变压器测量技术论文提纲

论文题目：变压器油浸纸电阻率分区反演检测方法研究

摘要：对于电力变压器中应用最为广泛的油浸式变压器而言,其内部油浸纸材料一旦劣化难以替换。油浸纸的绝缘状态决定了油浸式变压器的使用寿命。对变压器内部油浸纸绝缘状态的可靠评估有助于准确把握变压器的运行寿命,以更好地指导运维决策,汰劣留良,提高电网运行的安全性与经济性。现有变压器部内油浸纸绝缘状态的检测和评估方法中,直接取样进行聚合度等参数的检测最为可靠,但操作不便,且可能造成绝缘二次劣化。间接检测方法凭借操作方便、不影响绝缘状态等优势,成为变压器油浸纸绝缘状态检测技术发展的必然选择。目前主要的间接检测手段以油中老化生成物浓度、变压器端口介电响应参数等间接特征量为检测对象,检测过程相对简单方便,但检测结果在一定程度上受变压器油、变压器绝缘结构等因素的影响。变压器工作时,内部的油浸纸处于不均匀电场和随负荷、环境等因素变化的温度环境中,其劣化具有明显的“空间局部”特征。目前多数间接检测手段均以变压器内部整体油纸绝缘结构为对象进行测量或分析,难免造成局部老化信号的“平均化”。基于上述背景,本文从特征量和检测方法两方面入手,对油浸纸绝缘状态的间接检测手段进行了研究。提出以油浸纸电阻率这一材料自身参数作为评估特征量,以克服采用间接特征量易受变压器油、绝缘结构等因素影响的缺点。针对油浸纸电阻率的间接检测,在考虑油浸纸老化分布性的基础上,提出了分区反演检测的思想:以变压器油电阻率、变压器端口绝缘电阻等便于测量的参数为输入,借助电场数值仿真对各区域油浸纸的电阻率进行分区反演计算。文中结合典型变压器绝缘结构的数值仿真,重点针对变压器油浸纸电阻率分区反演的实现方法进行了研究。通过对反演输入量、反演方法以及反演初值选择等问题进行讨论,以增强反演稳定性和反演效率,提高反演结果的可靠性,进而提升反演检测方法的实用性。本文主要开展工作如下:（1）结合理论分析以及相关实验结果,论述了电阻率随油浸纸老化状态的变化规律,说明可以采用电阻率表征油浸纸状态。借助变压器绝缘结构的电场分布特性,说明了以电阻率为特征量进行油浸纸绝缘状态评估的敏感性。针对油浸纸电阻率的间接检测,提出了电阻率反演检测的基本思想:以变压器油电阻率、变压器端口绝缘电阻等测量结果为输入,结合绝缘结构数值仿真,通过反演计算的方式获取油浸纸电阻率。（2）在输入量方面,基于典型油-纸复合绝缘结构的阻容等效电路模型,从分压比、残余电荷影响等角度分析了以变压器实际绝缘电阻作为反演输入量的优势。结合变压器绝缘结构阻容等效模型推导了绝缘电阻曲线表达式,并提出基于SAPSO的绝缘电阻的推演方法,提高了绝缘电阻的测量效率。（3）在变压器油浸纸电阻率分区迭代反演方法的研究方面,首先针对绝缘电阻的数值仿真中计算量的控制方法进行了研究。分别对绕组导线结构的简化、薄层绝缘结构有限元模型网格尺寸控制、以及三维模型的建模及简化方案进行了探讨,以提高仿真效率。以有限元计算次数为主要指标,对比了现有数值迭代算法的优劣。在此基础上提出了改进Broyden方法,提升了反演效率和稳定性。同时提出以求解超定方程组的方式,降低输入量误差的干扰,以获取更准确的分区电阻率。为获取合适的迭代初值,进一步提升迭代反演效率,提出了基于SVR的变压器油浸纸电阻率迭代初值计算方法。将提出的电阻率分区反演检测方法应用于反演分区与老化区域不一致的情况下,仍可明显反映区域内的局部老化。（4）将本文提出的电阻率分区反演检测方法应用于实际变压器,通过反演检测得到了变压器中主要绝缘材料的电阻率。结合相关试品的电阻率、变压器端口参数等实测结果,采用直接验证与间接验证相结合的思想,对提出的电阻率反演检测方法进行了验证:将反演结果与相应绝缘材料试品的电阻率测量结果进行对比,直接验证了反演结果的有效性;将反演结果应用于另一台不同构造变压器的绝缘电阻仿真计算,并与相应的绝缘电阻实测值进行对比,间接验证了反演结果的有效性。本文的研究为油浸式变压器绝缘状态的间接检测提供了一种新的思路,反演检测得到的油浸纸材料电阻率可为变压器绝缘状态评估提供可靠的数据支持,有助于提高变压器的运检水平。

关键词：变压器;油浸纸;老化状态;电阻率;间接检测;反演

学科专业：电气工程

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 油浸纸老化原因分析

1.3 油浸纸绝缘状态评估研究现状

1.3.1 油浸纸聚合度检测

1.3.2 油中老化生成物浓度检测

1.3.3 电气特征量检测

1.3.4 基于智能算法的评估方法

1.3.5 研究现状总结

1.4 本文主要研究内容

2 油浸纸电阻率的检测意义及间接检测方法

2.1 引言

2.2 油浸纸电阻率与其老化状态的关系

2.2.1 介电响应特性随油浸纸老化状态的变化规律

2.2.2 油浸纸电阻率与聚合度的关系

2.2.3 油浸纸电阻率随老化状态变化的原因

2.3 油浸纸电阻率的对局部老化的敏感性

2.4 油浸纸电阻率的间接检测方法

2.4.1 电阻率法及电阻率的反演

2.4.2 油浸纸电阻率反演检测的基本思想

2.5 本章小结

3 变压器端口绝缘电阻的检测

3.1 引言

3.2 油-纸复合绝缘结构的极化过程及其等效电路

3.3 绝缘电阻的置信度分析

3.3.1 介质分压比随测量时间的变化情况

3.3.2 残余电荷对极化电流的影响

3.3.3 绝缘电阻作为反演输入量的优势

3.4 变压器绝缘电阻的推演

3.4.1 变压器绝缘电阻的推演思路

3.4.2 变压器绝缘电阻曲线表达式的推导

3.4.3 基于SAPSO的绝缘电阻推演

3.5 本章小结

4 变压器油浸纸电阻率分区迭代反演方法

4.1 引言

4.2 油浸纸电阻率迭代反演的基本流程

4.3 绝缘电阻的仿真计算

4.3.1 绕组结构的简化

4.3.2 薄层绝缘结构的网格控制

4.3.3 变压器绝缘结构3维模型的建模及简化

4.4 常用多元非线性方程的数值迭代方法

4.4.1 牛顿法

4.4.2 拟牛顿法和Broyden方法

4.4.3 共轭梯度法

4.4.4 电阻率迭代反演效率对比

4.5 基于牛顿下山法的改进Broyden方法

4.5.1 牛顿下山法

4.5.2 改进Broyden方法

4.6 基于超定方程组的油浸纸电阻率分区迭代反演

4.6.1 测量误差对反演结果的影响

4.6.2 超定方程组下油浸纸电阻率的迭代反演方法

4.7 油浸纸电阻率迭代初值的确定

4.7.1 基于SVR的油浸纸电阻率迭代初值计算方法

4.7.2 油浸纸电阻率SVR模型的影响因素及应用效果

4.8 反演分区与老化区域存在差异时的反演结果

4.9 本章小结

5 电阻率分区反演检测方法的验证

5.1 验证方法

5.2 变压器绝缘材料电阻率的反演检测

5.2.1 反演区域划分

5.2.2 回归样本训练

5.2.3 绝缘电阻及变压器油电阻率的检测

5.2.4 变压器绝缘材料电阻率的反演检测结果

5.3 电阻率反演结果的验证

5.3.1 基于材料电阻率测量的直接验证

5.3.2 基于绝缘电阻检测的间接验证

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢