基于扩展德拜模型的油纸绝缘受潮频域特征量研究

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基于频域介电特征参量的电容性套管油纸绝缘老化评估初探

基于频域介电特征参量的电容性套管油纸绝缘老化评估初探柯春俊马志钦杨贤周丹（广东电网有限责任公司电力科学研究院，广州 510080）摘要套管故障是引起变压器停运的主要原因之一，已成为目前保证电网的安全运行需亟待解决的问题。

由于绝缘纸吸水性远大于绝缘油，研究水分对油纸电容式套管绝缘纸加速热老化过程中相关特性的影响，为其老化状态及受潮情况的评估提供理论依据，将具有重要的实际意义。

实验结果表明：老化时间与油浸纸介损在特征区间的积分值符合线性规律，水分同介损在特征区间的积分宽度符合线性规律，说明介损积分值的所体现的信息不仅包含老化程度，还包含固体绝缘水分含量大小的信息，由此计算受潮情况下加速老化因子，并通过绝缘老化状态进行绝缘寿命损失率的计算t loss=(F EQM×t EQ)/(100L p)。

关键词：电容性套管；老化；频域介电特性；绝缘寿命损失率Oil-Paper in Condenser Bushing Aging Evaluationbased on Frequency Domain Dielectric PropertyKe Chunjun Ma Zhiqin Yang Xian Zhou Dan(Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Corporation, Guangzhou 510080) Abstract Bushing faults is one of the prime reasons causing transformer faults. It has been one of the problems demanding prompt solution for safe operation of the power grid at present. The hygroscopic property of insulation paper is much larger than dielectric oil, so study the moisture influence on the correlated characteristic of condenser bushing oil-paper insulation system during the thermal aging process. This will provide the theoretical basis of evaluating aging and humidified condition, and will be of great importance and necessity. The results are shown as follow: the integral values of ageing time and dielectric loss at feature region agree with linear rule, and the integral breadth of moisture and dielectric loss at feature region still agree with linear rule, which means that the integral value of dielectric loss is not only containing the information of aging degree, but also moisture content information of solid insulation. And the paper caculates accelerated aging factor and the loss rate of insulation life caused by the aging state based on the equation t loss=(F EQM×t EQ)/(100L p).Keywords：condenser bushing; aging; dielectric property; insulation life loss rate目前工程上通常采用测量绝缘系统的理化参数和电气参数，分析其变化规律对设备的老化状态进行评估[1-3]。

变压器油纸绝缘老化介电谱特性及特征量研究

第２２卷㊀第１１期２０１８年１１月㊀电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报Ｅｌｅｃｔｒｉｃ㊀Ｍａｃｈｉｎｅｓ㊀ａｎｄ㊀Ｃｏｎｔｒｏｌ㊀Ｖｏｌ２２Ｎｏ１１Ｎｏｖ.２０１８㊀㊀㊀㊀㊀㊀变压器油纸绝缘老化介电谱特性及特征量研究刘骥１ꎬ㊀赵明云１ꎬ㊀张明泽１ꎬ㊀李秀婧２ꎬ㊀尹梦涵３ꎬ㊀黄玲３(１.哈尔滨理工大学电介质工程国家重点实验室培育基地ꎬ哈尔滨１５００８０ꎻ２.云南电力技术有限责任公司ꎬ昆明６５０２１７ꎻ３.哈尔滨理工大学工程电介质及其应用教育部重点实验室ꎬ哈尔滨１５００８０)摘㊀要:为了研究系统的老化状态和水分含量对油纸绝缘介电响应特性的影响ꎬ测量了在相同试验条件下ꎬ经过相同处理油浸纸板试样的去极化电流㊁频域介电谱以及含水率ꎬ获得时频域的介电响应特性曲线ꎬ利用最小二乘法㊁扩展Ｄｅｂｙｅ模型对去极化电流曲线进行拟合ꎬ分析拟合结果ꎬ得到热老化对松弛时间较长的扩展Ｄｅｂｙｅ支路影响较为明显ꎻ利用Ｄａｖｉｄｓｏｎ￣Ｃｏｌｅ模型对不同老化程度及不同含水率试样的频域介电谱实测曲线进行拟合ꎬ并提取介电特性相关参数ꎬ得到松弛时间随老化程度加深和含水率的增大均呈减小趋势ꎬ此变化规律可用于对变压器油纸绝缘老化状态和含水率的评估ꎮ关键词:油纸绝缘ꎻ去极化电流ꎻ介电响应ꎻ老化ꎻ含水率ＤＯＩ:１０.１５９３８/ｊ.ｅｍｃ.２０１８.１１.００９中图分类号:ＴＭ８３５.４文献标志码:Ａ文章编号:１００７－４４９Ｘ(２０１８)１１－００６７－０８㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:２０１６－０９－０３基金项目:国家重点研发计划(２０１７ＹＦＢ０９０２７０５)作者简介:刘㊀骥(１９７２ )ꎬ男ꎬ博士ꎬ教授ꎬ研究方向为高电压与绝缘技术ꎻ赵明云(１９９２ )ꎬ女ꎬ硕士研究生ꎬ研究方向为介电谱分析检测技术及高压新领域研究ꎻ张明泽(１９９２ )ꎬ男ꎬ博士研究生ꎬ研究方向为高电压绝缘诊断ꎻ李秀婧(１９８９ )ꎬ女ꎬ硕士ꎬ研究方向为高电压绝缘诊断与高压电器应用研发ꎻ尹梦涵(１９９２ )ꎬ女ꎬ硕士ꎬ研究方向为介电谱分析检测技术ꎻ黄㊀玲(１９７５ )ꎬ女ꎬ博士ꎬ教授ꎬ研究方向为信号处理与控制工程ꎮ通信作者:刘㊀骥Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｏｉｌ￣ｐａｐｅｒｉｎｓｕｌａｔｉｏｎａｇｉｎｇＬＩＵＪｉ１ꎬ㊀ＺＨＡＯＭｉｎｇ￣ｙｕｎ１ꎬ㊀ＺＨＡＮＧＭｉｎｇ￣ｚｅ１ꎬ㊀ＬＩＸｉｕ￣ｊｉｎｇ２ꎬ㊀ＹＩＮＭｅｎｇ￣ｈａｎ３ꎬ㊀ＨＵＡＮＧＬｉｎｇ３(１.ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙＢｒｅｅｄｉｎｇＢａｓｅｏｆＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＨａｒｂｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＨａｒｂｉｎ１５００８０ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＹｕｎｎａｎＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＫｕｎｍｉｎｇ６５０２１７ꎬＣｈｉｎａꎻ３.ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃａｎｄＩｔｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎꎬＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎꎬＨａｒｂｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＨａｒｂｉｎ１５００８０ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｓｅａｒｃｈｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆａｇｉｎｇａｎｄｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔｏｎｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｃｈａｒａｃ￣ｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｏｉｌ￣ｐａｐｅｒｉｎｓｕｌａｔｉｏｎꎬｔｈｅｄｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｃｕｒｒｅｎｔꎬｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙａｎｄｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆｔｈｅｔｅｓｔｓａｍｐｌｅｏｆｏｉｌｉｍｍｅｒｓｅｄｐｒｅｓｓｂｏａｒｄｗｅｒｅｍｅａｓｕｒｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｓａｍｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ.Ｔｈｅｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｃｕｒｖｅｓｉｎｔｉｍｅａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ.ＴｈｅｌｅａｓｔｓｑｕａｒｅｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｈｅｅｘｔｅｎｄｅｄＤｅｂｙｅｍｏｄｅｌｗａｓｕｓｅｄｔｏｆｉｔｔｈｅｄｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｃｕｒｒｅｎｔ.ＩｔｉｓｏｂｖｉｏｕｓｆｒｏｍｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｔｈａｔｔｈｅｔｈｅｒｍａｌａｇｉｎｇｈａｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅＤｅｂｙｅＲＣｂｒａｎｃｈｗｉｔｈｌｏｎｇｅｒｒｅｌａｘａｔｉｏｎｔｉｍｅ.ＴｈｅＤａｖｉｄｓｏｎ￣Ｃｏｌｅｍｏｄｅｌｗａｓｕｓｅｄｔｏｆｉｔｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｃｕｒｖｅｓｉｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓｐｅｃ￣ｔｒｏｓｃｏｐｙｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｇｉｎｇｓｔａｔｅａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔꎬａｎｄｕｓｅｄｔｏｅｘｔｒａｃｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｐａｒａｍ￣ｅｔｅｒｓ.Ｉｔｉｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｒｅｌａｘａｔｉｏｎｔｉｍｅｄｅｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｏｆａｇｉｎｇａｎｄｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔꎬｗｈｉｃｈｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏａｓｓｅｓｓｔｈｅａｇｉｎｇａｎｄｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆｏｉｌ￣ｐａｐｅｒｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｉｎｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｏｉｌ￣ｐａｐｅｒｉｎｓｕｌａｔｉｏｎꎻｄｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｃｕｒｒｅｎｔꎻｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅꎻａｇｉｎｇꎻｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔ０㊀引㊀言变压器尤其是大型油浸式电力变压器作为电网的关键设备ꎬ其运行可靠性与电力系统的安全稳定密切相关ꎬ而变压器良好的绝缘系统又是变压器长期可靠运行的重要保障[１]ꎮ电力变压器的主绝缘系统是油纸绝缘系统ꎬ该绝缘系统的绝缘状态对变压器的运行寿命发挥着重要作用ꎮ在变压器的长期运行过程中ꎬ其内部油纸绝缘会受到电场㊁温度㊁水分和机械应力等因素的综合作用而逐渐老化ꎬ引起变压器的绝缘性能下降[２－３]ꎮ因此对变压器绝缘系统进行有效检测和诊断至关重要ꎮ近年来ꎬ以介电响应特性为基础的介电响应法被广泛用于变压器的绝缘诊断中ꎬ用来分析变压器油纸绝缘系统的老化状态及含水率等ꎮ介电响应法包括时域回复电压法(ｒｅｃｏｖｅｒｙｖｏｌｔａｇｅｍｅｔｈｏｄꎬＲＶＭ)[４－５]㊁极化去极化电流法(ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄｄｅ￣ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｃｕｒｒｅｎｔꎬＰＤＣ)[６－７]和频域介电谱法(ｆｒｅ￣ｑｕｅｎｃｙ￣ｄｏｍａｉｎｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙꎬＦＤＳ)[８－１０]ꎮ国外学者ＬＥＩＢＦＲＩＥＤ等人通过现场测试对现场变压器进行了极化去极化电流测试ꎬ并初步使用极化去极化电流法评估了变压器油纸绝缘的水分含量[１１]ꎮ国内学者吴广宁等人利用ＦＤＳ法对不同温度下油纸绝缘频域谱进行测量ꎬ并运用双弛豫Ｃｏｌｅ￣Ｃｏｌｅ模型拟合测试值ꎬ得到频域谱随温度的变化ꎬ并在热力学角度剖析温度对油纸绝缘体系的影响[１２－１３]ꎮ廖瑞金㊁杨丽君等人在实验室条件下ꎬ利用ＦＤＳ方法获得不同温度下油纸绝缘试品不同水分含量的频域复介电常数ꎬ研究了水分及测量温度对油纸绝缘频域谱的影响规律ꎬ并引入ＦＤＳ曲线频率平移法 ꎬ提高了绝缘纸板水分定量评估的可靠性[１４－１６]ꎮ为了系统的研究老化状态和水分含量对油纸绝缘介电响应特性的影响ꎬ本文在实验室条件下ꎬ模拟出多组不同老化时间油浸纸板的ＸＹ等效模型ꎬ测出其极化去极化电流曲线ꎬ并对其拟合ꎻ应用绝缘诊断分析仪ＩＤＡＸ３００ꎬ对不同老化时间下的油纸绝缘系统进行了频域介电谱曲线测试ꎬ并对其拟合ꎬ提取介电特性相关参数ꎻ应用萃取法测量出油浸纸板的含水率ꎬ并测出不同含水率油浸纸板的频域介电谱曲线ꎬ对其拟合并提取介电特性相关参数ꎮ通过对去极化电流㊁频域介电谱及含水率的介电特性相关参数的提取ꎬ分析了油纸绝缘系统松弛时间τ随老化程度和含水率的变化情况ꎬ可用于对油纸绝缘老化状态和含水率的评估ꎬ对变压器油纸绝缘系统的可靠性预测具有指导意义ꎮ１㊀模型建立１.１㊀变压器油纸绝缘等效模型变压器的主绝缘系统是由一系列的绝缘纸板㊁油隙以及对绝缘纸板起支撑作用的撑条组成ꎬ如图１所示ꎮ图１㊀变压器主绝缘的ＸＹ等效模型Ｆｉｇ.１㊀ＸＹｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｍａｉｎｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ图１是对变压器主绝缘系统较为理想的简化模型ꎮ该模型既能反映油纸绝缘的介电响应特性ꎬ又能直接和变压器主绝缘结构联系起来ꎬ被广泛用来诊断变压器主绝缘系统的状态[１７－１９]ꎬ其中Ｘ值为绝缘纸板总厚度与高低压绕组间主绝缘厚度之比ꎬＹ值为撑条总宽度与高低压绕组间主绝缘平均周长之比ꎮ对于不同几何结构的油浸变压器ꎬ通常０.２<Ｘ<０.５ꎬ０.１５<Ｙ<０.２５ꎮ当某台变压器的Ｘ和Ｙ值确定后ꎬ变压器主绝缘系统在一定温度下的相对介电常数为εｒ＝Ｙ１－Ｘεｐａｐｅｒ＋Ｘεｐａｐｅｒ＋１－Ｙ１－Ｘεｏｉｌ＋Ｘεｐａｐｅｒꎮ(１)式中:εｒ为油纸绝缘系统总的相对介电常数ꎻεｏｉｌ为绝缘油的相对介电常数ꎻεｐａｐｅｒ为绝缘纸板的相对介电常数ꎮ８６电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第２２卷㊀１.２㊀油纸绝缘扩展Ｄｅｂｙｅ模型变压器内多层油纸绝缘结构可由一系列电容和电阻串并联组成的Ｒ－Ｃ电路模型表示ꎬ即扩展Ｄｅ￣ｂｙｅ模型ꎬ如图２所示ꎮ图２㊀扩展Ｄｅｂｙｅ模型Ｆｉｇ.２㊀ＥｘｔｅｎｄｅｄＤｅｂｙｅｍｏｄｅｌ在外加电场作用下ꎬ扩展Ｄｅｂｙｅ模型每个支路的松弛电流叠加为去极化电流ꎬ由电路定理得极化去极化电流为:ｉｄ＝ðｎｉ＝１Ａｉｅ－ｔ/τｉꎬ(２)ｉｐ＝ＵｃＲ０＋ðｎｉ＝１Ａｉｅ－ｔ/τｉꎬ(３)Ａｉ＝－Ｕｃ(１－ｅ－ｔｃ/τｉ)Ｒｉꎬｉ＝１ꎬ２ꎬ３ꎬ ꎬｎꎮ(４)其中:各支路的松弛时间τｉ＝ＲｉＣｉꎬ表征不同松弛极化的时间常数ꎻＲ０为介质绝缘电阻ꎻｔｃ为充电电压Ｕｃ的施加时间ꎮ研究可得去极化电流的末端主要取决于ｉ＝ｎ时的电阻㊁电容值ꎬ由此利用式(２)~式(４)对ｉｄ的末端进行拟合ꎬ可得到Ａｎ和τｎꎮ由等效电路图可看出ꎬｉｄ减去第ｎ条支路对应的电流ꎬ可得剩余ｎ－１条支路的电流ꎬ再对剩下的ｎ－１条支路的末端进行拟合ꎬ可得到Ａｎ－１和τｎ－１[２０－２２]ꎬ以此类推ꎬ经过拟合可得各支路Ａｉ和τｉꎬ从而得到各支路的电阻Ｒｉ和Ｃｉꎮ其拟合步骤如图３所示ꎮ１.３㊀油纸绝缘修正Ｃｏｌｅ￣Ｃｏｌｅ模型通常采用模型函数来分析介电弛豫过程ꎬ常用的模型函数包括Ｄｅｂｙｅ方程㊁Ｃｏｌｅ￣Ｃｏｌｅ方程㊁Ｄａｖｉｄ￣ｓｏｎ￣Ｃｏｌｅ方程㊁Ｈａｖｒｉｌｉａｋ￣Ｎｅｇａｍｉ方程[２３－２４]ꎮ其中Ｄａｖｉｄｓｏｎ￣Ｃｏｌｅ模型是在Ｃｏｌｅ￣Ｃｏｌｅ模型基础上进一步分析得到的非对称形式ꎬ能够很好地分析高分子体系的介电弛豫过程ꎬ绝缘纸板主要由纤维素大分子组成ꎬ属于高分子体系[２５－２７]ꎬ因此可以采用Ｄａ￣ｖｉｄｓｏｎ￣Ｃｏｌｅ非对称模型来研究其介电弛豫特性ꎮ故实验和拟合均采用了Ｄａｖｉｄｓｏｎ￣Ｃｏｌｅ非对称模型ꎬ其函数式为ε＝ε¥＋εｓ－ε¥(１＋ｊωτ)βꎮ(５)式中:τ为松弛时间ꎻεɕ为光频介电常数ꎻεｓ为静态介电常数ꎻα和β表征松弛时间分散程度ꎬ０<β<１ꎮ图３㊀仿真分析流程图Ｆｉｇ.３㊀Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ其介电常数实部和虚部分别为:εᶄ(ω)＝ε¥＋Δεｃｏｓ(βθ)ｃｏｓβθꎬ(６)εᵡ(ω)＝Δεｓｉｎ(βθ)ｃｏｓβθꎮ㊀㊀(７)其中:θ＝ｔａｎ－１(ωτ)ꎻΔε＝εｓ－εɕꎮ随着老化程度和含水率的改变ꎬεɕ㊁Δε㊁τ㊁β几个参数都会随之改变ꎮ在以往对介电谱的研究中ꎬ很少有关于松弛时间τ与油纸绝缘状态的研究ꎬ因此寻找参数τ与油纸绝缘老化状态和含水率的关系至关重要ꎮ２㊀实验设计１)试验纸板的处理ꎮ测试所需要的设备为:真空干燥箱ꎬ高压直流电９６第１１期刘㊀骥等:变压器油纸绝缘老化介电谱特性及特征量研究源ꎬＫｅｉｔｈｌｙ６５１７Ｂ型静电计ꎬ绝缘诊断分析仪ＩＤＡＸ３００ꎬ电磁搅拌器等ꎮ将绝缘纸板裁成长宽为１２ｃｍˑ１２ｃｍꎬ厚度为１ｍｍ的正方形和长宽为１２ｃｍˑ４ｃｍꎬ厚度为１ｍｍ的长方形纸板条ꎬ建立变压器的ＸＹ模型ꎮ然后对制备好的绝缘纸板ＸＹ模型进行预处理ꎬ其流程图如图４所示ꎮ图４㊀试样处理流程图Ｆｉｇ.４㊀Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｓａｍｐｌｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ首先取适量变压器油于油槽中ꎬ并与制备好的绝缘纸板ＸＹ模型分别放入抽真空烘箱中ꎬ在１０５ħ下真空干燥２４ｈ后ꎬ将纸板模型浸入到变压器油中ꎬ再次放入抽真空烘箱ꎬ每隔２ｈ抽一次真空ꎬ直至没有气泡冒出ꎮ静置２４ｈꎬ然后将处理好的ＸＹ油浸纸板模型分成３组ꎬ分别进行ＰＤＣ㊁ＦＤＳ及含水率的测试ꎬ并对其拟合提取介电特性参数ꎬ进而分析老化和含水率对油纸绝缘影响ꎮ２)油纸绝缘系统ＰＤＣ测量ꎮ将经过处理的一组ＸＹ绝缘纸板放入热烘箱中ꎬ将温控仪设置为１３０ħꎬ每天加热１２ｈꎬ然后取出老化时间为０㊁１５㊁２０ｄ的油浸纸板ꎬ来测量其去极化电流ꎬ并对其拟合得到拟合参数τꎮ３)油纸绝缘系统ＦＤＳ测量ꎮ将经过处理的一组ＸＹ绝缘纸板放入热烘箱中ꎬ将温控仪设置为１３０ħꎬ每天加热１２ｈꎬ然后取老化时间为０㊁１０㊁１５㊁２０㊁２５㊁３０ｄ的油浸纸板ꎬ来测量其频域介电谱ꎮ对试样进行频域介电谱测量时采用二电极系统ꎬ测试系统采用宽频介电谱测试仪ＭＥＧＧＥＲＩＤＡＸ３００ꎬ频谱测试范围为１０－４~１０４Ｈｚꎬ其测试准确误差小ꎬ可得到被测试样的复电容㊁介质损耗因数等参数ꎬ经计算得出复介电常数ꎮ４)油纸绝缘系统含水率测量ꎮ在室温下将经处理好的一组油浸纸板模型放在空气中吸潮ꎬ取吸潮时间为０㊁４８㊁９６㊁１４４ｈ的试样测其ＦＤＳ介电谱和含水率ꎮ实验采用萃取法来测量油浸纸板的含水率ꎬ并计算出绝缘纸板的含水率为Ｗ＝４(Ａ－Ｂ)Ｖｍˑ１０－４ꎮ(８)其中:Ｗ为含水量ꎬ％ꎻＡ为２５０μｌ含样品的萃取液的含水量ꎬμｇꎻＢ为２５０μｌ空白甲醇的含水量ꎬμｇꎻｍ为干纸板质量ꎬｇꎻＶ为所加萃取溶剂体积ꎬｍｌꎮ经计算可得到吸潮时间为０㊁４８㊁９６㊁１４４ｈ的油浸纸板试样的含水率依次为０.７６％㊁１.０８９％㊁１.７３％㊁３.３４６％ꎮ３㊀实验结果及测试值拟合３.１㊀油纸绝缘系统ＰＤＣ测试曲线及拟合结果根据上述实验原理测出去极化电流并对其拟合ꎬ采取５条支路的扩展Ｄｅｂｙｅ模型ꎬ利用式(２)~式(４)编写程序ꎬ再根据图３所示流程图对实测曲线进行拟合ꎬ得到如图５所示曲线ꎬ拟合得到的扩展Ｄｅｂｙｅ模型各支路参数值如表１所示ꎮ图５㊀油浸纸板去极化电流测量曲线及拟合曲线Ｆｉｇ.５㊀Ｍｅａｓｕｒｅｄａｎｄｆｉｔｔｉｎｇｄｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｃｕｒｒｅｎｔｃｕｒｖｅｓｏｆｏｉｌｉｍｍｅｒｓｅｄｐｒｅｓｓｂｏａｒｄ从图５可看出ꎬ实测曲线与拟合曲线几乎重合ꎬ说明利用扩展Ｄｅｂｙｅ模型可以很好地拟合该组油浸纸板模型的去极化电流ꎮ从表１中的拟合参数可看出ꎬ随老化时间的增大ꎬ老化程度加深ꎬ每条支路对应电阻减小ꎬ电容增大ꎬ较大松弛时间支路的Ａｉ㊁τｉ０７电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第２２卷㊀逐渐增大ꎬ较小松弛时间支路的Ａｉ㊁τｉ没有明确的变化规律ꎬ由此可见老化对松弛时间长的支路影响较为明显ꎮ表１㊀不同老化程度油浸纸板的扩展Ｄｅｂｙｅ模型参数Ｔａｂｌｅ１㊀ＥｘｔｅｎｄｅｄＤｅｂｙｅｍｏｄｅｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｇｉｎｇｄｅｇｒｅｅｏｆｏｉｌｉｍｍｅｒｓｅｄｐｒｅｓｓｂｏａｒｄ老化时间/ｄ支路ＡｉτｉＲｉ/ΩＣｉ/Ｆ０１１.５ˑ１０－１３８０５.１９.５１ˑ１０１４８.４１ˑ１０－１３２２.０ˑ１０－１３４９６.３８.６５ˑ１０１４５.７８ˑ１０－１３３４.０ˑ１０－１２２７０.０４.８８ˑ１０１３５.５４ˑ１０－１２４７.０ˑ１０－１２２４９.０２.８１ˑ１０１３８.８７ˑ１０－１２５１.９ˑ１０－１１７３.３５１.０５ˑ１０１３６.９４ˑ１０－１２１５１１.０ˑ１０－１２１０４７１.２６ˑ１０１４７.９１ˑ１０－１２２１.５ˑ１０－１２９１０.４８.９４ˑ１０１３１.０１ˑ１０－１１３８.０ˑ１０－１２３３０.１２.３８ˑ１０１３１.３９ˑ１０－１１４１.０ˑ１０－１１２８０.０１.９４ˑ１０１３１.４４ˑ１０－１１５２.５ˑ１０－１１５６.７９８.００ˑ１０１２７.００ˑ１０－１２２０１２.３ˑ１０－１２２９０１７.２９ˑ１０１３３.９８ˑ１０－１１２５.２ˑ１０－１２１１３４２.４３ˑ１０１３４.１１ˑ１０－１１３７.０ˑ１０－１２３１１.３２.７４ˑ１０１３１.１３ˑ１０－１１４１.０ˑ１０－１１２８０.０１.９４ˑ１０１３１.４４ˑ１０－１１５２.５ˑ１０－１１６８.２８８.００ˑ１０１２８.５０ˑ１０－１２３.２㊀油纸绝缘系统ＦＤＳ测试曲线及拟合结果根据上述的原理可测出油浸纸板的介质损耗因数ｔａｎδꎬ复电容实部㊁虚部ꎬ并计算出复介电常数ꎬ则油浸纸板的介质损耗因数曲线如图６所示ꎮ图６㊀不同老化程度的油浸纸板介质损耗因数Ｆｉｇ.６㊀Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｆａｃｔｏｒｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｇｉｎｇｄｅｇｒｅｅｆｏｒｏｉｌｉｍｍｅｒｓｅｄｐｒｅｓｓｂｏａｒｄ油纸绝缘老化越严重ꎬ其极化损耗和电导损耗越大ꎬ频率较低时ꎬ极化损耗和电导损耗同时存在ꎬ介质损耗因数较大ꎬ随着频率升高ꎬ极化逐渐跟不上电场变化ꎬ极化损耗变小ꎮ如图６中介质损耗因数曲线ꎬ低于１０Ｈｚ时随频率的增大而减小ꎬ且在此频段内ꎬ老化程度对介质损耗因数的影响明显ꎮ频率继续升高ꎬ偶极子转向极化对损耗的影响可以忽略ꎬ只剩电导损耗ꎬ而电导损耗在低频范围贡献较大ꎬ高频范围贡献较小ꎬ因此图６中不同老化程度的介质损耗因数曲线在高频段区分不明显ꎮ实验所用电极上极板直径为５０ｍｍꎬ纸板厚度为１ｍｍꎬ计算得出不同老化时间的油浸纸板的复介电常数实部ꎬ其曲线如图７所示ꎮ绝缘纸板是由纤维素等大分子结构组成的极性材料ꎬ其损耗包括电导损耗和松弛损耗两部分ꎮ图７中频率低于１０Ｈｚ时ꎬ相对介电常数实部随着频率的减小而增大ꎬ当频率逐渐升高ꎬ偶极子转向极化来不及建立时ꎬ复介电常数实部基本不变ꎮ随着老化程度的加深ꎬ绝缘纸裂解ꎬ水分㊁酸㊁呋喃化合物等杂质也逐渐增多[２１]ꎬ导致绝缘纸内部带电粒子含量增加ꎬ极化程度增大ꎬ因此老化程度越严重ꎬ在相同频段内油纸绝缘复介电常数实部越大ꎮ图７㊀不同老化程度的油浸纸板复介电常数实部Ｆｉｇ.７㊀Ｒｅａｌｐａｒｔｏｆｃｏｍｐｌｅｘｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｎｓｔａｎｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｇｉｎｇｄｅｇｒｅｅｆｏｒｏｉｌｉｍｍｅｒｓｅｄｐｒｅｓｓｂｏａｒｄ对上述计算得到的复介电常数实部㊁虚部进行拟合ꎬ拟合得到参数β㊁Δε㊁τꎬ如表２所示ꎮ由表２可以看出不同老化时间油纸绝缘系统Ｄａｖｉｄｓｏｎ￣Ｃｏｌｅ模型中的参数τ随老化程度加深而减小ꎬΔε随老化时间增大而增大ꎬ因为Ｄａｖｉｄｓｏｎ￣Ｃｏｌｅ模型中Δε为光频介电常数与稳态介电常数的差值ꎬ老化时间越长稳态介电常数越大ꎬ所以Δε随老化时间增大而增大ꎮβ表征圆弧偏离正圆的程度ꎬ由测试结果可得老化程度越大偏离正圆程度越大ꎮ１７第１１期刘㊀骥等:变压器油纸绝缘老化介电谱特性及特征量研究表２㊀不同老化程度油纸复合绝缘的Ｄａｖｉｄｓｏｎ￣Ｃｏｌｅ参数提取Ｔａｂｌｅ２㊀ＥｘｔｒａｃｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＤａｖｉｄｓｏｎ￣Ｃｏｌｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｇｉｎｇｄｅｇｒｅｅｆｏｒｏｉｌｉｍｍｅｒｓｅｄｐｒｅｓｓｂｏａｒｄ老化时间/ｄβΔετ００.７２０３.０１０２４８０.３０１００.６９７４.９６２１５０１.０５１５０.６１５５.４９２７８０.００２００.５８９２１.３７５３１２.５０２５０.５１５３１.８５２２８０.５０３００.４９８３８.３６１１５３.７６３.３㊀油纸绝缘系统不同含水率频域谱及拟合结果根据上述的ＦＤＳ实验原理可得含水率为０.７６％㊁１.０８９％㊁１.７３％㊁３.３４６％油浸纸板试样的介质损耗因数曲线如图８所示ꎬ介电常数实部如图９所示ꎮ图８㊀油浸纸板不同含水率的介质损耗因数Ｆｉｇ.８㊀Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｆａｃｔｏｒｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔｆｏｒｏｉｌｉｍｍｅｒｓｅｄｐｒｅｓｓｂｏａｒｄ图９㊀油浸纸板不同含水率的介电常数实部Ｆｉｇ.９㊀Ｒｅａｌｐａｒｔｏｆｃｏｍｐｌｅｘｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｎｓｔａｎｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔｆｏｒｏｉｌｉｍｍｅｒｓｅｄｐｒｅｓｓｂｏａｒｄ对于图８ꎬ在含水率较小时ꎬ油纸绝缘系统的介质损耗因数在１０２~１０３Ｈｚ之间存在一个最小值ꎮ这是因为含水率较小时ꎬ在低频范围电导损耗起主导作用ꎬ随频率的增加ꎬ电导损耗减小ꎬ因此介质损耗因数减小ꎻ当频率较大时ꎬ随频率的增大ꎬ极化损耗增大ꎬ在高频范围极化损耗占主导地位ꎬ因此介质损耗因数随频率增大而增大ꎮ由图９可得ꎬ随着含水率增大ꎬ油纸绝缘介电常数实部在低频范围时介质损耗因数随频率减小而增大ꎬ在高频范围时介质损耗因数随频率变化不大ꎮ经拟合ꎬ可得不同含水率Ｄａｖｉｓｏｎ￣Ｃｏｌｅ模型拟合参数如表３所示ꎮ可以看出不同含水率油浸纸板Ｄａ￣ｖｉｄｓｏｎ￣Ｃｏｌｅ模型中的参数τ随含水率的增大而呈减小趋势ꎬΔε随含水率的增大而增大ꎮβ表征圆弧偏离正圆的程度ꎬ由测试结果可得含水率越大圆弧偏离正圆的程度越大ꎮ表３㊀不同含水率油纸复合绝缘的Ｄａｖｉｄｓｏｎ￣Ｃｏｌｅ参数提取Ｔａｂｌｅ３㊀ＥｘｔｒａｃｔｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＤａｖｉｄｓｏｎ￣Ｃｏｌｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔｆｏｒｏｉｌｉｍｍｅｒｓｅｄｐｒｅｓｓｂｏａｒｄ含水率/％βΔετ０.７６０.１９７２.０１０２９８０.１０１.０８９０.２４４４.５００２８０１.１３１.７３０.３９１５.２０４２５７９.９０３.３４６０.５０２６.９８７２４７５.９５３.４㊀不同老化程度及不同含水率的松弛时间分析根据表２㊁表３的拟合参数为了更好地观察松弛时间τ随老化程度与含水率的变化情况ꎬ将其绘成散点图如图１０和图１１所示ꎬ可得松弛时间τ随老化程度加深和含水率的增大均呈减小趋势ꎮ图１０㊀油纸绝缘系统不同老化程度对应的τＦｉｇ.１０㊀Ｒｅｌａｘａｔｉｏｎｔｉｍｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｇｉｎｇｄｅｇｒｅｅｆｏｒｏｉｌ￣ｐａｐｅｒｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ２７电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第２２卷㊀图１１㊀油纸绝缘系统不同含水率对应的τＦｉｇ.１１㊀Ｒｅｌａｘａｔｉｏｎｔｉｍｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔｆｏｒｏｉｌ￣ｐａｐｅｒｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ４㊀结㊀论本文主要测量不同老化程度油浸纸板试样的去极化电流㊁频域介电谱以及含水率ꎬ并对其拟合提取介电特性相关参数得到如下结论:１)通过对去极化电流曲线的拟合得到较大松弛时间支路的Ａｉ㊁τｉ逐渐增大ꎬ较小松弛时间支路的Ａｉ㊁τｉ没有明确的变化规律ꎬ因此在时域范围内老化对松弛时间较长的支路影响较为明显ꎮ２)当频率低于０.０１Ｈｚ时ꎬ复介电常数实部随着频率的减小而增大ꎬ且老化越严重其增加趋势越明显ꎬ但在频域范围内ꎬ松弛时间随老化程度的增大而减小ꎮ３)通过对不同含水率油浸纸板复介电常数实部和虚部数值的拟合ꎬ分析得到τ随含水率的增大而逐渐减小ꎮ参考文献:[１]㊀董明ꎬ王丽ꎬ吴雪舟.油纸绝缘介电响应检测技术研究现状与发展[Ｊ].高电压技术ꎬ２０１６ꎬ４２(４):１１７９.ＤＯＮＧＭｉｎｇꎬＷＡＮＧＬｉꎬＷＵＸｕｅｚｈｏｕ.Ｓｔａｔｕｓａｎｄｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｓｔｕｄｙｏｆｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｏｉｌ￣ｐａｐｅｒｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ[Ｊ].ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１６ꎬ４２(４):１１７９.[２]㊀廖瑞金ꎬ柳海滨ꎬ周年荣.绝缘纸热老化对油浸绝缘纸空间电荷生成及迁移特性的影响[Ｊ].电工技术学报ꎬ２０１５ꎬ３０(２２):２０６.ＬＩＡＯＲｕｉｊｉｎꎬＬＩＵＨａｉｂｉｎꎬＺＨＯＵＮｉａｎｒｏｎｇ.Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｐａｐｅｒｓｔｈｅｒｍａｌａｇｉｎｇｏｎｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｍｉｇｒａｔｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｓｐａｃｅｃｈａｒｇｅｉｎｏｉｌ￣ｐａｐｅｒｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ[Ｊ].ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１５ꎬ３０(２２):２０６.[３]㊀周利军ꎬ王东阳ꎬ江俊飞.基于Ｈａｖｒｉｌｉａｋ￣Ｎｅｇａｍｉ介电弛豫模型的油纸绝缘状态评估[Ｊ].高电压技术ꎬ２０１６ꎬ４２(１):１５３.ＺＨＯＵＬｉｊｕｎꎬＷＡＮＧＤｏｎｇｙａｎｇꎬＪＩＡＮＧＪｕｎｆｅｉ.Ｓｔａｔｕｓａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｏｉｌ￣ｐａｐｅｒｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＨａｖｒｉｌｉａｋ￣Ｎｅｇａｍｉｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｒｅｌａｘａ￣ｔｉｏｎｍｏｄｅｌ[Ｊ].ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１６ꎬ４２(１):１５３. [４]㊀ＫＵＡＮＧＹＣꎬＣＨＥＮＧꎬＪＡＲＭＡＮＰ.Ｒｅｃｏｖｅｒｙｖｏｌｔａｇｅｍｅａｓｕｒｅ￣ｍｅｎｔｏｎｏｉｌ￣ｐａｐｅｒｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｗｉｔｈｓｉｍｐｌｅｇｅｏｍｅｔｒｙａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ[Ｃ]//Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ２００４ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＳｏｌｉｄＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓꎬＪｕｌｙ５－９ꎬ２００４ꎬＴｏｕｌｏｕｓｅꎬＦｒａｎｃｅ.２００４:７３９－７４２.[５]㊀ＳＡＨＡＴＫꎬＹＡＯＺＴ.Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｗｉｔｈｒｅｔｕｒｎｖｏｌｔａｇｅｍｅａｓｕｒｅ￣ｍｅｎｔｓｆｏｒａｓｓｅｓｓｉｎｇｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｉｎｓｅｒｖｉｃｅ￣ａｇｅｄｔｒａｎｓｆｏｒｍ￣ｅｒｓ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＰｏｗｅｒＤｅｌｉｖｅｒｙꎬ２００３ꎬ１８(１):１２８. [６]㊀ＳＡＨＡＴＫꎬＰＵＲＫＡＩＴＰ.Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｔｉｍｅ￣ｄｏｍａｉｎｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓｏｆｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ[Ｊ].ＡｕｓｔｒａｌｉａｎＪｏｕｒｎａｌｏｆＥ￣ｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２００４ꎬ１(３):１５７. [７]㊀ＳＡＨＡＴＫꎬＰＵＲＫＡＩＴＰ.Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄｄｅｐｏｌａｒｉ￣ｚａｔｉｏｎｃｕｒｒｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｔｈｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｏｉｌ￣ｐａｐｅｒｉｎｓｕｌａ￣ｔｉｏｎｏｆａｇｅｄｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＩｎｓｕｌａｔｉｏｎꎬ２００４ꎬ１１(１):１４４.[８]㊀ＦＡＲＡＨＡＮＩＭꎬＢＯＲＳＩＨꎬＧＯＣＫＥＮＢＡＣＨＥ.Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｓｔｕｄｉｅｓｏｎｉｎｓｕｌａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｒｏｔａｔｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｓ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＩｎｓｕｌａｔｉｏｎꎬ２００６ꎬ１３(２):３８３.[９]㊀ＹＥＷＪＨꎬＳＡＨＡＴＫꎬＴＨＯＭＡＳＡＪ.Ｉｍｐａｃｔｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ￣ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｆｏｒｔｈｅｄｉａｇｎｏｓｉｓｏｆｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ[Ｃ]//ＩＥＥＥＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｏｃｉｅ￣ｔｙＧｅｎｅｒａｌＭｅｅｔｉｎｇꎬＪｕｎｅ２１ꎬ２００６ꎬＭｏｎｔｒｅａｌꎬＣａｎａｄａ.２００６:２６７２－２６７８.[１０]㊀ＺＡＥＮＧＬＷＳ.Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｉｎｔｉｍｅａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏ￣ｍａｉｎｆｏｒＨＶｐｏｗｅｒｅｑｕｉｐｍｅｎｔ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＥｌｅｃｔｒｉ￣ｃａｌＩｎｓｕｌａｔｉｏｎＭａｇａｚｉｎｅꎬ２００３ꎬ１９(５):５.[１１]㊀ＬＥＩＢＦＲＩＥＤＴꎬＫＡＣＨＬＥＲＡＪ.Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓｏｎｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓｕｓｉｎｇｔｈｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄｄｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｃｕｒｒｅｎｔａ￣ｎａｌｙｓｉｓ[Ｃ]//ＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＲｅｃｏｒｄｏｆｔｈｅ２００２ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＩｎｓｕｌａｔｉｏｎꎬＡｐｒｉｌ７－１０ꎬ２００２ꎬＢｏｓｔｏｎꎬＵＳＡ.２００２:１７０－１７３.[１２]㊀吴广宁ꎬ钟鑫.温度对油纸绝缘介电频谱特性的影响[Ｊ].高电压技术ꎬ２０１５ꎬ４１(１２):４０８１.ＷＵＧｕａｎｇｎｉｎｇꎬＺＨＯＮＧＸｉｎ.Ｅｆｆｅｃｔｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓｐｅｃｔｒｕｍｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｏｉｌ￣ｐａｐｅｒｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ[Ｊ].ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１５ꎬ４１(１２):４０８１.[１３]㊀王林ꎬ周利军ꎬ吴广宁.应用极化/去极化电流法分析油纸绝缘微水扩散暂态过程[Ｊ].高电压技术ꎬ２０１３ꎬ３９(２):３５４.ＷＡＮＧＬｉｎꎬＺＨＯＵＬｉｊｕｎꎬＷＵＧｕａｎｇｎｉｎｇ.Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｒａｎｓｉｅｎｔｍｏｉｓｔｕｒｅｄｉｆｆｕｓｉｏｎｉｎｏｉｌ￣ｐａｐｅｒｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｕｓｉｎｇｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄｄｅｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎｃｕｒｒｅｎｔｍｅｔｈｏｄ[Ｊ].ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１３ꎬ３９(２):３５４.[１４]㊀廖瑞金ꎬ刘捷丰ꎬ吕彦冬.变压器油纸绝缘含水量定量评估的频域介电特征参量研究[Ｊ].电工技术学报ꎬ２０１５ꎬ３０(１):２０４.ＬＩＡＯＲｕｉｊｉｎꎬＬＩＵＪｉｅｆｅｎｇꎬＬＶＹａｎｄｏｎｇ.Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎｄｉｅ￣３７第１１期刘㊀骥等:变压器油纸绝缘老化介电谱特性及特征量研究ｌｅｃｔｒｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｆｏｒｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆｏｉｌ￣ｐａｐｅｒｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｉｎｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ[Ｊ].ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙꎬ２０１５ꎬ３０(１):２０４.[１５]㊀王有元ꎬ高竣ꎬ郝建.变压器油纸绝缘老化与水分含量评估频域介电特征量[Ｊ].电工技术学报ꎬ２０１５ꎬ３０(２２):２１５.ＷＡＮＧＹｏｕｙｕａｎꎬＧＡＯＪｕｎꎬＨＡＯＪｉａｎ.Ａｇｉｎｇａｎｄｍｏｉｓｔｕｒｅｅｖａｌ￣ｕａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｆｏｒｏｉｌ￣ｐａｐｅｒｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｒａｎｓ￣ｆｏｒｍｅｒｕｓｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ[Ｊ].ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙꎬ２０１５ꎬ３０(２２):２１５. [１６]㊀廖瑞金ꎬ杨丽君ꎬ刘捷丰.电力变压器油纸绝缘含水量定量评估的时域介电特征量[Ｊ].电工技术学报ꎬ２０１５ꎬ３０(２):１９６.ＬＩＡＯＲｕｉｊｉｎꎬＹＡＮＧＬｉｊｕｎꎬＬＩＵＪｉｅｆｅｎｇ.Ｔｉｍｅｄｏｍａｉｎｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｆｏｒｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔｉｎｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｏｉｌ￣ｐａｐｅｒｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ[Ｊ].ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃ￣ｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙꎬ２０１５ꎬ３０(２):１９６.[１７]㊀杨丽君ꎬ廖瑞金ꎬ郝建.变压器油纸绝缘频域介电特征量与绝缘老化状态的关系[Ｊ].电工技术学报ꎬ２０１２ꎬ２７(５):４４.ＹＡＮＧＬｉｊｕｎꎬＬＩＡＯＲｕｉｊｉｎꎬＨＡＯＪｉａｎ.Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｆｒｅ￣ｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｑｕａｎｔｉｔｙａｎｄａｇｉｎｇｓｔａｔｕｓｏｆｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｏｉｌ￣ｐａｐｅｒｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ[Ｊ].ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙꎬ２０１２ꎬ２７(５):４４.[１８]㊀刘文里ꎬ白仕光ꎬ李祎春ꎬ等.高压直流换流变压器油纸绝缘线性与非线性电场分析[Ｊ].电机与控制学报ꎬ２０１７ꎬ２１(９):８２.ＬＩＵＷｅｎｌｉꎬＢＡＩＳｈｉｇｕａｎｇꎬＬＩＹｉｃｈｕｎꎬｅｔａｌ.ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｌｉｎｅａｒａｎｄｎｏｎｌｉｎｅａｒｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｏｆＨＶＤＣｃｏｎｖｅｒｔｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｏｉｌ￣ｂｏａｒｄｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ[Ｊ].ＥｌｅｃｔｒｉｃＭａｃｈｉｎｅｓａｎｄＣｏｎｔｒｏｌꎬ２０１７ꎬ２１(９):８２. [１９]㊀林智勇ꎬ蔡金锭.油纸绝缘极化等效电路参数计算方法[Ｊ].电机与控制学报ꎬ２０１４ꎬ１８(８):６３.ＬＩＮＺｈｉｙｏｎｇꎬＣＡＩＪｉｎｄｉｎｇ.Ｎｏｖｅｌｍｅｔｈｏｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｐｏｌａｒｉｚｅｄｅ￣ｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｏｆｏｉｌ￣ｐａｐｅｒｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ[Ｊ].ＥｌｅｃｔｒｉｃＭａｃｈｉｎｅｓａｎｄＣｏｎｔｒｏｌꎬ２０１４ꎬ１８(８):６３.[２０]㊀文华ꎬ廖瑞金ꎬ郝建.变压器油纸绝缘频域介电谱特性的ＸＹ模型仿真及试验研究[Ｊ].高电压技术ꎬ２０１２ꎬ３８(８):１９５７.ＷＥＮＨｕａꎬＬＩＡＯＲｕｉｊｉｎꎬＨＡＯＪｉａｎ.ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎａｎｄＸＹｍｏｄｅｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｃｈａｒ￣ａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｏｉｌ￣ｐａｐｅｒｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ[Ｊ].ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１２ꎬ３８(８):１９５７.[２１]㊀高俊ꎬ廖瑞金ꎬ杨丽君.基于扩展Ｄｅｂｙｅ模型的变压器油纸绝缘老化特征量研究[Ｊ].电工技术学报ꎬ２０１６ꎬ３１(４):２１３.ＧＡＯＪｕｎꎬＬＩＡＯＲｕｉｊｉｎꎬＹＡＮＧＬｉｊｕｎ.Ａｇｅｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｑｕａｎｔｉｔｉｅｓｏｆｏｉｌ￣ｐａｐｅｒｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓｂａｓｅｄｏｎｅｘｔｅｎｄ￣ｅｄＤｅｂｙｅｍｏｄｅｌ[Ｊ].ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉ￣ｅｔｙꎬ２０１６ꎬ３１(４):２１３.[２２]㊀林智勇ꎬ蔡金锭.运用混联等效电路诊断变压器油纸绝缘状态[Ｊ].电机与控制学报ꎬ２０１６ꎬ２０(３):２.ＬＩＮＺｈｉｙｏｎｇꎬＣＡＩＪｉｎｄｉｎｇ.Ｄｉａｇｎｏｓｉｎｇｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｏｉｌ￣ｐａｐｅｒｉｎｓｕ￣ｌａｔｉｏｎｂｙｈｙｂｒｉｄｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔ[Ｊ].ＥｌｅｃｔｒｉｃＭａｃｈｉｎｅｓａｎｄＣｏｎｔｒｏｌꎬ２０１６ꎬ２０(３):２.[２３]㊀杨丽君ꎬ齐超亮ꎬ邓帮飞.采用修正Ｃｏｌｅ￣Ｃｏｌｅ模型提取油纸绝缘频域介电谱的特征参量方法[Ｊ].高电压技术ꎬ２０１３ꎬ３９(２):３１０.ＹＡＮＧＬｉｊｕｎꎬＱＩＣｈａｏｌｉａｎｇꎬＤＥＮＧＢａｎｇｆｅｉ.ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｍｏｄｅｌＣｏｌｅ￣Ｃｏｌｅｍｏｄｌｅｔｏｅｘｔｒａｃｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓｐｅｃｔｏｒｓｃｏｐｙｏｆｏｉｌ￣ｐａｐｅｒｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ[Ｊ].ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＥｎｇｉｎｅｅｒ￣ｉｎｇꎬ２０１３ꎬ３９(２):３１０.[２４]㊀张秋也ꎬ朱学成ꎬ高自伟ꎬ等.运用混联等效电路诊断变压器油纸绝缘状态[Ｊ].哈尔滨理工大学学报ꎬ２０１５ꎬ２０(６):５９.ＺＨＡＮＧＱｉｕｙｅꎬＺＨＵＸｕｅｃｈｅｎｇꎬＧＡＯＺｉｗｅｉꎬｅｔａｌ.Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆ￣ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｏｉｌ＆ｐｒｅｓｓｂｏａｒｄａｎｄｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｆｉｅｌｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｏｉｌ￣ｐａｐｅｒｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｕｎｄｅｒｃｏｍｐｏｕｎｄｖｏｌｔａｇｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｒｂｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌ￣ｏｇｙꎬ２０１５ꎬ２０(６):５９.[２５]㊀ＧＩＳＥＬＢＲＥＣＨＴＤꎬＬＥＩＢＦＲＩＥＤＴ.Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇｏｆｏｉｌ￣ｐａｐｅｒｉｎｓｕｌａ￣ｔｉｏｎｌａｙｅｒｓｉｎｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎｗｉｔｈＣｏｌｅ￣Ｃｏｌｅ￣ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ(ＰａｒｔＩＩ)[Ｃ]//ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＳｏｌｉｄＤｉｅｌｅｃ￣ｔｒｉｃｓꎬＪｕｌｙ８－１３ꎬ２００７ꎬＷｉｎｃｈｅｓｔｅｒꎬＵＫ.２００７:５９－６２. [２６]㊀ＷＯＬＮＹＳꎬＺＤＡＮＯＷＳＫＩＭ.ＴｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅＣｏｌｅ￣Ｃｏｌｅｍｏｄ￣ｅｌｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｏｎｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｏｆｔｈｅｒｅｃｏｖｅｒｙｖｏｌｔａｇｅｐｈｅｎｏｍｅｎａｏｆｐａｐｅｒ￣ｏｉｌｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ[Ｃ]//ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓＬｉｑｕｉｄｓꎬＪｕｎｅ３０－Ｊｕｌｙ３ꎬ２００８ꎬＦｕｔｕｒｏｓｃｏｐｅ￣Ｃｈａｓｓｅ￣ｎｅｕｉｌꎬＦｒａｎｃｅ.２００８:１－４.[２７]㊀董明ꎬ刘媛ꎬ任明.油纸绝缘频域介电谱特征参数提取及绝缘状态相关性研究[Ｊ].中国电机工程学报ꎬ２０１５ꎬ３５(２３):６２４６.ＤＯＮＧＭｉｎｇꎬＬＩＵＹｕａｎꎬＲＥＮＭｉｎｇ.Ｓｔｕｄｙｏｆｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｐａ￣ｒａｍｅｔｅｒｅｘｔｒａｃｔｉｏｎａｎｄｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｆｒｅｑｕｅｎ￣ｃｙ￣ｄｏｍａｉｎｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｆｏｒｏｉｌ￣ｐａｐｅｒｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ[Ｊ].ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥꎬ２０１５ꎬ３５(２３):６２４６.(编辑:邱赫男)４７电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第２２卷㊀。

频域介电谱原理分析及其在油纸绝缘诊断上的应用

频域介电谱原理分析及其在油纸绝缘诊断上的应用频域介电谱法可在较窄频带及较低电压下测量，具有抗干扰性能强，且携带信息丰富等优势，更适用于大型电力设备的现场检测。

本文分析了频域介电谱原理及Debye模型的介电响应相关理论，并简要介绍频域介电谱在油纸绝缘诊断上的应用。

标签：频域介电谱；介电常数；介质损耗0 引言在微观和更广泛的宏观领域中，每种绝缘材料内部都是由正负电荷相互平衡的分子构成，一旦对电介质两端施加电压，夹在电极间的电介质内部发生弹性位移[1]，并在电介质表面产生偶极子取向现象，且在宏观上显示电性，这种现象称为电介质的极化。

1 频域介电谱绝缘诊断原理2 线性绝缘系统的等效扩展Debye模型图1为线性绝缘系统的等效扩展Debye模型，在外加电场作用下，任何电介质都会发生介电现象，油纸绝缘的松弛极化程度能够直接反应其老化信息，进而可通过Debye模型中电阻和电容的参数变化来评估变压器油纸绝缘的老化状态。

当其它参数均为已知时，式（2-2）到（2-4）是仅依赖于频率的代数方程，可知频率是直接影响电介质复电容、复介电常数和介质损耗因数的参数值。

3 频域介电谱在油纸绝缘诊断上的应用频域介电谱法是基于频域分析的测量方法，在频域内，通过外加正弦电压，利用介质在交流电压下的极化特性，测量流过绝缘试品的电流峰值和相位，得到不同频率下的损耗因数、相对介电常数和复电容等值。

从图2中可以看出，随着频率的降低，介质损耗因数逐渐增大[4]。

油纸中水份含量的增减和老化程度的大小将直接影响曲线高频和低频处发生上下平移，随着老化程度的加深，油的电导率也随之增大，導致曲线中段向右平移。

4 结论本文介绍了频域介电谱原理、Debye模型的介电响应相关理论和其在油纸绝缘诊断上的应用。

利用电介质极化理论来具体分析油纸绝缘老化状态，应用介电谱理论理解其老化机理，并逐步应用到现场检测，对油浸式电力变压器等高压设备的绝缘诊断具有深远意义。

参考文献：[1]杜乾栋，吴治诚等.气—固绝缘分界面电荷积聚模型及数值计算[J].高压电器，2017，53（02）：14-18.作者简介：戴静（1988-），女，北京人，硕士研究生，工程师，主要研究方向：基于介电谱分析的变压器油绝缘诊断技术。

变压器油纸绝缘老化状况的诊断研究

变压器油纸绝缘老化状况的诊断研究电力变压器在电力系统中负责电能的转换和传输,影响着供电系统运行的可靠性和安全性,是电网中不可缺少的电力设备。

由于变压器的使用寿命主要是由变压器的绝缘性能决定,因此绝缘老化是变压器的主要故障,避免因电力变压器故障影响电网的正常运行与油浸式变压器的绝缘老化诊断是密不可分。

目前对油浸式变压器的绝缘诊断多采用的是无损的介电响应法建立油纸绝缘的等效模型来诊断变压器油纸绝缘的老化状况。

本文采用时域介电响应法中的回复电压法,同时结合油纸绝缘系统的等效德拜模型研究变压器油纸绝缘系统的等效电路参数与绝缘状态的关系,进而用回复电压的特征参量来诊断变压器的油纸绝缘状况。

本文研究思路和主要内容如下:在研究了国内外关于变压器油纸绝缘老化状况诊断分析的基础上,发现变压器油纸绝缘的极化特性可在介电响应的理论基础上进行研究。

首先对变压器油纸绝缘的老化机理开始研究,介绍了电介质基本理论和极化特性;然后根据介电响应的数学理论推导介绍了介电响应的检测方法;接着根据油纸绝缘的物理结构逐步建立油纸绝缘系统的等效德拜模型,采用回复电压法推导德拜模型的回复电压测量公式;最后可得到回复电压的极化谱和初始斜率曲线。

根据变压器绝缘状态影响等效电路参数的变化,需要对油纸绝缘的等效电路进行参数辨识,本文采用回复电压的特征参量回复电压初始斜率建立优化目标函数,减少了大量试验数据的采集,采用果蝇优化算法辨识油纸绝缘等效电路的参数,并通过实例验证果蝇优化算法的可行性和准确性。

本文通过MATLAB软件搭建了油纸绝缘的等效德拜模型,观察等效电路参数和试验参数的改变对回复电压极化谱和初始斜率曲线的影响,结合油纸绝缘状态与等效电路参数的关系,进而可得回复电压特征参量与油纸绝缘状态之间的联系。

当油纸绝缘状态受潮老化后,等效电路的极化参数发生改变,影响极化谱和初始斜率曲线。

通过观察极化谱和初始斜率的变化,诊断出变压器的油纸绝缘状态。

变压器油纸绝缘套管受潮缺陷频域介电谱特征

第 40 卷.第 2 期1352021 年 3 月电力工程技*Electric Power Engineering TechnologyDOI ：10.I2158/j1096L203.2021.02.019变压器油纸绝缘套管受潮缺陷频域介电谱特征张毅涛1,齐波1,林元棣2,沈殷和1,吴益明2(1-新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学)，北京102206；2-国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，江苏南京211103)摘要：已有研究表明，频域介电谱(FDS )对油纸绝缘受潮缺陷的检测比较灵敏。

为了研究变压器油纸绝缘套管受潮缺陷的FDS 特征，测试了受潮后套管模型不同静置时间下的介损电压特性和0.001 Hz~l kHz 的介损频率特性。

结果表明：在受潮初期，相同试验电压下介损随时间的变化呈现微弱增长趋势，但并不明显，相同时间下，介损随试验电压升高有所增长;在受潮中期，介损随时间的变化呈现明显增长趋势，并在120 h 时介损达到峰值;在受潮末期，介损随着时间的增加呈现下降趋势，整个过程介损增量未超过规程规定值，可考虑降低规程规定值。

在FDS 的低频段0.001-0.01 Hz 区间范围內可明显区分受潮套管和不受潮套管，1 mHz 介损特征尤其明显。

因此建议套管出厂及运行增加FDS 低频段测试，利用FDS 低频段特征进行套管绝缘诊断。

关键词：套管；油纸绝缘；受潮；频域介电谱;介质损耗中图分类号:TM855 文献标志码：A文章编号：2096-3203( 2021) 02-0135-060引言油纸绝缘套管是变压器设备的重要组成部分，起绝缘、引流和支撑作用，其绝缘结构分内绝缘和外绝缘。

内绝缘为圆柱形电容芯子，由油浸纸和铝箔极板组成;外绝缘为瓷套［1］%因套管密封设计不合理或安装维护不当导致套管密封失效进水受潮，进而造成套管绝缘故障甚至引起变压器停运或着火［2］%根据中国电力科学研究院近二十年收集的事故统计，油纸绝缘套管一旦发生绝缘放电性故障，则导致变压器火灾事故的发生率高达83%［3］ %可见套管故障会直接引发变压器故障，造成巨大经济损失％套管受潮是油纸绝缘套管绝缘故障的主要形式之一，会对电力系统的安全可靠运行造成极大威胁［4'8］ %如2015年9月2日某水电站轻重瓦斯保护动作，主变高低压侧断路器跳闸，套管油纸绝缘存在明显电弧放电痕迹％事后分析认为，套管密封不良造成绝缘受潮导致绝缘劣化，运行中产生局部放电并不断发展至套管导杆与法兰盘之间油纸绝缘击穿［9'10］ % 2005年4月30日某换流站换流变保护动作，换流变压力释放阀冒油，套管储油柜移位%套管解体发现电容屏间有严重电弧碳化通道，检查发现套管头部螺栓使用不当，有明显进水通道，造成绝缘受潮，引发故障［11'13］%收稿日期：2020-10-08；修回日期：2020-11-19基金项目：国家电网有限公司科技项目(SGJSDK00ZPJS190-0269)目前国内外关于水分对变压器油及绝缘纸板的影响研究较多，但针对套管油纸绝缘受潮特征的研究较少％现行《电力设备预防性试验规程》［14］对套管绝缘状况的判断作出了规定，但符合试验规程的套管仍有故障发生，因此有必要开展变压器油纸绝缘套管受潮缺陷的特征研究％华北电力大学王伟等人研究了水分含量对油纸绝缘沿面爬电的影响［15］，认为水分浓度的升高会显著降低沿面爬电的起始电压％研究显示频域介电谱(frequency domainspectroscopy ，FDS )对油纸绝缘中的水分较敏感，可以通过FDS 特征诊断油纸绝缘受潮状态［16'19］%已有研究将FDS 方法应用于套管受潮状态的判断研究中&20'25(，但未明确给出受潮油纸绝缘套管的FDS特征%为研究变压器油纸绝缘套管因密封失效引起的受潮缺陷对套管FDS 的影响，文中研制了电场等值的套管试验模型，搭建了 40.5 kV 试验平台％对套管受潮不同静置时间(24 h ，48 h ，72 h ，96 h ，120 h ， 144 h ，168 h ，192 h ，216 h )下介损电压特性和0.001 Hz~1 kHz 的介损频率特性分别进行测试，分析其变化趋势，并通过数据对比获得受潮套管的诊断特征量%1研究平台及试验方法13试验模型为便于实验室进行试验研究，文中研究采用了电场等值的套管模型% 试验所用套管模型如图 1 所示,套管外套采用透明有机玻璃，便于观察试验现电力工程就求136象，套管电容芯子由0.125mm厚的电缆绝缘纸和0.007mm厚的铝箔组成。

变压器油纸绝缘热老化的时频域介电和空间电荷特性研究

变压器油纸绝缘热老化的时频域介电和空间电荷特性研究一、概述随着电力系统的不断发展，变压器作为电力系统的核心设备，其运行安全和稳定性对电力系统的可靠运行至关重要。

变压器油纸绝缘作为变压器内部的主要绝缘结构，其性能直接关系到变压器的使用寿命和运行安全。

在实际运行过程中，变压器油纸绝缘会受到热老化等多种因素的影响，导致其性能逐渐下降，甚至引发故障。

研究变压器油纸绝缘热老化的时频域介电和空间电荷特性，对于提高变压器的运行可靠性和延长使用寿命具有重要意义。

热老化是变压器油纸绝缘性能下降的主要原因之一。

在高温环境下，油纸绝缘中的分子链会发生断裂、氧化等反应，导致绝缘性能下降。

热老化还会引起绝缘材料中介电特性的变化，包括介电常数、介电损耗等参数的改变。

热老化还会影响绝缘材料中的空间电荷分布和迁移，进一步加剧绝缘性能的恶化。

为了深入研究变压器油纸绝缘热老化的时频域介电和空间电荷特性，本文采用先进的实验技术和分析方法，对不同老化程度的油纸绝缘样品进行了系统的测试和分析。

通过对时频域介电特性的研究，可以揭示热老化对绝缘材料介电性能的影响规律；而通过对空间电荷特性的研究，则可以深入了解热老化过程中绝缘材料内部电荷的分布和迁移情况。

这些研究结果将为提高变压器的运行可靠性和延长使用寿命提供重要的理论依据和实践指导。

1. 变压器油纸绝缘在电力系统中的重要性在电力系统中，变压器作为电能转换与传输的核心设备，其运行的稳定性和安全性直接关系到整个电网的可靠运行。

而变压器油纸绝缘，作为变压器内部的主要绝缘结构，其性能优劣对变压器的使用寿命和故障率具有决定性的影响。

深入研究和理解变压器油纸绝缘的热老化特性，对于提升电力系统的运行效率和安全性具有重要意义。

变压器油纸绝缘具有高效的绝缘性能。

在高压电场下，油纸绝缘结构能够有效地隔离不同电位之间的电场，防止电流击穿，保证变压器的正常运行。

油纸绝缘结构还具有良好的耐热性能和冷却性能，能够在变压器长时间运行过程中保持稳定的绝缘性能，防止因热老化导致的绝缘性能下降。

基于频域介电谱的油纸绝缘宽频等效模型参数辨识研究

基于频域介电谱的油纸绝缘宽频等效模型参数辨识研究杜林;杨峰;蔚超;王有元;吴雄;冉鹂蔓【摘要】To provide underlying knowledge for interpretation of frequency domain spectroscopy (FDS) measurements and characterization of oil-impregnated paper (OIP) insulation status, FDS properties were investigated first in this paper based on the extended Debye model (EDM). In particular, a method was proposed to determine values of the resistor and the capacitor in each branch of the EDM using FDS curves. First, two real-life OIP condenser bushings were employed, in which moisture ingress was simulated at different levels, and the FDS curves of the two bushings were measured. Thereafter, a fusion method integrating the genetic and Levenberg-Marquardt algorithms was employed to calculate the model parameters, which solves the problem of pool matching between the EDM and FDS. In this sense, a wide-band model (in the frequency orders between 10?3~103Hz) of dielectric response of OIP insulation has been established. Further, the recovery voltage method (RVM) curves of the two bushings were transformed from the resulted EDM. By comparative analysis with the measured RVM results, the proposed method is proven to feature good universality in time and frequency domain. This work presents indications for the quantitative assessment of OIP insulation condition as further research.%为充分解释频域介电谱(FDS)的测量结果,并为提取油纸绝缘状态特征量提供基础,基于扩展德拜模型(EDM),提出一种利用 FDS 曲线辨识 EDM 各支路阻容参数的有效方法.采用两支经不同程度模拟受潮处理后的真型油纸电容式套管,首先测量其FDS曲线,并通过遗传算法与Levenberg-Marquardt算法相结合的融合方法进行EDM的参数辨识,有效解决了EDM对FDS重构匹配度差的问题,进而建立在10?3~103Hz量级范围内的油纸绝缘宽频介电响应等效模型.进一步采用模型参数转换得出时域中的回复电压法(RVM)谱图,并通过对比实测 RVM 谱图,最终验证该参数辨识方法同时具有良好的时频域一致性,可为进一步开展油纸绝缘状态的定量评估提供依据.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2018(033)005【总页数】9页(P1158-1166)【关键词】油纸绝缘;频域介电谱;扩展Debye模型;参数辨识【作者】杜林;杨峰;蔚超;王有元;吴雄;冉鹂蔓【作者单位】输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆400044;输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆 400044;国网江苏省电力公司电力科学研究院南京 211103;输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆 400044;国网四川省电力公司眉山供电公司眉山 620010;输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆400044【正文语种】中文【中图分类】TM855油纸（Oil-Impregnated Paper, OIP）绝缘系统广泛用作油浸式电气设备的绝缘介质[1,2]。

基于介质响应电流频变特性的油纸绝缘受潮状态评估方法

基于介质响应电流频变特性的油纸绝缘受潮状态评估方法夏源;杨丽君;吕晓露;汪可;李金忠【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2024(39)11【摘要】油纸绝缘受潮状态的准确评估对于电力设备安全稳定运行至关重要,该文研究并提出了一种以介质响应电流幅值I_(m)随激励电压频率f变化为特征的油纸绝缘受潮评估新方法。

试验测试了不同水分含量油纸绝缘样品在频率f为0.01~50 Hz正弦激励电压下的f-I_(m)特性,并对I_(m)按照其最小值进行归一化处理得到f-I^(*)曲线。

结果表明:在双对数坐标下,随着受潮程度增加油纸绝缘的f-I^(*)曲线会由干燥时的一条直线逐渐变为一条下凹的曲线。

进一步提出将50 Hz 处的I^(*)值I^(*)_(@50Hz)作为特征参量,用于量化油纸绝缘水分含量,并在实验室模型和实际油浸式设备上验证了该方法的有效性。

与传统利用频域介电谱诊断油纸绝缘受潮的方法相比,该文所提特征参量与水分含量的量化关系受绝缘结构差异和油纸绝缘聚合度变化的影响较小,在设备绝缘结构和老化状态信息缺失的情况下具有更好的普适性。

另外,该方法所需测试时间仅约100 s,具有高效、准确和便捷的特点。

【总页数】13页(P3444-3456)【作者】夏源;杨丽君;吕晓露;汪可;李金忠【作者单位】输变电装备技术全国重点实验室(重庆大学);中国电力科学研究院有限公司【正文语种】中文【中图分类】TM855【相关文献】1.基于频域介电响应特征指纹的油纸绝缘受潮及老化状态区间识别2.受潮油纸绝缘的非线性介电响应特性及H-W模型在时-频转换中的应用3.基于宽频介电响应的油纸绝缘套管受潮特征提取和状态诊断4.基于微带环谐振器的油纸绝缘介电响应特性与受潮评估5.基于灰色关联与时-频域介电响应的油纸绝缘受潮状态快速评估方法因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

学术简报｜变压器油纸绝缘状态评估的新思路：模糊物元法+逼近理想解法

学术简报｜变压器油纸绝缘状态评估的新思路：模糊物元法+逼近理想解法摘要福州大学电气工程与自动化学院的研究人员张宁、蔡金锭，在2018年第22期《电工技术学报》上撰文（论文标题为“基于的油纸绝缘状态评估”），针对变压器油纸绝缘状态评估的指标参数具有不确定性和模糊性的特点，提出模糊物元-逼近理想点（TOPSIS）法的油纸绝缘状态评估模型。

首先，分别通过等效电路参数、回复电压法和极化去极化电流法提取特征量，建立变压器油纸绝缘状态评估的指标体系；其次，对特征量通过从优隶属度计算得到模糊量值，并用模糊物元表征；然后，通过层次分析法和熵权法，分别从主观和客观两方面确定特征量的组合权重；最后，利用逼近理想解方法，通过评估变压器与正理想解的贴近度对其油纸绝缘状态进行评估。

实例计算表明，采用该模型进行变压器油纸绝缘状态评估结果的客观性和准确性。

（Polarization/Depolarization Current, PDC）法、频域介电谱（Frequency Domain Dielectric Spectroscopy, FDS）法]等绝缘检测方法。

文献[2]通过对油纸绝缘等效电路的仿真，分析得到绝缘电阻、几何电容、主时间常数等特征量与绝缘状态之间的相关性。

文献[4]通过建立实验平台，测试在不同温度下油纸绝缘的极化电导率，验证了极化电导率作为特征量进行油纸绝缘状态诊断的有效性。

文献[6]通过FDS实验，验证了介质损耗因数可以反映绝缘介质的含水量及热老化程度。

以上研究仅用特定少数几个特征量，无法对油纸绝缘状态进行合理的综合评估。

目前，有一些学者开始对变压器油纸绝缘状态进行综合评估，主要方法有灰色关联法[7,8]、模糊评估法[9]和灰色聚类[10]等方法。

文献[7,8]采用灰色关联度建立了变压器绝缘状态的综合评估模型，但是在确定权重时仅考虑了主观权重，而主观权重受专家的主观偏好影响过于明显，会造成不同专家得到的评估结果相差很大。

基于X-Y模型预测油纸绝缘系统低频段介电特性

基于X-Y模型预测油纸绝缘系统低频段介电特性
李杰
【期刊名称】《通信电源技术》
【年(卷),期】2017(34)6
【摘要】频域介电谱法是一种无损的电气诊断技术,非常适用于变压器油纸绝缘状态的现场诊断,尤其是低频段和超低频段下的参数测量,更能准确反映高压电力设备绝缘老化的实际发展状况.但是频域介电谱法在低频段测试需要非常长的时间,并且易受环境因素的干扰.文中提供一种基于X-Y等值电路参数辨识,估算油纸绝缘系统低频段介损的方法,建立油纸X-Y等值电路模型参数与频域介电谱特征量的关系式,利用测量的高频段频域介电谱数据,基于粒子群优化算法辨识等效电路参数,用辨识得到的参数值代入参数与特征量的关系式,计算得到低频段频域介电谱.这种方法因只需要测量高频段的频域介电谱特征量,避免了低频段的测量,有效地减少了现场测量时间,快速有效地研究变压器的绝缘状态.
【总页数】3页(P42-44)
【作者】李杰
【作者单位】湖北工业大学,湖北武汉430068
【正文语种】中文
【相关文献】
1.变压器油纸绝缘系统频域介电特性的影响因素研究 [J], 郭靖;汪旭旭
2.基于粒子群算法的变压器油纸绝缘系统回复电压场路模拟研究 [J], 张施令
3.基于弛豫贡献度的变压器油纸绝缘系统老化状态评估 [J], 叶荣;蔡金锭
4.基于等效电路的油纸绝缘系统受潮状态分析 [J], 杨峰;唐超;周渠;杜林;冉鹂蔓
5.基于粒子群算法的变压器油纸绝缘系统回复电压场路模拟研究 [J], 张施令因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。