油紙絕緣變壓器新型混合極化電路模型及其參數(shù)計(jì)算

黃云程　蔡金錠　盧晉怡

(福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院　福州　350108)

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油紙絕緣變壓器新型混合極化電路模型及其參數(shù)計(jì)算

黃云程蔡金錠盧晉怡

(福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院福州350108)

油紙絕緣系統(tǒng)的老化將產(chǎn)生大量的老化產(chǎn)物，油紙絕緣系統(tǒng)的介質(zhì)響應(yīng)變得更加復(fù)雜，此時(shí)，采用被廣泛認(rèn)同的擴(kuò)展德拜等效模型不能真實(shí)反映油紙絕緣系統(tǒng)的弛豫過(guò)程。因此，綜合現(xiàn)有等效電路模型的優(yōu)點(diǎn)，在擴(kuò)展德拜等效電路模型上引入能夠真實(shí)反映界面極化特性的等效電路，提出一種能更加貼合油紙絕緣系統(tǒng)實(shí)際弛豫過(guò)程的混合極化電路模型，然后，給出混合極化電路模型的參數(shù)辨識(shí)方法，并通過(guò)吻合度法確定極化等效支路數(shù)。最后，通過(guò)實(shí)例分析和對(duì)比，證實(shí)混合極化電路模型的正確性及相比于擴(kuò)展德拜等效電路模型具有更高的精度，且能夠更加真實(shí)地反映油紙絕緣系統(tǒng)的弛豫過(guò)程。

油紙絕緣擴(kuò)展德拜等效電路混合極化電路參數(shù)辨識(shí)

0　引言

電力變壓器的安全性是電力網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的第一道防御系統(tǒng)[1-3]。倘若電力變壓器出現(xiàn)故障，將對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成致命的威脅，而油紙絕緣老化是導(dǎo)致電力變壓器事故的主要原因，同時(shí)油紙絕緣老化情況會(huì)影響變壓器的實(shí)際使用壽命[4]。因此研究能準(zhǔn)確判斷出油紙絕緣設(shè)備老化程度的方法，及早地發(fā)現(xiàn)或排除油紙絕緣設(shè)備存在的隱患，對(duì)保障電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行具有十分重要的意義[5]。

雖然回復(fù)電壓法能準(zhǔn)確地反映絕緣材料緩慢弛豫過(guò)程[6]，卻無(wú)法直接獲得明確的診斷結(jié)論，主要原因是未能在理論層面上揭示回復(fù)電壓特征量與絕緣介質(zhì)響應(yīng)之間關(guān)系，因此，有必要對(duì)絕緣介質(zhì)響應(yīng)過(guò)程進(jìn)行深入研究。目前，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者通過(guò)建立絕緣介質(zhì)響應(yīng)等效電路以獲取絕緣介質(zhì)響應(yīng)函數(shù)模型。文獻(xiàn)[7]提出Cole-Cole模型的介質(zhì)響應(yīng)等效電路，但這種模型還在研究當(dāng)中，無(wú)任何試驗(yàn)數(shù)據(jù)能證明其準(zhǔn)確性。文獻(xiàn)[8]考慮界面極化提出利用Maxwell模型來(lái)模擬絕緣系統(tǒng)的弛豫過(guò)程，但沒(méi)有考慮偶極子轉(zhuǎn)向極化、熱離子極化等。文獻(xiàn)[9]提出了基于實(shí)際變壓器絕緣結(jié)構(gòu)的X-Y等效電路，然而該模型需要變壓器的絕緣設(shè)計(jì)參數(shù)，且模型計(jì)算十分復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中存在許多難題。文獻(xiàn)[10]在可不考慮絕緣的幾何結(jié)構(gòu)前提下提出基于擴(kuò)展德拜模型的等效電路模型，該模型能反映復(fù)合介質(zhì)材料的弛豫過(guò)程，但只采用多個(gè)均一介質(zhì)弛豫響應(yīng)等效電路并聯(lián)來(lái)模擬，未考慮界面極化，無(wú)法真實(shí)反映介質(zhì)實(shí)際情況。文獻(xiàn)[11]中提出在擴(kuò)展徳拜等效電路模型中引入混聯(lián)支路來(lái)模擬界面極化反應(yīng)，但其所采用的混聯(lián)支路只是單純?cè)黾右浑娮?，無(wú)法真實(shí)反映油紙絕緣系統(tǒng)的復(fù)雜界面極化過(guò)程。

為獲得油紙絕緣介質(zhì)響應(yīng)函數(shù)，搭建更加合理的等效電路模型，本文綜合現(xiàn)有等效電路模型的優(yōu)點(diǎn)，在擴(kuò)展徳拜等效電路模型基礎(chǔ)上引入能夠反映界面極化特性的等效電路，提出一種能更加貼合油紙絕緣系統(tǒng)實(shí)際弛豫過(guò)程的混合極化電路模型，同時(shí)，給出混合極化電路模型的參數(shù)辨識(shí)方法，并通過(guò)吻合度法來(lái)確定極化等效支路數(shù)。最后，通過(guò)實(shí)例分析和對(duì)比，證實(shí)混合極化電路模型的正確性及相比于ED(ExtendedDebye)等效電路模型具有更高的精度，且能夠更加真實(shí)地反映油紙絕緣系統(tǒng)的弛豫過(guò)程?；旌蠘O化電路模型為深入研究油紙絕緣狀態(tài)評(píng)估奠定了基礎(chǔ)。

1　油紙絕緣系統(tǒng)混合極化電路模型

目前被普遍認(rèn)同的擴(kuò)展徳拜等效電路模型是在可以不考慮絕緣幾何結(jié)構(gòu)的前提下，通過(guò)松弛時(shí)間常數(shù)的分布函數(shù)表示油紙絕緣系統(tǒng)的不同弛豫過(guò)程，即用n條不同RC串聯(lián)支路并聯(lián)模擬油紙絕緣系統(tǒng)介質(zhì)響應(yīng)過(guò)程。擴(kuò)展徳拜等效電路中一個(gè)松弛時(shí)間常數(shù)τ對(duì)應(yīng)一條RC串聯(lián)支路，即τ=RpCp，如圖1a所示[12]。然而，油紙絕緣是一種復(fù)合介質(zhì)材料，油紙絕緣系統(tǒng)介質(zhì)響應(yīng)不僅有變壓器油和絕緣紙的弛豫過(guò)程，還包含隨絕緣老化有關(guān)的各種產(chǎn)物如氣隙、酸、微水和糠醛等的弛豫響應(yīng)過(guò)程，同時(shí)，變壓器油、絕緣紙及各種老化產(chǎn)物會(huì)發(fā)生相互作用而形成更為復(fù)雜的界面反應(yīng)[13]。

圖1　極化支路Fig.1　Polarization branch

界面極化反應(yīng)是指兩種介質(zhì)的介電常數(shù)和電導(dǎo)率不同時(shí)，施加電壓后，在兩種介質(zhì)界面上積聚電荷，使得介質(zhì)中的自由電荷不均勻分布，從而產(chǎn)生宏觀偶極矩的現(xiàn)象。擴(kuò)展徳拜等效電路模型采用RC串聯(lián)支路能準(zhǔn)確地模擬均一絕緣介質(zhì)響應(yīng)，卻無(wú)法真實(shí)反映油紙絕緣系統(tǒng)的界面極化，因此本文在擴(kuò)展徳拜等效電路模型中引入能夠反映界面極化特性的等效電路，如圖1b所示支路。該支路用不同RC支路并聯(lián)后串聯(lián)來(lái)模擬兩種介質(zhì)的界面極化，其中Rh1、Ch1和Rh2、Ch2分別表示兩種不同介質(zhì)的等效參數(shù)，該支路的時(shí)間常數(shù)由兩種介質(zhì)的等效參數(shù)共同決定，更加貼合絕緣實(shí)際的界面極化過(guò)程。

考慮到油紙絕緣系統(tǒng)的復(fù)雜性，結(jié)合擴(kuò)展徳拜等效電路模型中RC串聯(lián)支路能真實(shí)表征均一介質(zhì)的弛豫響應(yīng)特性，本文在擴(kuò)展徳拜等效電路模型中引入界面極化等效支路模擬油紙絕緣系統(tǒng)的界面極化反應(yīng)，從而建立油紙絕緣系統(tǒng)混合極化電路模型，如圖2所示。

圖2　油紙絕緣系統(tǒng)混合極化電路模型Fig.2　New equivalent circuit of oil-paper insulation

圖2中的油紙絕緣系統(tǒng)混合極化電路模型由幾何等效電路、RC串聯(lián)極化支路和界面極化支路三部分組成，其中Rg為幾何電阻，與絕緣幾何結(jié)構(gòu)有關(guān)，反映油紙絕緣整體電導(dǎo)情況，Cg為幾何電容，表征油紙絕緣系統(tǒng)的儲(chǔ)電能力；n條RC串聯(lián)支路反映均一絕緣介質(zhì)的弛豫響應(yīng)特性，Rpi和Cpi(i=1，2,…，n)分別代表不同弛豫環(huán)節(jié)的極化電阻和極化電容；N條界面極化支路用于模擬油紙絕緣系統(tǒng)復(fù)雜的界面極化過(guò)程，Rhj和Chj(j=1，2，…，2N)分別表示界面極化過(guò)程中絕緣介質(zhì)響應(yīng)的極化電阻和極化電容。

油紙絕緣系統(tǒng)隨運(yùn)行年限的增加，絕緣逐步老化，老化產(chǎn)物也隨之增多，油紙絕緣系統(tǒng)介質(zhì)響應(yīng)變得更加復(fù)雜，采用擴(kuò)展徳拜等效電路模型進(jìn)行研究會(huì)造成較大的誤差，絕緣越老化，誤差就會(huì)越大，嚴(yán)重影響后續(xù)研究的可信性。而采用本文提出的油紙絕緣混合極化電路模型，可更加真實(shí)模擬油紙絕緣系統(tǒng)復(fù)雜的弛豫過(guò)程，減小誤差。

2　混合極化電路模型的參數(shù)辨識(shí)

油紙絕緣系統(tǒng)混合極化電路模型能否與實(shí)際油紙絕緣介質(zhì)響應(yīng)相符，只通過(guò)模型圖和理論分析并不能證明該模型的正確性，還需要有現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行證明。本文通過(guò)對(duì)混合極化電路參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，然后根據(jù)混合極化電路模型和電路參數(shù)值得到回復(fù)電壓譜線計(jì)算表達(dá)式，最后比較該模型回復(fù)電壓譜線與實(shí)測(cè)變壓器的回復(fù)電壓譜線的吻合度來(lái)證實(shí)混合極化電路模型的正確性。

2.1幾何電容Cg和極化電阻、極化電容的辨識(shí)

如圖2所示，變壓器油紙絕緣系統(tǒng)的混合極化電路模型含有n條RC串聯(lián)支路，N條界面極化支路。先對(duì)變壓器油紙絕緣系統(tǒng)充電tc時(shí)間，再放電td時(shí)間后進(jìn)入測(cè)試階段。根據(jù)基爾霍夫定律，回復(fù)電壓測(cè)試階段可由混合極化電路表示為

(1)

式中，t為測(cè)量時(shí)間；i=1，2，…，n；j=1，2，…，N；ucpi(t)、uch(2j-1)(t)和uch(2j)(t)分別為RC串聯(lián)支路、界面極化支路對(duì)應(yīng)極化電容的電壓，其在初始時(shí)刻(t=0)的表達(dá)式為

(2)

τi=

(3)

將式(1)與式(2)、式(3)聯(lián)立化簡(jiǎn)，可得在測(cè)量階段初始時(shí)刻的表達(dá)式為

(4)

回復(fù)電壓測(cè)試儀器通過(guò)m次改變充放電時(shí)間，記錄每次測(cè)量的初始斜率、峰值電壓及峰值測(cè)量時(shí)間，因此將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)代入式(4)可以列寫出非線性方程組，再將非線性方程組求解轉(zhuǎn)換為如式(5)所示的目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)化問(wèn)題，其中2n+4N+1個(gè)未知量用集合X表示，最后通過(guò)智能算法求解出幾何電容Cg和各極化電阻、極化電容的參數(shù)值。

(5)

2.2幾何電阻Rg的辨識(shí)

測(cè)試階段初始時(shí)刻，混合極化電路上的極化電容均含有殘余電壓Ucpi(0)或Uchj(0)(i=1，2，…，n；j=1，2，…，2N)，根據(jù)運(yùn)算電路，電容轉(zhuǎn)換為電容串聯(lián)電壓源，再應(yīng)用疊加定理，油紙絕緣系統(tǒng)的回復(fù)電壓就可由各個(gè)獨(dú)立電壓源作用效果疊加得到。

RC串聯(lián)支路中，Ucpi(0)作為激勵(lì)電源單獨(dú)作用時(shí)，與其響應(yīng)Uri之間的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)為

(6)

界面極化支路中，當(dāng)j=1，3，…，2N-1時(shí), Uchj(0) 作為激勵(lì)電源單獨(dú)作用時(shí)與其響應(yīng)Urhj之間的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)為

(7)

當(dāng)j=2，4，…，2N時(shí), Uchj(0) 作為激勵(lì)電源單獨(dú)作用，與其響應(yīng)Urhj之間的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)為

(8)

為便于式(6)～式(8)進(jìn)行拉普拉斯逆變換，先將各式的分子分母轉(zhuǎn)換為有理分式，并用零極點(diǎn)的轉(zhuǎn)移函數(shù)表示為

(9)

式中，K=n+N；i=1，2，…，n；j=1，2，…2N；(p1，p2，…，pK+1)和(z1，i，z2，i，…，zK，i)分別為RC串聯(lián)支路轉(zhuǎn)移函數(shù)的極點(diǎn)和零點(diǎn)；(ph1，ph2，…，phK+1)和(zh1，j，zh2，j，…，zhK，j)分別為界面極化支路轉(zhuǎn)移函數(shù)的極點(diǎn)和零點(diǎn)；Hk,i、Lk+1和Ek,j、Fk+1分別為RC串聯(lián)支路和界面極化支路轉(zhuǎn)移函數(shù)的分子、分母常系數(shù)；Ucpi(s)= Ucpi(0)/s，Uchj(s)= Uchj(0)/s。

對(duì)式(9)進(jìn)行拉普拉斯逆變換，可求出對(duì)應(yīng)回復(fù)電壓分量的時(shí)域響應(yīng)函數(shù)為

(10)

式中，各項(xiàng)衰減項(xiàng)前面的系數(shù)為

(11)

式中，K=n+N;i=1，2，…，n；j=1，2，…，2N;g,l=1,2,…K+1。

應(yīng)用疊加定理，由式(10)、式(11)可得測(cè)量階段油紙絕緣系統(tǒng)混合極化電路模型的回復(fù)電壓計(jì)算式為

(12)

式中，t為測(cè)量階段的時(shí)間。

將2.1節(jié)求解得到除Rg外的所有等效電路參數(shù)，以及實(shí)測(cè)變壓器的回復(fù)電壓測(cè)量值(峰值測(cè)量時(shí)間tp和回復(fù)電壓峰值Urmax)作為已知量帶入式(12)即可反推求解出幾何電阻Rg，最后應(yīng)用智能算法尋求計(jì)算結(jié)果與測(cè)量結(jié)果貼近度最優(yōu)的幾何電阻值，此時(shí)未知量X表示Rg，目標(biāo)函數(shù)為

(13)

3　實(shí)例驗(yàn)證與分析

3.1應(yīng)用吻合度法確定極化支路數(shù)

本文提出的混合極化等效電路中，RC串聯(lián)支路反映油紙絕緣系統(tǒng)均一介質(zhì)的弛豫過(guò)程，界面極化支路反映各個(gè)均一介質(zhì)之間的界面極化過(guò)程，根據(jù)RC串聯(lián)支路的條數(shù)可推斷出可能存在的界面極化支路數(shù)。例如：RC串聯(lián)支路數(shù)為3時(shí)，因部分界面極化弛豫時(shí)間可能較小，在回復(fù)電壓測(cè)試中的放電過(guò)程就已經(jīng)放電結(jié)束，所以界面極化支路數(shù)可能為1、2和3，此時(shí)對(duì)應(yīng)的極化支路數(shù)可能為4、5和6。此外，油紙絕緣系統(tǒng)主要由絕緣油和絕緣紙組成，因此對(duì)于新投運(yùn)變壓器絕緣介質(zhì)響應(yīng)等效電路的極化支路數(shù)至少有3條，其中2條為RC串聯(lián)極化支路，1條為界面極化支路。隨著運(yùn)行年限的增加，變壓器絕緣老化生成大量的老化產(chǎn)物，此時(shí)外加直流電壓，絕緣介質(zhì)的響應(yīng)變得更加復(fù)雜，相應(yīng)地，油紙絕緣系統(tǒng)的介質(zhì)響應(yīng)等效電路的極化支路數(shù)隨之增加，但由于大部分老化產(chǎn)物為極性分子，時(shí)間常數(shù)較小，在放電過(guò)程就已結(jié)束，因此，增加的極化支路數(shù)主要為界面極化支路數(shù)和少數(shù)的RC串聯(lián)支路。文獻(xiàn)[14]分析得到變壓器絕緣介質(zhì)響應(yīng)等效電路極化支路數(shù)在4～7之間已能較準(zhǔn)確地模擬不同絕緣狀態(tài)的變壓器油紙絕緣系統(tǒng)的弛豫過(guò)程，本文根據(jù)RC串聯(lián)支路數(shù)和界面極化數(shù)列出可能出現(xiàn)的極化支路數(shù)，見表1。

表1　極化支路數(shù)分配一覽表Tab.1　Polarization branch distribution list

辨識(shí)油紙絕緣系統(tǒng)混合極化電路參數(shù)，必須先確定RC串聯(lián)支路數(shù)和界面極化支路數(shù)，才能利用回復(fù)電壓測(cè)量值代入式(5)、式(13)尋優(yōu)得到參數(shù)計(jì)算值，本文根據(jù)表1分別計(jì)算不同極化支路數(shù)的等效電路參數(shù)計(jì)算值，再將計(jì)算得到的等效電路參數(shù)值和實(shí)測(cè)峰值時(shí)間tp代入式(12)得到回復(fù)電壓極化譜的計(jì)算值，最后根據(jù)計(jì)算值與變壓器實(shí)測(cè)測(cè)量值的吻合度大小來(lái)確定極化支路數(shù)，即吻合度最大的極化支路數(shù)就為該臺(tái)變壓器油紙絕緣系統(tǒng)混合極化電路的極化支路數(shù)，其中吻合度計(jì)算公式為

(14)

式中，m為m組測(cè)量值和計(jì)算值；Urk(tp) 為第k個(gè)回復(fù)電壓峰值的計(jì)算值；Urkmax為第k個(gè)回復(fù)電壓峰值的測(cè)量值。

3.2混合極化電路的驗(yàn)證

應(yīng)用吻合度法確定極化支路數(shù)后，就可以利用不同老化程度的實(shí)測(cè)變壓器回復(fù)電壓測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)本文提出的油紙絕緣系統(tǒng)混合極化電路模型進(jìn)行驗(yàn)證。本文采用瑞士制造生產(chǎn)的RVM5461自動(dòng)回復(fù)電壓測(cè)試儀對(duì)3臺(tái)220kV電力變壓器進(jìn)行測(cè)試，首先將三臺(tái)電力變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)的三相繞組分別短接后接入回復(fù)電壓測(cè)試儀，測(cè)量原理如圖3所示。自動(dòng)回復(fù)電壓測(cè)試儀的一次測(cè)試過(guò)程如下：閉合開關(guān)S1，在絕緣介質(zhì)兩端施加一直流高壓U0，充電tc時(shí)間后打開S1，閉合開關(guān)S2，即去除外施電壓并短接介質(zhì)，td時(shí)間后，停止短接，即打開S1，閉合S3，若去極化過(guò)程還在繼續(xù)，剩余的自由電荷將在兩極形成回復(fù)電壓，記錄回復(fù)電壓數(shù)據(jù)并充分放電。自動(dòng)回復(fù)電壓測(cè)試儀通過(guò)改變m次充電時(shí)間，并記錄下m次的回復(fù)電壓數(shù)據(jù)，最終輸出回復(fù)電壓譜線。在進(jìn)行回復(fù)電壓測(cè)試的同時(shí)，對(duì)3臺(tái)電力變壓器進(jìn)行糠醛含量、聚合度檢測(cè)等老化狀態(tài)檢測(cè)試驗(yàn)，變壓器的基本信息和通過(guò)老化狀態(tài)檢測(cè)試驗(yàn)獲得的老化情況見表2。

圖3　回復(fù)電壓測(cè)量電路圖Fig.3　Measurement circuit diagrams of return voltage表2　三臺(tái)電力變壓器基本信息Tab.2　Three power transformers basic information

序號(hào)型號(hào)生產(chǎn)年份糠醛含量/(mg·L-1)老化情況T1SFSZ10-180000/22020070.012新投運(yùn)T2SFPS-180000/22019942.793老化較嚴(yán)重T3cub-MRM/220198722.790老化嚴(yán)重

將以上3臺(tái)電力變壓器應(yīng)用吻合度法確定極化支路數(shù)，并應(yīng)用區(qū)間-粒子群算法求解出對(duì)應(yīng)等效電路參數(shù)，計(jì)算結(jié)果見表3～表5。

表3　T1的等效電路參數(shù)值Tab.3　The equivalent circuit parameters of T1

表4　T2的等效電路參數(shù)值Tab.4　The equivalent circuit parameters of T2

表5　T3的等效電路參數(shù)值Tab.5　The equivalent circuit parameters of T3

將求解出的混合極化電路參數(shù)和實(shí)測(cè)峰值時(shí)間tp代入式(12)計(jì)算出回復(fù)電壓譜線，與此同時(shí)，對(duì)ED等效電路采取相同的處理，即采用相同的吻合度計(jì)算公式和吻合度法來(lái)確定極化支路數(shù)，再采用相同的智能算法計(jì)算參數(shù)，最后計(jì)算并繪出ED等效電路下的回復(fù)電壓譜線。實(shí)測(cè)回復(fù)電壓譜線、混合極化電路計(jì)算得到回復(fù)電壓譜線和ED等效電路計(jì)算得到回復(fù)電壓譜線如圖4所示，各個(gè)子圖中T1變壓器采用混合等效電路模型的極化支路數(shù)為4條，其中3條為RC串聯(lián)支路，1條為界面極化支路，采用擴(kuò)展徳拜等效電路模型的極化支路數(shù)為4；T2變壓器采用混合等效電路模型的極化支路數(shù)為6條，其中4條為RC串聯(lián)支路，2條為界面極化支路，采用擴(kuò)展徳拜等效電路模型的極化支路數(shù)為6；T3變壓器采用混合等效電路模型的極化支路數(shù)為7條，其中4條為RC串聯(lián)支路，3條為界面極化支路，采用擴(kuò)展徳拜等效電路模型的極化支路數(shù)為7。計(jì)算得到的吻合度和極化支路數(shù)分配情況見表6。

圖4　極化譜測(cè)量值與計(jì)算值的吻合情況Fig.4　Anastomoses of calculated and measured values of polarization spectrum表6　極化譜測(cè)量曲線與計(jì)算曲線的吻合度Tab.6　Goodness of fit for calculated and measuredvalues of polarization spectrum

序號(hào)老化情況電路模型極化支路數(shù)RC串聯(lián)支路界面極化支路吻合度W(%)T1新投運(yùn)混合極化電路模型43187.7244086.56擴(kuò)展德拜模型33077.6455081.24T2老化較嚴(yán)重混合極化電路模型64289.0466085.84擴(kuò)展德拜模型55070.9077076.35T3老化嚴(yán)重混合極化電路模型74392.6277082.92擴(kuò)展德拜模型66074.3988057.63

由表6可知，T1、T2和T3電力變壓器采用混合極化電路模型計(jì)算出的吻合度最大時(shí)對(duì)應(yīng)的極化支路數(shù)分別為4條(3條RC串聯(lián)支路和1條界面極化支路)、6條(4條RC串聯(lián)支路和2條界面極化支路)和7(4條RC串聯(lián)支路和3條界面極化支路)，對(duì)應(yīng)的吻合度為87.72%、89.04%和92.62%。采用擴(kuò)展德拜等效電路模型計(jì)算出的吻合度最大時(shí)對(duì)應(yīng)的極化支路數(shù)分別為5、6和7，對(duì)應(yīng)的吻合度為86.56%、85.84%和82.92%。通過(guò)對(duì)比可知，隨著油紙絕緣老化程度的加深，采用擴(kuò)展徳拜等效電路模型的吻合度逐漸下降；T1、T2和T3采用混合極化等效電路模型計(jì)算出的吻合度均高于采用擴(kuò)展德拜等效電路模型，其中T1高1.16%、T2高3.2%、T3高9.7%。由此可證明隨著油紙絕緣系統(tǒng)老化程度的加深，采用擴(kuò)展德拜等效電路模型所產(chǎn)生誤差較大，而本文提出的混合極化電路模型準(zhǔn)確度更高。此外，該實(shí)例還證實(shí)了油紙絕緣系統(tǒng)不斷地劣化，極化等效支路數(shù)增加，且增加的極化支路主要為界面極化支路，因此油紙絕緣系統(tǒng)老化越嚴(yán)重，擴(kuò)展德拜等效電路模型與真實(shí)絕緣介質(zhì)弛豫過(guò)程的誤差就會(huì)越大，應(yīng)采用本文提出的混合極化電路模型來(lái)深入研究油紙絕緣系統(tǒng)的老化評(píng)估。

4　結(jié)論

回復(fù)電壓法(RVM)作為一種無(wú)損的變壓器油紙絕緣老化狀態(tài)評(píng)估技術(shù)，為更好發(fā)揮RVM在評(píng)估油紙絕緣老化的優(yōu)勢(shì)，有必要深入研究油紙絕緣介質(zhì)響應(yīng)函數(shù)，建立能夠更加真實(shí)反映油紙絕緣系統(tǒng)的介質(zhì)響應(yīng)過(guò)程。首先，本文通過(guò)分析油紙絕緣系統(tǒng)的介質(zhì)響應(yīng)過(guò)程，發(fā)現(xiàn)隨油紙絕緣系統(tǒng)老化程度的加深，老化產(chǎn)物增加，界面極化所占比例增加，若繼續(xù)采用擴(kuò)展德拜等效電路模型，勢(shì)必產(chǎn)生較大的誤差，影響后續(xù)研究的可靠性，因此本文在擴(kuò)展徳拜等效電路模型的基礎(chǔ)上，引入能夠反映界面極化特性的等效電路，提出一種能更加貼合油紙絕緣系統(tǒng)實(shí)際弛豫過(guò)程的混合極化電路模型；其次，本文給出混合極化電路模型的參數(shù)辨識(shí)方法，提出利用吻合度法來(lái)確定極化等效支路數(shù)，通過(guò)理論分析和實(shí)例證實(shí)隨油紙絕緣系統(tǒng)老化的加劇，極化支路數(shù)增加，且增加的極化支路數(shù)主要為界面極化支路；最后，本文利用實(shí)例證明混合極化電路模型的正確性，并證實(shí)混合極化電路模型相比于擴(kuò)展德拜等效電路模型具有更高的精度，且隨著油紙絕緣系統(tǒng)不斷劣化，混合極化電路模型的優(yōu)越性更加明顯，即能夠更加真實(shí)地反映油紙絕緣系統(tǒng)的弛豫過(guò)程。論文提出的混合極化電路模型為準(zhǔn)確評(píng)估油紙絕緣狀態(tài)和深入研究老化機(jī)理奠定了基礎(chǔ)。

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New Mixed Polarization Circuit Model and Parameters Identification of Oil-Paper Insulation Transformers

Huang YunchengCai JindingLu Jinyi

(CollegeofElectricalEngineeringandAutomationFuzhouUniversityFuzhou350108China)

Withtheagingoftheoil-paperinsulationsystem，thepolarizationresponseswouldbemorecomplexowingtoalargenumberofagingproducts.Inthiscase，thewellknownextendedDebyemodelcannotreflecttherelaxationprocessoftheoil-paperinsulationsystemactually.Therefore，amixedpolarizationcircuitmodelbasedontheequivalentcircuitmodelandtheextendedDebyemodelisputforward.Theproposedmodelcanreflecttherelaxationprocessoftheoil-paperinsulationsystemmoreactually.Secondly，themethodforparameteridentificationisgiven，andthealignmentmethodisadoptedtoconfirmthebranchnumberoftheequivalentcircuit.Finally，theresultsofexampleanalysisandcomparisonconfirmthatthemixedpolarizationcircuitmodelhashigheraccuracythanthatoftheEDequivalentcircuitmodel，andtherelaxationprocessoftheinsulationsystemisclosertotheactualone.

Oil-paperinsulation，extendedDebyeequivalentcircuit，mixedpolarizationcircuit，parameteriden-tification

2015-05-22改稿日期2015-09-21

TM835

黃云程男，1990年生，碩士研究生，研究方向?yàn)樽儔浩饔图埥^緣系統(tǒng)故障診斷。

E-mail：564053406@qq.com(通信作者)

蔡金錠男，1954年生，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)故障診斷等。

E-mail：cjd@fzu.edu.cn

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目(61174117)。