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油纸绝缘电介质频率响应的测试技术及实验研究.doc

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油纸绝缘电介质频率响应的测试技术及实验研究.doc

论文写作指导、各类文案代写QQ625880526摘要油浸式变压器由于具有较高的绝缘强度、较长的使用寿命,广泛用于高压、超高压输电系统以及电气化铁路牵引供电系统中。绝缘油和绝缘纸组成的复合绝缘构成了油浸式变压器的绝缘系统,变压器的使用寿命是主要由绝缘材料的绝缘强度决定。目前,国内许多大型变压器已经运行了数十年,进入了寿命的中后期,如果一次性全部将其更换,将需要大量资金,而且其中有许多变压器仍可以安全运行若干年,盲目更换会造成巨大的浪费,这对电力企业及铁路部分来说是不可接受的。因此,对变压器的绝缘状况进行诊断,掌握变压器的运行状态,制定科学、合理的变压器运行、维护以及更新计划,对提高变压器的可用率和整个电网及铁路运行可靠性都具有重要意义。本论文首先介绍油浸式变压器的油纸绝缘系统,分析变压器油纸绝缘的老化机理,总结目前一些主要的变压器油纸绝缘状态的诊断技术,了解油纸绝缘电介质基于频率响应测试的频域谱法FDS的研究现状和进展。其次介绍变压器油纸绝缘介电响应的相关理论,研究油纸绝缘电介质基于频率响应测试的频域谱法(FDS),重点研究FDS测试电路的微电流测量。基于油纸绝缘电介质频率响应FDS测试电路的微电流测量,设计出电流电压转换电路,并运用PSPICE仿真软件对电路进行仿真,分析了不同温度变化对电路的影响。在实验室条件下,搭建微电流测量电路,对模拟的变压器油纸绝缘系统进行频率响应测试实验,并对实验结果提出改进方法。关键词油纸绝缘电介质频率响应微电流测量西南交通大学本科毕业设计第II页论文写作指导、各类文案代写QQ625880526ABSTRACTOILIMMERSEDTRANSFORMERSBECAUSEOFITSHIGHDIELECTRICSTRENGTH,LONGSERVICELIFE,WIDELYUSEDINHIGHVOLTAGE,ULTRAHIGHVOLTAGETRANSMISSIONSYSTEMANDELECTRIFIEDRAILWAYTRACTIONPOWERSUPPLYSYSTEMTHECOMPOSITEINSULATIONOFINSULATINGOILANDINSULATINGPAPERCONSTITUTESTHEINSULATIONSYSTEMOFOILIMMERSEDTRANSFORMERSTRANSFORMERSSERVICELIFEISMAINLYDETERMINEDBYTHEINSULATIONSTRENGTHOFINSULATIONMATERIALATPRESENT,MANYDOMESTICLARGETRANSFORMERSHAVEBEENRUNNINGFORDECADES,WHICHRUNNINGINTOTHELIFEOFMIDANDLATEIFALLATONCEBEREPLACED,YOUWILLNEEDALOTOFMONEYANDMANYOFTRANSFORMERARESTILLSAFEINOPERATIONFORSEVERALYEARS,BLINDLYREPLACINGWILLCAUSEAHUGEWASTE,ITISNOTACCEPTABLEFORTHEPOWERUTILITIESANDTHERAILWAYTHEREFORE,DIAGNOSINGTHECONDITIONOFTRANSFORMERINSULATION,CONTROLLINGTHEOPERATIONALSTATUSOFTHETRANSFORMER,FORMULATINGSCIENTIFICANDRATIONALTRANSFORMEROPERATION,MAINTENANCEANDREPLACEMENTPROGRAM,WILLHAVEIMPORTANTMEANINGTOIMPROVETHEAVAILABILITYOFTHETRANSFORMERANDRELIABILITYOFTHEPOWERANDRAILWAYOPERATIONSTHISPAPERFIRSTDESCRIBESTHEOILPAPERINSULATIONSYSTEMOFOILIMMERSEDTRANSFORMERS,ANALYSESTHEAGINGMECHANISMOFTRANSFORMER’SOILPAPERINSULATION,SUMMARIZESSOMEOFTHEMAINTRANSFORMERSTATEOFOILPAPERINSULATIONDIAGNOSTICTECHNIQUES,UNDERSTANDSTHERESEARCHANDPROGRESSOFOILPAPERINSULATIONDIELECTRICBASEDFREQUENCYRESPONSETESTONTHEFREQUENCYDOMAINSPECTROSCOPYFDSSECOND,INTRODUCETHETHEORYOFTRANSFORMER’SOILPAPERINSULATIONOFDIELECTRICRESPONSE,STUDIESTHEOILPAPERINSULATIONDIELECTRICBASEDFREQUENCYRESPONSETESTONFREQUENCYDOMAINSPECTROSCOPYFDS,FOCUSONSTUDYINGTHEMICROCURRENTMEASUREMENTCIRCUITOFFDSTESTBASEFDSTESTOFOILPAPERINSULATIONDIELECTRICFREQUENCYRESPONSEONTHEMICROCURRENTMEASUREMENTCIRCUIT,DESIGNACURRENTVOLTAGECONVERSIONCIRCUIT,ANDUSEPSPICESIMULATIONSOFTWARESIMULATETHECIRCUIT,ANALYSETHEEFFECTSOFDIFFERENTTEMPERATURECHANGESONTHECIRCUITUNDERLABORATORYCONDITIONS,TOBUILDMICROCURRENTMEASUREMENTCIRCUIT,EXPERIMENTWITHTHESIMULATETRANSFORMEROILPAPERINSULATIONSYSTEMFORFREQUENCYRESPONSETEST,PROPOSETHEIMPROVEDMETHODSBASEDONEXPERIMENTALRESULTSKEYWORDSTHEOILEDPAPERINSULATEDDIELECTRICMEDIUMFREQUENCYRESPONSEMICROCURRENTMEASUREMENT西南交通大学本科毕业设计第III页论文写作指导、各类文案代写QQ625880526目录第1章绪论11.1油纸绝缘电介质频率响应的研究意义11.2变压器油纸绝缘系统21.2.1变压器油41.2.2变压器固体绝缘材料71.3变压器油纸绝缘状态的诊断方法101.4油纸绝缘电介质频域谱法(FDS)诊断的研究现状121.5本文研究的主要内容13第2章变压器油纸绝缘电介质响应的相关理论152.1引言152.2介质响应的基本概念152.2.1复介电常数152.2.2电介质的极化172.2.3电介质的损耗192.3频域介质响应法在变压器油纸绝缘诊断上的应用20第3章油纸绝缘电介质频率响应测试技术的研究213.1引言213.2FDS测试电路示意图213.3FDS测试原理223.4FDS测试电路的微电流研究223.4.1微电流测量方法概述233.4.2微电流测量电路设计的原理233.4.3运算放大器的选择263.5对设计电路应用PSPICE仿真263.5.1绘制原理图263.5.2对电路仿真分析273.5.3温度变化对电路性能的影响29西南交通大学本科毕业设计第IV页论文写作指导、各类文案代写QQ6258805263.6高频下微电流测量电路的研究303.6.1高频的电路原理图313.6.2仿真分析31第4章实验及数据处理344.1实验材料344.2实验设备344.3实验步骤364.4实验的第一次调试及整改364.5实验的第二次调试及数据处理364.6实验电路的改进方案38总结与展望40致谢41参考文献42附录44附录1实验现场图片44附录2实验搭建的电路模板45西南交通大学本科毕业设计第1页第1章绪论1.1油纸绝缘电介质频率响应的研究意义随着我国国民经济的快速稳定发展,人们对电能需求的迅速增长,我国电网的规模日益扩大。在电力系统向超高压、大容量、大电网、自动化方向发展的同时,提高电力设备的运行可靠性和稳定性更为重要。而在电力系统运行中,油浸式变压器由于具有较高的绝缘强度、较长的使用寿命,广泛用于高压、超高压输电系统以及电气化铁路牵引供电系统,承担着电压变换、电能分配和传输的任务,并提供各种电力服务。它的运行状况直接关系到系统的安全运行。由文献1,2,3可知,一台运行中的大型变压器若发生绝缘故障,则可能中断电力供应,导致大面积停电,其检修期一般要半年以上,不仅给用户带来巨大不便,同时也给社会造成巨大的经济损失。以一套三相500KV,360MVA的大型变压器为例,一旦发生事故,其维修费用应当在数百万元,停电一天的直接电量损失(按1KWH电04元计)达280万元,而因停电引起的间接损失(按1KWH电产值4元计)可高达2800万元。据不完全统计,2005年度国家电网公司系统的110KV及以上电压等级变压器共发生损坏事故18台次、事故容量为18842MVA。以110KV及以上电压等级变压器的在运总台数15230台和总容量1033590MVA为基数,计算变压器的年台次损坏事故率和年容量损坏事故率分别为012和018。因此,对变压器的绝缘状况进行诊断,掌握变压器的运行状态,制定科学、合理的变压器运行、维护以及更新计划,对提高变压器的可用率和整个电网运行可靠性都具有重要意义。绝缘油和绝缘纸组成的复合绝缘构成了油浸式变压器的绝缘系统,变压器的使用寿命是主要由绝缘材料的绝缘强度决定。大量资料表明绝缘性能的劣化是导致电气设备失效的主要原因,电气设备的多数故障是绝缘性故障。其原因不仅是电力作用引起绝缘劣化,机械力或热应力作用或者和电场的相互作用最终也会发展为绝缘性故障。目前,国内外电力系统中,已有相当数量的电力变压器达到甚至已经超过了其设计年限,由于运行成本、经济效益等相关因素所制约,这些设备仍在电力系统运行中担任着重要的角色,但其绝缘程度已相当老化甚至达到其寿命终点。因此,为了保证电网的安全及变压器的可靠运行,迫切需要对变压器油纸绝缘老化的状态信息进行准确评估,一些可修复的缺陷进行及时处理,避免发生绝缘早期失效。而对于一些运行年久的变压器,则要求能对其绝缘系统的老化程度进行科学准确地评估,从而充分挖掘变压器的使用潜力。对电力变压器油纸绝缘系统老化的研究已经过了40余年的历程,国内外学者已探索、总结出一些变压器故障诊断的方法和规律,它们为保证电力系统安全运行、减少电网事故发挥了积极有效的作用,但是各种方法都存在着一些缺点与不足。已用于诊断变压器绝缘老西南交通大学本科毕业设计第2页化状态的糠醛、聚合度、油中溶解气体等方法4要么需要取油样进行测量,要么需要取固体绝缘纸样进行测量,需要变压器停运、吊罩、取芯,在实际工作中带来很大的不便,而且还会给电力企业带来巨大的经济损失。目前,研究获取表征油纸绝缘老化的新特征量,并进而为评估变压器油纸绝缘老化状态提供准确且有价值的参考,仍然属于油纸绝缘领域研究的前沿热点问题。介电响应始于20世纪90年代,是一种通过外加电压获得电力变压器固体绝缘状态的无损测试方法。它具有抗干扰能力强、携带信息丰富等特点,同时可以方便地用于变压器的现场检测。因此,国外的许多研究机构和学者都认为对于油浸式变压器等电力设备,介电响应法是一种很好的诊断工具。它包括基于时域介电响应技术的回复电压法(RECOVERYVOLTAGEMETHOD-RVM)、极化去极化电流法(POLARISATIONANDDEPOLARISATIONCURRENT-PDC)和基于频域介电响应的频域谱法(FREQUENCYDOMAINSPECTROSCOPY-FDS)。与RVM和PDC相比,FDS测量交流电场刺激下的极化响应,可以对不同的刺激频率进行逐点或扫频测量,其测量频带窄,受噪音干扰程度小,所需实验电源电压低,携带信息丰富5。频域介电谱法(FDS)作为一种新兴的无损诊断技术,目前一些国外学者应用FDS法研究油纸绝缘系统,也仅局限于老化、水分、温度等对绝缘油或绝缘纸频域谱曲线变化趋势的描述,没有从电介质极化理论的本质上对影响绝缘油或绝缘纸FDS曲线的原因进行深入分析。国内对于FDS的研究起步较晚,并且受测量等诸多因素的影响,有关频域谱的研究还少见报道。综上所述,研究变压器油纸绝缘的频域介电响应特性,对掌握变压器的运行状态,制定科学、合理的电力变压器运行、维护以及更新计划,提高变压器的可用率和整个电网运行可靠性而言,无疑是一项具有重要现实意义和学术价值的研究课题。1.2变压器油纸绝缘系统电力变压器是电力系统中输变电和供配电系统的重要设备,关系到电力系统的正常运行。变压器种类很多,用途也很广泛。在电力变压器中,目前以油浸式变压器的产量最大,应用最广。以油浸式电力变压器为例,其主要结构部件有铁心和绕组两个基本部分组成的器身,以及放置器身且盛有变压器油的油箱,为把绕组端子从邮箱内引出而在油箱盖上安装的绝缘套管,为在一定范围内调整电压而附的分接开关,此外,还包括保护装置,冷却装置和出线装置等。油浸式电力变压器的结构可分为1器身包括铁心、绕组、绝缘结构、引线分接开关等;2油箱包括油箱本体(油盖、箱壁和箱底)和一些附件(放油阀门、小车、接地螺栓、铭牌等);西南交通大学本科毕业设计第3页3保护装置包括储油柜、油位计、安全气道、吸湿器、测温元件和气体继电器等;4冷却装置包括散热器等;5出线装置包括高压套管、低压套管等。油浸式变压器的绝缘主要分为外绝缘和内绝缘两大类。外绝缘就是变压器油箱外部的套管和空气的绝缘。它包括套管本身的外绝缘和套管间及套管对地部分(如储油柜)的空气间隙距离的绝缘。内绝缘是指变压器箱内的绝缘,主要部件是由绝缘纸、绝缘纸板等材料制成,与变压器油配合构成变压器油纸绝缘结构。内绝缘又可分为主绝缘和纵绝缘。1.主绝缘变压器的主绝缘通常指绕组之间,绕组对铁心、油箱等接地部分,引线对铁心、油箱以及分接开关对铁心、油箱的绝缘。主绝缘以油屏障绝缘和油浸纸绝缘最为常用。每一种绝缘结构,都由纯油间隙、屏障、绝缘层三种成分组成。通常主绝缘结构有三种形式(1)包绝缘层用电缆纸、皱纹纸、白纱带、漆布等在导体上包裹,可包几毫米至十几毫米,承受一定比例的工作电压,降低了油中电场强度,对耐受工频和冲击电压的提高有显著作用。特别是曲率半径较小的导体,电场极不均匀,包绝缘后,可显著提高击穿电压,所以引出线及绕组的始末端通过包扎来加强绝缘。但在均匀的电场中,不宜采用,因为油的介电常数为2224,纸板的介电常数为36。而介电常数指的是此物质组成电容器后。电容值的系数,即由油、纸组成的串联电路中,油所产生的电容值比纸板小,而交流电压的分配与电容值成反比,故油中的电场强度比原来增高,耐压反而减小了。(2)加覆盖层它是将漆布、电缆纸等在电极上加一薄层,厚度小于1MM,可以阻止杂质小桥将两极短接。加覆盖层后可使工频耐受电压提高较多,特别是在均匀电场中,可提高70100,但对极不均匀电场,提高很少,且对冲击电压的提高效果很小。(3)加隔板油隙中加隔板可阻止杂质形成“小桥”。又因隔板间会积聚自由电子,制成附加电场,使原来电场变得均匀。隔板放得合适,可使油隙击穿电压提高到225倍。但对均匀电场放置隔板,效果很少,只能提高25左右。

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