郭 蕾 張傳輝 廖 維 代祿喻 周利軍

基于Dissado-Hill模型的油紙絕緣受潮參數(shù)特征與評估方法

郭 蕾 張傳輝 廖 維 代祿喻 周利軍

（西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院 成都 610031）

為了充分挖掘介電響應(yīng)信息，更好地定量評估受潮油紙絕緣中的水分含量，基于Dissado-Hill（DH）模型，研究DH模型參數(shù)隨水分含量的變化特征并提出一種水分定量評估的有效方法。首先制備五種不同水分含量的油浸紙板試驗樣品，測試并得到不同水分含量下的頻域介電譜（FDS）曲線，分析10-3～103Hz范圍內(nèi)水分對FDS特性的影響規(guī)律；然后通過DH模型解析出各水分含量下的DH模型參數(shù)，分析各DH模型參數(shù)隨水分含量的變化規(guī)律及其原因，找到DH特征參數(shù)并建立與水分含量的映射關(guān)系；最后根據(jù)與水分關(guān)聯(lián)度較強的特征參數(shù)1、2、、和c，提出并驗證了基于DH特征參數(shù)的油紙絕緣水分評估方法，可為進一步開展油紙絕緣受潮狀態(tài)定量評估研究提供依據(jù)。

Dissado-Hill模型 油紙絕緣 參數(shù)特征 水分評估 評估方法

0 引言

隨著特高壓工程的快速發(fā)展，全球能源互聯(lián)成為可能，電力變壓器作為電能傳輸和配送過程中的最核心設(shè)備，其絕緣狀態(tài)好壞直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全運行[1-2]。水分是影響變壓器油紙絕緣的最重要因素之一，水分含量的上升不僅會影響油紙絕緣的介電性能和擊穿性能，同時也會加速絕緣紙等材料的降解[3-4]，極大地增加了變壓器的運行風(fēng)險。因此，準確地評估油紙絕緣系統(tǒng)中的水分含量對于電力系統(tǒng)的安全運行意義重大。

目前，油紙絕緣中水分含量評估方法主要包括絕緣電阻、介質(zhì)損耗正切值測試和卡爾費休滴定法等，上述方法由于對水分敏感度低、取樣困難等缺點，極易造成評估失敗。頻域介電譜法（Frequency- domain Dielectric Spectroscopy, FDS）是被廣泛應(yīng)用于油紙絕緣狀態(tài)測評中的最有效方法之一[2-8]。主要解決思路是通過介電弛豫模型解析FDS測試曲線，常見的介電弛豫模型主要包括擴展Debye模型、Cole-Cole模型和Havriliak-Negami（H-N）模型。其中，比較典型的研究有：T. K. Saha等利用擴展Debye模型來解釋變壓器油紙絕緣的極化行為，并建立了模型參數(shù)與絕緣狀態(tài)的相關(guān)聯(lián)系[5]。S. Wolny等研究了水分對Cole-Cole模型參數(shù)的影響，討論了如何確定參量和時間常數(shù)[6]。西安交通大學(xué)學(xué)者基于H-N模型，借助有限元仿真，研究了水分作用下頻譜規(guī)律和參數(shù)變化規(guī)律，并建立了參數(shù)與直流電導(dǎo)率之間的關(guān)系[7]。重慶大學(xué)學(xué)者基于擴展Debye模型研究油紙絕緣受潮特征量，發(fā)現(xiàn)模型參數(shù)對油紙絕緣微水含量十分敏感，并建立特征參數(shù)與水分的線性關(guān)系[8]。西南交通大學(xué)學(xué)者基于H-N模型，研究了水分對介電弛豫參數(shù)的影響，并驗證了弛豫時間常數(shù)與水分質(zhì)量分數(shù)滿足對數(shù)線性關(guān)系[2]。

綜上所述，國內(nèi)外學(xué)者主要研究等效模型的參數(shù)特征，找到特征量并建立狀態(tài)評估關(guān)系，上述模型主要針對單一弛豫過程，模型參數(shù)主要為單參數(shù)和雙參數(shù)，部分參數(shù)沒有明確的物理意義，在分析介電譜圖規(guī)律時無法獲得電介質(zhì)內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)和電荷運動特性[9-10]。Dissado-Hill（DH）模型考慮了電介質(zhì)在弛豫過程中微觀粒子之間的相互作用，模型參數(shù)（、1、2、等）較多且具有明確的物理意義，從微觀過程分析參數(shù)特征時，能更好地反映物理實際[10]。此外，建模分析受潮狀態(tài)的過程通?；陔娊橘|(zhì)的微觀介電行為，因此，模型參數(shù)具有明確的物理意義并能夠建立與微觀行為之間的數(shù)學(xué)聯(lián)系，有助于直接確定絕緣受潮狀態(tài)與水分含量的量化關(guān)系[11]。模型中參數(shù)越多，在進行數(shù)據(jù)分析時自由度越大，對試驗結(jié)果分析可能會更加全面和準確。

清華大學(xué)學(xué)者介紹了DH模型在硅橡膠材料和樹脂材料介電響應(yīng)分析中的應(yīng)用[12-13]。A. A. Abdelmalik等基于DH模型研究了浸漬天然酯的熱老化紙的介電譜規(guī)律和參數(shù)[14]?，F(xiàn)有油紙絕緣與DH模型的研究成果為DH模型在油紙絕緣系統(tǒng)中的參數(shù)分析與水分含量評估方法的研究奠定了基礎(chǔ)。目前，基于DH的油紙絕緣受潮參數(shù)研究及評估方法鮮見報道，因此，本文基于DH模型開展對油紙絕緣受潮參數(shù)特征與評估方法的研究。探究不同受潮狀態(tài)下DH模型的油紙絕緣參數(shù)及其變化規(guī)律，并建立特征量與水分的量化關(guān)系，對豐富FDS評估方法的工程應(yīng)用和學(xué)術(shù)研究具有現(xiàn)實的意義。

首先制備了五種不同水分含量的油紙絕緣試驗樣品，在測試溫度55℃，頻率范圍為10-3～103Hz下進行FDS測試。然后基于DH模型對測試結(jié)果進行擬合，分析基于DH的介電頻譜特征與參數(shù)特征，并提取出對水分敏感的特征量1、2、、和c。最后基于5個特征量提出并驗證了一種基于DH模型特征參數(shù)的油紙絕緣水分評估方法。

1 DH介電響應(yīng)模型

DH模型包含兩個子模型：一個是偶極子主導(dǎo)的弛豫峰型介電響應(yīng)過程的DH loss peak模型；另一個為載流子主導(dǎo)的低頻彌散現(xiàn)象的DH QDC模型[14-15]。

1.1 DH loss peak模型

圖1為DH loss peak模型示意圖，在偶極子主導(dǎo)的DH loss peak模型中[14]，滿足

圖1 DH loss peak模型示意圖

1.2 DH QDC模型

圖2為DH QDC模型示意圖，在載流子主導(dǎo)的DH QDC模型中[15]，滿足

圖2 DH QDC模型示意圖

DH QDC模型描述的低頻彌散現(xiàn)象反映的是電介質(zhì)中有限制的電荷運動的過程，常被誤認為是電導(dǎo)過程[16]。但電導(dǎo)過程不會使電介質(zhì)內(nèi)部電荷儲存，也不會影響極化率實部￠()的變化。電導(dǎo)過程會引起能量的損耗，會影響極化率虛部2()的變化趨勢，滿足文獻[17]的圖6中低頻段復(fù)介電常數(shù)實部不變，虛部與頻率-1次指數(shù)的關(guān)系，因此，將現(xiàn)場介電響應(yīng)測量結(jié)果的極化率的實部和虛部統(tǒng)一分析，對區(qū)分低頻彌散過程與電導(dǎo)過程非常有用[9, 14, 17]。

在外加電場作用下，油紙復(fù)合絕緣電介質(zhì)內(nèi)部會發(fā)生介電弛豫過程，復(fù)電容()[12-13]表達式為

2 試驗

2.1 試驗材料處理

變壓器出廠時絕緣紙初始含水量一般控制在0.2%～0.5%，長期運行過程中由于外部水分滲入等原因，可達4%～5%，通常認為紙中含水量小于1%為干燥狀態(tài)，高于4%為潮濕狀態(tài)[18]。因此，結(jié)合實際運行工況，在含水量0.2%～5%范圍內(nèi)制備不同梯度的試樣，采用自然受潮過程，實際制備出含水量分別為0.35%、1.68%、2.34%、3.78%和5.16%的油紙試樣。

本文選取直徑7.5mm，厚度1.5mm的硫酸鹽木紙漿絕緣紙板和45號新疆克拉瑪依絕緣油制備油紙絕緣紙板試驗樣品。首先將絕緣紙剪成直徑約為7.5cm的圓形紙片，然后將剪好的絕緣紙樣品置于清潔玻璃器皿中，置于90℃真空干燥箱中預(yù)干燥48h，采用Karl Fischer法測得絕緣紙中水分含量低于0.5%，將絕緣油進行真空脫氣處理后置于溫度為90℃、真空度為50Pa的恒溫箱中干燥，直至水分含量小于10×10-4%時取出密封保存。

水分測定方法為Karl Fischer法（梅特勒-托利多C20測試儀），測試流程參照IEC 60814-1997。在絕緣紙干燥處理后，放入空氣自然受潮，首先，經(jīng)過多次試驗獲取油紙試樣目標水分含量時絕緣紙板的近似含水量，計算不同受潮絕緣紙板目標增量；然后，利用METTLER TOLEDO LE204E電子天平稱重，該天平實際分度0.000 1g，重復(fù)性較好；當紙板自然受潮至目標質(zhì)量時，放入干燥好的油中真空充分浸漬48h，測定最終油紙試樣的含水量[19]，制備文中所述水分含量的油紙試樣。

2.2 試驗過程

試驗樣品如圖3所示，設(shè)定試驗溫度55℃，DIRANA測試儀、直徑60mm的三電極和筆記本電腦構(gòu)成如圖4所示的試驗平臺。分別對水分含量為0.35%、1.68%、2.34%、3.78%和5.16%的油紙絕緣試樣在頻率為10-3～103Hz范圍內(nèi)進行頻域介電譜測試，測試順序由水分從小到大，每組樣品測量3次，每次測試完換油，直至完成所有測試。

圖3 試驗樣品

3 試驗結(jié)果分析

3.1 測試曲線分析

復(fù)電容實部、虛部測試曲線分別如圖5、圖6所示，在10-3～103Hz頻段內(nèi)，水分含量的增加：①增加了偶極子數(shù)量/濃度；②增加了載流子的數(shù)量/濃度，使復(fù)電容實部和虛部測試曲線不同程度地上移，整個介電響應(yīng)沿頻率軸向高頻移動。在水分小于或等于2.34%時，隨著水分含量的增加，復(fù)電容實部分散性變化不明顯，復(fù)電容虛部曲線存在三部分特征，分別為低頻DH QDC的彌散特性（10-3～10-1Hz）、損耗峰（10-1～101Hz）和局部最小值（101～103Hz）。損耗峰主要取決于水纖維素混合相的集體運動，局部最小值隨水分含量的增加而增加，并沿高頻方向移動，這部分的局部最小值主要取決于纖維素鏈節(jié)段振動引起的高頻弛豫[16]。在介電弛豫過程中，浸油紙板的充油腔可以被認為是電荷偶極子的團簇，因為油是離子雜質(zhì)的來源，它們通過狹窄的充油通道進行物理連接，不同頻率下電荷傳輸過程中會在空腔壁發(fā)生界面極化現(xiàn)象。頻率進一步降低時，允許離子通過充油通道或沿纖維壁的電荷跳躍而移動較長的距離，結(jié)合的過程導(dǎo)致一個損耗峰，同時表現(xiàn)為弱低頻彌散現(xiàn)象，表明在特征頻率以上的復(fù)電容實部和虛部中都存在弱色散[20]。

圖4 試驗平臺

圖5 復(fù)電容實部測試曲線

圖6 復(fù)電容虛部測試曲線

在水分含量大于2.34%時，在10-3～103Hz頻段內(nèi)，復(fù)電容實部分散性增加較為明顯，低頻彌散弛豫過程得到充分的發(fā)展，從而使復(fù)電容實部增加迅速。復(fù)電容虛部中頻范圍內(nèi)的損耗峰弛豫已被占主導(dǎo)地位的低頻彌散現(xiàn)象所掩蓋，虛部曲線形狀和變化規(guī)律相似，隨著水分含量的增加，曲線向高頻方向移動。局部最小值在測試頻段內(nèi)不可見，它可能出現(xiàn)在103Hz以上的頻段[16]。

在無定形纖維素的區(qū)域中可能吸附水分，并且可能涉及三個過程[21]。在纖維素中的每個重復(fù)的糖單元中：①第一吸附水與羥基結(jié)合；②下一水不太緊密地與這些糖單元結(jié)合；③其余水為弱結(jié)合并且表現(xiàn)為大量水。在水分的作用下，部分原有纖維素鏈內(nèi)及鏈間的氫鍵相互作用被破壞，單個葡萄糖單元上的羥基間的氫鍵，有一部分被水分子所代替，水分子與吸附分子之間氫鍵的形成會降低水分子和羥基的遷移率，也可能導(dǎo)致絕緣紙的熱穩(wěn)定性和機械性能下降[22-24]。在吸濕期間，由于羥基和氫鍵含有帶電偶極子，它們的分子尺度運動將會受到外加電場的影響，介電特性將發(fā)生一定的變化[25]。

文獻[26]中的圖2解釋了在耦合定向運動的系統(tǒng)中，運動與局部化組的結(jié)合位點（6-OH基團）相關(guān)，并且該局部化組被定義為簇。在絕緣受潮初期，第一水分子會吸引其他水分子，它們將傾向于與相鄰的6-OH基團結(jié)合，這些相鄰的結(jié)合水分子傾向于增加它們所結(jié)合到的6-OH基團之間的耦合，使取向運動的范圍增加，這導(dǎo)致簇的大小增加。水導(dǎo)向團簇主要形成在非晶區(qū)，認為纖維素中的非晶區(qū)是氫鍵極性分子基團的簇，由于簇偶極子間的協(xié)同微觀運動，在高頻方向出現(xiàn)損耗峰[27]。

3.2 參數(shù)分析

為了快速擬合，高斯超幾何函數(shù)以式（8）的形式給出，利用最小二乘法非線性擬合實現(xiàn)，并將擬合后的參數(shù)代入式（7）進行驗證。

式中，、、、為高斯超幾何函數(shù)參數(shù)。

擬合參量時，基于誤差最小原則的約束條件為

表1為擬合驗證后的參數(shù)結(jié)果，將擬合后的參數(shù)繪圖，分別如圖7～圖9所示。

表1 DH模型擬合參數(shù)

Tab.1 DH model fitting parameters

圖8 不同水分含量的DH loss peak過程

圖9 不同水分含量的DH QDC過程

在DH模型的基礎(chǔ)理論中，電介質(zhì)是由“簇”單元組成，“簇”內(nèi)的微觀粒子之間的相互作用和協(xié)同作用較強，“簇”間的微觀粒子之間的相互作用和協(xié)同作用較弱[10]。1為簇內(nèi)運動相關(guān)系數(shù)，表示簇內(nèi)微觀粒子之間聯(lián)系的緊密程度[12]。1的取值與簇內(nèi)微觀粒子結(jié)構(gòu)排列規(guī)律有關(guān)，簇內(nèi)微觀粒子排列越規(guī)律，粒子相互作用越大，1越接近于1；反之，簇內(nèi)微觀粒子排列越無序，粒子之間相互作用越小，1越接近于0；水分含量在0.35%～1.68%范圍時保持1=0.35不變，在1.68%～2.34%范圍突變增加到0.6，在2.34%～5.16%范圍時保持不變，表明水分含量在1.68%～2.34%范圍時，可能由于水分含量的改變導(dǎo)致簇內(nèi)微觀粒子相互作用增加，排列趨于規(guī)律，到達一個新的穩(wěn)態(tài)。

為簇間運動相關(guān)系數(shù)，表示不同簇中微觀粒子聯(lián)系的緊密程度。不同簇之間的微觀粒子的相互作用主要是通過在弛豫過程中發(fā)生局部的結(jié)構(gòu)畸變，導(dǎo)致簇之間的微觀粒子發(fā)生了交換。的取值與簇間的結(jié)構(gòu)排列規(guī)律性有關(guān)，當值越接近于0時，表示簇的排列越規(guī)律，簇間的耦合作用越強；當值越接近于1時，表示簇間的排列越無序，簇間的耦合作用越弱[12]。由表1、圖7a可知，水分含量的變化對參數(shù)無影響，此時=0.1，表明水分的增加沒有改變簇間相關(guān)系數(shù)，弛豫過程中未發(fā)生導(dǎo)致局部結(jié)構(gòu)畸變的作用力。

由表1、圖7和圖8可知，p隨水分含量增加呈現(xiàn)遞增趨勢，隨著水分含量的增加，DH loss peak弛豫過程向高頻方向轉(zhuǎn)移。當油浸紙水分含量高于2.34%時，這一現(xiàn)象更為顯著，可能由于水分的增加導(dǎo)致絕緣紙板的膨脹，進而減少了水-纖維素混合相團簇微觀運動的空間障礙[18]。

1(0)為極化率的幅值，表示極化過程中偶極子的濃度大小[13]，隨著水分含量的增加，1(0)取值整體有增加的趨勢，但在水分含量為2.34%時突然減小，隨后，隨著水分含量增加而增大。同時，1(0)的數(shù)量級變化不大，表示水分含量變化時，極化過程中偶極子的濃度變化不明顯。

簇內(nèi)粒子之間先發(fā)生協(xié)同作用，隨著時間的推移，微觀粒子之間協(xié)同作用發(fā)生的空間尺度增加，當協(xié)同作用的空間尺度大于簇的尺度時，從簇內(nèi)運動轉(zhuǎn)換為簇間運動。即：簇內(nèi)運動主要反映的是介電弛豫的高頻特性，而簇間運動主要反映的是介電弛豫的低頻特性[12-13]。

如圖9所示，在高頻范圍時，由于電荷的運動時間較短，其運動范圍主要集中在簇內(nèi)，電荷和其對應(yīng)的異號電荷束縛在一起，正負電荷對的介電響應(yīng)特性如同偶極子。在低頻范圍時，由于電荷運動的時間較長，電荷相對自由，可以沿著某些有限制的路徑，通過電荷跳躍的形式來運動。在低頻范圍時，若電荷的跳躍距離大于簇的尺寸，即發(fā)生了簇間運動[17]。

2為簇內(nèi)運動相關(guān)系數(shù)，表示簇內(nèi)微觀粒子之間聯(lián)系的緊密程度。水分含量在0.35%～2.34%范圍時，參數(shù)2=0.9，表明簇內(nèi)初始微觀粒子排列穩(wěn)定；在2.34%～5.16%范圍時，隨著水分含量增加，參數(shù)2線性減小，DH QDC過程的簇內(nèi)微觀粒子排列穩(wěn)定性破壞，粒子排列趨于無序，簇內(nèi)微觀粒子相互作用減弱。

在微觀上，表示電荷在簇間的跳躍，描述的是簇間電荷的交換，與電荷運動和簇的排列規(guī)律有關(guān)。當越接近于1時，表示簇的排列越無序、電荷在簇間跳躍越流暢、跳躍距離越遠；當越接近于0時，表示簇排列越規(guī)律、電荷在簇間的跳躍越不流暢、跳躍的距離越短[16]。水分含量在0.35%～2.34%范圍時，=0.55保持不變，在2.34%～3.78%范圍發(fā)生了突變，隨后保持=0.9不變。在油浸紙板低頻范圍內(nèi)，當樣品含有較低的水分時，在空間分布的水分子之間將以擴散的方式發(fā)生電荷跳躍，從而使DH QDC響應(yīng)分散較弱，接近0.5；當樣品含有較高水分時，電荷輸運可能發(fā)生在與油腔相關(guān)的電荷團簇之間，值接近1。頻率越低，電荷運動的時間越長，電荷的移動距離越大，越接近于1，在低于c的頻段，極化率實部和虛部均以p的倍數(shù)向低頻增加，出現(xiàn)明顯的低頻彌散現(xiàn)象。

參數(shù)范圍通常為0.5＜＜1，0.5＜2＜1，這是材料的本體響應(yīng)而不是分散的電極-材料界面響應(yīng)[13, 24]。此外，當越接近于1時，DH QDC響應(yīng)形式在低頻處占主導(dǎo)地位，此現(xiàn)象常與低頻電導(dǎo)相混淆[16]。

2(0)為極化率的幅值，表示極化過程中正負電荷對的濃度大小[13]，隨著水分含量增加，2(0)整體隨著水分含量增加而增大，在水分含量為0.35%～2.34%范圍的試驗樣品中，表征DH QDC弛豫強度的2(0)明顯較小，在2.34%～3.78%范圍內(nèi)變化率較大。此外，水分含量為5.16%比2.34%試驗樣品的2(0)大兩個數(shù)量級，表明水分增加會明顯改變正負電荷對的濃度，進而影響電荷運動。

從電荷交換的角度分析，c描述的是簇內(nèi)電荷的分解和結(jié)合速率[13]，纖維素中的主要電荷輸運機制是沿纖維素聚合物中水分子和CHOH基團的滲流網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)子跳躍。因此，水分含量的增加導(dǎo)致了越來越多的路線，為簇間和簇內(nèi)的電荷轉(zhuǎn)換提供了通道[28]，DH QDC弛豫過程向高頻方向轉(zhuǎn)移，c呈現(xiàn)遞增趨勢，表明簇內(nèi)電荷的分解和結(jié)合速率增加。

如圖7b所示，1和2均隨著水分含量的增加而增加。纖維素材料中的電導(dǎo)主要是通過水分子在相鄰電位井之間的質(zhì)子跳躍而發(fā)生的。電導(dǎo)率的變化可能有兩個原因：①離子濃度的增加；②離子跳躍位點之間距離的減小。離子濃度增加是通過水分子解離成氫離子和羥基離子來實現(xiàn)的[29]。此外，由于紙板具有較高的介電常數(shù)，水可能會觸發(fā)水分子附近油中離子雜質(zhì)的解離，從而增加離子濃度，進而影響到1和2。等效電導(dǎo)滿足式（10），與弛豫峰損耗特征頻率、弛豫峰極化率的幅值和低頻彌散極化率的幅值有關(guān)，滿足式（11）。

4 評估方法

根據(jù)測試曲線，擬合DH loss peak模型和DH QDC參數(shù)，由表1和圖7數(shù)據(jù)經(jīng)過反復(fù)驗證，選取1、2、、和c作為DH水分評估方法的特征參數(shù)，在水分含量為0.35%～5.16%時，特征參數(shù)與水分關(guān)系見表2。

表2 特征參數(shù)擬合公式

Tab.2 Fitting formula of characteristic parameters

根據(jù)表2中與水分關(guān)聯(lián)度較強的1、2、、和c擬合公式，計算對應(yīng)的水分含量x1、x2、x、x、c，定義系統(tǒng)水分含量re滿足

其中

為了驗證水分評估方法的正確性，在實驗室中制備了水分含量為0.8%油浸絕緣紙板試樣，并通過介電響應(yīng)測試得到譜圖，如圖10所示，結(jié)合式（7）擬合得到DH模型參數(shù)，見表3。

表3 0.8%水分的DH參數(shù)

Tab.3 DH parameters of 0.8% moisture content

從圖10可以看出，0.8%水分含量的油浸紙板復(fù)電容虛部的中頻段也存在弛豫峰，實部低頻彌散現(xiàn)象不顯著。將表3數(shù)據(jù)結(jié)合表2擬合公式反解油紙絕緣試樣水分含量，見表4，計算得到的re值為0.83%，誤差為3.75%，表明在水分含量較低時仍能準確評估。對文獻[8]中水分含量3.38%的試樣進行評估時，與文獻[30-31]所述直接選取測試曲線的特征量方法相比，本文方法具有誤差小、適用性較強的優(yōu)勢。

表4 0.8%水分含量的特征參數(shù)

Tab.4 Characteristic parameters of 0.8% moisture content

實際變壓器絕緣系統(tǒng)主要由油隙、紙筒壓板與撐條等構(gòu)成，目前多采用模型[32-34]作為其幾何等效模型進行研究，根據(jù)不同電壓等級絕緣要求，生產(chǎn)制造的變壓器具有不同的和的比例，當=1，=0時，即為簡化模型（絕緣紙板時的絕緣結(jié)構(gòu)）。FDS曲線為油紙復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)的測試結(jié)果，低頻激勵下油紙絕緣系統(tǒng)介電參數(shù)方程中復(fù)介電常數(shù)實部和虛部均與幾何參數(shù)和有關(guān)[32]，應(yīng)用本文方法時需要考慮試驗樣品幾何結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)論

通過研究受潮油浸絕緣紙板的DH模型參數(shù)，得出以下結(jié)論：

1）復(fù)電容實部和虛部變化趨勢為：在水分含量小于2.34%時呈現(xiàn)弱彌散現(xiàn)象，且虛部在中頻部分出現(xiàn)損耗峰；在水分含量大于2.34%時，低頻彌散過程占據(jù)主導(dǎo)作用并向高頻方向移動。

2）分析了DH模型參數(shù)的變化規(guī)律及其原因，水分含量增加對參數(shù)大小無影響，1、2、、和c5個參數(shù)與水分含量關(guān)聯(lián)度較強。

3）基于1、2、、和c5個參數(shù)與水分含量的關(guān)聯(lián)度，提出并驗證了一種基于DH模型的油紙絕緣水分評估方法，誤差為3.75%，表明該方法能有效地評估系統(tǒng)水分含量。

4）本文的方法為油紙絕緣介電頻譜受潮定量分析提供了新的思路，本次研究主要針對單層受潮油紙絕緣結(jié)構(gòu)，但介電頻譜測試結(jié)果會受到幾何結(jié)構(gòu)的影響，后續(xù)可考慮幾何結(jié)構(gòu)的參數(shù)特征研究，現(xiàn)場應(yīng)用需要進一步試驗研究。同時，后續(xù)將開展不同老化、不同絕緣油及部分模型的試驗與驗證，完善此方法的研究與應(yīng)用。

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Oil-Paper Insulation Moisture Parameter Characteristics and Evaluation Method Based on Dissado-Hill Model

（School of Electrical Engineering Southwest Jiaotong University Chengdu 610031 China）

In order to fully dig out the dielectric response information and better quantitatively evaluate the moisture content in the oil-paper insulation, the variation characteristics of DH parameters with moisture content were analyzed and an effective method for moisture quantitative evaluation was proposed based on the Dissado-Hill (DH) dielectric response model. Five kinds of oil paper board samples with different moisture content were prepared and tested firstly. The dielectric response curves of oil paper insulation with different moisture content were obtained, and the influence of moisture content from 10-3Hz to 103Hz on FDS characteristics is analyzed. The parameter curves were analyzed and fitted, the changing rule and reason of each DH parameter with the moisture content were analyzed, the DH characteristic parameters were found, and the mapping relationship between the DH parameters and the moisture content was established. Finally, according to the characteristic parameters1,2,,andcwhich have strong correlation with moisture, a moisture evaluation method of oil paper insulation based on DH characteristic parameters is proposed and verified, which can provide a basis for further quantitative evaluation of oil-paper insulation moisture.

Dissado-Hill model, oil-paper insulation, parameters features, moisture assessment, evaluation method

10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.200617

TM855

國家自然科學(xué)基金項目（51877183）和四川省科技計劃項目（青年科技創(chuàng)新研究團隊項目）（2020JDTD0009）資助。

2020-06-07

2020-08-07

郭 蕾 女，1981年生，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向為牽引供電系統(tǒng)建模和電能質(zhì)量分析。E-mail: guolei_mail@swjtu.cn

周利軍 男，1978年生，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向為電氣設(shè)備狀態(tài)檢測與故障評估。E-mail: ljzhou10@163.com（通信作者）

（編輯 崔文靜）