基于PDC法的绝缘老化电缆低频损耗特性分析

为实现对10 kV交联聚乙烯(XLPE)电缆的绝缘老化问题的快速、有效诊断,基于短时极化/去极化电流法(PDC)分析了老化电缆的低频损耗特性,提出了电缆不同类型老化问题的诊断方法。该方法通过模拟电缆实际运行中遇到的老化情况,对实验室短、长电缆进行人工加速老化,基于介电响应理论分析了电缆老化前后极化/去极化电流的低频损耗特性及其不对称现象。同时,为了进一步验证该诊断方法对实际运行老化电缆的评估效果,收集了已知老化状态的退运电缆和现场运行电缆并对其进行了极化/去极化电流测试。研究结果表明:低频介质损耗谱不仅能发现桥接绝缘较长的水树老化缺陷,而且能诊断出绝缘受潮或长度较短的水树;对于集中性缺陷,电缆的极化电流介质损耗因数通常大于去极化电流介质损耗因数;而对于电缆的整体绝缘劣化,其极化电流介质损耗因数却不大于去极化电流介质损耗因数。实验室老化电缆与运行老化电缆的测试结果证实了极化/去极化电流的低频介质损耗谱及其不对称性能够较为准确地反映电缆绝缘不同类型的老化问题。

基于PDC的变压器油浸纸老化程度与水分含量评估方法研究

为将极化去极化电流法(PDC)应用于实际运行中变压器油纸绝缘的状态评估,笔者在实验室搭建了油纸绝缘PDC测试试验平台,测试了不同老化程度不同水分含量油浸纸样品的PDC特性曲线,并对测试结果进行对比分析。分析结果表明:在测试时间范围内,老化程度对油浸纸极化电流曲线的前段和中段以及去极化电流曲线的整个测试阶段产生影响;水分含量对油浸纸极化电流曲线的整个测试阶段以及去极化电流曲线中末段产生影响。提出以初始去极化电流idp1作为油浸纸聚合度的映射特征量,稳态极化电流id(电导电流)作为水分含量的映射特征量,分别拟合出两者之间的函数关系,以此提出一种适用于不同老化程度油浸纸水分含量的评估方法。

配电电缆冷缩中间接头受潮特性研究

为探究现阶段配电电缆冷缩中间接头的受潮特性,本文首先制作了带接头的未受潮试样,通过加速受潮老化平台对试样进行受潮处理,然后采用极化/去极化电流(PDC)测试系统分别测试未受潮和受潮2、4、6、8周时中间接头的极化/去极化电流,最后计算其直流电导率,并使用支路辨识方法得到三条R-C支路的时间常数。结果表明:直流电导率在接头受潮到一定程度后才会发生变化,而第三支路时间常数随着受潮程度加重而不断减小,这是由于水分降低界面电荷迁移阻力,使得界面极化时间减小所致,因此第三支路时间常数可灵敏反映电缆中间接头的受潮程度,可作为判断电缆中间接头受潮程度的特征参数。

基于连续PDC测试的XLPE电缆水树老化判别方法

为了判断XLPE电缆绝缘中是否出现水树老化现象,基于水树老化后特有的微观结构及在电场下的力学蠕变特性,提出一种基于连续极化去极化电流(polarization and depolarization current,PDC)测试的水树老化XLPE电缆检测方法。首先分析水树区域在电场下受到麦克斯韦应力下的力学形变,使得流过这一区域的电流在连续PDC测试过程中逐渐增大。之后,对这一过程下的水树区域进行电流仿真,验证了这一现象。最后,对不同老化形式(水树、热、辐照老化)的电缆样本进行连续PDC测试,分析在连续PDC测试过程中直流电导率的变化情况。实验结果表明:对于内部出现水树老化的电缆样本,它们均出现了电导率随测试次数增加而明显增加的现象,同时电导率增加的幅度与水树枝平均长度相关,水树枝越长,则电导率增加越明显;而其他老化形式样本(不包含水树)电导率基本保持不变。这一对比分析结果说明:通过对电缆进行连续多次PDC测试并分析其电导率变化情况,能够判断XLPE电缆中是否存在水树老化现象。

基于PDC法的XLPE长电缆中局部水树的诊断

针对极化–去极化电流法(polarization and depolarization current method, PDC)对于局部水树老化的诊断灵敏度随着交联聚乙烯(XLPE)电缆长度增加而下降的问题,提出了一种新的基于PDC法的长电缆中局部水树的诊断方法。由于水树区域XLPE的蠕变特性,使得水树通道在极化过程中打开且在去极化过程中关闭,宏观上表现为极化和去极化过程的不对称性。通过对长电缆进行三支路Debye模型参数辨识并提取出第三支路极化和去极化时间常数的不对称系数τas以反映这种不对称现象,且实现对局部水树老化的诊断。对加速水树老化后的短电缆、长电缆和退运电缆进行了PDC测试,结果表明:水树老化使得Debye模型中支路电容明显增加,并且局部存在水树老化电缆的参数τas增加并逐渐偏离1,且随着电缆长度的增加,诊断灵敏性并未明显下降。水树老化后的电缆及退运电缆的诊断结果证明了不对称系数τas可以反映XLPE电缆的水树老化现象且灵敏度不受电缆长度的影响。

基于PDC法的干式套管用胶浸纸绝缘受潮状态评估

为了提取表征胶浸纸(RIP)绝缘受潮状态的特征参量,文中将时域介电响应技术应用于受潮状态评估,并利用极化/去极化电流(PDC)测量法对其进行深入研究。首先在实验室制备不同含水量的RIP绝缘样片并测试获得PDC曲线;然后引入遗传算法和内点法相结合的优化算法,利用Matlab获得扩展德拜模型参数;最后提取2个受潮状态特征参量,即最大时间常数分支的弛豫贡献系数A_(9)和稳定去极化电量Q_(d-5000)。研究结果表明:PDC曲线随含水量的增加整体向上移动;受潮造成RIP绝缘的直流电导率增加,绝缘电阻、吸收比和极化指数显著降低;建立的9支路扩展德拜模型等效电路参数对RIP绝缘受潮状态的反应较为灵敏,A_(9)与含水量呈线性拟合关系;去极化电量对含水量较为敏感,Q_(d-5000)与含水量呈指数拟合关系。

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IWOA-BP算法的变压器绝缘老化评估方法

为增强变压器运行的安全性以及稳定性,提出一种基于改进的鲸鱼优化(improved whale optimization algorithm,IWOA)—反向传播(back propagation,BP)算法的变压器绝缘老化状态评估模型。建立变压器油纸绝缘模型进行极化—去极化电流(polarization and depolarization current,PDC)实验,为避免含水率对评估结果造成影响,提取综合电导率作为老化特征量;以BP神经网络为主,PDC电流数据为输入,综合电导率为输出,建立算法模型对油纸绝缘老化状态进行评估;为提升算法模型的评估效果,以加入非线性收敛因子以及自适应权重为方法对鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm,WOA)进行改进,并以IWOA对BP神经网络进行优化,获取更优的BP权重与阈值初值,提高BP神经网络的收敛速度以及精度。最终结果证明,IWOA-BP评估模型具有一定准确性以及实用性,且在油纸绝缘寿命评估方向上有一定发展空间。

基于改进定阶法的海底电缆绝缘状态诊断研究

为了解决极化-去极化电流法在目前海底电缆绝缘诊断中支路辨识易受噪声干扰的问题,基于信息熵理论提出一种改进的支路辨识定阶方法。首先分析导致传统支路辨识方法在噪声环境下定阶不够准确的理论原因,之后利用信息熵理论对奇异值所带信息进行阶数确定,最后分别对实验室新电缆以及水树老化电缆运用该方法进行绝缘支路辨识。结果表明:水树老化缺陷的存在导致电荷在电缆的去极化过程中的弛豫时间与其他极化形式不同,最终使得支路数增加。改进定阶法在对水树老化电缆进行支路辨识时,能够更为准确地辨识出水树老化对应的极化支路,验证了所提方法的有效性,并为海底电缆绝缘状态诊断提供参考。

用于评估油纸绝缘热老化状态的极化/去极化电流特征参量

极化/去极化电流法能灵敏反映介质的绝缘状态,已被应用于变压器油纸绝缘的水分评估中,但通过该方法定量分析油纸绝缘的老化状态尚未见研究报道。为此,对油纸绝缘开展了110°C加速热老化试验,测量了不同老化时间下油纸绝缘样品的极化/去极化电流。通过分析极化/去极化电流特性的变化,提出了一种反映油纸绝缘热老化状态的新特征参量—去极化电量。研究结果表明,试品的去极化电流随老化程度加深不断增大,但其增大趋势微弱,而提出的去极化电量曲线则对试品绝缘老化状态反应极为敏感,且从该曲线中提取的系数A和最大值C这2个特征参量与绝缘纸聚合度满足一阶动力学模型关系式,可以用作评估油纸绝缘热老化程度的特征参量。

基于极化/去极化电流法的交联聚乙烯电缆热老化程度判定

准确诊断交联聚乙烯（XLPE）电缆的老化程度对于评估其绝缘状态有着重要的意义。为了得到不同老化程度的电缆样品,进行了人工加速热老化实验,老化温度为140℃,老化时间分别为10、20、30、40 d。同时,设计了可以去除表面电流干扰的电缆测量结构,以此测得了样品的体极化/去极化电流（PDC）,并用极化强度仿真验证了实验结果。不同的去极化曲线形状可以初步判断出电缆的老化程度,但不够直观。为了定量地描述电缆老化程度,采用了能够反映电介质内部陷阱的参数老化因子A,研究结果表明：随着老化程度增加,电缆的A值总体上呈现了上升的趋势;在140℃老化温度下,老化时间约为20~30 d时电缆进入中重度老化阶段。根据该实验结果建议针对运行时间约为15 a的电缆进行PDC绝缘老化检测。

电力变压器油纸绝缘含水量定量评估的时域介电特征量

水分是影响变压器油纸绝缘性能的一个重要因素。为了评估变压器主绝缘中的含水量,从而对变压器的绝缘状态及剩余寿命进行可靠预测,本文利用时域介电响应技术的极化/去极化电流法(Polarization and Depolarization Current,PDC)对变压器油纸绝缘含水量进行了深入研究。首先,在实验室内制备了不同含水量的油浸渍绝缘纸板样品,然后,利用Matlab程序仿真了样品的实测PDC图谱并获取了扩展Debye模型参数。最后,提出了两个能够量化油浸渍绝缘纸板油纸绝缘含水量的新特征量——极化电量斜率Kp与稳定极化电量Qp-5000。分析结果表明:特征量Kp与Qp-5000对纸板样品的含水量变化非常敏感。该特征量与纸板含水量存在指数函数关系。因此,Kp和Qp-5000可以用于变压器油纸绝缘含水量的定量评估。

极化去极化电流技术用于诊断XLPE电缆绝缘老化状态

研究了一种非破坏性的极化去极化电流(PDC)测量方法用于诊断交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘老化状态。在阐述了该方法的基本原理后,通过在实验室搭建平台,对进行了加速水树老化试验的电缆和在现场运行的老化电缆分别进行PDC试验。并利用最小二乘法,对测得的去极化电流曲线的低频部分进行线性拟合处理,通过比较拟合直线斜率比值,来分析各电缆绝缘去极化电流的变化规律,反映了去极化过程的差异。试验结果表明,通过对XLPE电缆进行PDC试验及对去极化电流测量曲线的分析,可以对电缆的绝缘老化状态进行合理地诊断。

交联聚乙烯中压电缆绝缘性能的检测和分析

由于去极化电流的高频成分特性与被测电缆的长度相关,当标准新电缆长度与老化电缆长度相差较大时,会影响对电缆老化状况的判定。通过极化-去极化电流法对中压电缆的绝缘状况进行检测,并对检测数据进行分析。尝试使用对电缆长度相对不敏感的去极化电流低频成分来克服电缆长度带来的影响,然后对电缆绝缘状态进行分析。通过分析去极化电流低频成分的幅值范围、平均放电速率及其受到不同极化时间的影响来判定电缆的绝缘老化状况。最后将该分析用于已修复电缆,可以发现已修复电缆特性接近于相同长度的新电缆,说明该分析确实可以实现鉴定电缆老化状况的功能。

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。

基于极化去极化的高压套管介电特性研究

笔者针对温度对套管的时域介电响应特性进行了研究。采用IEEE中对套管模型的测量数据,分析计算了极化去极化电流曲线(polarization and depolarization current,PDC)的介质响应函数。最后利用电荷差的(charge difference method,CDM)方法分析了测量数据并同常规测量计算进行对比,认为在测量3 000 s后就可以对直流电导率进行评价分析,对提高现场试验效率有很大的帮助。

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。

等温松弛电流法在XLPE电缆老化状态评估中的应用

设计了一种新型的等温松弛电流测试系统,测试电路中考虑到微电流测试的抗干扰问题,基于该套系统分别研究了未老化、人工加速老化和实际运行的XLPE绝缘电缆的等温松弛电流,研究表明采用等温松弛电流法不仅能够有效评估实验室电缆的老化程度,同时能够有效评估现场运行电缆。

基于PDC法的大型发电机定子线棒主绝缘热老化状态评估

大型发电机在运行过程中会受到热应力等因素的影响,造成定子线棒绝缘劣化乃至失效,影响发电机的安全稳定运行。为了明确极化-去极化电流(PDC)法对于定子线棒主绝缘性能评估的有效性,首先采用PDC法评估热老化状态的定子线棒主绝缘性能。依据PDC测试结果,提取出稳态电导电流、0.1 Hz极化/去极化损耗、不对称系数等基本特征参量;随后再利用奇异值分解(SVD)算法对线棒样本的PDC数据进行扩展德拜模型的分析,得出其模拟电路的支路数和支路参量,通过分析明确老化过程中上述特征参量的变化规律。最后对不同热老化时长的样本进行傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析,从微观角度进一步明确上述绝缘后固化和劣化过程的机理。结果表明:随着绝缘老化程度加剧,稳态电导电流和0.1 Hz极化/去极化损耗增加,不对称系数偏离1的程度加剧,界面极化时间常数τ2减小。

交联聚乙烯水树老化电缆电气性能与水树区域含水量的关系

为了深入了解交联聚乙烯(XLPE)水树电缆电气性能的变化特征,利用极化-去极化电流法测量老化电缆样本不同老化时期的直流电导率和0.1 Hz介损,并使用显微镜和红外光谱仪观测老化电缆样本水树区域含水量,研究不同水树老化时期的电缆电气性能和水树生长之间的关系。研究表明,老化电缆的电气性能和水树长度不呈正相关关系,而和水树区域含水量具有密切关系。