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《Research on the variation of dielectric properties of oil‐paper insulation for power equipment over a wide temperature range》
题目：宽温范围内电力设备油纸绝缘频域介电特性变化规律研究
作者：张明泽，于沐禾，周玟，梁一霖，雷胜杰，施云波，曲利民
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油浸式电力装备是电力系统的关键组成部分，油纸绝缘作为其主要绝缘体系，承受了复杂、苛刻的运行工况，因此油纸绝缘体系的长期可靠性对保障设备稳定及电网运行安全至关重要。现阶段的研究中，更多的关注于长期运行后油浸式电力设备内油纸绝缘老化、受潮状态的评估、寿命预测的方法，且现场测试时环境温度一般在5℃以上。而在我国高寒地区，冬季温度将达到-40℃，进行设备冬季交接试验或检修设备投运时，不可避免的要在低温环境进行绝缘状态的检测，较低的环境温度下油纸绝缘介电特性与常温/运行温度下显著不同，因此油浸式电力设备绝缘检测及评估方法的应用受到了测试环境温度的限制。本文在233~373K温度范围内开展了油纸绝缘介电及理化性能测试，分温区构建了变压器油粘度与介电参数的量化表征关系，阐明了宽温范围内传统变压器油等效介电弛豫模型应用时的局限性，为高寒地区油浸式电力设备绝缘状态的无损评估提供了理论基础。
宽温范围内老化油纸绝缘的FDS曲线测试结果如图1所示，由于松弛极化行为与电导行为的竞争关系，使得全频段内高温与低温下的FDS曲线变化规律不同，在低温下油纸绝缘的FDS曲线测试结果呈现明显的U型变化规律。
（a）DP=1100
（b）DP=560
（c）DP=410
图1 不同老化程度油纸绝缘FDS曲线
由于测试温度影响变压器油粘度，变压器油粘度变化使得其介电性能发生改变，本文测试得到了特征频率下变压器油损耗角正切值的温度谱变化规律，如图2所示。低频激励下损耗角正切值随测试温度的升高而显著增大，而高频激励下损耗角正切值与温度呈现先降低后增大的变化趋势，且与变压器油的老化程度密切相关。
图2 不同老化程度变压器油温谱曲线
文中以10-1Hz作为特征频率，对温谱曲线进行分析，由于宽温范围内，实测温谱曲线与拟合曲线在高温区与低温区斜率的明显差异，因此以303~373K温度范围作为高温区，将233~283K温度范围作为低温区。
图3 不同温区下损耗因数差异
根据试验数据，本文基于力场与电场离子跃迁模型，构建了老化变压器油粘度特性、直流电导及环境温度的量化表征关系，如图4所示。
图4 变压器油粘度、电导率与温度的关系
本文在宽温区范围内，揭示了温度对油纸绝缘介电性能的影响规律，基于Arrhenius 及 VFT 模型，分温区构建了变压器油粘度特性变化方程，在考虑力场与电场下影响下，提出了环境温度、直流电导特性与变压器油粘度的量化表征方法，为高寒地区油浸式电力装备现场运维测试结果的有效评估提供了重要的理论基础。
Mingze Zhang, Muhe Yu, Wen Zhou, Yilin Liang, Shengjie Lei, Yunbo Shi, Limin Qu：Research on the variation of dielectric properties of oil-paper insulation for power equipment over a wide temperature range.9(3), Pages 648-658(2024).
张明泽，副教授，博士生导师，2020年毕业于哈尔滨理工大学高电压与绝缘技术专业，获工学博士学位。主要从事油浸式电力装备绝缘状态检测评估技术、高压空心电抗器电磁优化设计等方向的研究。在IEEE、中国电机工程学报等期刊上发表SCI、EI论文40余篇，获批国家发明专利3项，1项专利完成转化，主持国家自然青年科学基金1项、黑龙江省博士后基金1项，企业委托课题7项，参与完成、完成国家级、企业委托等科研项目10余项。
于沐禾，硕士研究生，研究方向为高压油浸式电力变压器绝缘状态无损检测与评估技术。
哈尔滨理工大学高压电力设备智能运维技术团队负责人为电气与电子工程学院、黑龙江省先进电气装备制造产业学院院长刘骥教授，长期从事高压电力设备数字孪生技术、高压电力设备在线监测技术、高压电力设备检测试验新技术、高压电抗器新技术等研究方向。现有教授2人，副教授4人，讲师1人，硕博研究生70余人。团队依托“工程电介质及其应用教育部重点实验室”，“黑龙江省电介质工程重点实验室”，“先进电气装备制造与运行教育部协同创新中心”，承担多项国家重点研发计划、国家自然科学基金、国家电网总部指南项目。团队在超特高压电力变压器绝缘无损评估、高压电力装备智能检测技术及装置开发、干式电抗器电磁结构设计/检测新方法、长距离电力电缆绝缘状态检测/监测及故障定位、气-固界面沿面放电特性及SF6替代性气体等领域开展了多项开创性研究并推广应用。
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