變壓器油紙絕緣熱老化的時頻域介電和空間電荷特性研究.pdf

1、變壓器的嚴(yán)重事故不但會導(dǎo)致自身的損壞，還會中斷電力供應(yīng)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。由內(nèi)絕緣老化而引發(fā)的變壓器故障占變壓器事故的重要部分。以介電響應(yīng)為基礎(chǔ)的極化/去極化電流法和頻域介電譜法不僅是無損的電氣診斷技術(shù)，而且是變壓器絕緣狀態(tài)診斷中本領(lǐng)域國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點之一。研究一種對變壓器絕緣老化進(jìn)行無損診斷的介電響應(yīng)測量新方法或新特征量是尚需解決的難題之一。變壓器油紙絕緣的介電性能和空間電荷特性的聯(lián)系、油紙絕緣介質(zhì)在老化過程中絕緣油性能對空間電

2、荷形成及遷移的影響、以及作為油紙絕緣老化產(chǎn)物且直接影響油紙絕緣介電性能的水分對多層油紙絕緣介質(zhì)空間電荷的影響，均是需要研究解決的問題。另外，由于絕緣材料在交流下空間電荷測試的復(fù)雜性和硬件設(shè)備性能的限制，絕緣材料交流空間電荷特性的研究未得到廣泛開展，油紙絕緣介質(zhì)的交流空間電荷特性也是需要研究的課題。因此，本文變壓器油紙絕緣熱老化的時頻介電和空間電荷特性的研究具有重要的理論價值和工程實際意義。
　　 本文首先采用極化/去極化電流和頻

3、域介電譜測試技術(shù)研究不同老化狀態(tài)變壓器油紙絕緣試品的極化/去極化電流特性和頻域介電譜特性，分別研究提取對油紙絕緣試品老化狀態(tài)反應(yīng)敏感的時域和頻域介電特征量，建立時域和頻域介電特征量與絕緣老化狀態(tài)的量化關(guān)系，并研究溫度對變壓器油紙絕緣試品極化/去極化電流特性和頻域介電特性的影響；然后采用電聲脈沖法研究不同熱老化程度絕緣油浸漬油紙絕緣試品和不同水分含量油浸絕緣紙在直流下的空間電荷特性，分別分析絕緣油熱老化和水分對油紙絕緣介質(zhì)電荷積聚行為的影

4、響；最后采用改進(jìn)的電聲脈沖法測試系統(tǒng)研究不同熱老化狀態(tài)油紙絕緣介質(zhì)在正弦交流下的空間電荷特性，分析油紙絕緣介質(zhì)在正弦交流加壓、瞬時去壓和去壓過程中空間電荷的動態(tài)行為。論文取得的主要創(chuàng)新性成果有：
　　 (1)首次提出采用“穩(wěn)定去極化電量”評估油紙絕緣老化狀態(tài)的方法。通過不同老化狀態(tài)變壓器油紙絕緣試品的Debye電路參數(shù)計算得到的去極化電量對絕緣老化狀態(tài)反應(yīng)極為敏感，不同老化狀態(tài)變壓器油紙絕緣試品的“穩(wěn)定去極化電量”隨絕緣紙聚合度

5、降低呈指數(shù)規(guī)律增大，利用“穩(wěn)定去極化電量”可評估油紙絕緣老化狀態(tài)。
　　 (2)首次提出采用在低頻段特征頻率處的介電特征量評估油紙絕緣老化狀態(tài)的方法。變壓器油紙絕緣試品在低頻段的頻域介電特征量對其絕緣老化狀態(tài)反應(yīng)敏感，不同老化程度油紙絕緣試品在特征頻率處(10-3Hz，10-2Hz和10-1Hz)的εr和tanδ值與絕緣紙聚合度滿足指數(shù)函數(shù)關(guān)系，利用低頻介電特征量可評估油紙絕緣老化狀態(tài)。
　　 (3)油紙絕緣試品在低頻段

6、特征頻率處(10-3 Hz，10-2 Hz和10-1 Hz)的εr和tanδ值隨溫度的升高呈指數(shù)規(guī)律增大，提出利用“頻溫平移”法可將不同測試溫度下的頻域介電特征量歸算到參考溫度，解決了溫度對頻域介電特征量的影響。研究得到“頻溫平移因子”隨溫度的升高呈指數(shù)規(guī)律增大。
　　 (4)采用電聲脈沖法分別研究了絕緣油熱老化和：水分對多層油紙絕緣介質(zhì)直流空間電荷特性的影響。與油紙絕緣整體熱老化的空間電荷特性相比，發(fā)現(xiàn)絕緣油性能和水分對多層油

7、紙絕緣介質(zhì)直流空間電荷的影響顯著。絕緣油熱老化越嚴(yán)重，相應(yīng)絕緣油浸漬油紙絕緣試品內(nèi)部越容易注入和積聚電荷；油浸絕緣紙試品內(nèi)部的空間電荷總量、表面陷阱能級密度和電場畸變率均隨絕緣油老化程度的加重而增大。油紙絕緣試品的水分含量越高，越利于電荷的注入和遷移，而且油紙絕緣試品內(nèi)部慢速運動電荷的量也越少。
　　 (5)采用改進(jìn)的電聲脈沖測試系統(tǒng)研究了油紙絕緣熱老化對其工頻電壓下空間電荷特性的影響規(guī)律。與直流條件下相比，在工頻電壓下油紙絕緣