The Research of Connection between Degree of Polymerization and Frequency Domain Dielectric Spectroscopy Characteristics during Oil-Paper Insulation Aging

In order to study the linkage effects between degree of polymerization and frequency domain dielectric spectroscopy characteristics of oil-paper insulation, the frequency domain dielectric response test platform of oil-paper insulation is set up. Complex permittivity of oil-paper insulation respectively composed by new or aged oil and insulation paper with different DP are tested, and complex permittivity of oil-paper insulation respectively composed by insulation respectively composed by new oil and insulation paper with different DP and low or high moisture content are tested. The test results are analyzed, and the analysis results show that the degree of polymerization of insulation paper has an influence on complex permittivity of oil-paper insulation though influencing the distribution of moisture and acids between oil and paper.

高分辨太赫兹衰减全反射频域光谱系统

由于水对太赫兹(THz)波具有强烈的吸收,含水样本的太赫兹光谱检测面临重大挑战。为解决太赫兹光谱对含水样本的高灵敏检测问题,本文提出并实验验证了一种太赫兹衰减全反射(ATR)的高分辨频域光谱系统。该系统采用创新式光混频相干检测技术,获得了出色的动态范围和分辨力性能,在0.3~1.2 THz范围内,峰值动态范围超过100 dB,频率分辨力高达100 MHz。创新式的ATR架构有效提升了灵敏度,在对不同浓度α-乳糖水溶液的实验测量中,实现了对水溶液样本的直接、精确定量检测。

电气设备复合绝缘结构的太赫兹无损检测综述

在电气设备复合绝缘结构检测方面,基于声、光、电、磁等物理量、化学组分和微观特征的检测方法得到广泛应用,但难以实现无损可视化表征。相比之下,太赫兹检测技术利用太赫兹波的光学和电磁学特性可以有效反演出被测物的结构特征和介电特性,较传统检测方法具有无损可在线测量的明显优势。为此,该文总结了当前太赫兹无损检测技术在电气设备复合绝缘结构检测方面的研究现状。首先,系统介绍了太赫兹检测方法的原理及系统,并与传统检测手段进行了比较;其次,重点总结了太赫兹时域和频域光谱及其成像技术在复合绝缘材料老化和缺陷检测中的实际应用,包括缺陷的识别和定位、组分鉴定及老化状态评估等;最后,对太赫兹无损检测技术在该领域的发展前景进行了展望。希冀该综述可帮助相关研究人员快速了解太赫兹无损检测技术在电气设备状态诊断方面的研究和应用情况,并对同类问题提供解决思路。

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。

湿热环境下变压器套管绝缘特性劣化及机理分析

为研究湿热环境下变压器套管绝缘特性的劣化及机理,针对在湿热环境中长期运行已产生缺陷的油纸绝缘套管,进行了不同温度和电压下高压介损、电容和频域介电谱(FDS)试验。对缺陷套管解剖采样,测试纸样含水率和聚合度,分析套管受潮老化过程。结果表明:高压介损、电容和FDS试验能够显著反映套管内部存在的受潮老化缺陷。与正常套管相比,缺陷套管高压介损和电容与外施电压和温度均具有较强的相关性,FDS中在整个频段内增大,曲线形状改变,电容数值变大。套管受潮部位主要是导杆头部密封圈以及末屏,大部分水分被绝缘纸吸收,高水分区域集中在电容芯子下端和最内层,水分与外界高温共同作用下,绝缘纸加速老化,产生放电。该研究为湿热环境下套管优化设计与运行维护提供参考。

基于遗传算法及有限元仿真的变压器热点处纸绝缘老化状态表征方法

现有的基于频域介电谱(frequency domain spectroscopy,FDS)的评估方法无法反映热点处的绝缘老化状态,针对此问题,将多目标遗传算法和有限元仿真方法相结合,提出一种“反演模型”以获取变压器高温区域纸绝缘老化信息。构建非均匀老化下油纸绝缘有限元模型,建立不同老化区域油纸绝缘老化状态和FDS数据之间的映射关系。基于测量的油纸绝缘系统的FDS数据,设计多目标遗传算法求解有限元模型中的参数分布。实验结果表明,所提取的有限元仿真模型参数可以很好地表征热点区域绝缘纸的老化状态,在实验室条件下,模型的相对误差小于7%。

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。

基于电容时常数PDS去耦网络的自动实现

从时域能量传输角度对电源分配系统(PDS)去耦网络进行了分析,阐述了基于电容时常数的去耦网络分配方案。基于VC完成了对电源分配系统的各部分去耦电容网络的自动分配与实现,在此基础上嵌入调用Hsp ice软件进行时频域仿真验证,结果证实了该方案能够对电源分配系统有效地去耦。

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。

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。

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。

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。

基于连续波太赫兹频域光谱系统的样品折射率测定方法

经过二十年的发展,太赫兹光谱技术已经在生物医疗、工业质检、国防安全、新材料研发等多个领域证明了其强大的应用潜力,然而传统太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)对飞秒激光器的依赖,严重限制了太赫兹技术在实际工业领域中的应用,近年来,以商业成熟的中红外激光混频作为产生与探测机制的太赫兹频域光谱技术(THz-FDS),凭借其高集成度、低成本以及高分辨率等适用于实际应用的特点得到了广泛的研究关注。但是,作为新型光谱技术,THz-FDS的数据处理算法与传统THz-TDS相比仍处于起步阶段,此前所开展的物质表征研究大多局限于信号幅值的利用,而其相干探测机制所蕴含的太赫兹波相位信息并未得到充分挖掘,与相位信息紧密相关的样品折射率、介电常数、极化率等关键参数因此无法准确获取。从THz-FDS的相干探测原理出发,结合实测数据,详细阐述了太赫兹波相位信息与THz-FDS原始光电流数据周期振荡之间的联系,建立了由原始光电流数据振荡周期求取样品折射率的理论模型。在此基础上,指出了传统零频基点求取折射率方法在低频段表现欠佳的原因,提出了所改进的双基点折射率求取算法。为了验证所提出的折射率测定方法的可靠性,选取了在太赫兹波段应用广泛的聚合物聚四氟乙烯作为表征对象,制备了厚度不同的多个样片,对所有样品测定折射率的结果为1.456±0.006,不同样片间折射率的测量不确定度仅为0.5%,且平均值与前期报道值吻合,充分验证了该方法复现性。此外,选取其中一枚样片考察了实验参数设置变化对折射率测定结果的影响,使用THz-FDS多种积分时间和采样步长的设置组合采集原始光电流数据,结果显示实验参数设置对折射率测定结果没有显著影响,验证了算法的鲁棒性。提出的折射率测定方法丰富了太赫兹频域光谱系统的表征参数,结合频域光谱系统相比传统时域光谱系统在工业应用方面的优势,该方法对太赫兹光谱技术的实际应用发展具有重要意义。

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。

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。

变压器油纸绝缘频域介电特征量与绝缘老化状态的关系

为了更好地将频域介电谱技术用于无损诊断变压器油纸绝缘老化状态,通过频域介电谱测试了不同老化程度油纸绝缘试品的频域介电特征量。研究了油纸绝缘试品的相对介电常数、介质损耗因数、电容、体积电导率与频率和绝缘纸老化状态的关系,在分析温度对油纸绝缘试品频域介电特征量影响规律的同时,提出了求解油浸绝缘纸活化能的新方法。结果表明:油纸绝缘试品在10 3～100Hz的频域介电特征量能反映其老化状态;不同老化程度油纸绝缘的电容C(DPt)或相对介电常数r(DPt)在10 3Hz、10 2Hz、10 1Hz的值分别与绝缘纸聚合度差值(DP0 DPt)存在二次多项式函数关系;利用油纸绝缘试品tan曲线求解出的油浸绝缘纸(DP=880)活化能为96.65kJ/mol,利用"频温平移因子"可将已知测试温度下的频域介电特征量推广到未知温度,解决了测试温度不同对FDS结果带来的影响。

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。

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。