基于频域介电谱的植物油纸绝缘受潮状态评估方法研究

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油浸式变压器是电力系统重要的组成部分,如果它在运行过程中发生故障则会对电力系统造成重大的经济损失,进而影响社会发展。油浸式变压器内由绝缘程度减弱而导致的故障占大多数,油浸式变压器的绝缘系统在变压器内会受各种应力的影响而产生水分、糠醛等物质,致使机械性能和绝缘强度减弱,并且运行过程产生的水分会使绝缘老化速度加快,因此准确诊断变压器油纸绝缘的水分含量,并评估受潮程度是延长变压器使用寿命的关键。除此之外,油浸式变压器常用的矿物绝缘油存在燃点低、生物降解率低等缺点,而植物绝缘油具有燃点高、生物降解率高等优点开始受到广泛关注,并开始逐渐运用在油浸式变压器中,因此需要寻找适合植物油变压器的新油纸绝缘受潮程度评估方法。频域介电谱法(Frequency Domain Spectroscopy,FDS)是一种新型介电响应测量技术,其测量数据丰富,抗干扰能力强,可以现场测量变压器的频域介电谱数据,并获得能反映出变压器油纸绝缘受潮程度的介电响应值如油纸绝缘复介电常数和介质损耗因数。本文首先结合电介质理论分析了油纸绝缘的介电响应过程,然后引入电导率和Havriliak–Negami介电模型,提出利用改进Havriliak–Negami介电模型评估植物油纸绝缘的受潮状态。为获取受潮对油纸绝缘FDS曲线的影响规律,本文在实验室搭建了植物油纸绝缘FDS试验平台,制备了不同受潮状态的油纸绝缘试品,测得了相应试品的复介电常数曲线,然后分析了受潮导致油纸绝缘介电常数曲线,发现油纸绝缘复介电常数实部FDS曲线在10-4Hz测试频率点下的变化率L受到水分极化的强烈影响。结合改进Havriliak–Negami介电模型建立了变化率L的频域关系式,分析了L与油纸绝缘介电响应参数的关系。然后利用FDS曲线对油纸绝缘介电参数进行了辨识,获取了不同受潮状态下的参数结果和L值,并建立L与水分含量w的函数关系式。另外,本文分析了绝缘纸老化对特征量L的影响规律,然后结合插值函数提出了补偿因子θ来消除绝缘纸老化对特征量L的影响,进而提出了利用补偿因子θ来提高对不同老化程度的植物油纸绝缘系统受潮状态评估准确度的方法,该方法主要通过绝缘纸聚合度和受潮评估关系式,结合提出的补偿因子曲面对特征量L进行修正,进而获得修正后的可用于评估受潮程度的特征量。由于温度会影响FDS测试结果而使受潮评估准确度降低,本文引入了特征量L的补偿因子γ,对实测的特征量L进行修正,排除了测试温度对本文提出的植物油纸绝缘受潮状态评估方法的干扰,并结合补偿因子γ提出了可消除温度对植物油纸绝缘受潮状态评估影响的方法,温度补偿因子γ与老化补偿因子θ的补偿方法相似。另外,研究发现受潮会影响FDS曲线的频温平移结果,因此本文结合补偿因子γ提出了可消除受潮影响的频温平移方法。最后利用现场变压器检测结果进行了实例验证,发现植物油纸试品两种方法均可消除温度的影响,且受潮评估结果接近,说明了本文评估方法的可靠性,这为定量化研究变压器油纸绝缘受潮提供了一定的帮助。
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