融合介电和局放参量的典型缺陷油浸纸套管绝缘状态评估研究

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变压器套管作为输变电系统中的重要组成部分,是电力能源在变压器与输电线路之间的重要“中转站”。目前,油浸纸套管占全世界变压器套管总数的约70%,在国内110 k V及以上的电网系统中,油浸纸套管所占的比例高达90%。然而,作为电力变换和传输的关键枢纽,其自身的缺陷以及外部的恶劣环境都会严重影响套管的绝缘性能,近年来因其发生故障缺陷引发扩大事故的次数始终高居不下。因此,油浸纸套管在输变电系统中的安全可靠运行尤为重要,及时对其进行缺陷诊断与可靠性评估具有重要工程意义。为此,本文联合了介电和局部放电等多维电气特征参量对油浸纸套管开展研究分析,提出了一种诊断套管缺陷类型的辨识流程,并实现了对油浸纸套管绝缘健康状态的定量评估,研究成果为油浸纸套管在缺陷检测与状态评估领域提供了新的思路,为保障油浸纸套管的安全可靠运行具有重大工程价值。论文取得的主要研究成果如下所示:(1)开展了高压直流激励下典型缺陷油浸纸套管的极化/去极化特性研究。当直流激励较低时,套管的极化/去极化电流极易受环境噪声的干扰而波动较大,随着电压激励的增大能有效提高信噪比,提升测量的稳定性;极化/去极化电荷差与测量时间呈线性关系,激励电压越高,拟合直线的斜率也越大。此外,拟合直线的斜率还能为预测套管芯子绝缘材料的直流电导率提供理论参考。(2)开展了高压交流激励下典型缺陷油浸纸套管的频域介电响应特性研究。不同缺陷套管的介质损耗因数曲线与电容曲线各不相同,随着激励电压的增大,低频区是否出现Garton效应可以作为判断套管整体性缺陷或局部性缺陷的依据;对于局部性缺陷套管,其介电模量实部随频率的增大几乎保持稳定,而整体性缺陷套管的介电模量实部呈不同程度的增大。在介电模量虚部谱中绝缘油受潮缺陷套管的曲线显著高于局部性缺陷套管,芯子受潮缺陷套管在中频段出现了明显的弛豫峰。此外,研究还提出了能够反映套管弛豫极化特性的特征介电模量,为研究不同缺陷油浸纸套管的绝缘状态与特性差异提供了理论指导。(3)开展了工频高压激励下典型缺陷油浸纸套管的局部放电特性研究。测试结果表明典型缺陷油浸纸套管的起始放电电压各不相同。随着工频高压激励的增大,芯子受潮缺陷套管的最大视在放电量和平均视在放电量在放电起始阶段远高于其余三支缺陷套管,在升压过程中保持相对稳定,悬浮电位缺陷套管和电晕放电缺陷套管的放电特性随着工频高压的升高变化更为显著。基于局部放电特征参量的变化可以实现油浸纸套管局部性缺陷类型的有效区分。(4)开展了油浸纸套管的典型缺陷辨识与绝缘健康状态评估研究。研究基于介电和局部放电等多维电气特征参量,提出了一种能有效辨识油浸纸套管整体性缺陷和局部性缺陷的辨识流程,并设计开发了缺陷辨识分析软件;在结合现有标准与研究分析后融合了层次分析法与熵权法对特征参量进行赋权计算,构建了油浸纸套管的绝缘健康状态评估模型,并基于实际套管开展了验证分析,为实现油浸纸套管的典型缺陷辨识和绝缘健康状态评估提供了新的思路。
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