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变压器油纸绝缘老化的频域介质响应试验及仿真研究

袁泉  
【摘要】: 变压器是电网安全运行中最关键的设备之一,变压器的严重事故不但会导致自身损坏,还会中断电力供应。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(Frequency Domain Spectroscopy-FDS)是一种诊断电力变压器绝缘老化状态的非破坏性方法,本文首先测量真实变压器的极化去极化电流,求解变压器扩展Debye模型的相关参数,利用求解出的扩展Debye模型对油纸绝缘系统频域谱特性进行仿真。然后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FDS测试并分析油纸绝缘试品不同老化程度、不同含水量等条件下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(FDS)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。研究获得主要结论如下: ①变压器扩展Debye等效模型仿真研究表明,不同分支电路参数对FDS存在影响:油纸绝缘系统绝缘电阻、几何电容的改变分别影响复电容曲线的虚部和复电容曲线的实部;最大时间常数分支电路参数的改变主要影响复电容曲线的低频段;中间时间常数分支电路参数对复电容实部曲线的低频部分和复电容虚部曲线的中频部分略有影响;最小时间常数分支电路参数主要影响复电容虚部曲线的中频部分。 ②首次得到低频段特征频率处的tanδ与老化时间遵循很好的指数函数关系,可以利用低频段FDS参数的变化情况对油纸绝缘的老化程度进行评估。 ③测量温度对FDS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FDS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。油纸绝缘试品的FDS曲线随样品含水量的增加而明显增加,初步研究结果表明FDS能用于变压器油纸绝缘水分含量的评估。 ④绝缘纸厚度的改变对FDS复电容曲线影响显著,由此可反映变压器绕组变形或烧毁等状态。绝缘纸种类对FDS测量结果影响很大,建议用FDS诊断不同种类绝缘纸的变压器时,采用相对应的数据进行评估。


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