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油浸式变压器绕组过热预警及其绝缘热老化测评研究

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目录

声明

第1 章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 变压器绕组过热研究现状

1.3 变压器绝缘老化状态诊断研究现状

1.3.1 变压器绕组绝缘老化缺陷

1.3.2 变压器绝缘老化状态传统诊断方法

1.3.3 基于频域介电谱的绝缘状态诊断方法

1.4 论文主要研究内容

第2 章 绕组发热和过热时的变压器呼吸量建模

2.1 变压器物理场理论基础

2.1.1 变压器传热问题的数学描述

2.1.2 内部流体流动问题的数学模型

2.1.3 多相流模型

2.2 油浸式变压器模型的建立

2.2.1 模型构建

2.2.2 网格技术

2.2.3 网格划分

2.3 模型求解设置

2.3.1 热导率设置

2.3.2 物性参数

2.3.3 边界条件

2.4 本章小结

第3 章基于呼吸参数监测的变压器绕组过热预警方法

3.1 变压器呼吸量仿真结果

3.1.1 额定负载下变压器呼吸特征

3.1.2 负载变化对变压器呼吸量影响

3.1.3 环境温度对变压器呼吸量影响

3.2 变压器呼吸气流暂态特性

3.2.1 负载变化对变压器呼吸气流影响

3.2.1 环境温度对变压器呼吸气流影响

3.3 绕组过热下变压器呼吸特征研究

3.3.1 正常过热下呼吸特性分析

3.3.2 故障过热下呼吸特性分析

3.4 基于呼吸参数的变压器故障过热预警方法

3.4.1 支持向量机原理

3.4.2 故障过热特征参数提取

3.4.3 基于呼吸参数的绕组故障过热预警方法

3.5 本章小结

第4 章 绕组发热引起绝缘老化的介电谱实验

4.1 频域介电响应理论基础

4.2 绕组绝缘频域介电实验

4.2.1 实验样品制备

4.2.2 绕组绝缘模型搭建

4.2.3 实验设计及测试

4.3 实验结果与分析

4.3.1 聚合度变化规律

4.3.2 均匀老化对频域介电谱的影响

4.3.3 不均匀老化对频域介电谱的影响

4.4 本章小结

第5 章绕组绝缘热老化状态的评估方法

5.1 Dissado-Hill 介电响应模型

5.2 基于 Dissado-Hill 模型的频域介电谱分析

5.2.1 等效电路模型构建

5.2.2 绕组绝缘老化特征参数研究

5.3 老化状态评估方法及应用

5.3.1 评估方法

5.3.2 现场应用

5.4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

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摘要

油浸式变压器是供电系统的核心设备,承担着电压转换和能量输送的任务,其运行可靠性关系着整个供电系统的稳定性。绕组绝缘是变压器的关键部位,绕组一旦发生故障过热,会造成局部温度过高,严重加速绕组绝缘热老化速率,进而导致绝缘性能破坏甚至变压器发生故障。因此,如何对绕组故障过热进行预警以及对绕组绝缘老化状态进行评估是重点研究问题。  本文根据油浸式变压器的传热和内部流体的流动特点,建立了变压器三维数值模型,以模拟绕组过热条件下的呼吸过程,研究了负载系数和环境温度对变压器呼吸量的影响规律,重点研究了在不同负载、不同环境温度下呼吸过程的变化趋势,对比分析了绕组故障过热和正常过热的呼吸量变化特征,提取了能表征故障过热的特征参量,并根据支持向量机模型,提出了一种基于呼吸参数监测的变压器绕组故障过热预警方法。  针对热老化导致的绕组绝缘状态劣化问题,本文通过加速热老化实验在实验室制备了不同老化状态的绝缘纸,分别测试了绝缘纸聚合度,分析了聚合度随老化时间的变化规律,设计并搭建了变压器绕组绝缘模型,对不同老化状态下的绕组模型进行了频域介电谱测试,研究了绕组绝缘在均匀老化和不均匀老化时的频域介电谱特性。  依据不同老化状态下绕组绝缘的频域介电谱测试结果,构建了用于分析绕组绝缘的等效电路模型,基于Dissado-Hill介电响应模型解析频域介电谱,分析了不同模型参数与老化时间的变化趋势,对提取的绕组绝缘老化频域特征量进行研究,利用特征参数与老化时间之间的映射关系,提出并验证了一种变压器绕组绝缘老化状态的评估方法。

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