基于介电响应的变压器油浸纸老化程度与水分含量评估方法研究

摘要

油纸绝缘系统在运行过程中长期受到热、水分、电场、氧气、酸以及机械力等应力的作用而逐渐老化，导致其绝缘性能和机械性能下降，且这种变化是不可逆的，变压器安全运行因此受到威胁，所以油纸绝缘老化程度的评估成为国内外研究热点。水分是油纸绝缘老化的主要产物，同时又作为老化过程的参与者，促进油、纸纤维素水解，对绝缘材料老化产生不可逆的加速作用，被称为导致油纸绝缘老化的“第二大杀手”，变压器油纸绝缘水分含量的评估同样被广大学者重视。变压器油老化后可以通过滤油或更换新油操作改善绝缘性能，而绝缘纸因其不可更换性成为变压器绝缘性能的直接代表，因此对绝缘纸老化状态实现准确有效的诊断更具有实际意义。
　　本文为模拟已进行滤油或更换新油操作的变压器油纸绝缘系统，在实验室中通过等效老化与自然吸潮制备了不同聚合度与水分含量组合的油浸纸样品，并与新绝缘油充分混合。利用实验室设备搭建了油纸绝缘时频域测试平台，对所制样品进行PDC与FDS测试，区别研究了老化程度与水分含量各自对油浸纸介电特性的影响。测试结果表明:PDC测试时间范围内，老化程度对油浸纸极化电流曲线的前段和中段以及去极化电流曲线的整个测试阶段产生影响;水分含量对油浸纸极化电流曲线的整个测试阶段以及去极化电流曲线中末段产生影响。FDS测试频率范围内，油浸纸聚合度的降低使其复介电常数实部和虚部在低频段增大，高频段基本不变;油浸纸水分含量的增加使其复介电常数实部在102Hz以下频域范围内增大，虚部在整个测试频域范围内增大，且虚部曲线随水分含量增大呈现向右平移趋势。笔者以电介质极化微观机制以及介电响应原理为基础，对以上测试结果产生原因进行了分析。
　　本文以PDC测试结果为基础，提出以初始去极化电流idp1作为油浸纸聚合度的映射特征量，稳态极化电流id（电导电流）作为水分含量的映射特征量，分别拟合出两者之间的函数关系，以此提出基于PDC的变压器油浸纸老化程度与水分含量评估方法。以FDS测试结果为基础，提出利用复介电常数虚部的“等效下降幅度”作为油浸纸聚合度映射特征量，并拟合出特征频率10-4Hz处复介电常数实部与水分含量的关系式，以此提出基于FDS的变压器油浸纸老化程度与水分含量评估方法。
　　本文通过等效老化制备了不同老化程度不同水分含量的油浸纸样品，以对文中所提出的评估方法进行有效性验证。试验过程中发现:在老化过程中，油浸纸老化程度越严重，其水分含量越小。验证结果表明:在误差允许范围内，文中所提出的两种评估方法具有有效性，实际工程中可以将该方法作为参考。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 变压器油纸绝缘老化程度研究

1．1．1 油纸绝缘老化程度评估方法研究意义

1．1．2 油纸绝缘的老化机理

1．1．3 油纸绝缘老化程度评估方法研究现状

1．2 变压器油纸绝缘水分含量研究

1．2．1 油纸绝缘中水分的研究意义

1．2．2 油纸绝缘中水分的研究现状

1．3 现存的问题

1．4 本文主要研究内容

第2章 电介质时频域介电响应理论基础

2．1 电介质的极化机制

2．2 介质响应理论

2．2．1 介质响应的基本概念

2．2．2 时域介质响应理论

2．2．3 频域介质响应理论

2．3 本章小结

第3章 油纸绝缘时频域介电特性试验研究

3．1 老化程度与水分含量对PDC特性的影响

3．1．1 PDC测试原理

3．1．2 试验设计

3．1．3 试验结果分析

3．2 老化程度与水分含量对FDS特性的影响

3．2．1 FDS测试原理

3．2．2 试验设计

3．2．2 试验结果分析

3．3 本章小结

第4章 基于介电特征量的油浸纸老化程度与水分含量评估方法探索

4．1 基于PDC的油浸纸老化程度与水分含量评估方法

4．2 基于FDS的油浸纸老化程度与水分含量评估方法

4．3 评估方法有效性验证

4．4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果