基于回复电压初始斜率特征量诊断变压器油纸绝缘状态的研究

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变压器作为电力系统中重要的电力设备,获取其绝缘状态对保证其安全运行具有重要意义,而传统的化学诊断方法存在各种不足,基于介电响应理论的回复电压法具有快速、准确、无损测量等优点而被广泛应用于介质的状态诊断。目前许多学者已广泛研究了回复电压特征量中电压峰值、主时间常数等特征量变化规律,但对区分油纸绝缘介质受潮和老化状态的研究较少,而且目前也没有很好的特征量能准确有效的对介质受潮和老化状态进行区分。变压器油纸绝缘介质在电场作用下长时间运行后会出现老化现象,由此导致介质内部分子健断裂及结构破坏,在电场作用下呈现出夹层极化和界面极化等,极化时间约为0.1s到数小时,因而为缓慢极化;而绝缘介质暴露在空气中后会发生受潮现象,主要是水分进入绝缘介质内部,在电场作用下水分子自身形成偶极矩而呈现出偶极子转向极化,极化时间约为10-6s到10-2s,因而为快速极化。由于缓慢极化和快速极化的极化时间存在较大的差别,因此研究不同极化时间下的回复电压特性可以分别研究缓慢极化和快速极化,进而研究介质的老化和受潮状态。由此本文提出并定义充电时间1000s,放电时间1s时的回复电压初始斜率与峰值电压的比值为Sr1,反映绝缘介质的快速极化状态,即受潮状态;定义了充放电时间比2:1时峰值电压的初始斜率与电压峰值比为Sr2,反映绝缘介质的缓慢极化状态,即老化状态。  本文在提出回复电压初始斜率与峰值电压比的基础上,通过试验测量进行分析。首先制备出试验样品,然后搭建变压器油纸绝缘介质的物理模型,并通过近似线性化的方法得到回复电压初始斜率dU/dt特征量。基于VB编程,开发了一个自动测量系统,实现对6517B静电仪测量回复电压的自动控制。通过与RVM5461回复电压测试仪测量的数据进行比较,验证了本文所采用的系统测量测得回复电压初始斜率与峰值电压比特征量的准确性。分析试验结果发现,老化及受潮样本的主时间常数不可以用来区分绝缘介质的受潮和老化状态。根据本文所提出的初始斜率峰值比指标,通过实验测量数据分析可知,当油纸绝缘介质的老化程度相同时,随着介质中水分含量的增加,特征量Sr1逐渐增大,介质绝缘的电导率增加。当油纸绝缘介质的水分含量相同时,随着绝缘介质老化程度的增加,Sr2也逐渐增加,介质绝缘的电导率增加,由此说明初始斜率峰值比特征量Sr1和Sr2可以反映绝缘介质的受潮和老化状态。最后对实际变压器进行分析,特征量Sr1和Sr2可以分别诊断油纸绝缘介质的受潮和老化状态。由此本文所提出的指标可以用于诊断实际变压器的受潮和老化状态。
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