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基于回复电压特征量的变压器油纸绝缘状态诊断研究

作　者: 张涛
导　师: 蔡金锭
学　校: 福州大学
专　业: 电机与电器
关键词: 回复电压介质响应变压器油纸绝缘主时间常数初始斜率
分类号: TM855
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

基于介质响应理论的回复电压诊断方法是一种快速有效的电气诊断方法。本课题以变压器的绝缘油纸状态为研究对象，深入研究变压器油纸绝缘的回复电压特性及其特征量的变化规律，目的在于能够科学地对变压器油纸绝缘状态进行诊断，提高变压器运行的可靠性，延长其使用寿命。因此，利用回复电压特征量诊断变压器的绝缘状态具有重要的理论研究价值和广泛的实际应用前景。本文研究的主要工作：(1)系统研究了介质响应等值电路建模的方法，分析了各种建模方法的优劣，在此基础上，首次建立了使用初始斜率特征量辨识介质响应等值电路参数的数学优化模型，它不受回复电压采样数据的限制，只需按常规回复电压测量方法就可利用提出的数学模型辨识等值电路的参数值。(2)为准确辨识等值电路参数，采用粒子群优化算法求解含有指数函数的非线性最优化问题；在引入混沌搜索的基础上，将生物灾变理论用于判断粒子群的早熟，将改进后的混合粒子群优化算法用于介质响应等值电路参数辨识，并与遗传算法进行比较，验证改进混合粒子群优化算法的性能。(3)推导了利用电路参数计算等值电路模型回复电压的公式，并用该公式计算回复电压极化谱，与实际测量获得的极化谱进行比较，验证电路模型和数学模型的有效性。(4)研究了绝缘状态引起电路参数变化的规律，在获取实际变压器等值电路参数的基础上，仿真分析了绝缘状态与等值电路参数的关系，提出了利用回复电压方法诊断变压器的绝缘状态新思路和特征量。(5)试验研究了极化电压和充放电时间比对极化谱的影响，推导了主时间常数与弛豫时间之间的关系，建立了固体绝缘的水分含量与20℃主时间常数之间的函数关系式，为定量分析绝缘状态提供依据。(6)试验研究了主时间常数和初始斜率特征量与绝缘状态之间的关系，结合仿真分析结论，首次提出利用主时间常数和峰值初始斜率综合诊断绝缘状态的方法，并通过试验实例进行验证。(7)试验研究了回复电压测量和极化谱的影响因素，提出了现场测量的注意事项和防止干扰的措施。揭示了造成极化谱非标准的机理，并将非标准极化谱按产生机理不同进行分类，提出了诊断非标准极化谱的方法。

全文目录

中文摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章绪论  9-31
  1.1 选题背景及研究意义  9-10
  1.2 变压器油纸绝缘老化的诊断方法  10-13
    1.2.1 固体绝缘老化的诊断方法  10-11
    1.2.2 变压器中的水分对绝缘老化的危害  11-12
    1.2.3 固体绝缘受潮的诊断方法  12-13
    1.2.4 小结  13
  1.3 介质响应的理论基础  13-16
  1.4 介质响应诊断方法综述  16-28
    1.4.1 频域介电谱法  16-18
    1.4.2 极化、去极化电流法  18-21
    1.4.3 回复电压测量方法  21-28
  1.5 研究中的难点  28-29
  1.6 本文主要工作  29-31
第二章油纸绝缘介质响应电路建模技术的研究  31-45
  2.1 油纸绝缘的介质响应特性及其绝缘诊断  31-35
    2.1.1 变压器油纸绝缘的极化特性  31-32
    2.1.2 介质响应诊断绝缘纸的水分含量  32-34
    2.1.3 回复电压方法诊断固体绝缘水分含量  34-35
  2.2 介质响应函数及等值电路模型研究  35-44
    2.2.1 变压器主绝缘的集中参数等值电路  36-37
    2.2.2 极化等值电路元件的组成  37-39
    2.2.3 基于 X-Y 模型的等值电路  39-41
    2.2.4 基于扩展德拜模型的等值电路  41-44
  2.3 小结  44-45
第三章介质响应电路参数辨识的研究  45-62
  3.1 基于扩展德拜模型介质响应电路的数学模型  45-47
  3.2 基于改进粒子群优化算法的等值电路参数的辨识  47-55
    3.2.1 优化目标函数的确立  48-49
    3.2.2 标准粒子群优化算法  49-50
    3.2.3 粒子群算法的改进  50-53
    3.2.4 混合粒子群算法在电路参数辨识中的应用  53-55
  3.3 回复电压的计算方法  55-59
    3.3.1 简单支路回复电压计算公式的推导  55-58
    3.3.2 多支路回复电压的计算通式  58
    3.3.3 绝缘电阻的求解  58-59
  3.4 从等值模型中计算极化谱  59-61
  3.5 小结  61-62
第四章回复电压特征量变化规律的仿真研究  62-81
  4.1 绝缘状态与电路参数的关系  62-63
    4.1.1 绝缘状态引起电容值的变化  62-63
    4.1.2 绝缘状态引起电阻值的变化  63
  4.2 均一绝缘介质极化谱的仿真分析  63-68
  4.3 复合绝缘介质极化谱仿真分析  68-78
    4.3.1 支路数目对极化谱计算的影响  68-70
    4.3.2 时间常数不变电路参数变化对极化谱的影响  70-76
    4.3.3 时间常数变化对极化谱的影响  76-77
    4.3.4 仿真结论  77-78
  4.4 不同绝缘状态与电路参数的对应关系  78-80
  4.5 小结  80-81
第五章回复电压特征量诊断变压器的绝缘状态  81-97
  5.1 仪器设置参数对极化谱的影响  81-85
    5.1.1 回复电压测试仪的接线方法  81-82
    5.1.2 极化电压的影响  82-83
    5.1.3 充放电时间比的影响  83-85
    5.1.4 充放电时间比的确定  85
  5.2 绝缘状态对极化谱的影响  85-88
    5.2.1 绝缘老化的影响  86-87
    5.2.2 水分的影响  87-88
  5.3 利用回复电压特征量诊断绝缘状态  88-94
    5.3.1 主时间常数特征量  88-92
    5.3.2 初始斜率特征量  92-93
    5.3.3 综合诊断方法的提出  93-94
  5.4 诊断实例  94-96
  5.5 小结  96-97
第六章非标准极化谱的变压器绝缘状态诊断  97-106
  6.1 非标准极化谱的形成机理  97-102
    6.1.1 残余电荷的影响  97-98
    6.1.2 电磁干扰的影响  98-99
    6.1.3 空气湿度的影响  99-100
    6.1.4 温度的影响  100
    6.1.5 绝缘油质的影响  100-101
    6.1.6 局部老化的影响  101-102
    6.1.7 小结  102
  6.2 非标准极化谱的诊断方法  102-104
  6.3 诊断实例  104-105
  6.4 小结  105-106
结论  106-108
参考文献  108-119
致谢  119-120
附录一  120-121
附录二  121-122
个人简历  122-123
在学期间的研究成果及发表的学术论文  123-124

基于回复电压特征量的变压器油纸绝缘状态诊断研究

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