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基于介电特征量分析的变压器油纸绝缘老化状态评估研究

刘捷丰  
【摘要】:大型油浸式电力变压器是电力系统中电能传输和转换的重要设备之一。通过可靠评估处于老化后期变压器主绝缘的老化状态,保障其安全可靠运行具有重要的工程意义。以介电响应为基础的极化/去极化电流法、频域介电谱法由于具有无损测试等优点而被引入到该领域。目前,对时-频域介电谱曲线提取反映绝缘纸板老化的特征参量,以及如何有效区分老化和水分对油纸绝缘时-频域介电谱的影响仍是该领域研究的热点与难点,因此,选择这些问题进行深入研究具有非常重要的学术价值。本文以变压器油纸绝缘作为研究对象,在实验室开展了一系列的加速热老化试验和吸潮实验,制备了不同老化状态以及不同水分含量的油浸渍绝缘纸板样品,测试了油纸绝缘样品的极化/去极化电流以及介质损耗频域谱,深入分析了油纸绝缘水分以及老化对极化/去极化电流以及频域介电谱的影响并提取了反映油纸绝缘老化状态的时-频域介电特征量。最后,深入研究了测试温度对时-频域介电特征量的影响规律以及消除方法。论文取得的创新性成果主要有:①根据DL/T 596-2005《电力设备预防性试验规程》以及DL/T 984-2005《油浸式变压器绝缘老化判断导则》对油浸渍绝缘纸板样品的老化状态和受潮状态进行了定量划分,并建立了油浸渍绝缘纸板样品的9种参考状态,在此基础上,研究提出了一种以时-频域介电特征参量作为输入参量的变压器油纸绝缘老化状态灰色关联评估方法。②提出了一个对绝缘纸板老化状态反应敏感的时域介电特征参量“扩展Debye模型大时间常数”。理论分析表明,该特征参量与绝缘纸板的几何尺寸无关。研究发现,随着热老化时间的增加,该特征参量不断增大,而且该特征参量与不同热老化时间下的绝缘纸板聚合度存在较好的指数关系,因此,可用该特征参量表征绝缘纸板的老化状态。③在深入研究区分水分和老化对tanδ频域谱影响方法的基础上,通过对频域介电谱进行积分的方法提取了一个能够定量评估变压器固体绝缘含水量与老化状态的频域介电特征量“介损积分因数”,建立了介损积分因数和变压器固体绝缘含水量以及老化状态之间的量化关系。通过该量化关系可以分别计算绝缘纸板的水分含量和老化状态。④提出了一套能够定性和定量评估相结合的变压器主绝缘老化状态评估方案。该方案可以将灰色关联评估方法、扩展Debye模型大时间常数以及介损积分因数应用于现场变压器主绝缘老化状态的评估。为了验证所提方案的可行性,通过实验室的样本以及一台220k V现场变压器进行实例验证,最终的评估结果初步表明了所提评估方案以及时-频域介电特征参量的可行性。


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