低频正弦激励下变压器油隙相对介电常数的测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于变压器绝缘状态检测领域，具体涉及一种低频正弦激励下变压器油隙 相对介电常数的测试方法。
【背景技术】
[0002] 油浸式变压器是目前超高压、特高压输变电系统中主变压器的唯一选择，油浸式 变压器的运行可靠性直接关系到相关电力系统的安全稳定，油浸式变压器是电力系统中的 核心设备，油纸绝缘状态是决定油浸式变压器绝缘寿命的重要因素之一，频域介电响应法 是能够有效诊断油纸绝缘水分含量及其老化状态的公认方法之一。油浸式变压器油纸绝缘 系统由变压器油隙、纸筒压板与撑条等构成，变压器油隙是油纸绝缘系统的重要组成部分。
[0003] 油纸绝缘系统进行频域介电响应测试时，外施正弦激励电压由高频到低频进行逐 频扫描测试，低频测试的时候，变压器油隙的介电响应特性是决定油纸绝缘系统整体介电 特性的主要因素之一，而变压器油隙的介电响应特性主要影响机制为由变压器油隙内部电 极极化引起的交流电导，因此为了能够更加全面的研究、表征低频正弦激励下油纸绝缘系 统的介电响应特性，以便能够更好地将频域介电谱法应用到实际工程中，急需一种既能够 计算低频正弦激励下变压器油隙的相对介电常数，同时又能够表征低频正弦激励下变压器 油隙电极极化参数的方法。
【发明内容】
[0004] 为了能够计算低频正弦激励下变压器油隙的相对介电常数，同时又能够表征低频 正弦激励下变压器油隙电极极化参数，本发明提供一种低频正弦激励下变压器油隙相对介 电常数的测试方法。
[0005] -种低频正弦激励下变压器油隙相对介电常数的测试方法，油纸绝缘系统频域介 电响应测试中获取低频正弦激励下变压器油隙的相对介电常数及油隙电极极化参数，其特 征在于，包含以下步骤：
[0006] I. 1在测试温度T下由设置在实验装置内的传感器传入如下数据：变压器油隙的 直流电导率〇。，变压器油隙中离子迀移率μ，变压器油隙的厚度L ;测量得到施加低频正 弦激励的角频率ω ;
[0007] 1. 2将上述测试得到的数据输入到计算单元中的模型（1)中，得到低频正弦激励 下变压器油隙的相对介电常数：
[0009] 式中，q为单位电荷带电量，k= 1.38X 10 23J/K为玻尔兹曼常数，2. 2为变压 器油工频相对介电常数，ε 〇 = 8. 85X 10 12F/m为真空介电常数，ε ' f、ε "f分别为施加正弦 激励的频率f = 0.1 Hz时变压器油隙的相对介电常数实部、相对介电常数虚部，ε \(ω)、 ε '(ω)分别为角频率为ω的低频正弦激励下变压器油隙的相对介电常数实部、相对介 电常数虚部；
[0010] 1. 3将1. 2所得数据在计算单元中的模型（2)中，得到的数据代入下式则可得低频 正弦激励下变压器油隙电极极化的弛豫时间τ ΕΡ与电极极化极化层厚度L D:
[0012] 1. 4将1. 2和1. 3步骤所得输出至后续处理单元或结果显示单元。
[0013] 本发明测试方法的公式推导过程如下：
[0014] 变压器油隙未施加外部正弦激励时，变压器油隙内的变压器油达到热平衡时有：
[0016] 式中，η+、η分别为变压器油隙中正负离子浓度，变压器油隙达到热平衡时正负离 子的浓度相等为η。，〇。为变压器油隙的直流电导率，q为单位电荷所带电量。当施加低频 正弦激励电压时，变压器油隙内部电极极化过程能够完成且变压器油隙内部离子浓度再次 平衡所需弛豫时间τ ΕΡ为：
[0018] 式中，k = 1.38X 10 23J/K为玻尔兹曼常数，ε 2. 2为变压器油工频相对介电 常数，ε。= 8. 85X10 12F/m为真空介电常数，T为变压器油隙的温度。此时，在电极附近产 生的极化层厚度Ld为：
[0020] 将式⑶代入式（4)、式（5)可得：
[0022] 将式（6)所示的电极极化参数代入到Debye弛豫模型中，可以得到变压器油相对 介电常数表达方程：
[
[0024] 式中ω为外施电压角频率，Δ ε @表达式为：
[0025] Δ ε EP= (L/2Ld-1) ε r (8)
[0026] 将式（6)代入式（7)可得
[0028] 考虑到在电极极化作用之前，由于变压器油隙内部的偶极子转向极化等的作用， 其介电参数已经发生改变，以及离子热运动的时间尺度，则式（9)应该改写为：
[0030] 式中，ε ' f、ε "f分别为施加激励的频率f = 0.1 Hz时变压器油隙的相对介电常 数实部、相对介电常数虚部。
[0031] 本发明能够计算低频正弦激励下变压器油隙的相对介电常数，同时又能够表征低 频正弦激励下变压器油隙电极极化参数，有助于更加全面的研究、表征低频正弦激励下变 压器油隙的介电响应特性，以便能够更好地将频域介电谱法应用到实际工程中。
【附图说明】
[0032] 图1 一种低频正弦激励下变压器油隙相对介电常数的测试方法流程图
[0033] 图2 -种低频正弦激励下变压器油隙相对介电常数的测试方法示例
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图对本发明作进一步说明：
[0035] 图1所示为一种低频正弦激励下变压器油隙相对介电常数的测试方法流程图。从 图中可以看出一种低频正弦激励下变压器油隙相对介电常数的测试方法主要包括以下步 骤：
[0036] I. 1测试得到变压器油隙的温度T ;
[0037] 1. 2测试温度T下，变压器油隙的直流电导率〇。，变压器油隙中离子迀移率μ ;
[0038] 1.3测量变压器油隙的厚度L ;
[0039] 1. 4测量施加低频正弦激励的角频率ω ;
[0040] 1. 5将上述测试得到的数据代入下式，得到低频正弦激励下变压器油隙的相对介 电常数：
[0042] 式中，q为单位电荷带电量，k = I. 38Χ 10 23J/K为玻尔兹曼常数，ε 2. 2为变 压器油工频相对介电常数，^=8.85X10 12F/m为真空介电常数，e'f、e"f分别为施加 激励的频率f = 〇. IHz时变压器油隙的相对介电常数实部、相对介电常数虚部，ε \(ω)、 ε '(ω)分别为角频率为ω的低频正弦激励下变压器油隙的相对介电常数实部、相对介 电常数虚部。
[0043] 在计算低频正弦激励下变压器油隙相对介电常数的同时可以得到低频正弦激励 下电极极化的参数，即将上述测试得到的数据代入下式则可得低频正弦激励下变压器油隙 电极极化的弛豫时间τ EP与电极极化极化层厚度L D:
[0045] 图2所示为一种低频正弦激励下变压器油隙相对介电常数的测试方法示例。测得 变压器油隙温度为30 °C，测得30°C下变压器油隙直流电导率为7. 23 X 10 13S/m，30°C下变 压器油隙中离子迀移率为1. 73 X 10 1V2ZiVs,油隙的厚度0. 5_，外施激励电压频率为0.1 Hz 时测得变压器油隙相对介电常数为：e'f= 3.86, e"f= 0.8。由图2可知采用本发明方 法计算出的低频正弦激励下变压器油隙相对介电常数值能较好的与实验测试值符合，计算 值与实测值误差在5%内，在可接受范围内，同时在计算过程中可得在示例所述环境下变压 器油隙电极极化参数为：电极极化的弛豫时间τ EP为824s，极化层厚度约为0. 018_。则说 明本发明方法能够有效地得到低频正弦激励下变压器油隙相对介电常数值，同时又能够得 到表征低频正弦激励下变压器油隙电极极化的参数。
【主权项】
1. 一种低频正弦激励下变压器油隙相对介电常数的测试方法，油纸绝缘系统频域介电 响应测试中获取低频正弦激励下变压器油隙的相对介电常数及油隙电极极化参数，其特征 在于，包含以下步骤： 1. 1在测试温度T下由设置在实验装置内的传感器传入如下数据：变压器油隙的直流 电导率σ。，变压器油隙中离子迀移率μ，变压器油隙的厚度L;测量得到施加低频正弦激 励的角频率ω ; 1.2将上述测试得到的数据输入到计算单元中的模型（1)中，得到低频正弦激励下变 压器油隙的相对介电常数：式中，q为单位电荷带电量，k= 1. 38Χ10 23J/K为玻尔兹曼常数，ε 2. 2为变压器 油工频相对介电常数，^=8.85X10 12F/m为真空介电常数，ε'f、ε" f分别为施加正弦 激励的频率f= 〇. 1Hz时变压器油隙的相对介电常数实部、相对介电常数虚部，ε'Jco)、 ε"Jco)分别为角频率为ω的低频正弦激励下变压器油隙的相对介电常数实部、相对介 电常数虚部，Τ为测试温度，〇。为变压器油隙的直流电导率，μ为变压器油隙中离子迀移 率，L为变压器油隙的厚度，ω为施加低频正弦激励的角频率； 1. 3将1. 2所得数据在计算单元中的模型（2)中，得到的数据代入下式则可得低频正弦 激励下变压器油隙电极极化的弛豫时间τΕΡ与电极极化极化层厚度LD:式中，q为单位电荷带电量，k= 1. 38X10 23J/K为玻尔兹曼常数，ε 2. 2为变压器 油工频相对介电常数，ε。= 8. 85X10 12F/m为真空介电常数，T为测试温度，σ。为变压器 油隙的直流电导率，μ为变压器油隙中离子迀移率，L为变压器油隙的厚度，ω为施加低频 正弦激励的角频率 1. 4将1. 2和1. 3步骤所得输出至后续处理单元或结果显示单元。
【专利摘要】本发明公开了一种低频正弦激励下变压器油隙相对介电常数的测试方法。首先通过测试得到温度T下变压器油隙的直流电导率σ0，变压器油隙中离子迁移率μ，变压器油隙的厚度L，施加低频正弦激励的角频率ω，然后将上述测得的数据代入至相关公式中进行处理，最后得到低频正弦激励下变压器油隙的相对介电常数。本发明方法能够在有效地计算出低频正弦激励下变压器油隙相对介电常数的基础上，还能够反映低频正弦激励下变压器油隙的电极极化参数。
【IPC分类】G01R27/26
【公开号】CN105259425
【申请号】CN201510702203
【发明人】王东阳, 周利军, 王路伽, 江俊飞, 刘源, 何健
【申请人】西南交通大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年10月26日