[发明专利]一种利用复介电常数初始斜率评估绝缘纸中水分含量的方法

说明书

一种利用复介电常数初始斜率评估绝缘纸中水分含量的方法，该方法将复介电常数实部在f＝10^‑4Hz时变化率的绝对值|k|作为表征油纸受潮程度的频域特征参量。实验研究了不同水分含量的油纸绝缘试品复介电常数及|k|的变化规律，且研究结果表明：随着绝缘纸水分含量M的上升，油纸试品的复介电常数实部ε′曲线呈向高频段平移趋势，且低频段复介电常数实部变化幅度随水分含量的上升而增大，通过实测ε′‑f曲线拟合，发现|k|与油纸水分含量M间有着较优的指数函数关系，可用于油纸绝缘受潮程度的定量评估，本发明提出的方法具有操作更简便，且对变压器内部绝缘结构无损伤的特点，更适用于变压器绝缘受潮状态的评估。

技术领域

本发明涉及属于油纸绝缘电力设备的绝缘状态诊断检测与寿命评估领域，特别涉及一种利用复介电常数初始斜率评估绝缘纸中水分含量的方法。

背景技术

油浸式变压器作为电力系统中的核心设备，它的运行状态关系着整个电网的平衡与稳定，因此确保变压器的安全运行显得十分重要。油纸绝缘作为油浸式变压器内绝缘的主要结构，其中绝缘纸的受潮程度与油纸绝缘整体性能的好坏息息相关，研究表明，水分含量的增加会促进绝缘纸的热老化过程，而绝缘纸在热老化过程中又会逐步裂解生成水分并吸收来自空气中的水分，加速了绝缘纸的热老化裂解过程，导致油纸绝缘性能越来越差，使得绝缘纸的运行寿命迅速减小。因此，对油纸绝缘水分含量的量化评估显得十分重要。传统的绝缘纸中水分含量检测方法在取样的过程中，容易会对绝缘结构造成损伤，水分在纸板间的不平衡分布也会导致测试结果不准确。频域介电谱法(Frequency DomainSpectroscopy，FDS)作为一种无损的电气测量技术，能有效获得油纸绝缘复介电常数随频率变化的数据，具有很强的抗干扰能力，更适用于油浸式变压器绝缘状态的现场诊断与评估。

介电常数是媒质在外施电场下对电场的响应，其实部代表宏观的极化程度，能有效反映极化强度的大小与变化状态，电介质对外施电场的介电响应在很大程度上取决于电场的频率，而当外施电场的频率偏高时，极化弛豫过程并不会瞬时发生，而是会推迟建立的，因此与外施电场间存在一定的相位差，由此，介电常数ε*(ω)是外加电场频率的复函数：ε*(ω)＝ε′(ω)-iε″(ω)，其中复介电常数实部ε′(ω)表示极化强度的大小，虚部ε″(ω)反映了高频下材料内部的各种转向极化跟不上高频电场变化而引起的各种弛豫极化损耗。目前，国内外学者基于FDS测试技术开展了复介电常数等频域特征量与油纸绝缘受潮程度间量化关系的研究，结果表明水分含量的增多会导致绝缘内部极化及弛豫过程发生变化，因此，监测油纸绝缘复介电常数的变化，并分别研究其实部和虚部的变化规律，能更加有效的分析油纸绝缘状态的变化。

发明内容

针对上述技术问题，为更准确的利用频域介电特征量评估对变压器油纸绝缘受潮状态，本发明提出了一种利用复介电常数初始斜率评估绝缘纸中水分含量的方法，该方法将复介电常数实部在f＝10^-4Hz时变化率的绝对值|k|，作为表征油纸受潮程度的频域特征参量。实验研究了不同水分含量的油纸绝缘试品复介电常数及|k|的变化规律，且研究结果表明：随着绝缘纸水分含量M的上升，油纸试品的复介电常数实部ε′曲线呈向高频段平移趋势，且低频段复介电常数实部变化幅度随水分含量的上升而增大，通过实测ε′-f曲线拟合，发现|k|与油纸水分含量M间有着较优的指数函数关系，可用于油纸绝缘受潮程度的定量评估。本发明方法具有操作更简便，且对变压器内部绝缘结构无损伤的特点，更适用于变压器绝缘受潮状态的评估。

本发明采取的技术方案为：

一种利用复介电常数初始斜率评估绝缘纸中水分含量的方法，包括以下步骤：

步骤1：定义复介电常数实部εˊ随频率变化曲线在频率点f＝10^-4Hz时的初始变化率k_c为复介电常数实部的初始斜率，通过k_c来预测油浸式变压器中绝缘纸的受潮程度；