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1、成 绩：中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及大体技术的把握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；写作的标准程度； 评阅教师签字：中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字：学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人：摘 要变压器在电网中实现电能的转换和传输，作为电网中的关键设备，变压器的故障将会直接阻碍到电网的运行和社会公共生活。保证电力变压器的平安靠得住运行直接关系到社会经济的进展和人民生活水平的提高。正因为如此，该领域

2、的研究一直以来是国内外研究的热点。油纸绝缘是电力变压器绝缘的重要组成形式，在变压器的长期运行中会受到电、热、水分等因素的阻碍，会直接致使变压器绝缘性能的下降。关于目前国内的进展情形来讲，我国的许多变压器都运行了二十或更久的时刻，绝缘老化的问题突出，成为当前所要解决的紧迫任务。通过加速热老化实验，研究各性能随时刻的转变规律，从而简化绝缘老化模型，进而进行老化的评估与诊断。这是一项具有现实意义与学术价值的课题。本文通过击穿特性实验、电晕放电实验、沿面放电实验和气隙放电实验的设计，研究绝缘纸和环氧板的电气性能特点量；通过聚合度的测试和DGA分析绝缘中理化性质的特点量。通过数据的整理分析，探访电气性质

3、与理化性质之间的联系。通过慢慢线性回归的方式分析数据，提取相关性好的特点量并成立合理的模型；通过因子分析多元统计的方式，用最少的因子去归纳和说明大量的观测事实，并将分析结果与现场体会相较较，彼此印证。运用线性统计的方式处置分析实验数据具有重要的意义。关键词:油纸绝缘 热老化实验 线性回归分析ABSTRACTTransformer to achieve energy conversion and transmission grid, as power key equipment , transformer failure will directly affect the operation of

4、 the power grid as well as public life . Ensure safe and reliable operation of power transformers is directly related to social and economic development and improving peoples living standards . Because of this, research in this area has always been a hot research at home and abroad .Oil-paper insula

5、tion is an important component in the form of powertransformers insulated transformer in the long run will be affected by electricity, heat, moisture and other factors, will directly result in transformer insulation performance degradation. For the development of the domestic situation, many of our

6、transformers are running twenty or longer , highlighted the problem of insulation aging , becoming urgent task to be solved . Through accelerated thermal aging experiments , research each performance variation with time , thus simplifying insulation aging model , and then aging assessment and diagno

7、sis. This is an issue of practical significance and academic value .Through experiments breakdown characteristics , corona discharge experiments, experiments and surface discharge gap discharge experiments designed to study the amount of electrical performance characteristics of epoxy insulating pap

8、er and board ; by testing the degree of polymerization and the DGA analysis features in the physical and chemical properties of the insulation amount . By collating data analysis , electrical properties and explore the link between physical and chemical properties . By stepwise linear regression ana

9、lysis of the data , extract relevant and good features and a reasonable amount of model ; through factor analysis of multivariate statistical methods , using minimal factor to summarize and explain the fact that a large number of observations and analysis of the results and field experience compared

10、 to confirm each other . Using linear statistical analysis of experimental data processing method has important significance.Keywords: oil-paper insulation thermal aging test linear regression analysis1 绪论研究目的及意义通过油纸绝缘老化的研究现状，分析阻碍油纸绝缘老化的各类因素。分析油纸绝缘热老化特点产物及其规律，和老化进程中水分对油纸绝缘热老化的阻碍。从油纸绝缘热老化的理化特性和电气特性入手

11、，讨论各类因素对绝缘热老化的阻碍机制。探讨理化性质与电气性质的联系。变压器是支撑国民经济中各行各业进展的重要保障，是电网运行中最重要和最关键的设备。电力设备平安运行是幸免电网重大事故的第一道防御系统，而电力变压器在那个进程中起到了关键作用。进展至今,我国电网中500kV, 330kV的主网架慢慢壮大，220kV电网不断完善；随着我国经济的强劲进展和我国电力系统总装机容量的扩大，其故障对国民经济造成的损失也愈来愈突出。因此，如何保证变压器平安、经济高效运行在电网中一直占据着重要的地位。电网平安运行直接关系到国民经济的进展，阻碍人们的正常生活。一些重大的故障还会危及公共平安，造成不可估量的损失。而

12、绝缘运行状况和水平会直接阻碍电网的平安与稳固。变压器绝缘老化的研究，涉及绝缘材料的分子结构转变;电、热及机械应力作用下的材料老化机理、绝缘油中生成物转变规律及其与老化特点量的关系，乃至油中水及有机酸对其老化阻碍的系列理论问题，研究工作涉及到电力、化学、热力学、材料、机械及其交叉学科，是一项重要基础理论研究。同时，对油纸绝缘状态评估及其剩余寿命的预测是电气工程领域内的重要研究内容，成立绝缘老化的剩余寿命模型和绝缘运行状态在线监测系统是解决由输变电设备绝缘故障引发大面积停电事故的有效基础研究课题，是提高变压器的可用率和靠得住性的重要保障，这无疑是一项具有重要的现实意义和学术价值的研究课题。油纸绝缘

13、老化研究现状在变压器长期运行中，显现问题的主若是绝缘纸等固体绝缘材料，从而变压器的整体寿命要紧取决于绝缘纸的寿命。国内外对变压器固体绝缘材料的热老化研究已经持续了半个多世纪，1930年Montsinger第一次提出绝缘材料寿命与温度之间的10规那么，以为温度每升高10那么绝缘寿命约减半。1948年Dakin提出热老化实为氧化效应，当纤维温度达到200或以上时，就会与氧化物或水发生反映生成葡萄糖、和有机酸，遵循化学反映速度方程：Lnl=ln+b/t；其中，别离是由特定老化反映所决定的常数，l为绝缘寿命，t为绝对温度。20世纪中期之前关于变压器老化程度的研究要紧集中于绝缘油和绝缘纸的各类特性随着老

14、化时刻而下降的规律问题。70年代以石油冲击为契机，由于变压器的突然增多，使研究者加倍关注变压器长时刻持续运行方面的探讨，这使得变压器老化诊断技术取得了快速进展。20世纪末，由于大部份输电设备已达到寿命晚期，政府开始鼓舞竞争机制的引入，促使电力行业开始寻求降低本钱，提高设备靠得住性的解决方法。全世界实施并完成了大量有关设备状态评判和经济性评判的课题研究，增进了有关领域的进展。进入21世纪以来，随着科学技术的进展，显现了一些新的技术和方式，在一些进程中引入了神经网络、小波分析和云计算等新兴技术手腕，为该方向的研究注入了新的活力。绝缘材料寿命模型的研究目前,研究绝缘材料老化的模型要紧分为唯象与物理模

15、型。唯象模型是基于对寿命实验结果现象的观看,寻求符合这些结果的适合模型。物理模型是研究材料的老化机理,分析实验材料的化学物理特性。1930年Montsinger第一次提出了单因子热老化下，绝缘寿命与温度之间体会关系的10寿命规那么；1985年该规那么被改良，以为关于不同品级绝缘材料的半寿命温度从到不等，具有多样化；1948年Dakin提出了遵循化学反映速度的寿命模型；1990年Crine提出了基于热动力学理论的寿命模型；1992年，Simoni改良并完善了基于Arrhenius方程与指数、反幕函数基础之上的寿命模型，使之不仅适用于为阈值和非阈值材料，而且能够包括Fallou和Ramu模型，成为

16、最具代表性的通用寿命模型。1）单因子老化模型Dakin提出了热老化模型:式中,L为绝缘材料的击穿时刻,即寿命；T为绝对温度；A、B为常数,通过实验确信。经常使用的电老化模型有反幂及指数模型，可别离表示: 式中,E为电场强度；k、n、a、b为实验确信的常数。2）多因子老化模型若是绝缘材料同时受温度和电场作用,那么其失效时刻比两种应力单独作历时的失效时刻要短得多，这就所谓的协同效应。常见的多因子绝缘老化模型有Simoni和Fallou模型；Simoni模型：将老化总量F描述为用于评判老化性能p的函数。式中,为参考电场,低于此值可不考虑电老化。在此函数的基础上,Simoni推导出热电老化的寿命模型1

17、：L（T,E）=exp（-B（1/T） 式中，为T=，E=时的寿命；N=n-b（1/T），n为常数；（1/T）=（1/T）-（1/）；Simoni提出f（E）=E-，称为模型2： L=（1/A）exp（B/T）exp（-（a+b/T）（E-） Fallou模型：Fallou提出了基于电老化指数模型的半体会性老化模型:L=expA（E）+B（E）/T 式中,A（E）=+E，B（E）=E,通过实验确信。油纸绝缘老化特性的研究油纸绝缘老化特性的研究己有半个多世纪的历史，可是由于电力变压器在运行进程中长期受到各因素的阻碍，其内部机理和阻碍机制异样复杂，不同部位绝缘经受各老化因素的应力各异；各研究机构也

18、没有形成统一的熟悉，至今该领域的研究仍是国内外研究的热点。挪威等人通过加速老化实验，研究了湿度、氧气、酸值因素对绝缘纸老化的阻碍。西班牙学者通过实时监测绝缘在135老化进程中，研究温度与湿度的对应关系。Shroff发觉了绝缘纸加速老化实验中糠醛的形成。奥地利学者Kalchler,Hohlein等人在实验室条件下，研究绝缘油、氧对聚合度、油中气体、糠醛浓度的阻碍。最近几年来，国内开展了一系列有关油纸绝缘的实验，研究了水分、聚合度、糠醛和酸值等因素之间的联系，取得了一些功效。油纸绝缘老化判据的研究诊断绝缘纸机械性能最初采纳测定其拉伸强度的方式。国际上的一些学者， Graminski，Morriso

19、n，Koura，Yasufuka等都对纤维素纸的拉伸强度进行过研究。粘度法测试绝缘纸聚合度的方式克服了实验重复性不行的困难。以Oomen和Arnold等为代表的学者提出了用粘度法测量绝缘纸聚合度来判定内绝缘的老化程度。普遍以为新绝缘纸的聚合度为1000左右，当聚合度下降到500时，变压器整体寿命已进入中期；当聚合度下降到250时，已到寿命晚期。油纸绝缘发生故障时会产生多种特点气体，而这些特点气体的组分及其含量与故障的类型、部位和严峻程度有紧密关系。其中，绝缘油中溶解的一氧化碳和二氧化碳的生成总量（CO+）及CO/比值被以为与绝缘纸老化相关性最强。Petersen发觉局部放电现象。Peak提出了

20、交流电晕的起始场强的体会公式。Tykociner利用示波观看电气设备和电缆的局部放电脉冲波形Kreuger,等人对局部放电的机理进行了研究，以为局部放电存在脉冲型局部、辉光和亚辉光三种形式，亚辉光放电存在微小放电脉冲，辉光放电无放电脉冲。极化/去极化电流法是基于介质反映理论的一种电气测量新方式，它是最近几年才进展起来的新技术，是一种非破坏性的测量变压器固体绝缘含水量的方式。由于PDC测量能够真实地反映固体绝缘纸中的含水量，近两年来，基于PDC的变压器绝缘老化诊断方式已经引发了研究学者的注意。图 绝缘老化分析模型Figure insulation aging analysis modelDGA分

21、析要紧用于判定油老化；HPLC分析用于判定纸纤维老化；介质损耗因数分析不仅用于判定纸纤维的老化，而且还能够裂解信息。变压器绝缘在热老化进程中，将产生CO和等气体，由于油和纸在热老化进程中都将分解产生CO和，因此，仅靠DGA分析是不够的。最近几年来，开始采纳高性能液相色谱分析及测定聚合度、介质损耗tg等方式，使绝缘老化的诊断精准度有了专门大提高。以下就几种比较公认的判定依据进行说明：1）糠醛含量判据当绝缘油中糠醛含量达到L时，电力变压器的整体绝缘水平处于中期；当绝缘油中糠醛含量大于4mg/L时整体绝缘水平处于寿命晚期。在国外的研究中，在实验中常常采纳变压器单位纸重分解并溶于油中的糠醛量作为诊断绝

22、缘老化水平的依据。其在变压器老化绝缘进程中产生，是戊聚糖脱水后的产物，由于糠醛较为稳固，在实际中取得了普遍的应用。图 聚合度与糠醛含量关系曲线Figure degree of polymerization and furfural content curve2）绝缘聚合度判据在取样后，将纸中的油脂、金属离子及其他添剂提抽干净，然后粉碎、硝化，使之溶解于乙酸乙酯溶剂中，并利用粘度计测定溶液的粘度，求得纸的聚合度。通过聚合度的测试来确信老化的状况是比较直接的方式，但至今国际上并无形成统一的判据。以下图所示为引自变压器绝缘老化诊断技术的聚合度曲线：图 聚合度曲线Figure degree of po

23、lymerization of the curve3） CO、生成总量与CO/比值判据变压器通过油中气体分析定量测定的要紧气体是，CO，。三比值法是成立在DGA数据分析基础上，可用来判定变压器内部故障的性质。当变压器故障关于固体绝缘材料时，就会产生CO和，作为绝缘老化的特点气体，其含量在必然程度上反映了绝缘状况。一样与CO的比值大于7，疑心设备固体材料老化；当疑心故障关于固体绝缘材料时，与CO的比值可能小于3。变压器绝缘老化状况的诊断仅仅依托CO和含量、产气速度、与CO的比值来判定将带有专门大的不确信性，在老化分析中的误差较大，只能将其作为参考，假设作为判据那么是不灵敏、不确切和不靠得住的。4

24、） 人工神经网络判据变压器绝缘老化诊断的人工神经网络法实质是用模拟人脑信息处置的功能。神经网络法是一种理想的模式分类器，它具有自组织、自学习的能力，能映射高度非线性的输入与输出关系。人工神经网络能够用较少而且清楚的知识来表示一个超级复杂的系统，可展现出领域专家都不十分了解的复杂机制，能较好地处置变压器绝缘老化诊断中的一些模糊问题，需要注意的是要合理选择隐层结构与隐层节点的数量。图 人工神经网络模块Figure Artificial Neural Network Module5）局部放电判据到目前为止，有上百个特点量被用于研究局部放电信号的特点。将局部放电信号特点作为反映绝缘老化状态的科学研究已

25、成为当前的研究热点，研究者们开展了大量的工作，希望实现电气设备绝缘状态的靠得住诊断和寿命预测。从化学原理上讲，局部放电进程中，电子和离子对绝缘纸表面轰击致使了纤维素分子链断裂。通过对局部放电参量的研究，或许能够找到它与纤维素分解产生的故障因子之间的某种关系，从而大大方便了绝缘状态的预测工作。因此近些年来该领域受到了国内外学者的普遍关注。能够依照局部放电的特性确信局部损坏程度。在多数情形下，综合测量局部放电特性能够较客观的评估产品的绝缘水平。局部放电的检测是以产生的光电等现象为依据，目前常见的检测方式有脉冲电流法、超声波检测法、化学检测法和光测法等方式。6）极化去极化电流判据极化去极化电流测量方

26、式，是一种基于介质响应理论的电气测量新方式，是非破坏性、不需要吊罩取样就能够够对绝缘老化程度进行评估的方式。它是基于线性极化现象，能够将复合的油纸绝缘系统的介质响应函数在扩展的时域中量化，不同部份绝缘的所有重要参数都通过适合的处置被估算。利用极化去极化电流法，是对变压器外施加一个1KV左右的直流电压，然后持续一段充电时刻，然后，记录这段时刻的充电极化电流，然后对变压器高电压端和低电压端进行短接放电，记录放电进程的去极化电流。然后通过判定极化电流和去极化电流的初始值大小、后面时刻的电流值大小和电流曲线整体转变趋势，来判定绝缘油和绝缘纸板的绝缘老化状态，进而判定变压器的老化程度。以下图是引自基于去

27、极化电流法的变压器绕组寿命评估的实验研究中的理论的极化去极化电流曲线：图 理论极化去极化电流曲线Figure depolarizing current theoretical polarization curves绝缘特性研究进展趋势最近几年来，国内外研究者一直致力于寻觅一种不断电、不吊罩的绝缘老化状态评估方式。局部放电作为一种电气特点量诊断方式，假设能成功应用于变压器的绝缘老化诊断和剩余寿命预测，可不能受到诸如变压器半途滤油、绝缘纸、油类型等因素的阻碍，同时能够反映绕组绝缘的局部缺点情形，是一种理想的固体绝缘无损在线监测和状态评估手腕。但是，到目前为止，由于受到现场强电磁干扰等因素的阻碍，利

28、用各类去噪手腕对现场数据进行处置，以真实地还原局部放电信号的方式还在进一步的研究中；第二，由于变压器绝缘结构的复杂性，内部多处可能存在放电，和放电源位置的不同，其沿绕组的传输特性也有显著的区别;另外，局部放电特点参量在老化进程中的进展规律与绝缘类型及结构形式的内在联系尚未取得明白得。其实不论一种诊断技术是不是成熟，每种诊断方式都有各自的优缺点，关于绝缘特性的研究的趋势整体上是寻求一种能够不断电、不吊罩的方式以达到更高效的检测成效，在那个进程中要擅长将各类检测方式配合起来，单纯的利用一种方式来得出结论是不靠得住的。因此国内外研究的进展趋势是进一步弄清楚各类特点量之间的联系和寻求一种包括多种检测方

29、式而且能够合理全面评估绝缘老化状况的方式。本文研究内容本毕业设计主若是基于特高压电断气缘特性分析，故要从以下几方面来进行重点研究。1）设计油纸绝缘老化实验,选定必然的模型进行加速热老化实验,通过对绝缘聚合度、油中糠醛、油中微水、电气强度、介电常数和介质损耗的测量，实现对油纸绝缘加速老化实验进程中各宏观产物含量及转变趋势进行按期测量。2）开展油纸绝缘热老化实验，按期测量不同的老化时期各生成物及宏观特点量随时刻转变的规律及其相关性规律，并对实验数据进行分析，寻觅能反映绝缘老化状态的特点量。3）关于加速热老化实验的结果及各特点量进行分析，运用慢慢回归分析、因子分析等数学工具对实验数据进行挑选和处置，

30、进而探讨热老化进程中理化特性与电气特性的关系。4）依照油纸绝缘老化的研究现状，分析油纸绝缘中各类因素的存在和这些因素之间的比较联系。并对尔后研究中的需要重点关注的问题予以说明。小结本章分析了变压器油纸绝缘老化研究的重要意义及现状，介绍了国内外在绝缘老化寿命模型、老化特性、老化判剧领域的研究功效从而引出本文的要紧研究内容。2 油纸绝缘老化原理及特点量变压器主绝缘是一种油纸屏障的结构，由作为覆盖层缠在导线上的绝缘纸带、油道、放在导体和接地体间油道中的绝缘纸板所组成。实际运行体会说明，绝缘油尽管在长期利用后，油的体积电阻系数和总酸值等特点量会发生较大的转变，但能够通过油的净化或油再生处置乃至换新油来解决，因此它并非是阻碍变压器绝缘寿命的要紧因素。但组成固体绝缘的纤维纸或绝缘纸板，其劣化后引发的性能下降那么是不可挽回的。绝缘纸、绝缘纸板以木浆为原料，由纤维素、半纤维素、木质素等组成，