,油-纸界面处局部放电起始电压(PDIV)短时增加,随后PDIV开始逐渐降低且PD强度突然增强。两种含水量体系的油中含水量均逐渐增加。油浸纸板含水量越高,从纸板进入油中的水分越多。气泡出现,PDIV快速下降,油中含水量急剧增加。降温阶段,两个体系的PDIV呈现先减后增趋势,与之相对应,PD强度呈现先增后减趋势,且PD均保持在一个相对较高的水平。油温降至室温,PD并未完全消失。该研究成果对油浸式电力设备中水分的实时监测及其绝缘性能的评估具有重要理论价值。

融合频谱特性与聚类云-证据推理的油纸绝缘老化程度诊断

油纸绝缘系统老化程度与电力变压器的稳定运行密切相关。针对油纸绝缘频域介电谱(frequency-domain spectroscopy,FDS)所提相关特征量单一和未考虑频谱特性指标间冲突性与随机性而导致老化诊断结果误差大的问题,提出了融合频谱特性与聚类云-证据推理的油纸绝缘老化程度诊断方法。首先,根据不同老化试样的频谱特征提取老化诊断多特征指标,并利用非线性拟合构建老化特征数据库。其次,基于Kmeans聚类提出适配非线性变化指标的聚类云模型基本概率分配方法。最后,针对多特征量的冲突性及相关性差异,利用CRITIC-G1综合赋权法计算各指标对应的证据修正因子,并进行基本概率再分配,利用证据融合推理得出油纸绝缘系统真实老化程度。实验结果表明,所提方法可准确诊断复合油纸绝缘样本的老化状态,为电力检修策略的制定提供了理论指导。

天然酯绝缘油-纸界面的多分支流注放电仿真

油-纸界面的局部放电是油浸式变压器中油-纸绝缘失效的主要原因之一。文中在多分支流注放电数值模型的基础上进一步考虑油-纸界面的电荷输运特性,构建油-纸绝缘系统中的多分支流注放电模型,并利用有限元法分别对天然酯绝缘油和绝缘纸介电常数配比、针电极与纸板的间距影响下的沿面放电特性进行研究。结果表明,针电极与纸板的间距及绝缘油与绝缘纸的介电常数配比均会显著影响流注分支;针电极与纸板的间距越小,油-纸界面处的流注分支间的抑制越明显,油-纸界面的流注对z-轴流注的影响更显著;当绝缘油介电常数比纸板大时,流注在油中的发展和分支更为显著,反之则流注更易沿纸板表面发展及在油-纸界面聚集电荷。

植物绝缘油中水对甲醇扩散影响的分子动力学模拟

甲醇因其稳定性强、在绝缘油老化初期含量高等特点,是变压器油纸绝缘状态评估的重要特征物质,而水是油纸老化过程中必不可少的产物。为明确水对植物绝缘油中甲醇扩散的影响,分别构建含水量为1.0%、1.5%、3.0%、5.0%的植物绝缘油、水、甲醇共混模型,利用分子动力学方法计算模型中物质的扩散轨迹、扩散系数、相互作用能、氢键、自由体积,并从微观角度出发,解释水促进甲醇扩散的机理。结果表明:随着含水量的增加,甲醇与植物绝缘油的相互作用能减小,系统整体的氢键稳定性下降,自由体积增大,最终导致甲醇在植物绝缘油中的扩散作用增强。

基于界面电荷极化特性的变压器油纸绝缘寿命预测方法研究

准确预测变压器油纸绝缘寿命对于保障电力系统安全稳定运行具有重要意义。根据微观介电响应机制剖析界面极化与油纸绝缘老化的内在机理联系,并基于混合极化模型——一种在扩展德拜模型基础上引入界面极化支路的等效电路拓扑,探究界面电荷极化特性在油纸绝缘寿命预测中的应用。首先,分析温升过程中频谱特性变化背后蕴含的普适弛豫极化规律,基于混合极化模型重构回复电压极化谱。结合温度对主时间常数和模型参数的影响规律,提出一种单一温度测试下的油纸绝缘活化能计算方法,通过界面极化电容构建出频温平移因子。其次,剖析介质损耗因数随老化加深的变化规律,探究损耗峰偏移现象与界面极化弛豫时间的内在联系,凝练全新表征油纸绝缘聚合度含量的频域特征参量——界面极化支路极点Ph2。最后,联合界面极化支路极点Ph2、频温平移因子和损失累积动力学方程构建油纸绝缘寿命预测模型,并将不同运行年限变压器现场实测数据代入模型验证实效性,为油纸绝缘寿命预测提供了一种新思路。

基于二元相关退化的动车组车载变压器油纸绝缘剩余寿命预测

针对动车组车载变压器油纸绝缘剩余寿命预测中单性能退化指标难以全面反映油纸绝缘退化过程的问题,考虑车载变压器油纸绝缘退化的个体差异性及两性能指标间的相关关系,提出了基于Copula函数的两性能指标相关退化的油纸绝缘剩余寿命预测方法:采用具有随机效应的维纳过程建立油纸绝缘的两性能指标相关退化模型,基于赤池信息准则(Akaike Information Criterion, AIC)选择拟合效果更优的Copula函数来描述两性能指标间的相关关系,采用最大似然估计法估计初始时刻的模型参数,基于序列贝叶斯更新方法在线更新退化模型中的漂移系数,以实现油纸绝缘剩余寿命的在线预测。最后以加速热老化试验下油纸绝缘的聚合度和抗拉强度的退化数据进行实例验证。结果表明,两性能指标相关退化模型比单性能指标退化模型的剩余寿命预测值与实际值之间的平均绝对误差更小,预测的准确性更高,且随着模型参数不断更新,剩余寿命的预测值与实际值间的绝对误差在不断减小,预测结果的准确性在不断提升。

在实践中学习和实施《学术论文编写规则》

GB/T 7713.2—2022《学术论文编写规则》代替GB/T7713—1987《科学技术报告、学位论文和学术论文的编写格式》中的学术论文编写格式部分,于2023年7月1日起实施。做好新版标准的学习和实施工作,对学术论文编写和出版标准化、规范化,方便学术论文的检索和传播,促进学术成果的交流和使用具有重要意义。在学习《学术论文编写规则》时,要注意要求型、推荐型、允许型及陈述型条款的区别,区分各条款使用的能愿动词,如应、宜、可等。结合油气行业的特点和实际编校工作,对题名、摘要、关键词、正文部分、量和单位、表格、数字和数学式中常见的不规范问题进行了解析,以期进一步增强作者与编辑的标准化意识,提升学术论文写作和编校规范化水平。

针板电极下酯类绝缘油放电特性及产气规律研究

酯类绝缘油在电力系统中的应用越来越广泛,其放电特性和产气规律与传统矿物油存在一定差异。为了研究酯类绝缘油变压器在放电故障发展过程中的放电特性和产气规律,该文以天然酯、改性酯以及合成酯为研究对象,搭建了油纸绝缘放电故障模拟试验平台,采用恒压法进行重复性试验,采集放电发展过程中的放电特征参量,并同时采集试验油样进行油中溶解气体分析。结果表明,酯类绝缘油放电脉冲幅值较高,脉冲重复率较低,其放电发展过程中所释放的能量较大;相同电应力作用下,酯类绝缘油易产生较多的气体产物,其中CO、C_(2)H_(6)和C_(2)H_(2)含量较多,尤其是天然酯FR3;根据放电统计特征参量和油中溶解气体产物可将整个放电过程划分为放电起始阶段、放电发展阶段以及预击穿阶段,其可为酯类绝缘油变压器故障诊断提供一定依据。

植物油与固体绝缘材料在电力变压器中的相容性研究

为了研究植物绝缘油与变压器绝缘纸材料的相容性,将变压器常用的9种不同类型的绝缘纸材料与植物绝缘油相结合,研究了植物绝缘油和绝缘纸在老化164 h后的性能变化。观察了绝缘纸和绝缘油在热老化实验前后的性能差异,并测试了这些不同油纸组合的运动黏度、水分含量、酸值、介电损耗系数、击穿电压和油的气相色谱分析。结果表明,植物绝缘油老化后,运动黏度没有较大变化,且植物绝缘油结构完整性和功能稳定性仍然良好。此外,植物绝缘油与22HCC丹尼森绝缘纸高度相容。相较于其他实验组,电绝缘纸板与植物绝缘油的相容性较差。热老化后,金属皱纹纸和层压纸板与植物绝缘油的击穿电压较低,两者之间的兼容性较差。这些发现为选择相容性好的绝缘材料和优化绝缘结构以确保植物基绝缘油变压器的安全稳定运行提供了依据。此外,研究结果有助于推广和应用植物绝缘油,促进可持续能源的发展。

基于介质响应电流频变特性的油纸绝缘受潮状态评估方法

油纸绝缘受潮状态的准确评估对于电力设备安全稳定运行至关重要,该文研究并提出了一种以介质响应电流幅值I_(m)随激励电压频率f变化为特征的油纸绝缘受潮评估新方法。试验测试了不同水分含量油纸绝缘样品在频率f为0.01~50 Hz正弦激励电压下的f-I_(m)特性,并对I_(m)按照其最小值进行归一化处理得到f-I^(*)曲线。结果表明:在双对数坐标下,随着受潮程度增加油纸绝缘的f-I^(*)曲线会由干燥时的一条直线逐渐变为一条下凹的曲线。进一步提出将50 Hz处的I^(*)值I^(*)_(@50Hz)作为特征参量,用于量化油纸绝缘水分含量,并在实验室模型和实际油浸式设备上验证了该方法的有效性。与传统利用频域介电谱诊断油纸绝缘受潮的方法相比,该文所提特征参量与水分含量的量化关系受绝缘结构差异和油纸绝缘聚合度变化的影响较小,在设备绝缘结构和老化状态信息缺失的情况下具有更好的普适性。另外,该方法所需测试时间仅约100 s,具有高效、准确和便捷的特点。

油纸绝缘层间气泡局部放电演化特性

在变压器内部电、热多重应力作用下,油纸绝缘匝间易产生气泡诱发局部放电,威胁变压器的安全运行。文中采用脉冲电流法研究油纸绝缘层间气泡局部放电的演化特性,掌握局部放电演化与气泡缺陷劣化的关联。结果表明,根据局部放电平均放电量(Q)、放电重复率(N)、局部放电相位谱图(PRPD)随时间的变化规律,气泡局部放电演化可分为起始、过渡和稳定3个阶段。通过改变加压时间和气泡位置,以及分析局部放电持续不同时间后气泡内部气体含量的变化,研究局部放电演化机制,发现起始阶段图谱特征产生的原因为绝缘纸表面电荷的积累,而过渡阶段的演化则源于以氧气为代表的电负性气体在局部放电持续作用下消耗殆尽,使得气泡内的放电模式发生改变。此外,气泡所处层间位置、气泡高度以及面积对放电量和重复率影响显著。定量结果表明:局部放电剧烈程度与气泡缺陷参数正相关,可以通过局部放电评估缺陷的劣化程度。研究揭示了层间气泡局部放电的演化规律及影响因素,能够为变压器油纸绝缘状态评估提供参考。

碎纸机收纳桶塑件的注塑模具设计

根据碎纸机收纳桶产品的外形特征与成型要求,设计了一副包括定模隧道滑块油缸抽芯机构、推板带斜顶抽芯机构、斜顶内带司筒和弹针顶出结构的复杂注塑模具。其中,推板带斜顶抽芯机构用于脱出塑件内观面上的两个倒扣,斜顶内带司筒和弹针顶出结构成功解决塑件内部的4个柱子倒扣的脱模问题,设置的定模隧道滑块油缸抽芯机构用于脱出塑件外观面上的倒扣。推板带动斜顶抽芯的同时完成塑件的顶出,在模具结构上省去了顶针板结构。模具在制作调试过程中,各项顶出抽芯机构无干涉,针对塑件成型时易出现的问题,通过进一步的模具结构优化设计加以解决。在模具投入使用后,已生产塑件产品达3万件,塑件尺寸精度及外观质量要求符合预期。

基于PSO-ELM的变压器油纸绝缘状态无损评估方法

油浸式电力变压器作为电网的重要组成部分,其可靠运行至关重要。针对变压器长期运行后无法定量评估其绝缘状态的问题,文中开展了油纸绝缘模型的加速老化及受潮试验,探究了油纸绝缘老化及受潮程度对其回复电压曲线的影响规律,并提出采用粒子群优化-极限学习机(particle swarm optimization-extreme learning machine,PSO-ELM)算法的参数预测方法,实现了基于回复电压曲线特征参量的油纸绝缘老化与受潮状态量化评估。由油纸绝缘模型理化性能分析的对比结果可知,基于PSO-ELM方法的预测值精度远高于传统ELM方法,油纸绝缘内含水率及纸板聚合度预测的绝对误差范围分别小于±0.4%、±30。

多光谱信息下的油纸绝缘局部放电深度学习融合诊断方法

为了获得更丰富的放电特征信息,提高局部放电诊断的效率,提出了一种多光谱信息下的油纸绝缘局部放电深度学习融合方法。首先,基于微型光学传感器件和局部放电光谱分布,构建了局部放电多光谱同步检测平台,通过实验获得了四种放电类型的多光谱数据;然后构建卷积神经网络模型,将不同光谱段的局部放电数据作为模型不同通道的输入,利用通道级融合提取多光谱信号中的有效信息,对油纸绝缘局部放电类型进行准确辨识。结果表明:不同放电类型的多光谱信息可以作为模式识别的有效特征;引入多光谱信息后,本文所提方法的识别准确率可以达到98%以上,相比于仅使用脉冲电流信号有着明显的提升;相比于统计特征参数分析法和深度神经网络,提出的方法对多光谱信息融合的效果更好,识别的准确率更高。

基于关联信息熵和轻量级梯度提升机的油纸绝缘特征优选策略

为了充分挖掘对变压器油纸绝缘综合诊断结果有利的老化特征量,提出一种基于关联信息熵和轻量级梯度提升机(LightGBM)的特征量优选策略。首先,基于不同老化状态的变压器介电响应实测数据,提取不同类别的时域特征量形成初始高维特征空间;其次,引入关联信息熵度量特征子集的相关性及冗余性,再利用轻量级梯度提升机评估特征的重要度,进而得到最优特征空间;最后,对比分析最优特征空间与不同对照组的诊断性能,有效验证了基于所提优选策略确定的最优特征空间的优越性。

脉冲电压下油中流注演变规律及放电脉冲特性仿真研究

随着新型电力系统快速发展,油纸绝缘承受的电应力环境更加复杂,其中暂态脉冲下的油纸绝缘放电行为备受关注。为弥补实验研究洞察微观机理能力的不足,基于全电流理论构建油中流注场路耦合模型,研究了脉冲电压下流注演变规律及其影响因素,揭示了放电脉冲波形特性及其与流注演变过程的内在联系。研究表明:暂态脉冲作用下的油中流注可分为球状发展、定向发展、流注消散3个阶段;流注头部场强在球状发展阶段减弱,定向发展阶段维持不变,流注头部净电荷密度始终减弱;起始放电电压的增加、直流分量占比的减小、脉冲陡度的增加均会使流注传播速度与最大半径增加;忽略回路电感作用时,流注将诱发单极性双峰放电脉冲,其中球状发展阶段对应脉冲首峰前沿,定向发展阶段对应首峰下降沿,纸板充电过程对应次峰前沿,电荷消散过程对应次峰下降沿;回路电感将引起放电脉冲的首峰振荡,振荡频率、脉冲幅值均与回路电感近似线性负相关。该研究结果为揭示暂态电应力下油纸绝缘放电机理奠定了理论基础,对统一放电脉冲波形特性具有重要意义。

交流电场下变压器油中贴壁气泡形变特性

气泡是油纸绝缘系统的典型缺陷,会显著地降低变压器油的绝缘性能。为了明晰气泡对油纸绝缘系统的危害,搭建了油中贴壁气泡动力学观测平台,研究吸附于电极表面的气泡在交流电场中的形变特性及影响规律。结果发现:油中贴壁气泡沿电场方向拉伸并以100 Hz的频率进行脉动变形;随着电场强度、气泡半径和温度的增大,气泡的变形程度也逐渐增大。基于相场方法搭建了气液两相流仿真模型,仿真与实验结果相互验证,揭示了气泡变形的本质为电场力和表面张力作用的平衡。气泡会影响油隙电场分布,其内部场强随气泡沿电场方向的拉伸而降低。该文研究可为深入评估气泡对液体绝缘的危害和变压器的绝缘设计提供参考。

不同过热故障条件下呋喃分子在油-纸界面扩散行为的分子动力学研究

呋喃分子是油浸式变压器局部热故障时绝缘纸裂解的重要特征产物之一,变压器油中呋喃分子含量的检测是评估变压器运行状态的重要离线检测手段。为了明确绝缘纸中呋喃分子向植物油中的扩散过程及其与局部过热故障温度标签的对应关系,采用分子动力学的方法,研究了纳米尺度油-纸界面模型在室温(300 K)、低温过热(500 K)、中温过热(750 K)和高温过热(1000 K)条件下呋喃分子从绝缘纸向植物油中的扩散过程。结果表明:随着温度升高,油-纸绝缘中呋喃分子的扩散系数逐渐增大,而且从绝缘纸中扩散到植物油中的呋喃分子数量与温度密切相关。在300 K与500 K的条件下,鲜有呋喃分子扩散到植物油中;而在750 K和1000 K的条件下,部分呋喃分子扩散入植物油中,且温度越高,扩散到植物油中的呋喃分子数越多。上述仿真结果与油浸式变压器中、高温局部过热故障条件下可检测出呋喃族化合物的经验依据一致。