变压器油纸复合绝缘电介质频率响应研究

摘要

电气化铁路的发展，对数量日益增多的牵引供电设备实施状态检修成为必然趋势，这就要求对其绝缘状态进行准确评估;同时，高速及重载铁路的发展，对牵引供电设备可靠性要求进一步提高。牵引变压器作为牵引供电系统的关键设备，其运行状况直接影响牵引供电系统的安全稳定。如何实现变压器绝缘状态的准确评估以及开发更能适应牵引负荷特性的油纸绝缘体系，具有重要的理论意义及工程价值。
　　 基于牵引负荷的冲击特性，建立了牵引变压器油纸绝缘电介质频率响应试验系统。对比测试了不同温度、不同微水含量时油纸绝缘10-4-106Hz范围电介质频率响应，建立了双弛豫响应模型，可以反映油纸复合绝缘介电弛豫现象，弛豫参数能体现油纸绝缘状态。建立油纸复合绝缘复介电常数与微水含量、温度、频率的关系，实现了油纸绝缘微水含量评估的电介质响应方法。
　　 建立了绝缘纸-微水体系、绝缘纸-油-微水体系微观模型，利用分子动力学计算了该两种体系在不同温度下微水的运动轨迹及其扩散系数，分析了自由体积、水分子运动轨迹与微水扩散的关系。建立电导率及介电常数任意变化的油纸绝缘介电模型，基于稳态电介质响应计算了油纸绝缘微水扩散暂态过程电介质响应，通过实验验证了数值计算结果。根据油纸绝缘微水扩散暂态过程的介电模型及其频率响应特征，提出牵引负荷工况下油纸绝缘微水不平衡分布时电介质响应评估方法。
　　 利用溶剂热法制备了变压器油基纳米溶液。对比测试了普通油纸绝缘、添加金属氧化物(TiO2)纳米改性油纸绝缘、添加非金属氧化物(SiO2)纳米改性油纸绝缘不同微水含量、不同温度的电介质频率响应，建立三弛豫响应模型，解析油纸绝缘添加金属氧化物纳米粒子及非金属氧化物纳米粒子的弛豫机制。通过对比测试三种油纸绝缘的工频破坏特性、冲击破坏特性、局部放电特性，验证了电介质频率响应分析结果。
　　 研制了电介质频率响应法的现场测试系统，对广东地区110kV及220kV油浸式变压器高压-低压套管之间的油纸绝缘系统进行电介质响应测试，建立弛豫模型解析变压器油纸绝缘体系，测试结果能反映变压器绝缘状态，为电介质频率响应的现场应用奠定了基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究意义及背景

1．1．1 电气化铁路的发展

1．1．2 牵引变压器在牵引供电系统中的重要作用

1．1．3 牵引负荷特性

1．1．4 牵引变压器绝缘系统面临的挑战

1．2 变压器油纸复合绝缘电介质响应研究

1．2．1 油纸绝缘微水含量的电介质响应评估

1．2．2 油纸绝缘微水扩散暂态过程的电介质响应

1．2．3 纳米改性油纸绝缘电介质响应

1．2．4 电介质频率响应法的变压器绝缘状态整体评估

1．3 论文的主要研究内容

第2章 油纸绝缘微水含量的电介质响应评估

2．1 电介质响应基本原理

2．1．1 时域响应

2．1．2 频域响应

2．1．3 电介质频率响应测试系统

2．2 油纸绝缘电介质响应影响因素

2．2．1 油隙影响

2．2．2 温度影响

2．2．3 微水含量影响

2．3 油纸绝缘微水含量的电介质响应评估

2．3．1 不同微水含量油纸复合绝缘电介质频率响应

2．3．2 不同温度油纸复合绝缘电介质频率响应

2．4 本章小结

第3章 油纸绝缘微水扩散暂态过程的电介质响应

3．1 油纸绝缘微水扩散的微观机理

3．1．1 基于分子动力学的扩散系数研究

3．1．2 微水扩散系数模拟

3．1．3 扩散机理微观研究

3．2 油纸绝缘微水扩散暂态过程的电介质响应

3．2．1 稳态响应

3．2．2 微水扩散暂态介电模型

3．2．3 微水扩散暂态过程的电介质频率响应

3．3 本章小结

第4章 纳米改性油纸绝缘电介质响应

4．1 金属氧化物TiO2纳米改性油纸绝缘电介质频率响应

4．1．1 试验准备

4．1．2 不同温度TiO2改性油纸绝缘电介质频率响应

4．1．3 不同微水含量TiO2改性油纸绝缘电介质频率响应

4．2 非金属氧化物SiO2纳米改性油纸绝缘电介质频率响应

4．2．1 不同温度SiO2改性油纸绝缘电介质频率响应

4．2．2 不同微水含量时SiO2改性油纸绝缘电介质频率响应

4．3 普通油纸绝缘与TiO2、SiO2纳米改性油纸绝缘电介质响应对比

4．4 纳米改性油纸绝缘的破坏特性研究

4．4．1 变压器油工频击穿特性

4．4．2 变压器油冲击击穿特性

4．4．3 油纸绝缘的局部放电测试

4．5 本章小结

第5章 电介质频率响应法的变压器绝缘状态评估

5．1 电介质频率响应现场测试系统的研制

5．2 变压器频率响应测试

5．2．1 现场测试影响因素

5．2．2 现场测试分析

5．3 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及科研成果