变压器油纸绝缘的修正Cole-Cole模型频域介电特征提取及特性研究

摘要

电力变压器是保证电力系统可靠运行的重要设备。如何准确评估变压器油纸绝缘状态,以提高其安全运行水平已成为电力部门亟待解决的技术难题。频域介电谱法作为一种无损诊断技术,具有无需取样、抗干扰能力强等优点得到国内外学者的广泛关注。然而,目前研究仅限于定性描述油纸绝缘频域介电谱曲线随着温度、水分、老化程度等的变化规律,还很少涉及将频域介电谱曲线量化并提取特征参量,定量描述其与上述因素间的变化关系;此外,频域介电谱受温度影响较大,现场变压器介电谱仅能在停电后测量,其内部油纸绝缘系统处于降温过程中,该过程对变压器油纸绝缘的频域介电特性的影响方面的研究也鲜见报道。
　　本文首先引入描述电介质极化过程的修正Cole-Cole模型,提出应用该模型提取油纸绝缘频域介电特征参量的方法;然后对油浸绝缘纸板在不同温度、水分及老化程度下进行频域介电谱测量并提取特征参量,分析上述因素对其频域介电特性及频域介电特征参量的影响;最后,对一台10kV变压器主绝缘模型开展整体加速热老化实验,在不同热老化时间分别在恒温90℃(时机M1)、自然降温零时刻始(时机M2)及自然降温3h后始(时机M3)三种测试时机下进行频域介电谱测量,在对比分析不同测试时机下频域介电特性的基础上,提取上述测试条件下的频域介电特征参量,并分析其变化规律。论文取得的主要结论如下:
　　(1)含单一或两个弛豫时间常数的修正Cole-Cole模型能较好的描述变压器油纸绝缘样品在10-4Hz-103Hz范围内的频域介电特性,基于该模型描述油纸绝缘极化过程的α与β弛豫分量、直流电导及跳跃电导作用分量的特征参量可用于定量描述其频域介电特性;
　　(2)温度、水分及老化程度均会影响油浸绝缘纸板的频域介电特性,但水分与老化程度对tanδ影响的频段不同;随水分或老化程度的增加,高频介电常数εhf、α弛豫分量的χsα及ζdc、逐渐增大,α弛豫分量的ηα、β弛豫分量的χsβ、ηβ逐渐减小;水分含量的增大会使α与β弛豫分量同时得到加强,而老化程度的加剧仅能加强α弛豫分量;拟合特征参量与水分含量及老化程度间的函数关系,可考虑作为水分含量与老化程度定量评估的经验公式,并通过实例验证了其有效性;
　　(3)测试时机对变压器油纸绝缘频域介电特性及其特征参量影响较大;在应用FDS技术定期监测结果评估其绝缘状态时,若测试时机不一致,将导致评估结果失实;因此,在应用频域介电谱技术定期监测评估变压器油纸绝缘状态时,应选择恰当且一致的测试时机进行定期监测,通过对比分析同一测试时机下的纵向历史监测数据有利于提高变压器油纸绝缘状态评估的准确度。