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

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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。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。
技术实现思路
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，本专利技术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。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σ0，变压器油隙中离子迁移率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：ϵr′(ω)=ϵf′+ϵrL(qσ03μkT/2ϵrϵ0)1/2-2σ0μkTϵr2σ0μkT+ω2L2ϵrϵ0qϵr′′(ω)=ϵf′′+σ0ωL2qϵr/2-ϵrωL(2σ0μkTϵrϵ0q)1/22σ0μkT+ω2L2ϵrϵ0q---(1)]]>式中，q为单位电荷带电量，k＝1.38×10-23J/K为玻尔兹曼常数，εr＝2.2为变压器油工频相对介电常数，ε0＝8.85×10-12F/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＝0.1Hz时变压器油隙的相对介电常数实部、相对介电常数虚部，ε'r(ω)、ε”r(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；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τEP与电极极化极化层厚度LD：τEP=L(ϵrϵ0q2σ0μkT)1/2LD=(2ϵrϵ0kTμqσ0)1/2---(2);]]>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。本专利技术测试方法的公式推导过程如下：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：n+=n-=n0=σ02qμ---(3)]]>式中，n+、n-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n0，σ0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τEP为：τEP=L2μ(ϵrϵ0n0kT)1/2---(4)]]>式中，k＝1.38×10-23J/K为玻尔兹曼常数，εr＝2.2为变压器油工频相对介电常数，ε0＝8.85×10-12F/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：LD=1q(ϵrϵ0kTn0)1/2---(5)]]>将式(3)代入式(4)、式(5)可得：τEP=L(ϵrϵ0q2σ0μkT)1/2LD=(2ϵrϵ0kTμqσ0)1/2---(6)]]>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：ϵr′(ω)=ϵr+ΔϵEP1+ω2τEP2ϵr′′(ω)=ΔϵEPωτEP1+ω2τEP2---(7)]]>式中ω为外施电压角频率，ΔεEP表达式为：ΔεEP＝(L/2LD-1)εr(8)将式(6)代入式(7)可得ϵr′(ω)=ϵf′+ϵrL(qσ03μkT/2ϵrϵ0)1/2-2σ0μkTϵr2σ0μkT+ω2L2ϵrϵ0qϵr′′(ω)=ϵf′′+σ0ωL2qϵr/2-ϵrωL(2σ0μkTϵrϵ0q)1/22σ0μkT+ω2L2ϵrϵ0q---(9)]]>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：ϵr′(ω)=&本文档来自技高网...

【技术保护点】
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σ0，变压器油隙中离子迁移率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：ϵr′(ω)=ϵf′+ϵrL(qσ03μkT/2ϵrϵ0)1/2-2σ0μkTϵr2σ0μkT+ω2L2ϵrϵ0qϵr′′(ω)=ϵf′′+σ0ωL2qϵr/2-ϵrωL(2σ0μkTϵrϵ0q)1/22σ0μkT+ω2L2ϵrϵ0q---(1)]]>式中，q为单位电荷带电量，k＝1.38×10‑23J/K为玻尔兹曼常数，εr＝2.2为变压器油工频相对介电常数，ε0＝8.85×10‑12F/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＝0.1Hz时变压器油隙的相对介电常数实部、相对介电常数虚部，ε′r(ω)、ε″r(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，T为测试温度，σ0为变压器油隙的直流电导率，μ为变压器油隙中离子迁移率，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τEP与电极极化极化层厚度LD：τEP=L(ϵrϵ0q2σ0μkT)1/2LD=(2ϵrϵ0kTμqσ0)1/2---(2);]]>式中，q为单位电荷带电量，k＝1.38×10‑23J/K为玻尔兹曼常数，εr＝2.2为变压器油工频相对介电常数，ε0＝8.85×10‑12F/m为真空介电常数，T为测试温度，σ0为变压器油隙的直流电导率，μ为变压器油隙中离子迁移率，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。...

【技术特征摘要】
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σ0，变压器油隙中离子迁移率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：
ϵr′(ω)=ϵf′+ϵrL(qσ03μkT/2ϵrϵ0)1/2-2σ0μkTϵr2σ0μkT+ω2L2ϵrϵ0qϵr′′(ω)=ϵf′′+σ0ωL2qϵr/2-ϵrωL(2σ0μkTϵrϵ0q)1/22σ0μkT+ω2L2ϵrϵ0q---(1)]]>式中，q为单位电荷带电量，k＝1.38×10-23J/...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东阳，周利军，王路伽，江俊飞，刘源，何健，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51