变压器绝缘纸板干燥过程微水分检测机理与试验研究

论文摘要

《变压器绝缘纸板干燥过程微水分检测机理与试验研究》是中国输变电行业技术攻关课题(编号Y98010211),是国际同行业难题之一。变压器绝缘纸板的含水量对变压器的使用性能、可靠性、使用寿命影响很大。如果绝缘纸板的水分含量过高,会使其绝缘强度下降并降低其耐热性能。因此,在变压器的制造及使用过程中,检测绝缘纸板中的微量水分变化使其保持在合理的范围内就显得特别重要。 介电测量方法适用于绝缘纸板微水分检测,但该技术尚不成熟。本论文从绝缘纸板的介电极化及介电损耗出发,就介电测量技术应用于绝缘纸板测量中涉及的多方面基础理论及影响因素进行了研究。 论文详细介绍了介电测量技术的原理及影响因素,并用集总电路模型求解被测绝缘纸板的复介电常数。由于绝缘纸板微水分含量的变化必然引起材料介电性能的变化,对介电性能进行检测即可有效检测微水分含量的变化。介电法利用绝缘纸板这种电介质中所含水分对介电常数和损耗率的影响,间接测量其水分含量。 绝缘纸板微水分在线测量系统开发需要解决电容式传感器及调理电路、检测软件三部分工作,论文介绍了边缘场传感器的设计要求、技术指标以及相关调理电路。并根据试验要求开发了数据处理软件计算测量信号的相位角和幅值增益,以进一步计算绝缘纸板相应的介电常数和水分含量。 论文对于采用单一频率测量绝缘纸板微水分的方法进行了研究。同时分析了频率及温度对电容传感器检测信号的影响因素。通过对绝缘纸板的介电极化和介电损耗的研究,提出了频率和温度对电信号影响的理论模型。根据试验数据和介电谱曲线,建立了无油绝缘纸板内的水分质量分数与复介电常数关系的数学模型。 同时,对干燥动力学规律的分析研究为介电测量方法在微水分测量领域的应用提供了理论依据。分别建立了适用于绝缘纸板和绝缘层压板干燥过程的一维及二维扩散方程数学模型,并给出解析解。通过称重法研究水分的扩散过程变化规律,数据分析证明绝缘纸板微水分扩散过程遵循指数衰减规律,同时表明除湿速率表现为一种振荡衰减的变化过程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 注释说明清单
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 绝缘纸板及其特点
• 1.2.1 电力变压器绝缘的分类
• 1.2.2 绝缘纸板的产生
• 1.2.3 水分在纸中的存在状态
• 1.2.4 油纸绝缘中的水分及其影响
• 1.3 变压器绝缘材料的干燥
• 1.3.1 纸绝缘的干燥过程
• 1.3.2 变压器绝缘的干燥速率
• 1.3.3 变压器的绝缘干燥处理工艺简介
• 1.4 测量水分质量分数的各种方法概述
• 1.5 变压器绝缘的介电测量方法简介
• 1.6 国内外研究现状
• 1.6.1 国外相关研究现状
• 1.6.2 国内相关研究现状
• 1.7 论文的主要研究工作
• 2 绝缘材料的介电性能
• 2.1 引言
• 2.2 复介电常数
• 2.3 电介质的极化
• 2.4 介质损耗
• 2.5 线性材料对脉冲交变电场的响应
• 2.6 Kramers-Kr（o|¨）ning关系式
• 2.7 德拜弛豫方程
• 2.8 影响复介电常数的因素
• 2.9 含水分绝缘纸板的介电损耗机理
• 2.10 小结
• 3 电容传感器介电测量技术
• 3.1 简介
• 3.2 介电测量技术中的正问题和逆问题
• 3.3 从平板电容传感器扩展到边缘场电容传感器
• 3.4 边缘场电容传感器的近似计算
• 3.4.1 近似解析算法
• 3.4.2 有限元方法
• 3.5 传感器集总电路模型
• 3.6 绝缘纸板介电特性曲线与水分和温度的关系
• 3.6.1 无油绝缘纸板的介电特性测量方法
• 3.6.2 复介电常数测量的关系曲线
• 3.7 小结
• 4 绝缘纸板微水分介电测量系统与传感器设计
• 4.1 介电测量系统概述
• 4.2 电容式测量传感器
• 4.3 正弦驱动信号发生器
• 4.4 调理电路及信号处理
• 4.4.1 测量信号缓冲单元
• 4.4.2 测量信号的增益及相位角软件算法
• 4.4.3 温度转换单元
• 4.4.4 A／D转换及采样单元
• 4.4.5 测量系统软件部分
• 4.5 绝缘纸板微水分测量传感器设计
• 4.5.1 测量传感器的技术指标
• 4.5.2 传感器设计制作中的主要注意事项
• 4.5.3 几种开发的微水分测量传感器介绍
• 4.6 测量误差分析
• 4.6.1 寄生电容的影响
• 4.6.2 绝缘纸板的温度控制及温度测量的准确度
• 4.6.3 绝缘纸板含水质量分数的测量准确度
• 4.6.4 传感器电极与纸板之间的间隙及表面接触质量
• 4.6.5 几何参数
• 4.6.6 数据采集卡
• 4.7 小结
• 5 干燥过程中绝缘纸板微水分的介电测量
• 5.1 水分对绝缘纸板介电性能的影响
• 5.2 单一频率介电测量的提出
• 5.3 测量中使用的驱动频率
• 5.4 温度对测试信号的影响
• 5.5 传感器测试信号与绝缘材料水分含量之间的关系
• 5.5.1 测试信号与绝缘纸板水分含量之间的关系
• 5.5.2 测试信号与绝缘层压板水分含量之间的关系
• 5.6 小结
• 6 绝缘纸板水分扩散模型及实例分析
• 6.1 引言
• 6.2 绝缘纸板的水分分布规律
• 6.2.1 绝缘纸板的两种水分扩散
• 6.2.2 绝缘纸板的几何尺寸的影响
• 6.2.3 温度和水分对扩散系数的影响
• 6.3 干燥过程一维扩散数学模型的建立及求解
• 6.3.1 一维扩散方程的建立
• 6.3.2 一维扩散数学模型的求解
• 6.4 干燥过程二维扩散数学模型的建立及求解
• 6.4.1 二维扩散方程的建立
• 6.4.2 二维扩散数学模型的解
• 6.5 纸板干燥过程水分含量变化规律
• 6.5.1 无油绝缘纸板干燥过程水分含量变化规律
• 6.5.2 绝缘层压板干燥过程水分含量变化规律
• 6.6 干燥过程水分扩散速度的变化规律
• 6.6.1 绝缘纸板的内部结构与水分的存在形式
• 6.6.2 除湿速度的变化规律
• 6.7 水分测量实例及分析
• 6.7.1 绝缘纸扳水分含量测量
• 6.7.2 绝缘层压扳水分含量测量
• 6.8 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 创新点摘要
• 致谢
• 附录A 自主开发的电容式微水分测量传感器
• 附录B 数据采集卡
• 附录C 其他
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书