论文题目: 变压器绝缘纸板微水分介电测量原理及其测量系统的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械制造及其自动化
作者: 戴恒震
导师: 孙宝元
关键词: 绝缘纸板,微水分,介电测量,电容式传感器,测量系统
文献来源: 大连理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 《变压器绝缘纸板微水分介电测量原理及其测量系统的研究》课题为中国输变电行业技术攻关课题(编号Y98010211)。它同时也是国际同行业的难题之一。由于电力变压器的绝缘结构中的水分会降低其介电强度,使其过早老化,威胁变压器的正常安全工作。因此在变压器的制造及使用中监测绝缘纸板中的微量水分使其保持在合理的范围内就显得特别重要。介电测量方法适合于变压器绝缘纸板中的微量水分诊断,但该技术尚未成熟。本论文从绝缘材料的介电极化及介电损耗机理出发,就介电测量技术用于绝缘纸板中的微量水分测量所涉及的多方面理论基础及测量系统的开发方法进行了研究探索。 论文详尽介绍了介电测量技术的原理及影响因素,并提出了利用集总电路模型求被测绝缘纸板的复介电常数的方法。如果将被测绝缘纸板和测量传感器看成一个电容系统,则绝缘纸板的介电性能直接影响系统的输出,而绝缘纸板的复介电常数又是其内部微量水分的函数,通过测量绝缘纸板的复介电常数,根据水分及温度对其的影响关系可以判断被测绝缘纸板的水分含量。 为了求出绝缘纸板的复介电常数与温度和水分的关系,论文中根据试验数据和通用曲线理论,拟合出了同时考虑复介电常数及温度和频率等因素的无油绝缘纸板水分质量分数的新型计算公式,它更直观好用。对于绝缘纸板的实际介电常数的计算给出了三种计算模型。全面分析了影响介电测量技术的误差因素。对用单一频率测量绝缘纸板微水分的方法进行了研究,并给出了相关计算模型和拟合参数,为现场测量应用提供了理论依据。 绝缘纸板微水分在线测量系统的开发需要解决电容式传感器和信号调理电路两大难题。论文在介绍了边缘场电容式传感器的技术要求及设计理念的基础上。强调要根据被测绝缘结构尺寸和测量条件,确定传感器的电极及基片、通道数、穿透深度、信号强度和合理安装方式等方面。并设计制造出适合不同情况的多种边缘场电容式传感器。还创造性地提出了浮动电极和恒力装夹的设计思想。从而有效地减少了传感器带来的测量误差。文中列举的四种传感器分别代表了小型化、大测量深度以及多波长阵列式的传感器发展方向。 针对边缘场电容式传感器输出的微弱信号,论文对调理电路进行了研究。它采用驱动屏蔽方式缓冲测量信号,通过带阻滤波器提高信噪比,并利用独创的相位变换电路求出电容系统的相位及幅值增益,试验表明该调理电路性能可靠,精度较高,配合系统测量软件可以满足绝缘纸板微水分的测量要求。 论文最后通过测量实例介绍了绝缘纸板的水分分布测量的方法。这需要使用多波长及阵列式传感器和有效的参数估算方法。论文重点介绍了用一维参数估算方法,并提出了一种独创的等效节点导纳算法。对于绝缘纸板二维水分分布的测量也进行了讨论。 本论文的各项研究可为介电测量方法在微水分测量领域的应用奠定了有利的基础。
论文目录:
第一章 绪论
§1．1 引言
§1．2 绝缘纸板及其特点
§1．4 测量水分质量分数的常用方法
§1．5 变压器绝缘的介电测量方法简介
§1．6 国内外研究现状
§1．7 论文的主要研究工作
第二章 绝缘材料的介电性能
§2．1 介电性能的含义
§2．2 复介电常数
§2．3 电介质的极化
§2．4 介电损耗
§2．5 Kramers-Kr(o|¨)ning关系式
§2．6 Cole-Cole图
§2．7 影响复介电常数的因素
§2．8 含水分绝缘纸板的介电损耗机理
§2．9 小结
第三章 介电测量方法的基本原理
§3．1 介电测量的可能性
§3．2 介电测量技术中的正问题和逆问题
§3．3 从平板电容传感器扩展到边缘场电容传感器
§3．4 边缘场电容传感器的近似计算
§3．5 传感器集总电路模型
§3．6 绝缘纸板的介电频谱与水分和温度的关系
§3．7 绝缘纸板的有效相对介电常数
§3．8 传感器电极系统对介电特性测量的影响因素
§3．9 阻抗断面成像技术及影响因素
§3．10 小结
第四章 绝缘纸板微水分介电测量系统
§4．1 介电测量系统概述
§4．2 电容式测量传感器
§4．3 正弦驱动信号发生器
§4．4 调理电路
§4．5 小结
第五章 绝缘纸板微水分测量传感器的原理与设计
§5．1 测量传感器的技术指标
§5．2 传感器的设计要求
§5．3 自主开发的微水分测量传感器
§5．4 小结
第六章 绝缘纸板微水分相关介电测量及实例分析
§6．1 绝缘纸板复介电常数和水分关系式
§6．2 干燥过程中绝缘纸板微水分的单频率介电测量
§6．3 绝缘纸板水分分布测量
§6．4 测量系统测量误差分析
§6．8 小结
第七章 结论
附录A 测量系统电路图
附录B 自主开发的电容式微水分测量传感器
附录C 其他
参考文献
作者在攻读博士学位期间发表的学术论文
论文创新点摘要
致谢
大连理工大学学位论文版权使用授权书
发布时间: 2005-07-04
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