变压器绝缘老化检测试验与寿命评估方法研究

论文摘要

变压器作为输变电技术中最为关键与昂贵的电力设备,其安全可靠性对于整个电力系统的稳定运行至关重要。但在不同负荷和实际运行条件下,电力变压器的绝缘会出现各种老化现象,导致其实际寿命并不等于铭牌寿命。研究变压器绝缘老化的监测与分析方法,以准确评估变压器的运行寿命,对发展电力设备的状态维修策略以及保证电力系统的安全、可靠与稳定运行,具有非常重要的应用价值和现实意义。本文详细分析了变压器固体绝缘和油老化的主要机理,结合绝缘纸聚合度测定、油中糠醛浓度分析和极化去极化电流分析等技术,提出对变压器运行寿命进行综合评估的分析方法。通过分析纤维素分解的物理过程与作用机制,建立了基于固体绝缘聚合度评估变压器寿命的数学模型；通过分析纤维素分解生成糠醛溶于油的物理化学过程,建立糠醛生成量与聚合度值之间的函数关系,获得了应用油中糠醛浓度评估变压器运行寿命的分析方法。分别采用粘度法和高性能液相色谱分析法来测定固体绝缘聚合度和油中糠醛浓度,开展了大量的变压器绝缘检测试验研究,对试验中的技术细节问题提出了解决方案,并验证了所建分析模型的有效性。基于电介质极化理论,对极化去极化电流分析法中的公式进行了重新推导与修正,提出将电介质极化产生的瞬时位移极化电流作为重要的组成部分,从而使极化去极化电流的数学描述公式更全面地反映电介质极化的物理过程。开展了大量的极化去极化电流测量试验,分析了极化去极化电流曲线受温度及含水量等影响的变化规律。采用电介质响应函数来表征电介质的极化,将时域的极化过程变换到频域去计算；同时,采用最小二乘法对变压器主绝缘的等效模型参数进行计算,实现了以等效电路模型对极化去极化电流曲线的数值模拟,并用此模型计算了变压器绝缘的介质损耗因数。针对不同负荷运行条件下的主变聚合度、油中糠醛浓度和极化去极化电流数据,采用相关性分析、方差分析、非参数假设验证等数理统计分析方法,获得变压器绝缘纸聚合度、油中糠醛浓度和固体绝缘直流电导率随运行年限变化的一般数值规律,以及各自随负荷变化的区域分布特性,并通过数学分析得到了绝缘纸聚合度与油中糠醛浓度之间的线性关系及其区域分布规律。综合上述几种变压器寿命评估方法之间的数量关系和应用特性,建立了变压器绝缘老化寿命的综合评估决策树,可提高寿命预测的准确性,并提出将寿命评估与故障率分析相结合以保证变压器运行可靠性的新观点。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 主要符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 变压器老化寿命评估的意义
• 1.2 变压器绝缘老化机理的研究
• 1.2.1 固体绝缘结构及其老化机理
• 1.2.2 液体绝缘老化特性
• 1.3 变压器绝缘老化寿命评估模型的研究现状
• 1.4 变压器绝缘寿命评估的研究现状
• 1.4.1 液体绝缘的化学及电气检测方法
• 1.4.2 固体绝缘检测方法
• 1.5 本文主要研究内容
• 第二章 绝缘纸聚合度检测试验研究与变压器寿命分析
• 2.1 绝缘纸老化主要因素分析
• 2.2 基于聚合度评估的数学模型
• 2.3 绝缘纸聚合度的测定方法研究
• 2.3.1 DP值测定原理
• 2.3.2 DP值测定实验方法
• 2.4 基于聚合度的变压器寿命分布研究
• 2.5 研究的深入方向
• 2.6 小结
• 第三章 基于油中糠醛含量的寿命评估建模及试验研究
• 3.1 糠醛的生成机理及其性质
• 3.2 基于糠醛含量评估寿命模型的建立
• 3.3 高性能液相色谱分析法的研究
• 3.3.1 油中糠醛含量的检测原理
• 3.3.2 HPLC实验分析方法
• 3.4 基于油中糠醛含量的变压器寿命分布研究
• 3.5 研究的深入方向
• 3.6 小结
• 第四章 极化去极化电流模型优化及变压器寿命分布研究
• 4.1 极化去极化电流产生机理及模型优化
• 4.2 PDC测量方法的研究
• 4.3 PDC等效电气建模与介损计算
• 4.4 基于PDC的变压器寿命分布研究
• 4.5 小结
• 第五章 变压器绝缘老化寿命综合评估的方法研究
• 5.1 油中糠醛含量与绝缘纸聚合度相关性分布研究
• 5.2 变压器绝缘老化寿命的综合评估方法
• 5.3 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况表