基于電介質(zhì)響應法的油紙絕緣微水擴散特性研究.pdf

1、變壓器是電力系統(tǒng)的核心設(shè)備，其內(nèi)絕緣主要由油紙復合電介質(zhì)組成，油紙絕緣的水分含量、老化狀態(tài)將嚴重影響變壓器的使用壽命。
　　本文采用物理模型構(gòu)建、理論分析、實驗驗證研究了水分在油紙絕緣中的擴散特性、影響因素及其介電響應，對于理解水分在油紙絕緣中的擴散過程及電介質(zhì)響應法在評估變壓器油紙絕緣水分含量的應用有重要意義。
　　研究了油紙絕緣介電響應特性的物理過程。建立了油紙絕緣微觀偶極子團、偶極子團簇介觀物理模型，引入隨機統(tǒng)計模型解

2、釋其介電弛豫過程，得到了關(guān)于油紙絕緣弛豫隨機等待時間及其弛豫率的等價弛豫函數(shù)。根據(jù)概率論極限理論和條件期望建立了油紙絕緣物理模型，該模型服從lévy分布和廣義正弦分布的組合概率分布，推導得到普適的HN經(jīng)驗方程。根據(jù)油紙絕緣復合電介質(zhì)弛豫隨機等待時間和弛豫率的概率分布，可以從HN經(jīng)驗方程得到油紙絕緣復合電介質(zhì)弛豫率的概率密度函數(shù)的解析表達式。
　　將HN介電弛豫模型用于研究油紙絕緣頻域介電譜特性，定量分析了水分含量、溫度及絕緣紙聚合

3、度對油紙絕緣頻域介電譜的影響。采用復分析理論和幾何方法得到了HN介電弛豫模型實部、虛部與其模型參數(shù)的解析式。分別測試了五組不同水分含量、溫度及聚合度油紙絕緣試樣的頻域介電譜，采用HN介電弛豫模型對介電頻譜進行了計算擬合，并分析了水分含量、溫度及聚合度對HN介電弛豫模型參數(shù)的影響。結(jié)果表明:弛豫時間常數(shù)與水分含量、溫度、聚合度分別滿足對數(shù)線性關(guān)系、Arrhenius方程及線性關(guān)系;高頻介電常數(shù)及其與靜態(tài)介電常數(shù)之差隨著水分含量、溫度、聚合

4、度的增加而增大;形狀參數(shù)β隨著水分、溫度的增加而增大，隨著聚合度增大而下將;形狀參數(shù)α的值均落于0.7-0.9之間。
　　研究了絕緣紙聚合度對油紙絕緣水分平衡的影響。試驗測試了絕緣紙在空氣中、油紙絕緣體系中水分平衡過程。
　　結(jié)果表明，相同空氣濕度下，絕緣紙聚合度越低，其吸附的水分含量越高;油紙絕緣中，絕緣油中水分含量相同時，絕緣紙聚合度越低，水分向絕緣紙中遷移速率越快，其穩(wěn)態(tài)水分含量越低。絕緣紙老化所發(fā)生纖維素微觀特性的變

5、化表明空氣中老化絕緣紙無定形區(qū)增大，聚合度降低，附著在絕緣紙孔隙中的親水性雜質(zhì)導致其吸水性增加;油紙絕緣中，老化絕緣紙的無定形區(qū)孔隙、纖維素內(nèi)的孔隙由于絕緣油分子的進入導致間接吸附水的減少，親水性雜質(zhì)溶解于油中，比表面積的下降導致親水基團的減少使得吸附水分的含量降低。最后，實驗所得曲線與類Oommen曲線類比，聚合度對油紙絕緣水分平衡的影響可以認為在橫坐標方向?qū)︻怬ommen曲線的平移。
　　研究了水分在不均勻老化油紙絕緣擴散至穩(wěn)

6、態(tài)時的頻域介電譜。采用分布阻抗的方法建立了油紙絕緣頻域介電模型;測試了不同聚合度絕緣紙含有相同水分含量及不同穩(wěn)態(tài)水分含量的頻域介電譜，測試結(jié)果表明:復介電常數(shù)實部、虛部及介質(zhì)損耗隨水分含量的增大而增大，隨聚合度下降而增大;并且，通過對比分析絕緣紙中水分含量對頻域介電譜的影響要遠遠大于聚合度對頻域介電譜的影響。測試了由5種含有不同穩(wěn)態(tài)水分含量的不同聚合度絕緣紙疊加試樣的頻域介電譜，并根據(jù)分布阻抗介電模型計算了該試樣的頻域介電譜，測試結(jié)果與