介质粗糙面与组合目标宽带电磁散射特性研究

文中对介质粗糙面和组合目标的宽带复合电磁散射特性进行研究,通过数值计算得到了复合散射系数频率响应曲线。分析结果显示,后向复合散射系数在宽频带范围内随着频率的变化而产生振荡,粗糙面的高度均方根、介电常数、组合目标尺度、目标介电常数等因素对复合散射系数有显著的影响,且影响规律较为复杂。相比之下,粗糙面的相关长度对复合散射系数的影响较为微弱。当目标是理想导体时,频率响应曲线近似呈现出准周期性的振荡形态。

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响应非线性特性研究

频域介电响应(frequency domain dielectric response,FDS)技术作为变压器油纸绝缘无损评估的重要手段,而油纸绝缘介电性能非线性变化将影响评估的准确性,因此需要开展油纸绝缘FDS非线性变化规律的研究。该文在实验室条件下制备了多组不同老化程度、不同含水率的油纸绝缘试样,开展不同温度下油纸绝缘非线性FDS测试。研究发现,测试温度较低、油纸绝缘水分含量较小时,油纸绝缘低频介电响应与电压呈负相关,且随着测试温度的升高,非线性变化区域向高频且损耗因数增大的方向移动,FDS变化规律与测试激励幅值的关系减弱;当测试温度较高、油纸绝缘水分含量较大时,油纸绝缘低频介电响应出现与电压呈正相关的非线性变化规律;同时,根据频温平移计算发现,油纸绝缘的弛豫活化能与交流电导活化能均与其内部水分含量存在线性变化关系,而测试激励幅值对交流电导活化能的影响更为显著。为了消除测试温度对交流电导率的影响,该文建立电导率修正函数,实现了高温、高含水率下油纸绝缘低频交流电导率曲线的平移修正;最后,结合所构建的水分基团迁移率计算模型,定量计算水分含量对老化油纸绝缘频域介电响应非线性变化的影响,其规律与实验结果一致。

基于改进NSGA多目标值优化的油纸绝缘状态评估方法

油纸绝缘作为油浸式电力变压器的重要组成部分,其绝缘状态的可靠对维护变压器的稳定运行至关重要。为准确获得油纸绝缘频域介电响应特性与其绝缘状态的关系,开展了老化、受潮油纸绝缘试样的频域介电响应测试,并基于扩展Debye模型,提出了采用改进非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm,NSGA)的油纸绝缘宽频介电特征参数的识别方法,通过油纸绝缘复电容的频谱曲线,完成了扩展Debye模型特征参数的准确提取。考虑特征参数信息熵的权重关系,建立了模型特征参数与绝缘水分含量及老化程度的定量表征方程。通过该方法可实现油纸绝缘状态的量化分析,为油浸式电力设备绝缘状态的准确评估提供理论支撑。

冲击电压激励下变压器套管介电响应快速测量方法

油纸绝缘套管作为变电站内极为重要的电力设备之一,其绝缘状态对于电力系统的安全稳定运行至关重要。频域介电谱法可实现套管绝缘状态的无损检测,但传统扫频测试耗费时间长,为频域介电谱的现场应用带来不便。文中提出一种冲击电压激励下变压器套管介电响应快速测量方法,利用冲击电压信号中包含的丰富频率分量作为激励信号,获取套管末屏响应电流并进行数据处理与计算,从而得到频域介电响应信息。文中基于扩展德拜模型,搭建冲击电压激励下介电响应仿真平台,并利用任意波形发生器、高压功率放大器等设备搭建实验测试平台,验证了冲击电压激励下介电响应快速测量方法的可行性与准确性,对于缩短变压器停电检修时间窗口,提高现场套管绝缘状态诊断效率具有重要意义。

频域下变压器绝缘系统DFR技术的应用

本文作者利用DFR方法,从绝缘系统的水分含量、液体绝缘油的电导率、绝缘结构的几何尺寸及温度四方面入手建模,生成绝缘系统在宽频域下、各要素发生变化时的介损响应图谱,并分析、诊断各要素对变压器绝缘系统安全性能的影响。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

温度对变压器用油纸绝缘老化的频域介质响应的试验研究

变压器是电网安全运行中最关键的设备之一,由内绝缘(油纸绝缘)问题引发的变压器故障占变压器事故重要部分。目前用于诊断变压器油纸绝缘状态的方法尚存在各自的不足之处,故研究通过无损的诊断方法获取表征油纸绝缘老化状态的特征量,为评估变压器油纸绝缘老化状态提供准确且有价值的参考,无疑具有重要意义。基于频域介质响应的频域谱法是一种诊断电力变压器绝缘老化状态的非破坏性方法,笔者首先通过模拟变压器实际生产流程,制作变压器油纸绝缘试品,并对油纸绝缘试品进行加速热老化试验,得到不同老化程度的油纸绝缘试品。通过频域谱测试并分析了温度对油纸绝缘试品的频域介电特征量变化规律,运用电介质极化理论对测试结果进行了分析,为频域谱技术用于实际变压器油纸绝缘老化状态的无损诊断提供技术积累。结果表明:测量温度对频域谱诊断油纸绝缘老化状态影响显著,采用频温平移因子可以将任意测量温度下的频域谱曲线归算到同一参考温度,解决了测量温度对FDS测试结果的影响。初步研究结果表明,经过频温修正后的FDS能用于不同温度下的变压器油纸绝缘老化的评估。

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。

采用介电频谱法分析评估油纸绝缘的微水质量分数

目前油浸式变压器是电力系统中应用最广泛的一种变压器,其油纸绝缘性能的优劣直接影响变压器的电气性能和运行寿命,而微水是影响油和纸绝缘材料性能的一个重要因素。为有效分析电力变压器等主要绝缘中的微水质量分数,从而对变压器绝缘状态及剩余寿命进行有效评估,利用基于电介质响应的介电频谱法对油纸绝缘系统进行建模,测试油纸绝缘体系的介电谱,并讨论油纸绝缘介质响应测试过程中油隙对介电测试结果的影响,推导出微水质量分数随温度、频率变化的表达式。测试结果分析表明:油隙对测试结果的影响在10%以内,油纸绝缘系统的复介电频谱与其微水质量分数和温度之间存在函数关系,介电频谱法能有效评估油纸微水质量分数。

基于Havriliak–Negami介电弛豫模型的油纸绝缘状态评估

为了定量分析水分质量分数、温度及绝缘纸聚合度对油纸绝缘频域介电谱的影响，将HN介电弛豫模型用于研究油纸绝缘频域介电谱特性。采用复分析理论和几何方法得到了HN介电弛豫模型实部、虚部与其模型参数的解析式。分别测试了5组不同水分质量分数、温度及聚合度油纸绝缘试样的频域介电谱，采用HN介电弛豫模型对介电频谱进行了计算拟合，并分析了水分质量分数、温度及聚合度对HN介电弛豫模型参数的影响。结果表明：弛豫时间常数与水分质量分数、温度、聚合度分别满足对数线性关系、Arrhenius方程及线性关系；高频介电常数及其与静态介电常数之差随着水分质量分数、温度、聚合度的增加而增大；形状参数∥随着水分质量分数、温度的增加而增大，随着聚合度增大而下降；形状参数a的值均落于0．7～0．9之间。

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。

低频激励下油隙的电极极化建模与介电参数方程

针对变压器油频域介电谱低频部分弥散现象的原因,即电极极化进行了研究。分析了变压器油隙在低频正弦激励下内部离子动态分布的过程,建立了离子分布模型,依据离子分布构建了弛豫时间和德拜(Debye)长度的表达函数,并用于Debye弛豫模型的参数计算,从而得到了以电极极化为基础的介电参数方程。计算并分析了所述试验条件下的电极极化参数,通过仿真与实测数据的对比,验证了电极极化模型及其相应介电参数方程的正确性。研究结果表明:仿真电流与试验测试电流相符合,建立的离子分布模型能够有效地表征变压器油隙频域介电响应中的电极极化机制;介电参数计算值与试验测值相符合,建立的介电参数方程能够有效地表征变压器油频域介电响应中受电极极化作用时的介电参数。所建立的离子分布模型与介电参数方程能够给油纸绝缘频域介电谱低频弥散特性研究提供基础,以便更好的将频域介电谱技术应用到工程中。

基于频域介电响应分频段优化计算的变压器油纸绝缘老化参数定量计算方法

变压器的稳定运行是维护电网安全的重要保证,频域介电谱中各频段可以对变压器内部油纸绝缘老化状态进行更准确的评估,而目前的评估方法多针对于单一油纸绝缘老化状态的评估,对变压器等效模型老化状态评估较少,评估软件在评估老化后变压器内部含水量时也十分不准确。为进一步满足实际工程应用,该文提出一种基于变压器等效模型,通过分频段计算得到变压器内部油纸绝缘老化状态的数值评估方法,并通过加速老化试验进行了相关验证。首先在实验室条件下通过变温介电谱测试,得到不同老化程度油浸纸板的频谱曲线,并根据"频温平移方式"计算不同老化程度油浸纸板的活化能,建立油浸纸板聚合度与活化能的定量表征方程;其次应用"反频温平移方式"得到不同测试温度下,不同老化程度油浸纸板频域介电响应基础数据;最后将绝缘纸板基础数据与变压器介电等效模型相结合并分频段进行数值迭代计算,当测试曲线与计算曲线拟合优度最佳时,可以得到变压器内部油浸纸板的聚合度、含水率、变压器油的电导率,并将其与理化性能分析结果进行对比,可得计算误差较小,因此可以有效地减小现场变压器绝缘老化评估的时间。