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变压器绝缘纸板微水分介电测量原理及其测量系统的研究

戴恒震  
【摘要】:《变压器绝缘纸板微水分介电测量原理及其测量系统的研究》课题为中国输变电行业技术攻关课题(编号Y98010211)。它同时也是国际同行业的难题之一。由于电力变压器的绝缘结构中的水分会降低其介电强度,使其过早老化,威胁变压器的正常安全工作。因此在变压器的制造及使用中监测绝缘纸板中的微量水分使其保持在合理的范围内就显得特别重要。介电测量方法适合于变压器绝缘纸板中的微量水分诊断,但该技术尚未成熟。本论文从绝缘材料的介电极化及介电损耗机理出发,就介电测量技术用于绝缘纸板中的微量水分测量所涉及的多方面理论基础及测量系统的开发方法进行了研究探索。 论文详尽介绍了介电测量技术的原理及影响因素,并提出了利用集总电路模型求被测绝缘纸板的复介电常数的方法。如果将被测绝缘纸板和测量传感器看成一个电容系统,则绝缘纸板的介电性能直接影响系统的输出,而绝缘纸板的复介电常数又是其内部微量水分的函数,通过测量绝缘纸板的复介电常数,根据水分及温度对其的影响关系可以判断被测绝缘纸板的水分含量。 为了求出绝缘纸板的复介电常数与温度和水分的关系,论文中根据试验数据和通用曲线理论,拟合出了同时考虑复介电常数及温度和频率等因素的无油绝缘纸板水分质量分数的新型计算公式,它更直观好用。对于绝缘纸板的实际介电常数的计算给出了三种计算模型。全面分析了影响介电测量技术的误差因素。对用单一频率测量绝缘纸板微水分的方法进行了研究,并给出了相关计算模型和拟合参数,为现场测量应用提供了理论依据。 绝缘纸板微水分在线测量系统的开发需要解决电容式传感器和信号调理电路两大难题。论文在介绍了边缘场电容式传感器的技术要求及设计理念的基础上。强调要根据被测绝缘结构尺寸和测量条件,确定传感器的电极及基片、通道数、穿透深度、信号强度和合理安装方式等方面。并设计制造出适合不同情况的多种边缘场电容式传感器。还创造性地提出了浮动电极和恒力装夹的设计思想。从而有效地减少了传感器带来的测量误差。文中列举的四种传感器分别代表了小型化、大测量深度以及多波长阵列式的传感器发展方向。 针对边缘场电容式传感器输出的微弱信号,论文对调理电路进行了研究。它采用驱动屏蔽方式缓冲测量信号,通过带阻滤波器提高信噪比,并利用独创的相位变换电路求出电容系统的相位及幅值增益,试验表明该调理电路性能可靠,精度较高,配合系统测量软件可以满足绝缘纸板微水分的测量要求。 论文最后通过测量实例介绍了绝缘纸板的水分分布测量的方法。这需要使用多波长及阵列式传感器和有效的参数估算方法。论文重点介绍了用一维参数估算方法,并提出了一种独创的等效节点导纳算法。对于绝缘纸板二维水分分布的测量也进行了讨论。 本论文的各项研究可为介电测量方法在微水分测量领域的应用奠定了有利的基础。


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