西安交通大学：《高电压绝缘专论》研究生课程教学资源（课件讲稿）07 复合绝缘老化评估（介电响应测试技术及其在油纸绝缘设备受潮/老化状况评估中的应用）

西安交通大学9XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY复合绝缘老化评估-I介电响应测试技术及其在油纸绝缘设备受潮/老化状况评估中的应用西安交通大学电气工程学院先进高电压与等离子体技术研究中心1898

——介电响应测试技术及其在油纸绝缘设备 受潮/老化状况评估中的应用 西安交通大学 电气工程学院 先进高电压与等离子体技术研究中心 复合绝缘老化评估-Ⅰ

目录·介电响应技术的理论研究实验室试品的介电响应实验及特征量研究现场油纸绝缘设备介电响应实验研究基于传统和新型介电响应实验的绝缘状态评估方法D-2-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -2- 1 • 介电响应技术的理论研究 2 • 实验室试品的介电响应实验及特征量研究 3 • 现场油纸绝缘设备介电响应实验研究 4 • 基于传统和新型介电响应实验的绝缘状态评估方法 目 录

目录·介电响应技术的理论研究实验室试品的介电响应实验及特征量研究现场油纸绝缘设备介电响应实验研究基于传统和新型介电响应实验的绝缘状态评估方法4-3-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -3- 1 • 介电响应技术的理论研究 2 • 实验室试品的介电响应实验及特征量研究 3 • 现场油纸绝缘设备介电响应实验研究 4 • 基于传统和新型介电响应实验的绝缘状态评估方法 目 录

项目背景●油纸绝缘设备：油纸绝缘设备如变压器、套管、互感器等在电力系统中占据极为重要的地位，而60~70%以上的事故都是由绝缘故障引起●目前主要的绝缘试验诊断方法：绝缘电阻/吸收比新方法：电气介损/电容量介电响应试验方法直流泄漏局部放电现有规程方法极化/去频域回复电油中溶解气体极化电流介电谱压(RV)(PDC)(FDS)油中微水化学适用于放电过热有望解决老化受潮表征油中糠醛老化受潮不够有效方法避免吊罩吊芯信息量少、易受干扰绝缘纸聚合度不破坏绝缘材料吊罩吊芯所含信息丰富驱待解决：研究获取有效表征油纸绝缘状态的特征量是油纸绝缘领域研究的前沿热点问题-4-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -4- 项目背景 l油纸绝缘设备：油纸绝缘设备如变压器、套管、互感器等在电力系统中占据极为重要的地 位，而60~70%以上的事故都是由绝缘故障引起 l目前主要的绝缘试验诊断方法： 现有规程方法 化学 方法 电气 方法 油中溶解气体 油中微水 油中糠醛 绝缘纸聚合度 绝缘电阻/吸收比 介损/电容量 直流泄漏 局部放电 l亟待解决：研究获取有效表征油纸绝缘状态的特征量是油纸绝缘领域研究的前沿热点问题。 适用于放电过热 老化受潮不够有效 信息量少、易受干扰 吊罩吊芯 新方法： 介电响应试验 频域 介电谱 (FDS) 极化/去 极化电流 (PDC) 回复电 压(RV) 有望解决老化受潮表征 避免吊罩吊芯 不破坏绝缘材料 所含信息丰富 4

项目思路介电响应模型回复电压（RVM）实验构建根据油纸绝缘老化模型设备实际绝缘极化去极化电流（PDC）受潮模型结构、生产中频域谱(FDS)遇到问题特征量现场实提取验验证时域PDC特征量现场设备介电响应实验频域FDS特征量综合传统诊断方法开发油纸绝缘设备状态评估系统5-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -5- 5 根据油纸绝缘 设备实际绝缘 结构、生产中 遇到问题 老化模型 受潮模型 频域谱（FDS） 极化去极化电流（PDC） 回复电压（RVM） 频域FDS特征量 时域PDC特征量 现场设备介电响应实验 开发油纸绝缘设备状态评估系统 模型 构建 介电响应 实验 特征量 提取 现场实 验验证 综合传统 诊断方法 项目思路

介电响应技术介绍回复电压 (RV)回复电压法是利用固体材料在直流电压下的极化特性，获得RV曲线及其参数，研究这些参数与含水量和老化程度等的关系，对绝缘状况进行判断。测量原理图：U/VUoSs=dur/dtUrmat/s存在不足：现场试验容易受到残余电荷等的影响，目前逐渐被PDC和FDS方法取代。-6-《高电压绝缘专论》Xi'anJiaotongUniversity

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -6- 介电响应技术介绍 回复电压（RV） l 回复电压法是利用固体材料在直流电压下的极化特性，获得RV曲线及其参 数，研究这些参数与含水量和老化程度等的关系，对绝缘状况进行判断。 l 测量原理图： l 存在不足：现场试验容易受到残余电荷等的影响，目前逐渐被PDC和FDS方法取 代。 6

介电响应技术介绍极化去极化电流(PDC)PDC实验就是测量试品在阶跃电压作用下的充电（极化）电流和之后短路状态下的放电（去极化）电流其测量原理及结果：Uo试品存在不足：PDC试验中测量的微小直流电流在现场容易受干扰，也存在需要测量前需要设备充分放电、耗时长等问题，且测量开始短时间内数据难以记录。-7-《高电压绝缘专论》Xi'anJiaotongUniversity

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -7- 介电响应技术介绍 极化去极化电流（PDC） l PDC实验就是测量试品在阶跃电压作用下的充电（极化）电流和之后短 路状态下的放电（去极化）电流 l 其测量原理及结果： l 存在不足：PDC试验中测量的微小直流电流在现场容易受干扰，也存在需要测量 前需要设备充分放电、耗时长等问题，且测量开始短时间内数据难以记录。 7

介电响应技术介绍(FDS)频域介电谱FDS测量就是将常规的工频复电容和介损测量扩展到低频和高频频段(如0.1mHz到1kHz)，其测量原理如图所示。1Z(0) :ioc*(o)试品电压调节电压源带有DSP电压测量控制板的工控机C*(の)=C'(の)-iC"(の)= =XS0电压表W电流测量电流表利用介质的复电容、复介电常数及介质损耗因数等在低压正弦交变电场下随频率的变化，可以评估绝缘材料的老化状态。-8-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -8- 介电响应技术介绍 频域介电谱（FDS） l FDS测量就是将常规的工频复电容和介损测量扩展到低频和高频频段(如 0.1mHz到1kHz), 其测量原理如图所示。 l 利用介质的复电容、复介电常数及介质损耗因数等在低压正弦交变电场下 随频率的变化，可以评估绝缘材料的老化状态。 * 1 ( ) ( ) Z i C     * * ( ) ( ) ( ) ( ) A C C iC w          

介电响应技术介绍频域介电谱(FDS)随着水分、温度或老化程度的增加，FDS曲线向高频率方向移动。水分影响低频区域和高频区域。曲线的中间，斜率比较陡的部分体现了油的传导性绝缘材料的几何形状确定了斜率较陡的左侧“突起”。纤维质的水分和老化绝缘的形状1油导电率饿人0,1与RV和PDC法相比FDS具有受噪声干扰程度小，携带信息丰富的优点0,01-更适合于现场测量。中伯0,001+1Hz1000Hz0,001Hz频率-9-《高电压绝缘专论》Xi'anJiaotongUniversity

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -9- 介电响应技术介绍 l 随着水分、温度或老化程度的增加，FDS曲线向高频率方向移动。水分影响 低频区域和高频区域。曲线的中间，斜率比较陡的部分体现了油的传导性。 绝缘材料的几何形状确定了斜率较陡的左侧“突起”。 与RV和PDC法相比， FDS具有受噪声干扰程度 小，携带信息丰富的优点 ，更适合于现场测量。 频域介电谱（FDS）

PDC介电响应特征参数研究微分时域介电谱（TDDS)理论电介质材料中存在多个与介质不同级别分子结构紧密相关的极化，这些极化对外部电场作用的响应时间不同。介质在充电饱和后撤去外部电压的短路放电过程中其残余电荷量随时间的变化可如下表示，即所谓介质的TDDS函数，ti(t)=Ong (t,tn,αn)0G(t,Tn,α,)=Q-Q(0)=G(t,t,,α,)=expl-(t /,)""]G(t,tn,α,)=exp[-(t / t,)an)(Q，Tmαn)为TDDS参数，任何一条TDDS曲线都可以仅靠这几个参数完全表征，其中Q表示第n个极化的极化分量；T,为相应的极化响应时间，反映极化的快慢，一般来说分子结构的级别越高，其所对应的T，越大；α为线型参数，反映TDDS曲线形状表征参数：包含3个特征量，极化分量Qn(C)，极化响应时间Tn(s),线型参数αn-10-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -10- l 微分时域介电谱(TDDS)理论 电介质材料中存在多个与介质不同级别分子结构紧密相关的极化，这些极化对外 部电场作用的响应时间不同。介质在充电饱和后撤去外部电压的短路放电过程中， 其残余电荷量随时间t的变化可如下表示，即所谓介质的TDDS函数。 (Qn, τn, αn)为TDDS参数，任何一条TDDS曲线都可以仅靠这几个参数完全表征，其中 Qn表示第n个极化的极化分量；τn为相应的极化响应时间，反映极化的快慢，一般来说 分子结构的级别越高，其所对应的τn越大；αn为线型参数，反映TDDS曲线形状。 0 1 ( , , ) ( ) N n n n n Q G t   Q Q t    ( , , ) exp[ ( / ) ] n G n n n t t           1 , , N n n n n ti t Q g t      ( , , ) exp[ ( / ) ] n G n n n t t       PDC介电响应特征参数研究 表征参数：包含3个特征量，极化分量Qn (C), 极化响应时间τn (s), 线型参数αn