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西南交通大学重点实验室项目论文第I页第11期工程实践项目总结报告项目名称基于电介质响应法油纸绝缘微水测试技术及系统研究项目参加人陈俊贤学号：20102437陈峰学号：20103575彭松学号：20102462林静英学号：20102647林莉学号：20102638指导教师周利军2010年05月20日西南交通大学重点实验室项目论文第II页摘要油浸式变压器由于具有较高的绝缘强度、较长的使用寿命，广泛用于高压、超高压输电系统以及电气化铁路牵引供电系统中。绝缘油和绝缘纸组成的复合绝缘构成了油浸式变压器的绝缘系统，国外有关资料指出：变压器的寿命实质就是绝缘材料的寿命。水是极性物质，水分对绝缘油的电性能和理化性能均有很大的危害。主要影响是使油的击穿电压降低和介质损耗因素增大，使固体绝缘遭到永久的破坏。油中水分含量越多，设备金属部件腐蚀速度就越快，它将影响设备的安全运行，并缩短设备的使用寿命。故测试绝缘油中的微水含量的目的是监测固体绝缘材料的受潮情况，对变压器的绝缘状况的诊断十分重要。随着充油电气设备的日益增多，特别是500kv站的不断投运，油浸式变压器的使用越来越广泛。电力变压器的安全运行是避免电网重大事故的第一道防御系统，如果一台大型电力变压器在系统中运行时出现故障，可能引发大面积停电，其检修期一般要半年以上，给国民经济造成巨大的损失，给人民带来巨大不便。因此，整个油纸绝缘系统含水量的评估工作对变压器安全、稳定运行具有重要的意义。本论文研究油纸绝缘电介质基于频率响应测试的频域谱法（FDS），重点研究FDS测试电路的微电流测量，充分利用绝缘材料介电常数随电压频率变化而发生变化的这一固有特性，通过测试不同温度、不同微水含量试样的输出电压增益Ｍ和相位差相关特征参量，结合测试装置的等效电路进行数学计算，得出试样的复介电常数ε＊。分析油纸绝缘微水含量ｍ与复介电常数ε＊、温度Ｔ和施加电压频率ｆ之间相互影响的规律，再利用数学软件工具对测试数据的变化规律进行拟合处理，最终获得油纸绝缘微水含量ｍ与复介电常数ε＊、温度Ｔ和施加电压频率ｆ的通用函数关系式，最后利用此函数关系式从而实现对未知油纸绝缘微水含量的计算。设计出电流电压转换电路，并运用Pspice仿真软件对电路进行仿真分析。关键词：油纸绝缘微水含量电介质频率响应微电流测量FDS西南交通大学重点实验室项目论文第III页目录第1章绪论............................................................11．1油纸绝缘电介质频率响应的研究意义..............................................................11．2变压器油纸绝缘系统..........................................................................................21．2．1油纸绝缘的老化机理......................................21变压器油绝缘老化机理..................................................................22纸绝缘的老化机理..........................................................................31．3油纸绝缘电介质频域谱法（FDS）诊断的研究现状.......................................31．老化的影响.....................................42．温度的影响.....................................43．水分的影响.....................................41．4本文研究的主要内容.........................................................................................5第2章变压器油纸绝缘电介质响应的相关理论..............................62．1引言......................................................................................................................62．2介质响应的基本概念..........................................................................................62．2．1复介电常数.............................................................................................62．2．2电介质的极化.........................................................................................82．2．3电介质的损耗.........................................................................................92．3频域介质响应法在变压器油纸绝缘诊断上的应用........................................10第三章频率响应特性的研究............................................123．1电介质频率响应法的介绍........................................123．2频率响应法的测试方法..........................................123．2．1变压器油纸绝缘等效模型.................................123．2．2测试原理..............................................................................................................133．2．3测试系统组成部分.......................................133．2．4工作原理和实验步骤.......................................................................................153．3油纸绝缘状态和测试温度的关系..................................153.4变压器油纸绝缘系统检测电路的分析..............................16西南交通大学重点实验室项目论文第IV页第4章油纸绝缘电介质频率响应测试技术的研究...........................174．1引言....................................................................................................................174．2FDS测试电路示意图.........................................................................................174．3FDS测试原理...................................................................................................................174．4FDS测试电路的微电流研究.............................................................................184．4．1微电流测量方法概述...........................................................................181．开关电容积分法.....................................182．运算放大器（+T型电阻网络+单片机）.................183．场效应管+运算放大器................................194．4．2微电流测量电路设计的原理........................................................................194．4．3运算放大器的选择...............................................................................214．5对设计电路应用Pspice仿真..........................................................................214．5．1绘制原理图...........................................................................................224．5．2对电路仿真分析...................................................................................224．5．3温度变化对电路性能的影响...............................................................244．6高频下微电流测量电路的研究........................................................................264．6．1高频的电路原理图...............................................................................264．6．2仿真分析.............................................................................................................27总结与展望............................................................30参考文献..............................................................31西南交通大学重点实验室项目报告书第1页第1章绪论1．1油纸绝缘电介质频率响应的研究意义我国水电资源蕴藏量达6.76亿kW，居世界首位。煤、石油、天然气资源也很丰富。煤的预测量约为45亿吨。可利用的风力资源约为1.6亿kW。这些丰富的自然资源为我国电力工业的发展提供了物质基础。经过50年的发展建设，至1999年底我国电力系统已建成500kV输电线22927km，500kV变电所变电容量8012万kVA；己建成330kV输电线7878km，330kV变电所变电容量1248万kVA；它们分别是