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基于时域介质响应法的变压器油纸绝缘水分含量研究

作　者: 王林
导　师: 周利军
学　校: 西南交通大学
专　业: 高电压与绝缘技术
关键词: 油纸绝缘时域介质响应法极化电导率水分温度纳米粒子
分类号: TM411
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

油浸式电力变压器中水分对变压器绝缘系统的电气寿命和机械寿命有严重影响,且加速油纸绝缘材料老化,因此评估变压器油纸绝缘中的水分含量对确保变压器安全可靠运行具有重要意义。时域介质响应法为评估变压器油纸绝缘的老化状态及微水含量提供了新的手段,是近年来备受关注的一种诊断变压器油纸绝缘的新方法,现已由实验室研究发展到对变压器的现场测量。目前尚无公认的时域特征量能很好地表征油纸绝缘的极化特性,论文基于时域介质响应法提出了一种新的时域介质响应法的特征量——极化电导率,建立了极化电导模型。搭建了油纸绝缘极化电导率的实验平台,测试了不同温度和水分条件下油纸绝缘的极化电导率,并计算了油浸纸的极化电导率。结果表明油隙作为油纸绝缘极化特性的影响因素之一,在测试分析过程中应当予以考虑。极化电导率随温度和水分增加而增大。极化电导率能很好地表征油纸绝缘的极化特性,与频域响应法特征量——复介电常数关系明确,为评估变压器油纸绝缘状态提供了一些新的思路和有益的参考。油纸绝缘微水扩散长期处于不平衡状态,利用油纸绝缘微水扩散稳态分布曲线来间接获得绝缘纸中微水含量的方法会有较大误差。绝缘纸中微水分布可以通过费克(Fick)第二扩散定理获得,微水分布的不均匀性产生了浓差极化。应用极化电导率建立了油纸绝缘微水扩散暂态模型并通过微水扩散达到稳态时极化/去极化电流特性进行求解,得到了微水扩散暂态时极化/去极化电流特性,并通过试验验证了该模型的有效性。我国输电线路电压等级不断提高,对变压器绝缘系统提出了更高的要求,因此开展了纳米改性油纸绝缘的研究工作。制备了不同浓度的纳米粒子变压器油并通过交流击穿电压实验选取适当浓度的纳米变压器油,测试了不同温度和水分含量条件下普通油纸绝缘和纳米油纸绝缘的极化/去极化电流特性。结果表明所建立的一般模型能较好的反映油纸绝缘不同温度和水分条件下的极化/去极化电流特性；纳米粒子的添加引入了新的极化机制,使油纸绝缘的极化/去极化电流增大。同时油纸绝缘的直流电导率亦增大,导致油纸绝缘的绝缘性能降低。水分含量与直流电导率有着密切的关系,但又受温度因素的影响,因此对水分含量与直流电导率的拟合关系,进行了温度的修正,得到了水分含量与直流电导率和温度函数关系,作为评估油纸绝缘水分含量的方法,并进行了验证,从而对准确评估变压器绝缘状态和水分含量提供了参考。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-19
  1.1 我国电力工业的发展  11-13
    1.1.1 我国用电量的快速稳定增长  11-12
    1.1.2 电力系统装机容量持续不断扩大  12
    1.1.3 超/特高压交直流输电异军突起  12-13
  1.2 变压器油纸绝缘水分含量的研究意义  13-16
    1.2.1 变压器油纸绝缘的组成成分  14
    1.2.2 变压器油纸绝缘中水分的来源  14-15
    1.2.3 水分对变压器油纸绝缘的影响  15-16
  1.3 变压器油纸绝缘水分含量的研究现状  16-17
  1.4 论文的主要研究内容  17-19
第2章油纸绝缘水分含量的时域介质响应法研究  19-26
  2.1 电介质响应时域分析基本理论  19-21
    2.1.1 电介质极化的基本原理  19-20
    2.1.2 时域电介质响应测试原理  20-21
  2.2 电介质时域介质响应测试平台  21-25
    2.2.1 实验室条件下油纸绝缘物理模型  21-23
    2.2.2 回复电压测试方案  23-24
    2.2.3 极化/去极化电流测试方案  24-25
  2.3 本章小结  25-26
第3章油纸绝缘时域介质响应法的影响因素  26-44
  3.1 时域电导模型  26-27
  3.2 时域电导模型影响因素研究  27-33
    3.2.1 油隙因素  27-31
    3.2.2 温度因素  31-32
    3.2.3 水分因素  32-33
  3.3 时频域电介质响应的关系  33-36
    3.3.1 极化电导率与复介电常数关系推导  33-34
    3.3.2 不同温度下的复介电常数  34-35
    3.3.3 不同水分下的复介电常数  35-36
  3.4 油纸绝缘微水扩散暂态过程分析  36-42
    3.4.1 微水扩散暂态分布  36-37
    3.4.2 微水扩散暂态时的时域电导模型  37-38
    3.4.3 应用时域电导模型求解微水扩散暂态过程  38-42
  3.5 温度和水分对回复电压的影响  42-43
  3.6 本章小结  43-44
第4章纳米改性油纸绝缘的时域介质响应法研究  44-58
  4.1 引言  44-45
  4.2 纳米绝缘油的交流击穿电压实验  45-48
    4.2.1 实验准备  45
    4.2.2 不同浓度纳米粒子交流击穿电压实验结果  45-47
    4.2.3 交流击穿电压的Weibull分布  47-48
  4.3 纳米油纸绝缘的极化/去极化电流特性  48-53
    4.3.1 极化/去极化电流的一般模型  48-49
    4.3.2 不同温度下油纸绝缘的极化/去极化电流特性  49-51
    4.3.3 不同水分含量下油纸绝缘极化/去极化电流特性  51-53
  4.4 分析讨论  53-57
  4.5 本章小结  57-58
第5章油纸绝缘水分含量评估系统研究  58-65
  5.1 水分对变压器油纸绝缘直流电导率影响规律  58-59
    5.1.1 水分与直流电导率的函数关系  58-59
    5.1.2 关系验证  59
  5.2 时域介质响应法与电气绝缘参数的关系  59-64
    5.2.1 扩展debye模型  59-62
    5.2.2 实验与分析  62-64
  5.3 本章小结  64-65
结论  65-66
致谢  66-67
参考文献  67-72
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果  72

基于时域介质响应法的变压器油纸绝缘水分含量研究

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