油纸绝缘电介质

油纸绝缘电介质频率响应的测试技术及实验

研究

2012年5月

重点实验室项目任务书

学院电气工程学院

组长陈俊贤学号20102 班级电气3班

组员陈峰学号20102 班级电气3班彭松学号20102 班级电气3班

林静英学号20102647 班级磁浮班

林莉学号20102638 班级磁浮班

发题日期：2011年9月？日完成日期： 2012年5月20日

题目油纸绝缘电介质频率响应的测试技术及实验研究

1、本论文的目的、意义油浸式变压器由于具有较高的绝缘强度、较长的使用寿命，广泛用于高压、超高压输电系统以及电气化铁路牵引供电系统中。绝缘油和绝缘纸组成的复合绝缘构成了油浸式变压器的绝缘系统，变压器的使用寿命是主要由绝缘材料的绝缘强度决定。目前，国内许多大型变压器已经运行了数十年，进入了寿命的中后期，如果一次性全部将其更换，将需要大量资金，而且其中有许多变压器仍可以安全运行若干年，盲目更换会造成巨大的浪费，这对电力企业及铁路来说是不可接受的。因此，对变压器的绝缘状况进行诊断，掌握变压器的运行状态，制定科学、合理的变压器运行、维护以及更新计划，对提高变压器的可用率和整个电网及铁路运行可靠性都具有重要意义。

2、学生应完成的任务

（1）了解油浸式变压器绝缘系统结构，着重了解油纸绝缘系统；

（2）研究目前主要的一些变压器油纸绝缘状态诊断技术，了解当今国内外研究现状和进展；

（3）学习变压器油纸绝缘的电介质响应法，着重研究频率响应测试；

（4）研究频率响应测试方法，以及该测试系统的组成部分、工作原理和实验步骤；（5）针对频率响应测试系统中的微电流测量，设计出电流电压转换电路，并用Pspice 仿真软件对其进行仿真分析；

（6）在实验室条件下，搭建微电流测量电路，对模拟变压器油纸绝缘系统进行频率

响应测试；

（7）分析实验所得数据，对实验提出改进方案。

3、论文各部分内容及时间分配：

第一部分查阅相关文献，搜集相关资料，研究本论文题目的意义及国内外发展现状 ( 2011年10月--12月) 第二部分完成油纸绝缘电介质响应相关理论的学习，尤其是对频率响应测试的学习 ( 2012年1月--2月) 第三部分完成对油纸绝缘系统的电介质频率响应测试实验 ( 2012年3月) 第四部分完成实验数据的整理、分析 ( 2012年4月) 第五部分得出结论，完成论文的撰写 ( 2012年5月) 评阅及答辩完成论文的评阅，修改和打印，最后完成答辩 ( 2012年5月底)

备注

指导教师：周利军年月日

审批人：年月日

摘要

油浸式变压器由于具有较高的绝缘强度、较长的使用寿命，广泛用于高压、超高压输电系统以及电气化铁路牵引供电系统中。绝缘油和绝缘纸组成的复合绝缘构成了油浸式变压器的绝缘系统，变压器的使用寿命是主要由绝缘材料的绝缘强度决定。目前，国内许多大型变压器已经运行了数十年，进入了寿命的中后期，如果一次性全部将其更换，将需要大量资金，而且其中有许多变压器仍可以安全运行若干年，盲目更换会造成巨大的浪费，这对电力企业及铁路部分来说是不可接受的。因此，对变压器的绝缘状况进行诊断，掌握变压器的运行状态，制定科学、合理的变压器运行、维护以及更新计划，对提高变压器的可用率和整个电网及铁路运行可靠性都具有重要意义。

变压器油纸绝缘是一种复合电介质，油纸绝缘的老化会引起油纸绝缘体系介电特性的变化。为研究油纸绝缘频域介电谱特性参数与油纸绝缘复合电介质极化过程的关系，以及更好地将频域介电谱技术用于变压器老化状态无损诊断，通过变压器油纸绝缘扩展Debye 等效电路模型仿真了绝缘电阻、几何电容以及时间常数分支电路参数的变化对油纸绝缘系统复电容频域介电谱的影响规律，通过频域介电谱实验研究了油纸绝缘系统的复相对介电常数、复电容、介损等参数与油纸绝缘状态和测试温度的关系，并根据电介质极化理论深入分析了油纸绝缘极化参数随频率和温度变化的规律。

本方法充分利用绝缘材料介电常数随电压频率变化而发生变化的这一固有特性，通过测试不同温度、不同微水含量试样的输出电压增益Ｍ和相位差相关特征参量，结合测试装置的等效电路进行数学计算，得出试样的复介电常数ε＊。分析油纸绝缘微水含量ｍ与复介电常数ε＊、温度Ｔ和施加电压频率ｆ之间相互影响的规律，再利用数学软件工具对

测试数据的变化规律进行拟合处理，最终获得油纸绝缘微水含量ｍ与复介电常数ε＊、温度Ｔ和施加电压频率ｆ的通用函数关系式，最后利用此函数关系式从而实现对未知油纸绝缘微水含量的计算。

本论文首先介绍油浸式变压器的油纸绝缘系统，分析变压器油纸绝缘的老化机理，总结目前一些主要的变压器油纸绝缘状态的诊断技术，了解油纸绝缘电介质基于频率响应测试的频域谱法(FDS)的研究现状和进展。

其次介绍变压器油纸绝缘介电响应的相关理论，研究油纸绝缘电介质基于频率响应测试的频域谱法（FDS），重点研究FDS测试电路的微电流测量。基于油纸绝缘电介质频率响应FDS测试电路的微电流测量，设计出电流电压转换电路，并运用Pspice仿真软件对电路进行仿真，分析了不同温度变化对电路的影响。通过FDS 实验研究了绝缘纸层数、绝缘纸含水量、油纸绝缘试品老化程度以及温度对油纸绝缘试品频域介电谱特性的影响。

在实验室条件下，搭建微电流测量电路，对模拟的变压器油纸绝缘系统进行频率响应测试实验，并对实验结果提出改进方法。

关键词：油纸绝缘电介质频率响应微电流测量 Debye 模型 FDS

目录

第1章绪论 (1)

1．1 油纸绝缘电介质频率响应的研究意义 (1)

1．2 变压器油纸绝缘系统 (2)

1．主绝缘 (4)

（1）包绝缘层 (5)

（2）加覆盖层 (5)

（3）加隔板 (5)

2．纵绝缘 (5)

1．2．1 变压器油 (6)

1变压器油的性能 (7)

2变压器油的老化机理 (7)

1．2．2 变压器固体绝缘材料 (7)

1．绝缘纸 (9)

2．绝缘纸板 (10)

3．绝缘纸的性能 (10)

4．绝缘纸的老化机理 (10)

（1）水解 (11)

（2）氧化降解 (11)

（3）热降解 (11)

1．3 变压器油纸绝缘状态的诊断方法 (12)

1. 化学诊断方法 (12)

（1）微水分析 (12)

（2）油中溶解气体分析（DGA） (12)

（3）绝缘纸聚合度测试（DP） (12)

（4）油中糠醛含量分析 (13)

2．电诊断方法 (13)

1．4 油纸绝缘电介质频域谱法（FDS）诊断的研究现状 (13)