[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

说明书

本发明公开了一种换流变压器油纸绝缘陷阱电荷密度测算方法，属于换流变压器油纸绝缘老化状态评估技术领域，通过频域介电响应测试仪测试油纸绝缘结构的介质损耗因数数据，对Cole‑Cole模型进行修正，获得与自由电荷电导率相关的介电常数的表达式，获得自由电荷电导率的表征方程，获得不同频率下单位时间内的自由电荷密度，最高频和最低频之间自由电荷密度的差值，测试油纸绝缘陷阱电荷密度。起到定量计算换流变压器内部油纸绝缘内部陷阱电荷密度从而有效评估变压器内部油纸绝缘的老化状态以及无损检测便于现场实施的效果。

技术领域

本发明属于换流变压器运维技术中的油纸绝缘老化状态评估技术领域，特别是涉及到一种换流变压器油纸绝缘陷阱电荷密度测算方法。

背景技术

换流变压器是特高压直流换流站的核心关键设备，其安全稳定运行是电网可靠性的重要保障。相比较传统油纸绝缘交流变压器而言，换流变压器阀侧油纸绝缘不仅长期受到热应力作用造成绝缘劣化，同时还承受交直流叠加和极性反转等复杂电场作用，容易积聚空间电荷、承受更多的直流场强分量。由于绝缘纸板与变压器油的电阻率、介电常数不同，在交、直流电场下，变压器内部油纸绝缘电场分布不同。同时，在直流电压的作用下，油纸分界面的电荷累积明显增大，容易形成空间电荷聚积现象，界面极化等松弛极化行为明显增强。

现有的换流变压器运行年限差异较大，老化情况不尽相同，最长的年限已超过20年。油纸绝缘老化后由于纸板缺陷增加使得电荷积聚更加严重，并且其在绝缘劣化后引起的性能下降是不可逆转的，空间电荷的积聚可能威胁换流变压器的稳定运行，且随着换流变压器内部绝缘老化，其内部油纸绝缘陷阱增多，陷阱电荷密度加大，因此通过换流变压器内部油纸绝缘陷阱电荷密度计算可分析换流变压器内部绝缘的老化状态，因此有必要提出一种换流变压器内部油纸绝缘内部陷阱电荷密度的定量计算方法。

目前对油纸绝缘陷阱电荷密度进行计算的方法较少，多以实际测试油纸界面空间电荷分布方法为主。其中，电声脉冲法(PEA)被广泛应用到油纸绝缘空间电荷测量领域，但该方法不能区分空间电荷的类型且测试样品受厚度限制；相比之下，热刺激电流法(TSC)则可以区分介质中不同的极化形式，并根据其曲线峰值计算出油纸绝缘内的陷阱电荷密度，但在测试环境中需要线性升温等实验条件较为苛刻，难以在现场实施应用，仅适用于实验室。

因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足：本发明提供一种换流变压器油纸绝缘陷阱电荷密度测算方法，用于解决现有技术不能定量计算油纸绝缘内部陷阱电荷密度以及实验条件较为苛刻，难以在现场实施应用的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种换流变压器油纸绝缘陷阱电荷密度测算方法，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测试油纸绝缘结构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；