[电缆]基于频域介电损耗全谱的纸油变压器纸绝缘

　　频域介电谱（FDS）和水分含量之间的映射关系使得可以有效地评估油纸的绝缘状态，并通过使用一定量的油灰直接评估绝缘的老化和湿度。频域中，建议在特征频域中使用介电损耗的积分值。为绝缘状态评估的特征参数，不同的老化和湿度水平对频域介电谱和频域介电损耗积分谱的影响及其变化经过实验研究。
　　果表明，与油膜绝缘层中的介电损耗相比，频域介质损耗的积分谱对油纸绝缘层中的老化和水分更敏感，约为10-3至102 Hz。域。着油纸绝缘层的老化和水分的增加，介电损耗积分均呈上升趋势，曲线具有饱和值。电损耗的积分值使得可以定量评估油纸绝缘状态。绝缘体的老化相比，它在102 Hz时在10-3的范围内，对湿度更敏感，并且其频域介电损耗的积分值更大。此，本文提出的全频谱频率介电损耗谱方法为变压器隔离状态的定量评估提供了新的研究思路。为能量传输和分配的中央和中央设备，电力变压器直接影响电网的安全稳定运行[1]。压器是油和纸绝缘系统的组合，在长期不间断运行期间会受到各种限制，例如电，热，湿度和机械振动[2-3] ]，引起绝缘材料的水分和老化，导致油纸微观绝缘。化和损耗的结构和特性会发生变化。此，通过测量油纸绝缘系统的介电响应特性的演变，可以评估油纸绝缘系统的老化条件[4]。为用于油纸绝缘老化诊断的非破坏性电测量方法，环境响应方法具有现场测试和现场测量的优点。据电压源的不同，可以分为在时域中测量介质响应的方法和在介质中测量频率响应的方法。

　　域主要包括恢复电压（RVM）[5-6]和极化的测量。化和去极化电流（PDC）[7]，频域响应方法主要包括频域光谱法（SDS）[8-11]。域介电谱用于通过测量电场下油纸绝缘的介电损耗因子，复电容和复介电常数来评估油纸绝缘的绝缘状态。有频率变化的交流低压[7]。究表明，频域介电特性的不同频率段包含有关绝缘油和纸张的不同信息，通过分析曲线各部分的变化规律，可以看出曲线段之间的关系。纸绝缘系统的状态用于诊断变压器的油纸绝缘。状目前，国内外研究人员已在频域上对电介质光谱学进行了广泛的研究，例如，在文献[8]中，绝缘老化对现场电介质光谱特征量的影响频率。
　　数的虚部增加，介电损耗增加并且在低频带中具有最大值。献[9]研究了水分含量对频域介电谱的影响。果表明，复介电常数的实部和虚部都随着水分含量的增加而增加；至于老化，复介电常数的虚部是在低频段出现峰值损耗。
　　[10]中，复数介电常数的实积分和虚积分被用作评估特征频域中绝缘板水分含量以及介电特性参数之间功能关系的特征参数。定了绝缘板的频域和含水量。[10]但是，以上研究均基于频域介电谱与水分含量之间的映射关系来评估油纸隔离状态，并且没有方法使用频域的介电特性直接评估绝缘的老化和湿度。了在频域中通过介电谱定量评估油纸隔离系统，本文对频域中介电谱的介电损耗值进行积分，以获得介电损耗的积分值（Stanδ）在不同的频率下进行实验研究Stanδ作为频率的函数。的法律建议使用频域中介电损耗的积分谱来评估油纸的绝缘状态。域介电谱法是一种研究特征频域中绝缘电介质的极化和损耗的方法。图1中示出了测量电路。1的等效绝缘电路是等效于扩展德拜模型的电路，每组RC分支代表不同的弛豫过程，从而使得可以有效地模拟介电响应特性。纸绝缘。中Rg是油纸绝缘系统的绝缘电阻，C0是几何电容，Rpn和Cpn是电阻值和不同弛豫时间的电容值。据公式（2）和公式（3），可以计算出不同频率下的特征量，电缆例如复电容和介电损耗[11]。些特征量与频率的函数是介电谱频域。域介电谱通常通过估计水分含量和电导率参数来评估变压器油纸的绝缘状态。过将测得的FDS曲线调整为标准实验室曲线，可以估算油纸绝缘层的水分含量，并将其用作判断绝缘状态的重要依据。于调整曲线与实际应用中的实际曲线不兼容，因此无法通过频域的介电谱准确地分析含水量。此，本文建议使用特征频域段中介电损耗的积分值作为评估绝缘状态的特征参数。文档中定义的积分介电损耗值是指在每个频率点之间的每个频率点中，最大频率（f = 103 Hz）附近的区域以及介电损耗曲线所界定的区域。参考点。得不同频率段中介电损耗的积分值，并在频率变化曲线（称为频域积分介电损耗谱）中调整不同频率点及其对应的积分介电损耗值。
　　域介电谱的频率段[fmin，fmax]被平均分为n个频率点fn（n≥1）。n， ∞的情况下，Stanδn接近真实表面，fmax是测得的频域范围的最大值，函数的值（tanδn）兼顾了介电损耗和频率特性，以便可以更有效地反映结果。缘的当前状态。以看出，积分介电损耗值Stanδn的物理意义是频带中的介电损耗值乘以频率差。一定频率下的介电损耗值相比，积分损耗谱频域电介质可以反映某个频域段。电损耗的累积值可以有效地反映油纸绝缘系统的绝缘状态。用IDAX300介电谱测量仪在频域上对油纸隔离测试样品进行SDS测试，并对测量数据进行参数化以扩展等效电路模型。Debye [12-14]。15]中使用的方法用于识别等效电路参数。过等效介电响应电路参数即方程式（3）来模拟函数φ的表达式。据公式（4）计算积分介电损耗值，并在积分介电损耗随频率变化的函数曲线中调整n个频率和相应的积分介电损耗值，这是频率下介电损耗的积分谱。域。过上述积分方法获得的频域介电损耗的积分谱示于图3。图3中可以看出，频域中介电损耗的积分谱可以反映一定频域中介电损耗的累积值，并且变化规律包括介电损耗累积值的两个特征。及相对于频域的某个频率段中的频率。频谱仅反映特定频率下的介电损耗值，因此全频谱频率的介电损耗频谱包含有关油纸绝缘层的老化状态和曲线的更多信息具有更适合作为诊断特征量的饱和特性。好地反映油纸绝缘系统的老化状况。了获得绝缘子的老化和湿度随频率变化的介电损耗积分谱的变化规律，本文研究了油纸绝缘子的老化和湿度对特征尺寸的影响。试材料选自长城牌25号变压器绝缘油和0.5mm厚的普通绝缘纸。先，将0.5mm厚的绝缘纸制成直径130mm的圆形板，每5组准备3组，然后在干燥箱中干燥。6℃下干燥6小时，然后取出并置于空气中进行抽吸。水分含量为2％时，倒入三套直径为200 mm的容器中，并向三套容器中注入全新的长城25变压器绝缘油，油/纸比为大约20：1，然后将容器密封。得三组测试样品，然后将三组油纸样品放入温度控制精度为0.01°C和温度为0.01°C的恒温老化箱中。130℃进行加速热老化测试，并以固定间隔[16]进行采样。化时间分别设定为35天，49天和63天。加速老化过程中，应定期取样1个样品，并使其冷却至30°C，以便在不同的测试温度下针对不同的年龄进行SDS测试。化样品的制备流程图如图2所示。于实际变压器中的水分含量通常小于5％，因此测试样品也必须小于该值。初设计的绝缘纸的含水量分别为1％，3％和3.7％。先将三套绝缘纸在120°C的干燥箱中放置6小时，然后在空气中吸收水分，以使绝缘纸包含1％（干纸），3％，3，湿度为7％，然后将三套绝缘纸在初始状态下放入相同的新油中，以形成纸和纸绝缘测试样品。30°C的恒定温度下，在相同温度下对样品中的水分进行SDS测试[17]。图5中示出了制备不同含水量样品的流程图。5.为了方便进行真实的实验室测试，已设计了图6中所示的实验测量设备，包括IDAX300频域介电谱测试仪，三电极测量系统，培养箱，开关高压控制，数据线和PC。图6中，H表示电压施加端子，L表示电流测量端子，G表示接地端子。验测试频率为0.1 m至1 kHz，测试温度为30°C，测试电压为140V。

　　过上述测量系统获得FDS测量数据。后根据图5所示的计算过程得到频域中介电损耗的积分谱。本文中，根据老化实验的设计，制备了三组样品，其老化时间分别为35天，49天和63天。三组样品进行SDS测量，并且在不同的老化周期下获得的样品的频域中的介电谱示于图5中。8.从图8可以看出，电缆在10-2至103 Hz的范围内，tanδ随着老化时间的增加而增加，这表明介质的极化损失和电导率损失显着增加。着绝缘子的老化和频域中的介电谱曲线的变化，这种变化变得显着。变化反映了绝缘性能的降低：该曲线表明转折点约为10 Hz，但此特性并不明显，仍然需要通过曲线拟合来估算水分含量，以估算绝缘状态（在10-4至10-2 Hz的范围内）。频域中，介电谱的值相对接近，并且对周围的环境因素（例如温度和电磁干扰）敏感，并且不利于使用特征值诊断绝缘状态。了获得更好的诊断规则，本文献根据图7所示的计算方法对介电损耗曲线进行积分，以便获得频域中的介电损耗的全谱，如图9所示。图9中可以看出，介电损耗的积分值首先增加，然后趋于稳定。际上，积分值是介电损耗乘以频率差。高频带中，介电偏压不足，介电损耗的值小，频率差也小，介电损耗的积分值小；较小，使得电源具有使绝缘介质极化所需的时间，介电损耗值较大，并且频带差也增大，从而介电损耗的积分值逐渐增大。频率增加到100 Hz时，两者的乘积基本上保持恒定，即在102 Hz时在10-3的范围内，Stanδ趋于饱和。值可以更好地用于区分绝缘状态的变化：在相同频率下，介电损耗的积分值Stanδ随着老化程度的增加而增加。过比较tanδ和Stanδ的频域频谱，可以知道特性量更易于评估油纸绝缘系统的老化状态。缘板在老化过程中会产生水分。分子不仅容易分解成导电离子，而且还分解成强力的极性分子，这对油纸绝缘的极化和损耗特性有很大的影响[18-19]。了研究水对频域特征量的影响，选取了三组湿度不同的绝缘样品：三组绝缘纸的含水量分别为1％ ，3％和3.7％，然后是三个绝缘系列。同一绝缘油的FDS测试中，图10显示了在不同水分含量下样品频域的介电谱。图10可以看出，绝缘油的介电损耗值在相同的频率下，纸张随着水分含量的增加而增加。1至103Hz的范围内，介电损耗频域的频谱变化不明显，并且难以获得不同的水分含量。去了频域频谱变化之间的关系，因此无法准确评估油纸绝缘系统的水分含量。

　　本文中，通过对介电损耗曲线进行积分，获得了频域中介电损耗的积分谱，如图5所示。图11中可以看出，介电损耗的积分值的变化规律具有与老化相似的特性，并且在频率降低时先增大然后稳定。10-4至102Hz的范围内，Stanδ趋于饱和值，并且随着水分含量的增加，相同频率下的介电损耗的积分值增大。分含量越高，油纸绝缘层的导电性就越高，导电性的损失就越大。率越高，极化损耗越大，从而导致介电损耗的积分值增加。据以上分析，可以看出，相对于频域和频域中的介电谱，在10-4至102 Hz范围内的频域介电损耗的积分值趋于饱和。频域介电损耗谱可以更直观地反映油纸绝缘系统中的绝缘纸。分含量的变化因此使得可以有效地评估变压器的油纸绝缘状态。域中介电损耗的积分值包括给定频率范围内介电损耗的累积值。于频域中的介电谱，它包含有关油纸绝缘子老化状态的更多信息，该曲线具有饱和特性，并且饱和值更合适。为诊断功能，它可以更好地反映油纸绝缘系统的老化状况。102 Hz的10-3范围内，频域中的介电损耗Stanδ随油纸绝缘材料的老化程度和绝缘材料的水分增加而增加，介电损耗积分呈上升趋势，Stanδ趋于饱和值。Stanδ可以用作评估绝缘纸水分含量的新参数。化和湿度对频域介电损耗积分谱的影响特性明显不同与绝缘子的老化相比，频域Stanδ介电损耗的积分值更敏感绝缘纸的相对湿度在10-3至102 Hz范围内，畴介电损耗的积分值更大。
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