[发明专利]一种换流变压器油纸绝缘陷阱电荷密度测算方法

权利要求书

1.一种换流变压器油纸绝缘陷阱电荷密度测算方法，其特征在于：包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行，

步骤一、在恒定温度下，通过频域介电响应测试仪(1)测试油纸绝缘结构(3)的介质损耗因数数据，获得不同频率下待测试品的介电常数实部ε'与虚部ε”的实验数据，所述温度为油纸绝缘结构(3)所处油浸环境的油温；所述频率为交变电压角频率；

步骤二、考虑频域介电响应测试过程中油纸绝缘的电导损耗，对Cole-Cole模型进行修正，得到修正后的Cole-Cole模型，获得与自由电荷电导率γ(ω)相关的介电常数实部ε'与虚部ε”的表达式

其中，τ_b为弛豫时间，单位：秒；ε_s为静态介电常数；ε_∞为光频介电常数；ω为交变电压角频率，单位：弧度/秒；ε₀为真空介电常数，ε₀＝8.854×10^-12法/米；ε'为介电常数实部，表示电介质储存电荷的能力；ε”为介电常数虚部，表示松弛极化引起的损耗；γ(ω)为自由电荷电导率，单位：西门子/米；α为分散因子；

步骤三、将修正Cole-Cole模型中的介电常数实部ε'代入虚部ε”表达式中，得到介电常数虚部ε”与自由电荷电导率γ(ω)以及介电常数实部ε'的代数关系式，获得自由电荷电导率γ(ω)的表征方程

其中，τ_b为弛豫时间，单位：秒；ε_s为静态介电常数；ε_∞为光频介电常数；ω为交变电压角频率，单位：弧度/秒；ε₀为真空介电常数，ε₀＝8.854×10^-12法/米；ε'为介电常数实部，表示电介质储存电荷的能力；ε”为介电常数虚部，表示松弛极化引起的损耗；γ(ω)为自由电荷电导率，单位：西门子/米；α为分散因子；A、B、C为计算中间变量；

步骤四、将步骤一测试所得的介电常数实部ε'与虚部ε”参数代入步骤三中的自由电荷电导率γ(ω)表征方程(2)中，并通过反复迭代计算的方式确定表达式中的ε_s、ε_∞、α的初值，根据损耗物理意义，需保证电导损耗与松弛损耗均为非负，且自由电荷电导率从高频到低频逐渐递减的条件下，获得符合上述条件的多组ε_s、ε_∞、α的初值；

步骤五、将步骤四获得的多组ε_s、ε_∞、α的初值和步骤一测试的介电常数实部ε'与虚部ε”代入损耗因数tanδ表达式中，获得多个损耗因数tanδ值，提取当损耗因数tanδ最大值时的ε_s、ε_∞、α的初值；所述tanδ表达式为

步骤六、将步骤五中提取的ε_s、ε_∞、α的初值与步骤一测试所得的介电常数实部ε'与虚部ε”参数共同代入自由电荷电导率γ(ω)的表征方程(2)中，获得不同频率下的自由电荷电导率γ(ω)；

步骤七、根据步骤六中求得的自由电荷电导率γ(ω)，获得不同频率下油纸绝缘试品中流过的自由电荷电流密度J；关系表达式为

J＝γ(ω)E (4)

其中，E为测试电压下试品两端的平均场强，单位：伏特/米；J为自由电荷电流密度，单位：安培/平方米；

步骤八、根据步骤七中获得的不同频率下自由电荷电流密度J，获得不同频率下单位时间内的自由电荷密度Q；

步骤九、根据多重跳跃陷阱电荷理论，结合步骤八中获得的最高频和最低频之间自由电荷密度的差值，计算油纸绝缘陷阱电荷密度。

2.根据权利要求1所述一种换流变压器油纸绝缘陷阱电荷密度测算方法，其特征在于：所述温度为50摄氏度。

3.根据权利要求1所述一种换流变压器油纸绝缘陷阱电荷密度测算方法，其特征在于：所述频率区间为0.001赫兹到10000赫兹。

4.根据权利要求1所述一种换流变压器油纸绝缘陷阱电荷密度测算方法，其特征在于：步骤八中所述自由电荷电流密度J为特定频率下自由电荷电流密度相对于该频率持续时间的平均值J_p，然后根据自由电荷电流密度平均值计算不同频率下单位时间内的自由电荷密度平均值Q_p，具体如下：

其中T为特定频率持续时间，单位：秒。