油纸绝缘老化的极化去极化电流法仿真及试验研究

摘要

电力变压器油纸绝缘的状态评估一直是各电气制造企业、电力公司和科研机构的重要研究课题，虽然相关的研究工作已经开展了很多年，并取得了以油中溶解气体、糠醛含量、绝缘纸聚合度等判据来评估变压器老化状态的成果，但这些方法在实际操作中都存在着不同的缺点及局限性。极化去极化电流法作为一种基于时域介质响应理论的无损绝缘诊断技术，具有操作简便、携带信息丰富等特点，特别适用于变压器绝缘状态的现场诊断。因此，研究极化去极化电流表征油纸绝缘老化状态的方法及各老化特征量与极化去极化电流的关系，为变压器状态评估提供依据和参考，具有重要的学术意义和实用价值。
　　本文首先设计了模拟变压器油纸绝缘结构的绕组模型试品，并建立了相应的等效电路，通过仿真研究了变压器油和绝缘纸的绝缘状态对极化去极化电流的影响；然后进行了实验室加速热老化试验及未老化试品的变温试验，通过测量试品在不同状态下的极化去极化电流，研究了老化、温度对极化去极化电流的影响，分析了等效电路及电导率、极化时间常数等时域特征参数随老化和温度的变化规律；最后运用了灰色系统理论，结合试验数据建立了用于判断试品老化状态的灰色关联诊断模型。取得的主要研究成果如下：
　　①试品等效电路的最小时间常数分支、最大时间常数分支及绝缘电阻能分别模拟变压器油、绝缘纸及试品整体的绝缘状态；在不同老化程度、不同测试温度下，模型各支路参数会发生相应的改变，能很好地反映老化和温度对试品极化去极化电流的影响。
　　②极化去极化电流的幅值会随着老化程度的不同而变化，但其易受水分的影响，当试品水分含量较大时会覆盖老化程度对电流幅值的影响；在排除水分的影响后，可根据绝缘纸电导率与聚合度的函数关系评估试品的老化状态。
　　③温度主要影响试品的电流幅值、电导率及极化时间常数等参数，并使极化去极化电流出现整体平移的现象。通过定义的时间平移因子及幅值平移因子，可将任意温度下的去极化电流平移到参考温度下，消除温度的影响。
　　④选用9个时域特征量根据加速热老化试验数据构造了试品的标准状态模式表，建立了基于时域介质响应的灰色关联诊断模型，经实例诊断能正确评估试品的老化状态。

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1 绪 论

1.1 研究变压器油纸绝缘老化状态介质响应的意义

1.2 变压器油纸绝缘老化的研究现状

1.3 变压器油纸绝缘老化时域介质响应的研究现状

1.4 本文的主要内容

2 时域介质响应的相关理论

2.1 电介质极化的微观机制

2.2 恒定电场作用下电介质的极化

2.3 本章小结

3油纸绝缘试品等效电路模型及仿真研究

3.1油纸绝缘试品等效电路模型的建立

3.2 试品等效电路模型的极化去极化电流仿真研究

3.3 本章小结

4 油纸绝缘试品的极化去极化电流特性研究

4.1 油纸绝缘试品的老化及变温试验

4.2 老化程度对油纸绝缘试品极化去极化电流的影响研究

4.3 温度对油纸绝缘试品极化去极化电流的影响研究

4.4 本章小结

5 油纸绝缘试品老化状态的灰色关联诊断模型

5.1 灰色关联分析的基本思想

5.2 灰色关联诊断模型的建立

5.3 实例诊断

5.4 本章小结

6 结论及展望

致谢

参考文献

附 录