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基于灰色关联分析的变压器油纸绝缘状态评估研究

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基于灰色关联分析的变压器油纸绝缘状态评估研究

作者：宋臻杰西南交通大学

学位级别：硕士

电力系统的安全、稳定离不开各种高压设备的可靠运行,其中,油浸式电力变压器是最为重要的高压设备之一。油浸式变压器的整体寿命主要取决于其内部油纸绝缘的老化状况。变压器在运行过程中会受到电、热、机械等应力,致使油纸绝缘发生老... 详细信息

电力系统的安全、稳定离不开各种高压设备的可靠运行,其中,油浸式电力变压器是最为重要的高压设备之一。油浸式变压器的整体寿命主要取决于其内部油纸绝缘的老化状况。变压器在运行过程中会受到电、热、机械等应力,致使油纸绝缘发生老化。油纸绝缘在老化过程中的介电响应结果变化不一,关于其老化程度和水分含量的时域介电特征量虽已有很多,但是这些特征量只能表征油纸绝缘整体的绝缘状态,且无法区分老化程度和水分含量的影响。得到能分别表征绝缘纸和绝缘油状态的特征量,并结合算法对油纸绝缘进行状态评估是亟须解决的重要问题。本文对老化不同天数的油纸绝缘试样进行了极化/去极化电流法试验,提出以稳态油老化电量和稳态油纸界面极化电量作为变压器绝缘油与油纸界面极化的老化特征量,并提取绝缘纸时域介电谱峰值和峰值时间作为绝缘纸老化特征量,最后通过现场试验验证了以上述特征量分别表征油纸绝缘老化状态的可行性。稳态油老化电量随老化时间的增加而增大,两者间存在线性拟合关系,稳态油老化电量可以表征油中偶极子转向极化强度;绝缘纸时域介电谱峰值及对应时间分别代表了其内部因纤维素裂解引起的界面极化强度和响应速度,其中时域介电谱峰值和聚合度之间具有指数负相关关系;稳态油纸界面极化电量随老化时间增加而增大,两者间存在线性拟合关系,稳态油纸界面极化电量可以表征油纸界面极化强度。本文通过热老化和吸潮试验,得到了老化程度、水分含量各不相同的若干油纸绝缘试样,然后在分析极化/去极化电流曲线变化规律的基础上,提出油纸绝缘最大时间常数支路系统极点作为油纸绝缘状态特征量。水分含量对于油纸绝缘时域介电检测结果影响规律与老化类似,含水量上升会导致试样的极化/去极化电流电流往左上方平移,极化电流的初值和稳定值都增大,且达到稳定的时间缩短。系统极点对水分含量和老化程度都很敏感,可作为油纸绝缘状态特征量,但其无法区分两者的影响。介绍了灰色关联分析理论的诞生、发展与现状,选择最为合适的邓氏关联度分析作为油纸绝缘状态量的整合算法。介绍了现场变压器介电检测试验注意事项,整合油纸绝缘时域介电特征量得到其参考向量和规范化后的参考向量。最后计算并对比关联度来对变压器油纸绝缘状态进行诊断,得到的诊断结果基本和实际运行经验符合。下一步可丰富试验条件,在参考状态中加入测试温度的影响或减小水分含量与老化程度的变化梯度,消除测试电极、纸板类型可能带来的误差,建立完备的状态参量数据库,内置在评估软件中,使评估结果更加精确。

关键词：油纸绝缘聚合度极化去极化电流法扩展Debye模型时域介电谱灰色关联分析

基于扩展Debye模型仿真的回复电压特征量分析

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高压电器 2017年第1期53卷 8-13页

作者：吴广宁宋臻杰辛东立西南交通大学电气工程学院成都610031

回复电压测量方法(return voltage measurement,RVM)能有效检测变压器固体绝缘的含水量,然而对于含有局部峰值点的回复电压极化谱难以给出明确的诊断结论。文中在扩展Debye模型基础上,仿真分析了模型参数变化对极化谱和主时间常数CTC、... 详细信息

回复电压测量方法(return voltage measurement,RVM)能有效检测变压器固体绝缘的含水量,然而对于含有局部峰值点的回复电压极化谱难以给出明确的诊断结论。文中在扩展Debye模型基础上,仿真分析了模型参数变化对极化谱和主时间常数CTC、回复电压峰值最大值Urmax的影响规律,并提出将扩展Debye模型不同时间常数支路数作为新的特征量,最后验证了该特征量的可行性。仿真和试验结果表明:RVM极化谱前、中、尾3部分分别对应着油纸绝缘变压器油中偶极子转向极化、油纸界面极化和绝缘纸内偶极子转向极化、纸内界面极化;油纸绝缘老化会使扩展Debye模型各支路极化电阻减小,极化电容增大,时间常数减小;当变压器油老化严重时,极化谱有可能出现局部峰值;扩展Debye模型各时间常数支路数可作为新的RVM特征量,各时间常数支路数的变化也可使极化谱产生局部峰值,现场试验也验证了新特征量的有效性。

关键词：回复电压法极化谱扩展Debye模型老化特征量主时间常数支路数

变压器油和绝缘纸老化对扩展Debye模型参数的影响研究

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高压电器 2016年第8期52卷 101-107页

作者：宋臻杰杨飞豹吴广宁高波西南交通大学电气工程学院成都610031

为研究变压器油和绝缘纸老化对扩展Debye模型参数的影响,以及确定变压器油换油时间,首先在实验室条件下对油纸绝缘试样进行130℃加速老化试验和PDC试验,然后建立不同试样相对应的扩展Debye模型,深入研究变压器油和绝缘纸老化时扩展Deby... 详细信息

为研究变压器油和绝缘纸老化对扩展Debye模型参数的影响,以及确定变压器油换油时间,首先在实验室条件下对油纸绝缘试样进行130℃加速老化试验和PDC试验,然后建立不同试样相对应的扩展Debye模型,深入研究变压器油和绝缘纸老化时扩展Debye模型支路参数的变化规律,最后提出用中间时间常数分支电容变化率作为变压器的换油阈值。结果表明:变压器油主要影响扩展Debye模型时间常数小于500 s的支路参数,随着变压器油老化天数增加,油老化产物会增加油中偶极子组的转向极化及油纸界面极化,去极化电流起始部分幅值增大,较小时间常数支路电阻变小,电容变大;绝缘纸主要影响扩展Debye模型时间常数大于500 s的支路参数,随着绝缘纸老化天数增加,纸老化产物仅会增加纸内总体极化强度,去极化电流曲线末端升高,较大时间常数支路电阻变小,电容变大;扩展Debye模型中间时间常数支路电容变化率可作为换油阈值,当电容变化率大于0.36%时变压器油介损值达到4.0%,此时应进行换油处理。

关键词：油纸绝缘扩展Debye模型去极化电流油纸界面极化时间常数电容变化率

基于时域介电谱和去极化电量的变压器油纸绝缘老化特征量研究

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高电压技术 2017年第1期43卷 195-202页

作者：吴广宁宋臻杰杨飞豹陈明星高波西南交通大学电气工程学院

为研究变压器油纸绝缘极化/去极化电流法特征量,在130℃下进行了油纸试样的加速热老化试验,测得了试样在不同老化阶段的去极化电流,提出以稳态油老化电量Q和稳态油纸界面极化电量Q作为变压器绝缘油与油纸界面极化的老化特征量,并提取绝... 详细信息

为研究变压器油纸绝缘极化/去极化电流法特征量,在130℃下进行了油纸试样的加速热老化试验,测得了试样在不同老化阶段的去极化电流,提出以稳态油老化电量Q和稳态油纸界面极化电量Q作为变压器绝缘油与油纸界面极化的老化特征量,并提取绝缘纸时域介电谱峰值和峰值时间tpeak作为绝缘纸老化特征量,最后通过现场试验验证了以上述特征量分别表征油纸绝缘老化状态的可行性。结果表明:Q随老化时间的增加而增大,2者间存在线性拟合关系,Q可以表征油中偶极子转向极化强度;绝缘纸时域介电谱峰值及对应时间分别代表了其内部因纤维素裂解引起的界面极化强度和响应速度,其中时域介电谱峰值和聚合度之间具有指数负相关关系;Q随老化时间增加而增大,2者间存在线性拟合关系,Q可以表征油纸界面极化强度。

关键词：时域介电谱去极化电流油纸绝缘介电响应老化特征量油纸界面极化

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基于时域介电法的绝缘纸板水分特征量研究

高压电器 2018年第2期54卷 115-120页

作者：夏国强吴广宁宋臻杰高波西南交通大学电气工程学院成都610031 国网绍兴供电公司浙江绍兴312000

为了评估变压器绝缘纸板的含水量,从而为现场变压器绝缘状态和寿命估计提供可靠指导,笔者在实验室环境中制备4组不同含水量的油纸绝缘试样,采用极化/去极化电流法(PDC)对不同水分含量绝缘纸板开展了研究,提出了可表征纸板含水量的特征量... 详细信息

为了评估变压器绝缘纸板的含水量,从而为现场变压器绝缘状态和寿命估计提供可靠指导,笔者在实验室环境中制备4组不同含水量的油纸绝缘试样,采用极化/去极化电流法(PDC)对不同水分含量绝缘纸板开展了研究,提出了可表征纸板含水量的特征量Q_(paper)。实验结果表明,PDC曲线对油纸绝缘试样含水量的变化十分敏感,且水分含量的改变对于去极化电流曲线的尾端有很大影响;通过去极化电流曲线可以获得拓展Debye模型的各支路参数,且随着水分含量的增加模型支路数量在增加,最大支路时间常数在变大;通过PDC曲线的末端对纸板中水分含量的敏感性,可以拟合出绝缘纸板对应模型支路,从而将绝缘纸板对应支路从Debye模型中筛选出来;特征量Q_(paper)可以反映绝缘纸内部的偶极子转向极化强度,并且Q_(paper)和绝缘纸板水分含量有良好的线性关系,可以考虑用Q_(paper)来做绝缘纸水分含量的特征量。

关键词：变压器油纸绝缘绝缘纸板水分含量极化/去极化电流法(PDC) 拓展Debye模型

基于小波分析和时域介电谱的变压器油纸绝缘老化状态评估

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高电压技术 2018年第1期44卷 226-233页

作者：吴广宁夏国强宋臻杰高天山高波西南交通大学电气工程学院

为了研究变压器油纸绝缘老化特性,从而为变压器寿命评估作出指导,在实验室进行加速热老化实验,利用时域介电谱图对不同老化时间油纸试样的极化/去极化电流开展研究,结合小波分析理论对时域介电谱提出改进算法,并提取表征油纸各部分老化... 详细信息

为了研究变压器油纸绝缘老化特性,从而为变压器寿命评估作出指导,在实验室进行加速热老化实验,利用时域介电谱图对不同老化时间油纸试样的极化/去极化电流开展研究,结合小波分析理论对时域介电谱提出改进算法,并提取表征油纸各部分老化时间的特征量。结果表明:二次微分时域介电谱可以反映油纸绝缘的整体极化强度,测量时间1 000 s后介电谱出现峰值,且峰值随着老化时间的增加而增大;小波改进算法处理后的时域介电谱图的不同谱峰对应油纸绝缘3种主要极化类型,分别为油、油纸界面和绝缘纸内部极化;改进时域介电谱的不同峰值和峰值时间表征不同极化过程的强度和响应速度,且不同峰值与油、纸和油纸界面具有拟合优度很高的指数关系,可以考虑将改进时域介电谱不同谱峰作为表征油纸不同部分的老化特征量。

关键词：油纸绝缘极化/去极化电流 Meyer小波理论特征量时域介电谱

不均匀热老化油浸绝缘纸的极化/去极化电流特性研究

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高压电器 2018年第1期54卷 207-212页

作者：隋彬曹建军宋臻杰尹小兵雅砻江流域水电开发有限公司成都610051 国网绍兴供电局浙江绍兴312000 四川电力设计咨询有限责任公司成都610041

为研究温度梯度存在下,变压器油浸绝缘纸不均匀老化极化/去极化电流特性,文中在实验室条件下搭建不均匀热老化试验平台,进行不同温度梯度作用下油浸绝缘纸的不均匀热老化试验。通过测定试样的聚合度和极化/去极化电流得出如下结论:在温... 详细信息

为研究温度梯度存在下,变压器油浸绝缘纸不均匀老化极化/去极化电流特性,文中在实验室条件下搭建不均匀热老化试验平台,进行不同温度梯度作用下油浸绝缘纸的不均匀热老化试验。通过测定试样的聚合度和极化/去极化电流得出如下结论:在温度梯度作用下,高温受热绝缘纸的聚合度下降速率大于低温受热绝缘纸;油浸绝缘纸老化后期,聚合度下降速度变缓;在同一温度等级下,处于温度梯度下的油浸绝缘纸老化更严重。油浸绝缘纸受热温度升高,其极化/去极化电流均向左上方平移,电导率增大;在同一温度等级下,油浸绝缘纸不均匀老化下的极化/去极化电流值更大;局部温度升高会加剧油浸绝缘纸老化。

关键词：不均匀热老化油浸绝缘纸极化/去极化电流介电特性聚合度等温区

基于粗糙集与多类支持向量机的电力变压器故障诊断

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高电压技术 2017年第11期43卷 3668-3674页

作者：吴广宁袁海满宋臻杰杨飞豹高波李帅兵西南交通大学电气工程学院成都610031

针对传统变压器故障诊断过程中未能将部分反映变压器故障状态的信息有效利用,以致故障诊断信息不完备、诊断结果不准确的情况,将铁芯接地电流等信息与特征气体相结合,以完善故障特征信息。并在此基础上,构建了一种采用粗糙集的一对一多... 详细信息

针对传统变压器故障诊断过程中未能将部分反映变压器故障状态的信息有效利用,以致故障诊断信息不完备、诊断结果不准确的情况,将铁芯接地电流等信息与特征气体相结合,以完善故障特征信息。并在此基础上,构建了一种采用粗糙集的一对一多类支持向量机故障诊断新方法。首先利用一对一多类支持向量机实现故障类别区域的划分;然后根据粗糙集的上下近似这一核心思想对故障类别划分区域进行描述,得出故障分类的上下近似域及边界域的集合,并提取故障诊断分类规则;最后利用分类规则实现故障类别划分。该方法实现了故障信息的综合利用,并将粗糙集在不完备数据与复杂模式刻画方面所具备的优良表现,及一对一支持向量机在分类方面的良好泛化性能进行有效融合,从而有效提高故障分类精度。变压器故障实例分析表明,与传统诊断方法相比较,该方法具有更高的诊断正确率,且其可有效反映故障诊断中所出现的不完备信息。

关键词：变压器粗糙集多类支持向量机溶解气体分析故障诊断一对一

基于修正Debye模型的油浸绝缘纸不均匀老化时域介电特性

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高电压技术 2018年第4期44卷 1239-1246页

作者：吴广宁宋臻杰俞孝峰袁海满李帅兵高波西南交通大学电气工程学院国网绍兴供电公司

变压器内部存在的温度梯度导致油浸绝缘纸不均匀老化,为研究油浸绝缘纸在温度梯度下的时域介电特性,在实验室搭建油浸绝缘纸不均匀老化试验平台,测定试样老化过程中聚合度变化规律和极化/去极化电流曲线,并对其进行等效模型参数辨识,得... 详细信息

变压器内部存在的温度梯度导致油浸绝缘纸不均匀老化,为研究油浸绝缘纸在温度梯度下的时域介电特性,在实验室搭建油浸绝缘纸不均匀老化试验平台,测定试样老化过程中聚合度变化规律和极化/去极化电流曲线,并对其进行等效模型参数辨识,得到如下结论:发热端附近油浸绝缘纸极化/去极化电流均向左上方平移,纸内电导率提高,极化的响应速率加快;发热端附近等温区极化电阻和时间常数最小,修正Debye模型和扩展Debye模型参数存在关联关系;扩展Debye模型只能评估油纸绝缘平均老化程度,用其进行绝缘状态评估时会出现"老化被高估区"和"老化被低估区",发热端附近绝缘实际状况比评估结果恶劣将近50%。研究结果为将极化/去极化电流法更精确地应用于实际变压器油纸绝缘状态评估提供了参考。

关键词：修正Debye模型油浸绝缘纸不均匀老化时域介电响应温度梯度