油纸绝缘电介质
变压器油纸绝缘系统低频介电参数方程
变压器油纸绝缘系统低频介电参数方程
王 东 阳 周 利 军 陈 雪 骄 刘 伟 迪 王 路 伽
(西 南 交 通 大 学 电 气 工 程 学 院 成 都 610031)
摘 要 油 纸 绝 缘 系 统 频 域 介 电 谱 的 低 频 部 分 更 有 利 于 诊 断 、评 估 绝 缘 系 统 的 老 化 状 态 与 水 分 含 量 ，
Complex Relative Permittivity Expressions of Oil-Paper Insulation for Low Frequency Domain Dielectric Response
W ang D o ngyang Z h o u L iju n Chen X u e jia o L iu W e id i W a n g L u jia
为 了 将 频 域 介 电 响 应 法 更 好 地 应 用 到 工 程 中 ，针 对 变 压 器 油 纸 绝 缘 系 统 低 频 激 励 下 的 介 电 响 应 进 行 了 研 究 。首 先 分 析 了 绝 缘 电 介 质 （ 油 隙 、油 浸 纸 ） 在 低 频 激 励 下 的 电 极 极 化 过 程 ，进 而 提 出 以 电 导 率 、 离 构 建 变 压 器 油 纸 绝 缘 系 统 低 频 介 电 参 数 方 程 ；最 后 通 过 试 验 对 所 构 建 的 介 电 参 数 方 程 进 行 验 证 。研究 结 果 表 明 ：油 纸 绝 缘 系 统 介 电 参 数 计 算 值 与 试 验 值 相 符 合 ，建 立 的 介 电 参 数 方 程 能 够 有 效 地 表 征 变 压 器油纸绝缘系统频域介电响应低频部分的介电参数。
( C o llege o f E le c tr ic a l E n g in e e rin g
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。
纳米改性变压器油纸杯及绝缘特性分析
纳米改性变压器油纸杯及绝缘特性分析
随着电力传输的快速发展，高压变电站逐渐向着更高的电压等级发展，变压器作为电
力传输的关键设备之一，其重要性日益凸显。
电力传输中，变压器起到了电能变换的作用，其中隔离和保护变压器的油纸绝缘材料起到了至关重要的作用。
而随着科技的发展，人们
开始尝试将纳米技术应用于变压器油纸绝缘材料中，以提高其性能和可靠性，此类材料就
被称为“纳米改性变压器油纸杯”。
纳米改性材料主要是通过将纳米材料（通常为纳米粒子）与传统绝缘材料（如纸张）
相结合，以增强其绝缘性能。
在变压器油纸杯中，纳米材料主要用于改善油纸杯的机械强
度和耐老化性能，并且减小电场集中效应，从而提高绝缘性能。
“纳米改性变压器油纸杯”的绝缘分析旨在研究这种材料的绝缘特性，包括电介质强度、介电常数和介电损耗等。
首先，对“纳米改性变压器油纸杯”的电介质强度进行了测试。
在实验中，用高压电
源对样品施加电压，直到样品破裂，记录测试结果，并将测试结果与传统油纸绝缘材料进
行比较。
结果显示，“纳米改性变压器油纸杯”的电介质强度明显高于传统油纸绝缘材料。
这表明，纳米材料的添加确实可以改善油纸绝缘杯的机械强度，提高其电介质强度。
综上所述，“纳米改性变压器油纸杯”具有明显的优势，可以提高绝缘杯的机械强度、耐老化性能和电介质强度，减小电场集中效应和介电损耗，从而提高电力传输的效率和可
靠性。
但仍需在生产实践中做出更为系统和全面的优化和改进，以推广其应用，为电力传
输事业发展做出更大的贡献。
电介质基本物理知识
第一章电介质基本物理知识电介质（或称绝缘介质）在电场作用下的物理现象主要有极化、电导、损耗和击穿。
在工程上所用的电介质分为气体、液体和固体三类。
目前，对这些电介质物理过程的阐述，以气体介质居多，液体和固体介质仅有一些基本理论，还有不少问题难以给出量的分析，这样就在很大程度上要依靠试验结果和工作经验来进行解释和判断。
第一节电介质的极化一、极化的含义电介质的分子结构可分为中性、弱极性和极性的，但从宏观来看都是不呈现极性的。
当把电介质放在电场中，电介质就要极化，其极化形式大体可分为两种类型：第一种类型的极化为立即瞬态过程，极化的建立及消失都以热能的形式在介质中消耗而缓慢进行，这种方式称为松弛极化。
电子和离子极化属于第一种，为完全弹性方式，其余的属于松弛极化型。
（一）电子极化电子极化存在于一切气体，液体和固体介质中，形成极化所需的时间极短，约为1015 s。
它与频率无关，受湿度影响小，具有弹性，这种极化无能量损失。
（二）原子或离子的位移极化当无电场作用时，中性分子的正、负电荷作用中心重合，将它放在电场中时，其正负电荷作用中心就分离，形成带有正负极性的偶极子。
离子式结构的电介质（如玻璃、云母等），在电场作用下，其正负离子被拉开，从而使正负电荷作用中心分离，使分子呈现极性，形成偶极子，形成正负电荷距离。
原子中的电子和原子核之间，或正离子和负离子之间，彼此都是紧密联系的。
因此在电场作用下，电子或离子所产生的位移是有限的，且随电场强度增强而增大，电场以清失，它们立即就像弹簧以样很快复原，所以通称弹性极化，其特点是无能量损耗，极化时间约为1013-s。
（三）偶极子转向极化电介质含有固有的极性分子，它们本来就是带有极性的偶极子，它的正负电荷作用中心不重合。
当无电场作用时，它们的分布是混乱的，宏观的看，电介质不呈现极性。
在电场作用下，这些偶极子顺电场方向扭转（分子间联系比较紧密的），或顺电场排列（分子间联系比较松散的）。
变压器油纸复合绝缘电介质频率响应研究的开题报告
变压器油纸复合绝缘电介质频率响应研究的开题报告1. 研究背景及意义变压器作为电力系统中重要的电器设备，承担着电能传输和分配的重要任务，其运行稳定性和可靠性对电力系统的安全运行至关重要。
而变压器的绝缘系统是保证其稳定运行的关键所在，绝缘系统的可靠性、耐久性和故障率直接影响变压器的运行效率和寿命。
复合绝缘材料是当前变压器绝缘系统的主要材料，其中油纸复合绝缘电介质性能稳定、耐压强度高、耐热性好，被广泛应用于变压器绝缘系统中。
因此，对油纸复合绝缘电介质的频率响应进行研究，有助于了解其电性能力和耐久性能，为提高变压器的运行效率和寿命提供科学依据。
2. 研究内容和目标本次研究的目的是探究油纸复合绝缘电介质的频率响应规律，明确其高频响应特性。
具体研究内容包括：(1) 油纸复合绝缘电介质的制备及基础性能测试；(2) 频率响应测试方法的建立和优化研究；(3) 对油纸复合绝缘电介质进行频率响应测试，研究其盘间电容和介质损耗特性；(4) 根据测试结果分析油纸复合绝缘电介质的高频响应特性，并寻找影响频率响应的关键因素。
通过以上研究内容，可得到油纸复合绝缘电介质的频率响应规律和高频响应特性，为深入了解其电性能力和耐久性能，为变压器绝缘系统的优化和改进提供科学依据。
3. 研究方法和步骤(1) 油纸复合绝缘电介质的制备按照国家标准和相关规范要求，选用合适的油和纸材料制备油纸复合绝缘电介质试样。
(2) 基础性能测试将制备好的油纸复合绝缘电介质试样进行介质拉伸强度、介质损耗和介电常数等性能指标的测试，为后续频率响应测试提供基础数据。
(3) 频率响应测试方法建立和优化根据实验需求和样品特点，选择合适的频率响应测试方法，对测试方法进行优化和改进。
(4) 频率响应测试利用优化后的频率响应测试方法对油纸复合绝缘电介质试样进行测试，得到频率响应测试数据。
(5) 数据处理根据测试数据分析油纸复合绝缘电介质的频率响应规律和高频响应特性，并研究影响频率响应的关键因素。
植物油纸绝缘的介电与热稳定性能
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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。
油纸绝缘电力设备频域介电谱法测试接线方法、原理、温度影响、数据库
高压端
频域介电谱测试仪
试品
AC
V
测量端 A
接地
图 B.1 FDS 测试基本原理图
如图 B.1 所示，若对试品电容施加正弦电压为U U0 ，测得电介质电流信号为 I I ，φ
为电流信号超前于电压信号的相位，阻抗的模 Z=U/I，介质损耗角 - ，角频率 2f ，则阻
2
抗可表示为
Z U/ I Z Z cos jZ sin
C
图 A.1 套管本体测试接线图 A.2 油浸式电力变压器
单相双绕组油浸式电力变压器的测试接线如图 A.2 所示，低压套管短接后连接至频域介电谱测试仪 的电压输出端（高压端），高压套管短接后连接至电流测量端，接地线可就近与变压器的金属外壳进行 电气连接。
频域介电谱测试仪
高压端
a
x
A
X
V 测量端 A
双绕组
频域介电谱测试仪
高压端
V 测量端 CHL A
图 A.6 油浸式电流互感器（不带末屏）测试接线图 A.5 油浸式电压互感器
电磁式电压互感器频域介电谱测试接线如图A.7所示。一次侧绕组短接接至输出端（高压端），二 次侧绕组短路并连接至频域介电谱测试仪的测量端子。
3
频域介电谱测试仪
高压端
DL/T××××. ×—2020 A
附录 C
（资料性附录） 温度对频域介电谱的影响 由于绝缘性能取决于温度，温度补偿必须用于不在 20°C 下进行的测量，这通常是通过使用 IEEE 62-1995 中建议的某些类别设备的温度校正表值来实现的。然而，该表中的温度校正系数通常是不同 材料的平均值，并描述了“正常”条件下的材料。实际上，绝缘材料的状况是未知的，因此，对单个 设备的校正可能会出错。图 C.1 是具有不同功率因数校正系数的变压器示例。一般来说，干绝缘的介 电性能对温度的依赖性较小，而温度对湿绝缘的影响很大。
油纸绝缘电力设备绝缘纸中含水量估算方法、频域介电谱测试案例
11
DL/T××××. ×—2020
附录 F
（资料性附录）
油纸设备频域介电谱测试案例
F.1 500kV 油纸电容式变压器套管频域介电谱（FDS）法测试案例
收集中国南方地区 2015~2019 年 500kV 油纸电容式变压器套管部分介电谱分析案例，对不同套管
故障类型和频域介电谱特征进行说明。表 F.1 为异常套管基本情况及油色谱试验数据：
DL/T××××. ×—2020
附录 E
（资料性附录）
设备绝缘纸中含水量估算方法
E.1 油-纸绝缘介质损耗因数随频率的关系曲线 电容型油纸绝缘设备油-纸绝缘系统的介质损耗因数 tanδ 与频率 f 之间呈典型的“S”形曲线，如
图 E.1 所示。水分影响低频区域和高频区域。曲线的中间，斜率比较陡的部分体现了油的传导性。绝 缘材料的几何形状确定了斜率较陡的左侧“突起”。
(E.2)
测量绝缘纸（板）含水量常采用曲线比对的方法，具体流程如图 E.3 所示，主要包括四个步骤：
（1）制备不同含水量的绝缘纸（板），测量各绝缘纸（板）不同温度下的复介电常数，建立不同
含水量绝缘纸（板）在各温度时的复介电常数数据库。
（2）测量待测试设备的 tanδ-f 曲线，记录测量时的温度 T，并根据绝缘纸（板）与油道的尺寸估 算体积分数 X 和 Y；
电抗器、电磁式电压互感器、电流互感器、电容式套管绝缘结构的等效模型与变压器的相似，只
需要根据绝缘结构调整 X、Y 即可获得。
测量的tanδ-f曲线
数据库
温度T
变压器油 电导率
变压器油 复介电常数
油浸纸板 复介电常数
XY等效模型 复介电常数
比较
计算的tanδ-f曲线
变压器的绝缘材料
电力绝缘材料之绝缘油变压器的绝缘材料是变压器中最重要的材料之一，其性能及质量直接影响变压器运行的可靠性和变压器的使用寿命。
近年来，变压器产品所采用的新绝缘材料层出不穷。
变压器的绝缘材料又称电介质，是电阻率高，导电能力低的物质。
绝缘材料可用于隔离带电或不同电位的导体，使电流按一定方向流通。
在变压器产品中，绝缘材料还起着散热、冷却、支撑、灭弧、改善电位梯度、防潮、防霉和保护导体等作用。
常用的绝缘材料有固体绝缘材料、液体绝缘材料和气体绝缘材料。
①固体绝缘材料里有变压器绝缘纸板、各种匝绝缘用纸、环氧树脂、橡胶、木材、玻璃纤维、电瓷、聚酯化合物、绝缘漆等。
变压器的绝缘纸板主要是未经漂白的硫酸盐纤维制成，属于纤维素绝缘材料，在纤维之间有大量的孔隙因而具有很强的透气性，吸油性和吸水性。
②液体绝缘材料有变压器油（其绝缘性能很大程度上取决于油的耐压程度），还有各种类型的不燃油（如硅油）等。
③气体绝缘材料有SF6气体，N2等。
而在油浸式变压器中，变压器油、绝缘纸、油纸绝缘和油屏障绝缘是油浸式变压器中的主要绝缘材料。
在这所有的绝缘材料中，绝缘油扮演者关键的角色。
现在常用的绝缘油主要有矿物油和植物油，今天就让小编为大家介绍一下这两者之间的差别吧。
1.结构区别矿物油与植物油虽然都称作油，但是实际上两者的化学结构却有较为本质的区别。
这些片段的不同，使得矿物油与植物油的性能产生了显著的差距。
碳碳双键酯基基团上图所示为植物油中特有一些结构片段，这些赋予了植物油相比于矿物油更独特的性能。
这两种片段活性较高，使得植物油的降解率远高于矿物油。
而且酯基基团中的氧原子能够与水形成氢键，这会使得植物油吸纳水的能力远强于传统矿物油，能够将其他部件中老化产生的水吸纳进植物油同时不影响其本身性能，而这能大大延长绝缘纸的寿命。
矿物油的通常结构可以看出，从化学本质上，两者差别不小，矿物油的结构较为单一，稳定，而正是这种稳定的结构，才能使矿物油在地面下埋藏数千年。
变压器油纸绝缘频域介电谱的虚部分析
变压器油纸绝缘频域介电谱的虚部分析张大宁;刘孝为;詹江杨;李晓霞;田杰;穆海宝【摘要】频域介电谱(FDS)绝缘诊断方法由于具有无损测试、包含绝缘信息丰富等特点被广泛应用在现场测试.但FDS测量结果易受到多种因素影响,如杂质离子含量、温度变化、变压器结构等.而当前研究中,水分含量、杂质离子浓度对油纸绝缘的介电特性影响机理的解释并不完善,因此需要更加合理的介电响应特性仿真和实验分析.本文首先依据实际变压器的测试结果得到扩展Debye模型的参数,并借助Matlab仿真分析扩展Debye模型中纸(板)的绝缘参数的变化对FDS曲线的影响.仿真和实验表明,FDS电导过程的变化规律受杂质离子影响规律明显与水分不同,杂质离子主要影响复电容虚部的低频段.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2019(034)004【总页数】8页(P847-854)【关键词】频域介电谱;电导损耗;扩展Debye模型;杂质离子;Matlab建模【作者】张大宁;刘孝为;詹江杨;李晓霞;田杰;穆海宝【作者单位】西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安 710049;国网陕西省电力公司电力科学研究院西安 710100;国网浙江省电力公司电力科学研究院杭州 310014;国网陕西省电力公司电力科学研究院西安 710100;深圳供电局有限公司深圳 518000;西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049【正文语种】中文【中图分类】TM85油浸式电力变压器广泛应用于电力系统中，是连接配电网与负荷之间的重要设备，其稳定可靠的运行是确保电力系统安全的关键。
绝缘油是电气设备的重要组成部分，其通过对固体绝缘材料有效浸渍和填充的方式，可以祛除设备中的空气和内绝缘之间的气隙，因此大大提高设备的绝缘性能。
同时，液体具有良好的流动性和导热性，可以带走设备运行过程中产生的大量热量，起到绝缘和冷却的双重作用，因而被广泛地应用在电气设备中[1]。
造纸油纸绝缘热老化特性
油纸绝缘热老化特性油纸绝缘是构成大型电力变压器内绝缘系统的重要组成形式，在长期运行过程中受到电、热、机械等老化因素的影响，导致绝缘性能下降。
大量的研究结果表明，构成油纸绝缘的纤维素等高分子有机物质非常容易受到热应力的影响，在氧气、水分等因素的协同作用下发生热裂解，从而导致绝缘系统各项性能的降低。
热老化是影响变压器运行寿命的一个重要因素，也是国内外在变压器寿命预测领域研究的一个热点。
长期以来，变压器绝缘油都使用矿物油脂，由于价格昂贵、供应不稳定，以及不环保等问题，世界各国都在努力寻找替代材料。
植物油以其较高的生物降解性、耐火性以及资源丰富等特点得到了国内外学者的关注，于20世纪60年代被提出用作电容器的绝缘介质。
但植物油本身固有的易被氧化的特性，使得其用作变压器绝缘介质的研究进展缓慢。
第一种用于变压器绝缘介质的商业化植物油产品是ABB公司研制的BioteInp油，并于1999年9月取得美国发明专利，目前已成功应用于美国部分地区的小型配电变压器中；另一方面，天然纤维素纸和纸板是构成变压器绕组及内绝缘的常用绝缘材料，但纤维素的化学键极易受到热应力的作用而发生断裂，严重影响变压器的绝缘寿命。
从20世纪50年代开始，变压器制造厂家就开始着手研究通过化学手段使纤维链的羟基氰乙化、乙酰化，或者添加含氮元素的添加剂来改善绝缘纸的热稳定性能。
目前，各类热稳定绝缘纸已逐渐应用于各种大型电力变压器的内绝缘中，并表现出良好的抗老化性能。
用于表征变压器绝缘老化程度的特征量众多，国内外学者在相关领域也开展了大量的研究工作。
随着新型绝缘材料的应用，适用于普通油浸纸绝缘的各特征参量相关性关系是否仍适用于新的油纸材料绝缘系统还有待探讨和研究，这将关系到绝缘诊断标准和规程的制定以及绝缘老化诊断和剩余寿命预测结果的正确性。
本文通过4种油纸绝缘试品的老化实验数据，对不同绝缘组合的老化特性进行系统的研究和对比分析，探索不同绝缘材料老化生成物的相关性关系，为传统的老化特征参量应用于不同油纸绝缘系统的老化诊断提供依据，并为拓展变压器寿命预测理论奠定基础。
油纸绝缘变压器介质响应模型参数辨识研究
油纸绝缘变压器介质响应模型参数辨识研究油纸绝缘变压器是电力系统中重要的电气设备之一，其可靠性和安全性直接关系到电力系统的稳定运行。
变压器的绝缘系统是保证变压器正常运行的关键，而绝缘系统的可靠性又与介质的性能密切相关。
因此，对于变压器介质的性能研究具有重要的意义。
本文针对油纸绝缘变压器的介质响应模型参数辨识问题进行研究。
首先介绍了油纸绝缘变压器的基本结构和工作原理，然后分析了介质响应模型辨识的意义和现有研究成果，接着提出了一种基于神经网络的介质响应模型参数辨识方法，并进行了实验验证。
一、油纸绝缘变压器的基本结构和工作原理油纸绝缘变压器是一种常用的电力变压器，其主要由铁芯、绕组、油箱、油纸绝缘等部分组成。
变压器的基本工作原理是利用电磁感应原理，将输入电压变换成输出电压。
在变压器中，输入电压通入变压器的一侧绕组，通过铁芯的磁路作用，使得输出电压在另一侧绕组中产生。
油纸绝缘是变压器中常用的绝缘材料，其主要由绝缘纸和绝缘油组成。
绝缘纸具有很好的绝缘性能和机械强度，而绝缘油则能够对绝缘纸进行浸润和冷却，从而保证绝缘系统的稳定性和可靠性。
二、介质响应模型参数辨识的意义和现有研究成果介质响应模型是描述介质响应规律的数学模型，其参数包括介质的损耗因子、介电常数、电导率等。
介质响应模型的参数辨识是指通过实验或者模拟方法，确定介质响应模型的参数值，从而更加准确地描述介质的性能。
介质响应模型参数辨识在油纸绝缘变压器的绝缘性能研究中具有重要的意义。
通过介质响应模型参数辨识可以得到油纸绝缘的电学参数，如介电常数和损耗因子等，进而研究油纸绝缘的性能和可靠性。
此外，介质响应模型参数辨识还可以为油纸绝缘变压器的状态评估和故障诊断提供依据。
目前，国内外学者对于油纸绝缘变压器的介质响应模型参数辨识问题已经进行了大量的研究。
其中，传统的方法主要包括基于实验测量和数值模拟的方法。
实验测量方法通过对变压器绕组和绝缘材料进行实验测量，从而得到介质响应模型的参数值。
铁壳油浸纸介质电容
铁壳油浸纸介质电容1. 引言铁壳油浸纸介质电容是一种常见的电子元件，广泛应用于各种电路中。
它的主要作用是存储电荷并释放电能，以满足电路的需求。
本文将对铁壳油浸纸介质电容进行全面详细、完整且深入的介绍。
2. 铁壳油浸纸介质电容的结构铁壳油浸纸介质电容通常由以下几个部分组成：2.1 电介质铁壳油浸纸介质电容的电介质是由一层薄膜覆盖的纸张。
这种薄膜通常采用聚丙烯或聚酯薄膜，具有良好的绝缘性能和稳定性。
2.2 电极铁壳油浸纸介质电容的电极通常由铝箔制成。
铝箔具有良好的导电性能和机械强度，能够有效地储存和释放电荷。
2.3 外壳铁壳油浸纸介质电容的外壳通常由铁制成，具有良好的机械强度和耐腐蚀性能。
外壳的设计可以有效地保护电容器内部的电介质和电极，同时提供良好的散热条件。
3. 铁壳油浸纸介质电容的工作原理铁壳油浸纸介质电容的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：1.当电容器处于充电状态时，正极电极上的电荷会被吸引到电介质上，形成一个电场。
这个电场会使电介质上的负极电极上的电荷被推开，形成一个等量而相反方向的电场。
2.当电容器处于放电状态时，电荷会从电介质上的正极电极流向负极电极，通过外部电路释放电能。
同时，电介质上的电场会逐渐减弱，直到电容器完全放电。
4. 铁壳油浸纸介质电容的特点和优势铁壳油浸纸介质电容具有以下特点和优势：4.1 高容量铁壳油浸纸介质电容的容量通常较大，可以存储较多的电荷。
这使得它在高功率电路和电子设备中得到广泛应用。
4.2 优良的温度稳定性铁壳油浸纸介质电容具有优良的温度稳定性，能够在各种温度条件下保持稳定的电容值。
这使得它在各种环境下都能正常工作。
4.3 耐高电压铁壳油浸纸介质电容具有较高的耐压能力，可以承受较高的电压。
这使得它在高压电路中得到广泛应用。
4.4 长寿命铁壳油浸纸介质电容具有较长的使用寿命，能够稳定地工作多年。
这使得它在一些长期使用的设备中得到广泛应用。
5. 铁壳油浸纸介质电容的应用领域铁壳油浸纸介质电容广泛应用于各种电子设备和电路中，包括但不限于以下几个领域：5.1 电源电路铁壳油浸纸介质电容可以用作电源电路中的滤波电容，帮助滤除电源中的噪声和干扰，提供稳定的电源电压。
4.3组合绝缘的特性
2、绝缘层 当覆盖的厚度增大到能分担一定的电压， 即成为绝缘层，一般为数毫米到数十毫 米，它能降低最大电场强度，提高油隙 的工频击穿电压和冲击击穿电压。 3、屏障 放置层压纸板或压布板做屏障。在极不均 匀电场中采用屏障可使油隙的工频击穿 电压提高到无屏障时的2倍或更高。
二、油纸绝缘
电气设备中使用的绝缘纸(包括纸板)纤维间含有 大量的空隙，因而干纸的电气强度是不高的， 用绝缘油浸渍后，整体绝缘性能可大大提高。 前面介绍的“油—屏障”式绝缘是以液体介质 为主体的组合绝缘，采用覆盖、绝缘层和屏障 都是为了提高油隙的电气强度，而油纸绝缘则 是以固体介质为主体的组合绝缘，液体介质只 是用作充填空隙的浸渍剂，因此这种组合绝缘 的击穿场强很高，但散热条件较差.
小 结
高压电气设备一般采用多种电介质组合的绝缘 结构； “油-屏障”式绝缘结构中应用的固体介质有 三种不同的形式，即覆盖、绝缘层和屏障； 绝缘油和绝缘纸组成“油-纸”绝缘，击穿场 强大大提高； 分阶绝缘的原则是对越靠近缆芯的内层绝缘选 用介电常数越大的材料，以达到电场均匀化的 目的。
绝缘纸和绝缘油的配合互补，使油纸组合 绝缘的击穿场强可达500～600kV／cm， 大大超过了各组成成分的电气强度(油的 击穿场强约为200kV／cm，而干纸只有 100～150kV／cm)。 各种各样的油纸 绝缘目前广泛应用于电缆、电容器、电 容式套管等电力设备中。
油纸绝缘的最大缺点: 油纸绝缘的最大缺点:易受污染(包括受潮) 因为纤维素是多孔性的极性介质，很易吸 收水分。即使经过细致的真空干燥、浸 渍处理并浸在油中，它仍将逐渐吸潮和 劣化。
内层绝缘采用高密度的薄纸(纸的纤维含量高， 质地致密)，其介电常数较大，击穿场强也较 大; 外层绝缘则采用密度较低、厚度较大的纸，其 介电常数较小、击穿场强也较小。 先讨论单相圆芯均匀介质电缆中绝缘的利用系数。 如果施加交流电压U，则其绝缘层中距电缆轴 心r处的电场E可由下式求得： 式中 r0、R分别为电缆 芯线的半径和外电极(金 属护套)的半径。
油纸绝缘结构介质响应电路模型的参数辨识方法研究
油纸绝缘结构介质响应电路模型的参数辨识方法研究
王骞;臧春艳;张明丽
【期刊名称】《高压电器》
【年(卷),期】2012(48)6
【摘要】介质响应法能够有效地无损诊断油纸绝缘结构的老化状态。
油纸绝缘结构的介质响应电路模型的参数辨识是介质响应法评估老化状态的关键。
笔者根据介质响应的极化过程的特点,提出利用去极化电流辨识油纸绝缘结构的扩展徳拜模型,并通过分析去极化电流的形成和扩展徳拜模型的特点,将多指数拟合问题转化成单指数拟合问题,同时将模型中RC支路的时间常数转换成直线的斜率来求解。
最后,笔者基于1台110 kV变压器的实测去极化电流曲线,用文中的方法辨识出其扩展徳拜模型,并在MATLAB中仿真了所得扩展徳拜模型的去极化电流曲线,仿真曲线与原曲线重合度为95.8%,从而验证了该方法的正确性。
【总页数】6页(P7-11)
【关键词】油纸绝缘结构;介质响应;扩展德拜模型;参数辨识
【作者】王骞;臧春艳;张明丽
【作者单位】华中科技大学电气与电子工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM211;TJ765.4
【相关文献】
1.油纸绝缘变压器介质响应电路参数辨识的研究
2.变压器油纸绝缘等效电路参数辨识及绝缘状态对参数的影响分析
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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)1．老化的影响 (14)2．温度的影响 (14)3．水分的影响 (15)1．5 本文研究的主要内容 (15)第2章 变压器油纸绝缘电介质响应的相关理论 (17)2．1 引言 (17)2．2 介质响应的基本概念 (17)2．2．1 复介电常数 (17)2．2．2 电介质的极化 (17)2．2．3 电介质的损耗 (19)2．3 频域介质响应法在变压器油纸绝缘诊断上的应用 (22)第三章 频率响应特性的研究 (24)3．1电介质频率响应法的介绍 (23)3．2频率响应法的测试方法 (24)3．2．1变压器油纸绝缘等效模型 (24)3．2．2测试原理 (24)3．2．3测试系统组成部分 (25)3．2．4工作原理和实验步骤 (28)3．3油纸绝缘状态和测试温度的关系 (33)3. 4油纸绝缘状态和测试温度的关系 (30)第4章 油纸绝缘电介质频率响应测试技术的研究 (30)4．1 引言 (30)4．2 FDS 测试电路示意图 (31)4．3 FDS 测试原理 (32)()()()()()()()()()()'"0120j j j j j I C U C C U C U σωωεχωχωωωωωωωωωεω∞⎛⎫⎛⎫=+-+=-= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ 4．4 FDS 测试电路的微电流研究 (32)4．4．1 微电流测量方法概述 (32)1．开关电容积分法 (32)2．运算放大器（+T 型电阻网络+单片机） (32)3．场效应管+运算放大器 (32)4．4．2 微电流测量电路设计的原理 (33)()()()f1f 1s s O S V R R R I R =+ 4．4．3 运算放大器的选择 (35)4．5 对设计电路应用Pspice 仿真 (36)4．5．1 绘制原理图 (36)1．创建电路图文件 (36)2．开始绘制原理图 (36)4．5．2 对电路仿真分析 (37)4．5．3 温度变化对电路性能的影响 (38)4．6 高频下微电流测量电路的研究 (40)4．6．1 高频的电路原理图 (40)4．6．2 仿真分析 (41)第5章 实验及数据处理 (43)5．1 实验材料 (43)5．2 实验设备 (43)5．3 实验步骤 (45)5．4 实验的第一次调试及整改 (45)5．5 实验的第二次调试及数据处理 (45)5．6 实验电路的改进方案 (47)1．电路引入T 型网络结构 (47)2．引入驱动屏蔽 (48)3．检测电路时应该要注意的地方 (48)总结与展望 (49)致谢 (50)参考文献 (53)西南交通大学重点实验室项目报告书第1页第1章绪论1．1 油纸绝缘电介质频率响应的研究意义随着我国国民经济的快速稳定发展，人们对电能需求的迅速增长，我国电网的规模日益扩大。
在电力系统向超高压、大容量、大电网、自动化方向发展的同时，提高电力设备的运行可靠性和稳定性更为重要。
而在电力系统运行中，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，承担着电压变换、电能分配和传输的任务，并提供各种电力服务。
它的运行状况直接关系到系统的安全运行。
由文献[1，2，3]可知，一台运行中的大型变压器若发生绝缘故障，则可能中断电力供应，导致大面积停电，其检修期一般要半年以上，不仅给用户带来巨大不便，同时也给社会造成巨大的经济损失。
以一套三相500kV，360MV A 的大型变压器为例，一旦发生事故，其维修费用应当在数百万元，停电一天的直接电量损失（按1KWh电0.4元计）达280万元，而因停电引起的间接损失（按1KWh电产值4元计）可高达2800万元。
据不完全统计，2005年度国家电网公司系统的110 kV及以上电压等级变压器共发生损坏事故18台次、事故容量为1884.2 MV A。
以110 kV及以上电压等级变压器的在运总台数(15230台)和总容量(1033590MV A)为基数，计算变压器的年台次损坏事故率和年容量损坏事故率分别为0.12%和0.18%。
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运行可靠性都具有重要意义。
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。