介电材料绝缘老化电容式测量方法研究

摘要

介电材料电传导能力很低，同时具备较好的电介质强度性质，是广泛应用于电线、电缆、电动机等的绝缘材料。电缆的绝缘层在温度、化学腐蚀、机械应力等因素的长期作用下，容易发生绝缘老化。电缆的绝缘材料老化会导致短路和电晕放电故障，造成重大的经济损失。及时、准确检测绝缘老化能够使电力设备的安全运行得到有效保障。本文主要研究绝缘老化的电容式测量方法。
　　首先，基于Ansys Maxwell软件建立了柔性基底平面电容传感器有限元模型，详细分析了模型绘制、求解设置和后处理过程。
　　然后研究了有限元模型中电缆样本的中心导体对电场分布的影响及输出电容的组成，并介绍了平面电容传感器的结构参数和性能指标。
　　接着仿真分析了柔性基底平面电容传感器的结构参数和性能指标之间的关系，提出传感器结构参数优化设计方法，并讨论了传感器基底和覆盖弧度等影响因素。使用柔性平面电容传感器进行绝缘材料的水树老化仿真实验，仿真实验结果表明柔性平面电容传感器可以有效检测出电缆绝缘材料不同程度的水树老化。研制了柔性平面电容传感器进行比照实验，实验结果表明，仿真值和实验值具有一致性，验证了平面电容传感器测量电缆绝缘材料的可行性。
　　最后研究了含导体多层样本的介电常数和输出电容之间的关系，采用多元非线性回归算法和GABP网络算法建立该模型。对两种算法的参数估计效果进行对比，结果表明GABP网络参数估计算法在求解多层含导体样本的逆问题上有较好的预测精度。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 课题来源和主要研究内容

第二章 柔性平面电容传感器的有限元模型

2．1 有限元仿真软件介绍

2．2 传感器有限元模型

2．3 小结

第三章 柔性平面电容传感器有限元模型分析

3．1 传感器输出电容分析

3．1．2 电容组成

3．1．3 待测物中心导体影响分析

3．2 传感器的结构参数和性能指标

3．3 小结

第四章 柔性平面电容传感器优化设计

4．1 传感器结构参数设计

4．1．1 三维模型仿真分析

4．1．2 优化设计

4．2 基底影响及选择

4．3 传感器覆盖弧度研究

4．4 绝缘材料的水树老化仿真实验

4．5 比照实验

4．6 小结

第五章 含导体多层样本逆问题研究

5．1 含导体多层样本仿真分析

5．2 含导体多层样本参数估计算法研究

5．2．1 参数估计算法数学模型

5．2．2 多元非线性回归参数估计算法

5．2．3 遗传算法优化的BP神经网络参数估计算法

5．3 小结

第六章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况