油纸绝缘电力设备包括变压器、电抗器和互感器等,这些都是电力系统的基本元件,其安全可靠运行关系到整个电网的稳定性,而绝缘劣化是造成油纸绝缘设备故障的主要原因。因此,通过必要的检测或试验手段,及时评估油纸绝缘状况,对提高油纸绝缘设备运行可靠性方面具有重要的现实意义。目前油纸绝缘老化评估技术常借助时域介电谱分析,其携带信息丰富,是一种无损且快速有效的检测方法。本课题受国家自然科学基金项目的资助(基金编号:61174117,项目名:基于电路分析法和恢复电压响应的油纸绝缘老化诊断方法),以电力设备的油纸绝缘状态为研究对象,根据时域介电谱测量结果搭建油纸绝缘介质响应的数学模型,并建立能真实反映油纸绝缘弛豫响应过程的等效电路模型,深入分析时域介质响应特征量与油纸绝缘老化状况的内在联系,为评估油纸绝缘老化状态提供新的思路和方法。本文的主要工作如下:(1)从时域介质响应理论和油纸绝缘介质弛豫响应特性出发,具体说明时域响应测试的方法,阐述扩展德拜模型的原理和特点,并搭建扩展德拜形式的等值电路模型。通过simulink仿真平台搭建等效电路模型,在改变外加试验条件下,仿真研究时域响应特征量的变化规律以确定最优的试验参数,为今后采用时域介质响应方法分析油纸绝缘老化状态奠定实验基础。(2)针对原有介质响应函数模型未能真实反映绝缘的极化过程,引入了微观动力学的线型因子,建立了非典型线型的介质响应函数。首次提出了二次时域微分解析法用于不同弛豫过程的分解,该方法不仅能准确判定极化支路数,而且所提出的谱线特征量确保了介质响应参数辨识的唯一性。最后从极化支路数和线型因子的角度分析其与绝缘油、绝缘纸的内在联系,为准确定位绝缘油和绝缘纸老化问题提供新思路。(3)针对传统弛豫响应等效电路参数辨识方法无法排除试验中充电电压的波动和测量误差所造成的影响,结合现场实测数据,引入区间-自适应粒子群算法(I-APSO)对油纸绝缘系统的等效电路模型进行参数辨识。在求解过程中采用区间收缩的思想不断地逼近最优解区间,加快算法的收敛速度,经过多次迭代搜索后可得到满足精度要求的各参数最优可行区间。通过计算结果表明,采用I-APSO算法获取的曲线与测试曲线更为吻合,辨识的等效电路参数能更加真实、有效地反映油纸绝缘系统的极化过程。(4)提出半峰值周期和弛豫能量这两个新特征量,分别用于以反映油纸绝缘的整体弛豫过程和直观描述弛豫机构能量积累、释放的过程。研究时域介质响应特征量与油纸绝缘老化状况的内在关系,进而确定油纸绝缘介质成分与时域介电谱的对应关系。