华中科技大学科研人员发表提取变压器油浸绝缘纸频谱的新方法

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在变压器绝缘检测领域，用频域介电谱法对变压器绝缘状态进行评估，需要根据绝缘结构参数计算出油浸绝缘纸的频谱，然而待测变压器的绝缘结构往往是未知的，这极大地制约了频域介电谱法的现场应用。强电磁工程与新技术国家重点实验室（华中科技大学电气与电子工程学院）、脉冲功率技术教育部重点实验室（华中科技大学）的徐晴川、王圣康、林福昌、李化，在2022年第19期《电工技术学报》上撰文，基于油浸绝缘纸频谱二阶斜率方均根，实现一种无需已知绝缘结构参数的变压器油浸绝缘纸频谱的提取方法。

研究人员通过测量不同水分条件和绝缘结构的油纸绝缘样品的频域介电谱，根据绝缘结构参数计算油浸绝缘纸的频谱。他们发现，偏离实际值的绝缘结构参数会影响计算的油浸绝缘纸频谱的大小和形态，从而使得计算频谱的二阶斜率方均根显著增大。水分含量越高，影响越小。因此，通过遍历不同绝缘结构参数计算的油浸绝缘纸频谱，分析频谱二阶斜率方均根最小值对应的绝缘结构参数和油浸绝缘纸频谱，可以实现无需已知绝缘结构参数的变压器油浸绝缘纸频谱的提取。

油浸式变压器的安全性是电力系统安全、可靠运行的保证。变压器主绝缘为油纸绝缘，主要由油浸绝缘纸、绝缘油和撑条组成。在变压器的运行过程中，由于受潮、热老化等因素，变压器油纸绝缘水分含量增加，绝缘性能下降，介电响应发生改变。介质响应诊断技术是一种基于绝缘介电响应的绝缘检测方法，由于其无损检测的特性，是现在变压器绝缘检测领域研究的热点之一。

介质响应诊断技术又分为工作在时域的极化去极化电流（Polarization and Depolarization Current, PDC）法和频域的频域介电谱（Frequency Domain Spectroscopy, FDS）法两大类。相较于极化去极化电流法，频域介电谱法能反映更加丰富的介电响应信息，具备更强的抗干扰能力，同时测试时间也较长。因此，在测试时间限制较少的情况下，频域介电谱法是一种更热门的介质响应诊断技术。

用频域介电谱法评估变压器的绝缘状况，测量的是变压器主绝缘的频域介电谱。由于油纸绝缘的频谱会受到绝缘油、绝缘结构的影响，因此需要把油浸绝缘纸的频谱从油纸绝缘系统的频谱中提取出来，再根据油浸绝缘纸频谱分析变压器的水分老化状况。

目前，国内外学者在基于频域介电谱法的变压器绝缘检测领域取得了很多成果，但大部分研究是关于油浸绝缘纸频谱与水分、老化、温度的关系和已知绝缘结构变压器的绝缘状态分析，对于油浸绝缘纸频谱的提取方法以及在未知绝缘结构条件下变压器绝缘状态评估的研究较少。研究在未知绝缘结构条件下变压器油浸绝缘纸频谱的提取，对拓展频域介电谱法在变压器绝缘检测领域的应用，有很大的意义。

华中科技大学的研究人员通过搭建、测量不同水分条件和绝缘结构油纸绝缘的频域介电谱，研究了绝缘结构参数对计算的油浸绝缘纸频谱的影响，并基于频谱二次斜率方均根，从一系列不同绝缘结构参数计算的油浸绝缘纸频谱中判断最贴近实际情况的油浸绝缘纸频谱，实现一种无需绝缘结构参数的变压器油浸绝缘纸频谱的提取方法。

图1  变压器主绝缘和XY模型

图2  变压器油纸绝缘模型

图3 卡尔费休水分滴定仪

他们研究分析认为，绝缘结构参数会影响计算的油浸绝缘纸频谱，用偏离实际值的绝缘结构参数计算的油浸绝缘纸频谱大小、形态都会发生变化，甚至出现小于0的情况。随着水分含量的增加，计算的油浸绝缘纸频谱对绝缘结构参数的敏感性逐渐减弱。在高水分条件下，不同绝缘结构参数计算的油浸绝缘纸频谱形态几乎没有差异。

另外，用计算的油浸绝缘纸频谱二阶斜率在全频段的方均根表征频谱二阶斜率整体的幅值。计算所用的绝缘结构参数越接近实际值，计算的油浸绝缘纸频谱的二阶斜率方均根也越小。通过遍历不同绝缘结构参数计算的油浸绝缘纸频谱，分析频谱二阶斜率均方根最小值对应的油浸绝缘纸频谱和绝缘结构参数，可以实现无需已知绝缘结构参数的变压器油浸绝缘纸频谱的提取。

本文编自2022年第19期《电工技术学报》，论文标题为“基于频谱二阶斜率方均根的变压器油浸绝缘纸频谱提取”。

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