基于时域介电响应的变压器油纸绝缘老化诊断分析

摘要

近年来，电力变压器作为电网中的组成部分，其对电能的传输与分配起着至关重要的作用。绝缘劣化是变压器运行生涯的主要“杀手”，所以及时检测评估变压器的绝缘状况对变压器正常运行具有重要意义。目前，在油纸绝缘系统绝缘状况的研究分析方法中，最受广大学者欢迎也是最新的方法是基于介电理论的分析方法。本课题以油浸式变压器的油纸绝缘系统作为研究分析对象，以介电理论为基础，通过建立等效德拜模型，采用回复电压法仿真分析等效德拜模型参数及特征量与油纸绝缘老化状况的内在联系，为油纸绝缘系统老化的研究提供新的思路和方法。本文的主要思路和内容如下所示：
　　从时域介电理论出发，详细介绍了电介质的概念以及电介质响应的理论和极化类型，并对介电质的数学理论进行推导。建立油纸绝缘系统的等效德拜模型。并介绍了回复电压测量法的原理以及试验步骤，结合德拜模型推导了含多条极化支路时的回复电压计算公式。
　　针对等效德拜模型的参数辨识问题，采用粒子群PSO算法对模型参数进行辨识。结合时域介电理论和德拜模型的具体问题，列出了使用粒子群算法辨识德拜模型参数的过程步骤。以变压器T1和T2为例，对6条极化支路的德拜模型进行参数辨识工作，并将计算得到的极化谱曲线与试验曲线进行比较，验证了此方法的可行性。
　　建立仿真分析了充电电压设定值和充、放电时间之比对回复电压曲线的影响，定量分析了它们与曲线最大值的关系。比较了不同极化支路德拜模型的仿真极化谱和试验极化谱，然后改变德拜模型参数研究了参数变化与极化谱的关系从而得到其与油纸绝缘系统绝缘状态的关系。仿真结果表明充电电压和充放电时间之比与回复电压曲线最大值分别为线性和指数关系；提出使用6条极化支路的等效德拜模型来分析一定运行年限的变压器油纸绝缘系统绝缘状况；随着油纸绝缘系统绝缘状态的下降，几何电阻增大，几何电容不变，极化电阻和电容分别减小和增大，几何电阻的变化倍数与回复电压最大值为二次函数关系；结合极化谱曲线与绝缘系统各部分材料老化的对应关系和传统诊断法提出了考虑极化谱前、中和后段曲线的改进型油纸绝缘系统诊断法。