矿用隔爆型干式变压器Nomex绝缘老化特性及诊断方法的研究

摘要

本文是国家“十一五”科技支撑计划项目“煤矿通风及供电系统安全状态监测及故障诊断预警系统的研究”（项目编号：2007BAK29B05）中子课题的延续，是针对目前矿用隔爆型干式变压器绝缘劣化机理不明确、老化影响因素不明朗、老化特性缺乏有效研究及老化状态相关的诊断手段不完善等问题而提出的。
　　随着大采高综采工作面采煤技术的不断发展，工作面采煤机和刮板输送机总装机功率急速增大，矿用干式变压器单机容量已经超过了5000kVA。矿用干式变压器作为煤矿井下供电系统的核心，其整体性能和运行状态的好坏直接影响到煤矿井下供电的可靠性、安全性及连续性。然而，由于井下环境极度恶劣，采区工作现场存在诸多复杂和不确定的因素，这些因素加速了干式变压器的老化，增大了故障隐患。由于干式变压器绝缘老化机理异常复杂，老化的理化过程尚不完全清楚，为了实现对矿用干式变压器整体绝缘早期故障的有效识别，完善干式变压器的故障预警系统，必须充分了解其内部绝缘的降解模式及相关的老化特性。为此，通过实验室加速绝缘老化实验，研究老化过程中，绝缘各项性能参数遵循老化时间的变化规律，建立绝缘状态综合诊断系统，便于及时发现干式变压器绝缘中存在的安全隐患，促进煤矿供电系统的计划性检修体制向状态检修过渡，从而为保证煤矿供电安全可靠，避免重大事故发生有着重要的现实意义和学术价值。
　　本文结合煤矿井下的特殊环境，通过对矿用隔爆型干式变压器 Nomex绝缘纸的老化影响因素及降解过程进行深入分析，探究了温度和水分对Nomex绝缘纸老化特性的影响机制，设计了Nomex绝缘纸的双因子加速老化实验，研究了老化前后其绝缘特性的变化规律，旨在提出一种高可靠、高精度的矿用干式变压器绝缘状态诊断方法。本文的主要研究内容如下：
　　根据Nomex绝缘纸的降解机理，设计了不同温度和水分因子作用下的加速老化实验模型，分析了不同老化条件下绝缘纸的微观特征和机械特性随老化时间的变化规律。
　　结合介电响应原理，研究了Nomex绝缘纸介电响应特性的物理过程，通过三电极测试系统测量了不同状态下的 Nomex绝缘纸试样的频域介电谱，得到老化程度、测量温度、水分含量均会对绝缘纸的频域介电特性造成影响，但是影响频段不相同。引入Havriliak-Negami模型，结合介电谱的实际测量结果，建立了带直流电导率的双弛豫响应模型，并对模型参数进行了拟合，从而定量地分析了不同老化程度、水分含量及测试温度对Nomex绝缘纸频域介电谱造成的影响，结果表明该模型能较好的描述试样在测量频段范围内的介电特性，初步实现了对Nomex纸的绝缘状况进行评估。
　　搭建了局部放电测试平台，通过模拟干式变压器匝绝缘电极模型，测量了不同老化状态下Nomex绝缘纸缺陷的局部放电信号，针对局部放电包含的白噪声，提出了一种基于EEMD和高阶统计量的局部放电白噪声抑制方法，对若干个工频周期内的局部放电信号进行统计分析，得到局部放电相位分布模式下的各种二维谱图，对于二维谱图的特征差异，引入局部放电统计特征参数对Nomex绝缘老化状态进行分析。结果表明，局部放电统计特征参量能较好的反映绝缘的老化程度。
　　提出了采用支持向量机诊断矿用干式变压器Nomex绝缘纸老化状态的方法。建立了C-SVC多分类模型，针对模型中的未知参数，采用了 K-CV方法进行参数寻优，采用局部放电统计算子作为模型的输入特征，进行Nomex绝缘纸的老化诊断，结果显示，该诊断方法的识别率较高，能对试样的老化状态做出合理判断。

目录

声明

第一章 绪论

1.1课题研究的背景和意义

1.2变压器绝缘老化机理及寿命模型

1.3国内外绝缘老化状态诊断方法研究现状

1.4本文研究目标及研究内容

第二章 矿用隔爆型干式变压器绝缘老化分析

2.1矿用隔爆型干式变压器结构及绝缘系统

2.2矿用隔爆型干式变压器故障类型及绝缘老化分析

2.3本章小结

第三章 温度和水分两因子作用下的Nomex绝缘纸老化实验设计

3.1老化实验设计

3.2 Nomex纸老化性能参数的测量

3.3本章小结

第四章 Nomex绝缘纸老化频域介电特性研究及特征量提取

4.1电介质介电响应

4.2 Nomex纸频域介电特性测试

4.3 Nomex绝缘频域介电特性测试结果及分析

4.4 Nomex绝缘纸的频域介电特征提取

4.5本章小结

第五章 Nomex绝缘纸老化局部放电研究及特征提取

5.1局部放电信号采集

5.2局部放电信号的去噪

5.3局部放电的特征量提取

5.4本章小结

第六章 基于SVM的Nomex绝缘纸老化状态诊断

6.1 SVM诊断识别方法

6.2 Nomex绝缘老化状态诊断的实施

6.3本章小结

第七章 研究结论及展望

7.1研究结论

7.2工作展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间的研究成果