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基于频域介电谱的环氧树脂受潮评估及影响因素

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高电压技术 2022年第2期48卷 706-715页

作者：丁宁穆海宝丁清鹏姚博文张大宁张冠军西安交通大学电气工程学院电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049 国网山东省电力公司济宁供电公司济宁272000

环氧树脂及氧化铝/环氧树脂复合材料被广泛应用于电力设备绝缘,然而由于羟基等亲水性基团的存在,环氧树脂易吸湿并引起绝缘劣化。为了实现利用频域介电谱法评估两种绝缘的受潮缺陷,在考虑了温度和电压对频域介电谱(FDS)曲线影响的基础上... 详细信息

环氧树脂及氧化铝/环氧树脂复合材料被广泛应用于电力设备绝缘,然而由于羟基等亲水性基团的存在,环氧树脂易吸湿并引起绝缘劣化。为了实现利用频域介电谱法评估两种绝缘的受潮缺陷,在考虑了温度和电压对频域介电谱(FDS)曲线影响的基础上,研究了不同水分含量下环氧树脂频域介电谱特性。结果表明:随温度的升高,介电谱曲线高频段由于反应活化能较大而向右平移程度较大,而低频段则较小。由此提出了一种分段拟合的方法可减小高低频活化能不同所带来的评估误差;激励电压基本不影响介电谱曲线的高频段,对低频段的影响存在3个区域(稳定区、限制区、饱和区),介损值在限制区随电压的增大而逐渐减小。水分减少时,纯环氧树脂介电谱曲线低频段幅值显著降低,而氧化铝/环氧树脂曲线幅值则在整个频带内均减小。通过对比发现,水分对于两种绝缘介损值的影响均在0.01 Hz处最大,故此频点可作为诊断两种绝缘受潮缺陷的特征频率。

关键词：环氧树脂频域介电谱温度校正激励电压受潮评估

基于改进分数Poynting-Thomson模型的油纸绝缘受潮状态评估

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高电压技术 2022年第3期48卷 829-838页

作者：张涛张宁江世杰韩建玮杜政波三峡大学电气与新能源学院宜昌443002 湖北省输电线路工程技术研究中心(三峡大学) 宜昌443002

为实现对油纸绝缘设备受潮状态的量化评估,结合分数元的概念,建立了考虑直流电导率的改进分数Poynting-Thomson(P-T)模型。首先制备了5组不同水分质量分数的油纸绝缘样品,并测量了受潮样品的频域介电谱;然后采用改进分数P-T模型和改进Co... 详细信息

为实现对油纸绝缘设备受潮状态的量化评估,结合分数元的概念,建立了考虑直流电导率的改进分数Poynting-Thomson(P-T)模型。首先制备了5组不同水分质量分数的油纸绝缘样品,并测量了受潮样品的频域介电谱;然后采用改进分数P-T模型和改进Cole-Cole模型对介电谱进行拟合,分析了不同受潮样品与改进分数P-T模型参数的关系,并通过仿真研究了模型参数对频域介电谱的影响;最后结合实例验证了该评估方法的准确性。研究表明,改进分数P-T模型对不同受潮程度的油纸样品的频域介电谱拟合精度更优,且随着油纸样品水分质量分数的增大,模型参数εb、直流电导率不断增大,参数εa、弛豫时间常数逐渐减小;εa、εb、直流电导率与水分质量分数呈幂次关系,弛豫时间常数与水分质量分数具有线性关系,因此能够定量表征油纸绝缘设备的受潮状态。

关键词：油纸绝缘受潮状态分数元改进分数Poynting-Thomson模型频域介电谱

基于扩展对数微分谱的XLPE电缆绝缘极化信息分析

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高电压技术 2022年第6期48卷 2187-2197页

作者：赵晰晰刘捷丰范贤浩赖本辉张镱议广西大学电气工程学院南宁530004

频域介电谱(FDS)法是评估交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘老化状态的有效手段。然而,FDS中-低频区域的极化信息会被直流电导分量所覆盖,这严重制约了FDS法评估XLPE电缆绝缘老化状态的准确性。针对这一问题,提出了一种基于扩展对数微分谱(ELS)... 详细信息

频域介电谱(FDS)法是评估交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘老化状态的有效手段。然而,FDS中-低频区域的极化信息会被直流电导分量所覆盖,这严重制约了FDS法评估XLPE电缆绝缘老化状态的准确性。针对这一问题,提出了一种基于扩展对数微分谱(ELS)的FDS解析方法,该方法能有效提取FDS测量数据中的极化信息分量,进而实现对XLPE电缆绝缘老化状态的准确分析。首先,通过实验获得不同老化时间/温度下所制备XLPE电缆样品的FDS曲线;其次,利用ELS获取其复极化率虚部,并提取可用于反映极化信息的特征参数;最后,建立了老化时间/温度与特征参数之间的定量关系。验证结果表明:XLPE电缆样品老化时间/温度表征的误差分别为0.39%和0.07%。提出的ELS可作为分析XLPE电缆内部极化信息的潜在工具。

关键词：交联聚乙烯电缆频域介电谱极化信息扩展对数微分谱老化评估

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基于时频域介电响应的绝缘油弛豫过程分析

电工技术学报 2022年第9期37卷 2355-2365页

作者：徐晴川王圣康林福昌李化强电磁工程与新技术国家重点实验室脉冲功率技术教育部重点实验室(华中科技大学)华中科技大学电气与电子工程学院武汉430074

该文测量并分析了不同水分和老化程度绝缘油的时频域介电响应,通过频域介电谱分析绝缘油弛豫时间较小的弛豫过程,通过极化电流分析绝缘油弛豫时间较大的弛豫过程和直流电导过程,并研究水分含量和老化程度对弛豫过程特征参数的影响。研... 详细信息

该文测量并分析了不同水分和老化程度绝缘油的时频域介电响应,通过频域介电谱分析绝缘油弛豫时间较小的弛豫过程,通过极化电流分析绝缘油弛豫时间较大的弛豫过程和直流电导过程,并研究水分含量和老化程度对弛豫过程特征参数的影响。研究表明,绝缘油频域介电谱可以分为直流电导频段、弛豫极化频段和高频极化频段三个频段。直流电导频段和高频极化频段的实部恒定,虚部与频率成反比,表现为电阻特性。但两个频段的损耗机制不同,前者以电导损耗为主,由直流电导率决定;后者以极化损耗为主,由高频电导率决定。绝缘油的水分含量对直流电导率影响较大,老化程度对高频电导率影响较大。绝缘油频谱在弛豫极化频段的实部和虚部斜率随频率发生变化,表现为明显的弛豫过程。水分含量会减小绝缘油的弛豫时间,老化程度对弛豫时间影响较小。

关键词：绝缘油弛豫过程频域介电谱极化电流电导损耗极化损耗

基于频谱解构法的油纸绝缘扩展德拜模型参数辨识

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电工技术学报 2023年第3期38卷 622-632页

作者：邹阳林锦煌何津翁祖辰金涛福州大学电气工程与自动化学院福州350108 新能源装备检测福建省高等学校重点实验室莆田351100

扩展德拜模型参数的准确辨识对油纸绝缘设备状态诊断具有重要意义。针对目前扩展模型参数辨识方法存在的不足,该文首次提出频谱解构法实现扩展德拜模型的精准辨识。首先,引入Kramers-Kronig变换对频域介电谱进行解耦,获取绝缘电阻谱线... 详细信息

扩展德拜模型参数的准确辨识对油纸绝缘设备状态诊断具有重要意义。针对目前扩展模型参数辨识方法存在的不足,该文首次提出频谱解构法实现扩展德拜模型的精准辨识。首先,引入Kramers-Kronig变换对频域介电谱进行解耦,获取绝缘电阻谱线、几何电容谱线及弛豫极化谱线,并利用最小二乘法确定绝缘电阻和几何电容参数。然后,提出频谱微分法对极化复电容实部微分谱线进行逐次分解,根据微分谱线峰值点数和剩余谱线最大峰值点坐标求解极化等效电路参数,从而构建完整、精准的油纸绝缘扩展德拜等效电路模型。最后,通过仿真和实例验证了该方法辨识油纸绝缘扩展德拜模型参数的准确性。该文可为频域介电谱法开展油纸绝缘内部弛豫特性研究提供可靠的物理模型。

关键词：油纸绝缘频域介电谱扩展德拜模型参数辨识频谱解构法

基于低频高压频域介电谱的XLPE电缆电树枝老化状态评估

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电工技术学报 2023年第9期38卷 2510-2518页

作者：刘骥闫爽王守明张明泽李爽哈尔滨理工大学工程电介质及其应用教育部重点实验室哈尔滨150080

应用传统的频域介电谱(FDS)法对10 kV及以上电压等级的交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘进行测试时,存在抗干扰能力差、微电流采集困难等问题。因此该文提出一种基于I/V转换微电流采集装置的FDS测试方法,用于电缆绝缘状态评估。搭建了一套低频... 详细信息

应用传统的频域介电谱(FDS)法对10 kV及以上电压等级的交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘进行测试时,存在抗干扰能力差、微电流采集困难等问题。因此该文提出一种基于I/V转换微电流采集装置的FDS测试方法,用于电缆绝缘状态评估。搭建了一套低频-高压FDS测试系统,用于对不同老化程度的电缆试样进行频域介电谱测试,发现对于同一老化程度的电缆而言,随着激励电压的升高,在低频段内表征出的非线性特征越加明显。基于老化电缆的频域介电谱所表征出的非线性现象,该文提出非线性特征参数的概念,以定量的形式对老化电缆所表现出的非线性进行分析。结果表明,随电树枝长度的增加,非线性特征参数以指数形式增大。通过指数函数关系式可以以非破坏性手段对电树枝长度进行预测,实现对电缆绝缘状态的有效评估。

关键词： XLPE电缆电树枝老化频域介电谱绝缘状态评估

基于修正分数Poynting-Thomson模型的高压XLPE海缆绝缘评估

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电机与控制学报 2024年第4期28卷 61-71页

作者：张涛时光蕤张楠杜安琪吴倩三峡大学湖北省输电线路工程技术研究中心湖北宜昌443002 华润新能源投资有限公司安徽分公司安徽合肥230031 国网湖北省电力有限公司直流公司湖北宜昌443000

为利用频域介电谱准确评估高压交联聚乙烯(XLPE)海缆的绝缘状态,建立考虑直流电导率的修正分数Poynting-Thomson模型(分数P-T模型)以解析高压XLPE海缆的介电特性。首先,通过加速老化试验制备不同老化程度的高压XLPE海缆试样,并测得各组... 详细信息

为利用频域介电谱准确评估高压交联聚乙烯(XLPE)海缆的绝缘状态,建立考虑直流电导率的修正分数Poynting-Thomson模型(分数P-T模型)以解析高压XLPE海缆的介电特性。首先,通过加速老化试验制备不同老化程度的高压XLPE海缆试样,并测得各组老化试样的力学、理化和介电数据。然后,应用修正分数P-T模型对实测介电曲线进行拟合,对比修正前后分数P-T模型表征实测介电曲线的效果。最后,通过仿真探究模型参数对介电曲线的影响规律,构建模型参数与绝缘程度之间的联系,将提出的老化特征参数与断裂伸长率(EAB)进行量化研究。研究结果表明,修正分数P-T模型能够准确拟合出不同老化程度高压XLPE海缆试样的介电曲线,提出的老化特征参数α、ε_(a)、ε_(b)和σ_(dc)可实现对高压XLPE海缆绝缘状态的量化评估。

关键词：高压交联聚乙烯海缆热老化频域介电谱分数Poynting-Thomson模型老化特征参数老化评估

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多重雷击下氧化锌避雷器的冲击老化特性

高电压技术 2022年第9期48卷 3507-3516页

作者：周利军魏仁伟刘聪陈伟黄林马御棠西南交通大学电气工程学院成都611756 云南电网有限责任公司电力科学研究院昆明650217

多重雷击会导致氧化锌避雷器老化速率加快,使用寿命及电气性能降低,甚至直接造成避雷器破裂损坏。为研究遭受多重雷击后氧化锌避雷器的介电性能及内部微观参量的变化规律,对氧化锌避雷器开展了多重雷击实验与冲击老化特性研究。首先,对... 详细信息

多重雷击会导致氧化锌避雷器老化速率加快,使用寿命及电气性能降低,甚至直接造成避雷器破裂损坏。为研究遭受多重雷击后氧化锌避雷器的介电性能及内部微观参量的变化规律,对氧化锌避雷器开展了多重雷击实验与冲击老化特性研究。首先,对氧化锌避雷器进行了双重冲击实验,测量了不同冲击次数下避雷器的直流伏安特性曲线及频域介电谱数据;然后,利用避雷器的电流–温度特性研究了氧化锌晶界的势垒高度与耗尽层宽度随冲击次数变化的规律;最后,通过灰狼优化算法对基于扩展德拜模型(extended Debye model,EDM)的避雷器等效电路中的参数进行了辨识与分析。结果表明:无论是低温区还是高温区,氧化锌晶界的势垒高度均随冲击次数增加而降低,但高温区势垒高度下降速率更快;势垒宽度与冲击次数呈负相关关系,且低场强区的势垒宽度大于高场区的;EDM中的绝缘电阻R_(0)、几何支路时间常数τ和第1条极化支路时间常数τ随冲击次数增加而减小,第3条极化支路电容C随冲击次数增加而增加。研究成果可为氧化锌避雷器冲击老化的判断提供依据。

关键词：多重雷击氧化锌避雷器频域介电谱扩展德拜模型势垒高度耗尽层宽度

基于频谱二阶斜率方均根的变压器油浸绝缘纸频谱提取

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电工技术学报 2022年第19期37卷 4989-5002页

作者：徐晴川王圣康林福昌李化强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学电气与电子工程学院) 武汉430074 脉冲功率技术教育部重点实验室(华中科技大学) 武汉430074

在变压器绝缘检测领域,用频域介电谱法对变压器绝缘状态进行评估,需要根据绝缘结构参数计算出油浸绝缘纸的频谱,然而待测变压器的绝缘结构往往是未知的,这极大地制约了频域介电谱法的现场应用。该文基于油浸绝缘纸频谱二阶斜率方均根,... 详细信息

在变压器绝缘检测领域,用频域介电谱法对变压器绝缘状态进行评估,需要根据绝缘结构参数计算出油浸绝缘纸的频谱,然而待测变压器的绝缘结构往往是未知的,这极大地制约了频域介电谱法的现场应用。该文基于油浸绝缘纸频谱二阶斜率方均根,实现一种无需已知绝缘结构参数的变压器油浸绝缘纸频谱的提取方法。通过测量不同水分条件和绝缘结构的油纸绝缘样品的频域介电谱,根据绝缘结构参数计算油浸绝缘纸的频谱。研究发现,偏离实际值的绝缘结构参数会影响计算的油浸绝缘纸频谱的大小和形态,从而使得计算频谱的二阶斜率方均根显著增大。水分含量越高,影响越小。因此,通过遍历不同绝缘结构参数计算的油浸绝缘纸频谱,分析频谱二阶斜率方均根最小值对应的绝缘结构参数和油浸绝缘纸频谱,可以实现无需已知绝缘结构参数的变压器油浸绝缘纸频谱的提取。

关键词：变压器主绝缘油纸绝缘系统频域介电谱油浸绝缘纸