基于Cole-Cole模型介电参量的变压器主绝缘受潮及老化状态评估方法

摘要

电力变压器是组成电力系统的关键设备，它的运行状况直接关系到系统的安全运行。采用合理的测量技术和分析方法对变压器油纸绝缘状态进行科学准确地评估，可以降低变压器事故发生率，使变压器在有限的寿命期间内更好地可靠运行，具有重要现实意义和研究价值。传统的对变压器油纸绝缘劣化状况进行评估的方法如绝缘纸聚合度测量、油中微水含量分析等存在取样困难、结果不准确等弊端，介电响应技术因其具有无损、携带绝缘信息丰富、抗干扰能力强的特点被广泛应用于变压器油纸绝缘老化和受潮的状态评估。
　　本文针对现有研究就如何区分水分和老化对油纸绝缘的影响这一难点，从试验探究和理论分析入手，建立了一套适用于现场变压器主绝缘状态评估的方法。为展开变压器油纸绝缘老化和受潮状态的模糊评判方法研究，首先在实验室制备了若干不同老化程度和水分含量的单层油纸绝缘样品，然后对所有样品进行频域介电响应测试，分析了老化、水分、温度以及各因素组合作用对其频域介电响应特性的影响规律；接着将老化状态和水分含量组合起来划分出评估的目标状态，然后提取了对油纸绝缘样品老化和受潮状态变化敏感的频域介电参量及理化参量，建立了用于识别未知油纸绝缘样品状态的标准模式库，并提出了适用于评估现场变压器主绝缘老化和受潮状态的模糊评判方法，采用了现场案例进行验证。论文取得的主要结论如下：
　　①研究得到了油纸绝缘样品在不同因素作用下的频域介电响应特性和规律。水分和老化对油纸绝缘的频域介电特性影响规律类似，在水分含量较低时，水分和老化还可以通过对介电谱影响的测量频段的不同来进行区分，而水分含量很高时，老化的影响作用会被水分所覆盖。测试温度并不会改变频域谱的形状，只会使曲线沿水平方向平移。采用平均活化能来计算平移系数能够较好地消除温度对油纸绝缘介电响应的影响。
　　②建立了实验室油纸绝缘样品老化和受潮状态的模糊评判方法。考虑到老化与水分的耦合性，将油纸绝缘的老化和受潮状态重新组合成15种新的评估目标状态来进行诊断识别。提取了介电特征参量和绝缘油的理化参量作为状态特征向量，从而建立了模糊评判的标准模式库，实现了实验室油纸绝缘样品状态的准确评估。
　　③验证了 XY模型对于实验室的标准模式库用于现场变压器主绝缘的状态评估的有效性。将 XY模型计算出的复合油纸绝缘模型频域谱与实测得到的频域谱进行比较，发现在整个测试频段无论X、Y值和绝缘油的电导率如何改变，实测曲线和仿真曲线均保持较好的一致性，从而验证了 XY模型可以实现实验室单层油浸绝缘纸板频域谱与复合油纸绝缘系统的频域谱之间的有效转换。
　　④提出了针对现场电力变压器主绝缘老化和受潮状态评估的方法及流程。在油浸绝缘纸板状态评估方法的基础上，结合 XY模型，对4台不同电压等级的变压器主绝缘状态进行了评估，评估结果中老化状态与变压器运行年限基本相符，而受潮状态与介电响应测试设备中自带评估软件给出结果也保持一致，初步验证了该评估方法可以实现变压器主绝缘状态的有效诊断。

目录

1 绪 论

1.1课题的研究背景及意义

1.2变压器油纸绝缘状态评估研究现状

1.3基于频域介电响应的变压器油纸绝缘状态评估研究现状

1.4本文的研究内容

2 不同因素对单层油纸绝缘频域介电响应特性的影响研究

2.1试验样品制备

2.2试验方案设计

2.3试验结果及分析

2.4本章小结

3 基于Cole-Cole模型介电参量的油纸绝缘状态模式识别评估法

3.1变压器油纸绝缘状态划分

3.2基于修正Cole-Cole模型介电特征量和理化特征量的提取

3.3油纸绝缘状态模糊模式识别评估法

3.4本章小结

4 现场变压器受潮及热老化状态的评估方法及流程

4.1变压器主绝缘XY模型的基本原理

4.2试验方案设计与实施

4.3几何结构对油纸绝缘系统频域介电响应的影响

4.4 XY模型仿真与实验结果对比分析

4.5现场变压器状态评估实例

4.6本章小结

5 结论与展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目目录