基于介电频谱法的油纸绝缘微水含量研究

论文摘要

随着我国国民经济的快速稳定发展,中国电力工业在过去的几十年里发展迅速,投运的电力变压器日益增多。电力变压器的安全运行是避免电网重大事故的第一道防御系统,如果一台大型电力变压器在系统中运行时出现故障,可能引发大面积停电,其检修期一般要半年以上,给国民经济造成巨大的损失,给人民带来巨大不便。目前应用最广泛的电力变压器是油浸变压器。其油纸绝缘性能的优劣直接影响电气性能和运行寿命。在所有油纸绝缘性能影响因素中,水分是其中一个重要因素。油中微量水分会降低绝缘系统的击穿电压和增加绝缘系统的介质损耗,当油中水分含量超过一定阈值时,设备的绝缘性能将大大降低。油纸绝缘系统吸潮会使绝缘材料降解老化、介质损耗增加、绝缘电阻降低,局部放电起始电压也随之下降,最终导致变压器的运行寿命受到严重影响。因此,整个油纸绝缘系统含水量的评估工作对变压器安全、稳定运行具有重要的意义。变压器油中的水分含量可以通过例行油样采集和试验室分析来检测,所采用的方法一般为库仑滴定法。但变压器一旦投入运行,因无法获取其绝缘纸的试样,要估计纸中的水分含量是比较困难的。传统的方法是先测定油中微水含量,然后通过微水含量分布曲线间接获得油纸绝缘系统的微水含量值。因此如果能直接对分析绝缘纸／油所构成的整个油纸绝缘体系的微水含量进行分析研究就显得尤为重要。本文采用以电介质响应为理论基础的介电频谱法(Frequency Domain Spectroscopy)对油纸绝缘的微水含量进行研究。借助实验室的仪器和设备,搭建油纸绝缘介质响应测试的实验平台。运用Ansoftl2 Maxwell2D电磁仿真软件对整个油纸绝缘系统模型的进行仿真,考察介电测量系统平板电容传感器之间的电磁场分布,以及油纸绝缘中的电流密度以及介质损耗分布情况。通过加速热老化试验模拟变压器油纸绝缘的老化,在变压器实际运行过程中不同温度下对油纸绝缘系统模型进行介电测试,研究其介电频谱在不同温度、不同老化程度和不同微水含量条件下的变化规律；通过对油纸绝缘介电特性的分析,找出温度、施加电压频率、复介电常数与其微水含量信息之间的联系,从而对正确诊断变压器绝缘状况,评估变压器剩余寿命和提高供电可靠性提供重要依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 油纸绝缘微水含量研究意义
• 1.2 油纸绝缘特性
• 1.2.1 绝缘纸/油组合绝缘
• 1.2.2 油纸绝缘中的微水
• 1.3 研究现状
• 1.4 本文的研究内容
• 第2章 介电频谱法理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 介电理论概述
• 2.2.1 电介质极化
• 2.2.2 复介电常数
• 2.3 介电频谱
• 2.3.1 Cole-Cole图
• 2.3.2 Kramers-Kronig关系
• 2.4 小结
• 第3章 试验方案设计及分析
• 3.1 引言
• 3.2 介电测量系统
• 3.2.1 平板电容传感器
• 3.2.2 低频范围测量方案
• 3.2.3 高频范围测量方案
• 3.3 试验测试
• 3.3.1 试样制备
• 3.3.2 测试步骤
• 3.3.3 重复性试验
• 3.4 小结
• 第4章 介电频谱测试影响因素研究
• 4.1 老化影响
• 4.2 油隙影响
• 4.2.1 软件仿真分析
• 4.2.2 模型计算及测试结果分析
• 4.3 温度影响
• 4.4 小结
• 第5章 微水含量研究
• 5.1 微水对介电频谱影响
• 5.2 函数关系推导
• 5.2.1 频率关系拟合
• 5.2.2 温度关系拟合
• 5.3 试验验证
• 5.4 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
• 参与的科研项目