油浸紙水分含量與混聯等效模型極化支路極點的定量關系

鄒 陽 林超群 葉 榮 金 濤

油浸紙水分含量與混聯等效模型極化支路極點的定量關系

鄒 陽1林超群1葉 榮2金 濤1

（1. 福州大學電氣工程與自動化學院 福州 350108 2. 國網福建省電力有限公司福州供電公司 福州 350009）

該文基于油紙絕緣混聯等效模型（HEM）——一種將界面極化支路引入擴展德拜模型（EDM）的拓撲結構，提取新的表征油浸紙水分含量的頻域特征參量TC-Max、TC-Min。首先基于實測感應調壓器數據對比FDS在辨識HEM與EDM模型參數效果上的不同，說明HEM的優勢；應用傳遞函數法推導得到模型的傳遞函數方程，通過Matlab解析得到不同水分含量油浸紙的傳遞函數譜，以此提出HEM極化支路極點可表征油浸紙的水分含量；運用最優加權組合法實現兩特征參量對應評估方程的線性組合，克服單一評估方程的不足；最后基于不同尺寸油紙絕緣設備的實測數據對所提取的特征參量進行有效性檢驗。

油浸紙 混聯等效模型 水分含量 界面極化支路 頻域特征參量

0 引言

電力變壓器在電力系統中扮演著核心角色，一旦發生故障將導致巨大的經濟損失[1-2]，油紙復合絕緣作為電力變壓器的主絕緣結構[3]，在變壓器長期運行中，油紙的電氣和機械性能受到水分、溫度等影響逐漸下降[4]，其中，水分更是對油浸紙絕緣系統的機械強度和電氣強度造成嚴重破壞[5]。當變壓器絕緣油受潮老化后可通過更換新油從而提高其絕緣性能，而絕緣紙無法被更換，一臺變壓器的運行壽命很大程度上取決于絕緣紙的壽命，因此，對油浸紙水分含量的準確評估尤為重要。

介質響應法是根據電介質在外施電壓作用下的介電響應特性發生變化從而推測出油紙絕緣狀態，尤其是水分含量變化的測試方法。主要的方法有回復電壓法（Recovery Voltage Method, RVM）[6]、極化和去極化電流法（Polarization and Depolarization Current, PDC）[7]以及頻域介電譜法（Frequency Domain Spectroscopy, FDS）[8]。其中，通過RVM和PDC獲取的兩種時域介電譜因測試儀器采樣水平限制在高頻部分的測試精度較低，且噪聲對時域小信號測量的干擾較大，因此時域介電譜的測量總體誤差較大；近幾年發展起來的FDS因其抗干擾能力強、攜帶信息量豐富等優勢成為學者們的研究熱點[9]。

在油浸紙的水分含量評估方面，根據頻域介電譜本身的變化規律提取多種數學形式的特征參量，又或者是充分發揮FDS良好的寬頻精度的優勢和油紙絕緣介電響應等效模型結合，依據模型參數變化尋找量化油浸紙水分含量的特征參量是當前的主要研究思路。例如，文獻[10]基于tan頻譜提出介質損耗正切積分因數評估水分含量；文獻[11]提出采用復相對介電常數的實部積分和虛部積分作為油紙絕緣水分含量評估的特征參量；文獻[12]提出特征頻率10-4Hz處復介電常數實部與水分含量的關系式，上述研究所提取的特征量均為單一特征量，僅依靠擬合得到的單一水分含量評估方程難以實現油浸紙受潮狀態的精確評估，同時在實驗室建立的擬合關系隨著油紙絕緣結構和測試環境的變化可能不再有效；文獻[13-14]均基于擴展Debye模型（Extended Debye Model, EDM）提取油浸紙受潮特征參量，但其簡單的RC串聯支路無法真實反映油紙絕緣復雜的弛豫極化過程，使得特征參量是否適用于變壓器復雜多變的現場運行環境未知。

針對上述研究的不足，本文在揭示油浸紙絕緣系統各類極化作用特別是夾層界面極化反應機理的前提下，基于油紙絕緣混聯等效模型（Hybrid Equivalent Model, HEM）提取具有清晰物理意義的特征參量。首先通過重構實測值與計算值FDS曲線對比了HEM與EDM在反映油紙絕緣頻域介電響應信息的不同，結果表明，HEM更具有優勢；將傳遞函數與HEM結合，對不同水分含量油浸紙的傳遞函數譜進行基于微觀物理響應機制的解譜分析，有效分析模型的極化支路極點與水分含量的關系，從中提取新的油浸紙水分含量頻域特征參量；接著結合最優加權組合法實現了新特征參量各自評估方程的組合；最后通過測試多臺油紙絕緣設備頻域介電數據對新特征參量的有效性進行檢驗。

1 變壓器油紙絕緣極化理論

1.1 油浸紙絕緣系統的主要極化類型

在變壓器中，絕緣油為弱極性分子，其在電場作用下發生電子位移極化。纖維素是絕緣紙板的主要成分，因此絕緣紙也為極性電介質，其在電場作用下發生偶極子轉向極化。同時，在變壓器運行中，油紙受潮老化時產生的雜質和絕緣油、絕緣紙共存形成油浸紙絕緣系統，系統內部的自由電荷在電場作用下聚積在油紙的交界面上，發生夾層介質界面極化[15]。因此，變壓器油浸紙絕緣系統在外施電壓作用下主要發生電子位移極化、偶極子轉向極化以及夾層介質界面極化。三者過程完成所需要的時間見表1。由表1可知，電子位移極化幾乎可以瞬間完成，偶極子轉向極化與夾層介質界面極化完成時間相比較短，夾層介質界面極化完成時間最長。因此，在FDS測試時間較長的背景下，夾層介質界面極化所蘊含的絕緣信息應占油浸紙絕緣系統微觀介電過程信息的主要部分，同時弛豫時間常數是介質極化的直觀表現。

表1 油紙絕緣系統不同極化類型完成時間對比

Tab.1 Comparison of different polarization types of oil-impregnated paper insulation system

1.2 夾層介質的界面極化

若以雙層復合電介質來簡化夾層介質，則可以用圖1所示的等效電路模型來描述。圖中，1、1及2、2分別為電介質1和電介質2的等效并聯電容和電阻。

圖1 夾層介質簡化及其等效電路

當對兩種電介質施加電壓后電容開始充電，充電時間主要分為三個階段：起始充電（=0+）時刻、起始充電（=0+）時刻到充電穩態（=∞）時刻的過渡階段以及充電穩態（=∞）時刻。本文用1、2及3代表上述三個階段，則夾層介質在三個階段發生的主要微觀過程[16]為：

（1）1：此時電介質1和電介質2的分界面上還未有電荷的聚積，但兩電介質仍有一定值的電壓存在。

（2）2：兩電介質分界面上開始有電荷聚集現象的出現，各自的電壓隨時間不斷變化最終趨于穩定值。

（3）3：電容充電完畢，兩電介質結束穩態過程，介質分界面上開始出現連續穩定的電流。

2 基于FDS的油紙絕緣混聯等效模型

2.1 油紙絕緣混聯等效模型

傳統的EDM通過簡單的RC串聯支路來描述不同弛豫時間下的介電響應過程，但仍具有一定的局限性[17]，同時，基于EDM拓撲結構加入一定參量的優化模型，如Cole-Cole模型和Havriliak-Negami模型[18]，所描述的均是單一介質下的弛豫極化過程。因此，需建立不同于RC串聯的極化支路，使得所構建的等效電路能更貼近油紙絕緣的實際極化情況。

本文將界面極化支路引入到EDM的拓撲結構中，使得RC串聯極化支路和界面極化支路共同表征油浸紙絕緣內部復雜的弛豫極化過程。所構建的油紙絕緣混聯等效模型如圖2所示。圖中，g為系統的絕緣電阻，g為系統的整體幾何電容；條RC串聯支路反映單一均勻介質的弛豫響應特性，pk和pk分別為不同介質在弛豫極化過程中等效的極化電阻和極化電容；條界面極化支路用于表征夾層介質界面極化過程，hn、h(2n-1)、h(2n)所代表的意義與pk和pk相同。

圖2 油紙絕緣混聯等效模型

由圖2可推導得到HEM的導納()為

由式（1）可得模型復電容*()為

則復電容實部()和虛部()分別為

由電介質物理學[16]可知，介質損耗因數tan為()與()兩者的比值。

在HEM的拓撲結構中，油紙絕緣發生介電響應的弛豫極化時間常數可分為兩部分，有

式中，pi為RC串聯極化支路的弛豫時間常數；hm為夾層界面極化支路的弛豫時間常數。

2.2 混聯等效模型的參數辨識

在油紙絕緣等效模型的構建過程中，模型參數的辨識對了解油紙絕緣介質特性起著“橋梁”的關鍵作用，介質介電響應結果中蘊含的水分含量信息可通過模型參數的變化有效地反映出來。因此，合理、正確地辨識模型參數是實現油浸紙水分含量準確評估的基礎。

由于tan與()、()存在耦合關系，因此，本文只需選取()、()測試數據作為模型參數辨識的數據來源。在辨識過程中，為使依據式（3）、式（4）得出的計算值與實測值兩者譜線總體誤差達到最小，本文構建了總體優化目標函數為

自適應粒子群算法（Adaptive Contraction factor Particle Swarm Optimization, ACPSO）[19]因加入了變異和交叉算子，克服了傳統粒子群算法容易陷入局部最優的缺點，具有辨識精度更高、收斂速度更快等優點，本文采用ACPSO對式（6）進行迭代求取參數。擴展德拜模型的參數辨識原理與上述混聯等效模型的相同，且辨識過程相對簡單，因此，本文不再贅述。

2.3 基于FDS的HEM與EDM對比

文獻[17]中李安娜等通過RVM證明了HEM相較于EDM能更真實反映油紙絕緣系統復雜的介電響應，考慮到本文所使用的方法為FDS，為說明混聯模型的優勢不會因方法不同而產生差異，現以一臺退役多年的油浸式感應調壓器（TSJA-20/0.5）為測試對象，其主絕緣結構為油紙絕緣復合結構，體積和容量均明顯小于大型電力變壓器，因此，測試過程中的接線更容易操作。

由DIRANA介電響應分析的測試原理和操作手冊，對測試對象進行接線測試，測量頻率為10-3～103Hz，測量時選擇僅FDS模式，噪聲選項設置為提高，頻率采樣點為系統默認，測試電壓為100V。基于測試數據對HEM和EDM均按照6條支路數進行參數辨識，然后重構兩者的FDS曲線，并與實測曲線進行對比，結果如圖3所示，圖中，曲線的吻合程度由表2給出。由于兩模型在tan頻譜的吻合程度差異更明顯，因此，圖3中包含了tan頻譜。

由圖3及表2的對比結果可以看出，HEM重構FDS曲線后的實測值與計算值吻合度均高于EDM，說明FDS辨識HEM參數效果優于EDM，也再次證明了HEM的拓撲結構能更加真實反映油浸紙絕緣復雜的介電響應過程，為準確評估油浸紙的水分含量奠定了基礎。

表2 不同等效模型重構FDS曲線的吻合度對比 (%)

Tab.2 Comparison of the fit of the reconstructed FDS curve under different equivalent models

3 油浸紙水分含量頻域特征參量的提取

傳遞函數法是研究線性動態系統特性的基本數學工具之一，其最早在變壓器的繞組變形故障診斷上得到了應用[20]，同時傳遞函數是詮釋系統固有屬性的工具，與系統輸入信號的形式無關。因此，本節從傳遞函數角度研究水分含量對油浸紙絕緣系統的影響。

3.1 不同水分含量油浸紙試品的傳遞函數譜

圖2所示的油紙絕緣系統是一個典型的單輸入單輸出系統，可用傳遞函數方程來對其進行描述。系統傳遞函數()可由混聯模型的導納()得到，有

圖4為不同水分含量油浸紙試品的頻域介電頻譜。為獲取測試數據，本文參照文獻[21]制備了不同水分含量的油浸紙試品，待水分擴散達到平衡后采用DIRANA介電響應分析儀進行測試。

基于圖4中測試數據，按照2.2節所述方法進行混聯等效模型參數辨識，將結果代入式（7）中得到傳遞函數表達式，同時通過Matlab對表達式進行仿真，獲取不同水分含量油浸紙絕緣系統的傳遞函數譜，結果如圖5所示。為了使譜線的變化趨勢能更好地被描述出來，本節將角頻率以間隔0.01rad/s從0取至10rad/s，總共1 000個取樣點。

從圖5中可以看出，不同水分含量油浸紙試品的傳遞函數譜在低頻時快速增加，當高于某一頻率后，傳遞函數譜趨于穩定，表明了水分擴散達到平衡后的油浸紙絕緣系統是一個穩定的系統。依據1.2節所述油浸紙夾層界面極化三個不同時期1、2及3的充電機理可知，造成上述現象的原因是在電壓施加的一瞬間，介質兩端電壓不為零，即系統對外施電壓的響應不為零，傳遞函數譜與此對應的是其初始值均不為零，如圖5中放大圖所示；2時期，由于復合介質油浸紙絕緣系統上施加的電壓隨時間不斷變化，夾層介質電荷不斷聚集，使得系統對外表現為隨頻率快速響應，即傳遞函數譜快速增加；到了3時期，電介質上的電壓不再改變，其內部產生連續穩定的電流，此時系統對所施加電壓的響應趨于穩定，因此，傳遞函數譜在某一頻率之后幾乎不再變化。由于3在總時間段1+2+3所占比例較大，因此圖5中所顯現出的傳遞函數譜在寬頻內幾乎保持不變。

圖5 水分對試品傳遞函數譜的影響

同時，從圖5中還可以看到，隨著水分含量的增加，傳遞函數譜向右上移動，這是因為水分含量的增加使得系統內部產生更多自由移動的電荷，由1.2節可知，在未達到3時期前，復合介質分界面上聚集的電荷量也增多，進而介質上得到的電壓會與水分含量成正比，即傳遞函數譜的穩定值隨水分含量的增加而增大。

由自動控制原理可知，系統穩定的充分必要條件為其傳遞函數()的一階極點位于平面虛軸且其余極點位于平面的左半平面，因此，極點是衡量系統穩定性的主要指標，又從圖5中可以看出，水分含量與油浸紙絕緣系統穩定性有著較強的關聯，因而嘗試提出極點作為表征油浸紙水分含量的特征參量。

3.2 混聯等效模型的極化支路極點

為方便分析，將幾何等效電路和RC串聯極化支路劃分為1()，界面極化支路為2()，則有()=1()+2()。

由式（7）可得，1()、2()表達式分別為

式中，1()、2()為含有的多項式。

若分別求取1()、2()各自的極點，則不難發現，每一條RC串聯極化支路，都有一個支路極點與之相對應，每一條界面極化支路也都有一個支路極點與之相對應。為求取HEM極化支路的極點，分別令式（8）和式（9）中分母為零，可得到兩者的極點表達式為

將式（10）、式（11）與混聯等效模型弛豫時間常數式（5）對比，不難發現有

因此，HEM極化支路極點pi、hm大小只取決于各自對應的極化支路的弛豫時間常數。

3.3 油浸紙的水分含量頻域特征參量

依據3.1節分析，HEM極點與油浸紙水分含量兩者之間可能存在著一定的關聯，因此，本節基于圖4測試數據通過辨識模型參數獲取支路極點pi、hm。計算所得到的支路極點之間的數量級差異十分明顯，由式（12）也可知，這種差異代表著不同支路之間的弛豫時間常數相差很大，因此在分析兩者間關系的時候應注意與極點對應的時間常數值，深入探尋極點、弛豫時間常數、水分含量三者中潛在的規律性聯系。

對所有極點與水分含量的關系進行分析，其中，數量級為10-5和10-1的極點與水分含量存在擬合度較高的指數函數關系，所形成的擬合曲線及方程如圖6所示，剩下未曾列出的極點與水分含量無較明顯的函數關系。

圖6 支路敏感極點與水分含量的擬合關系

圖6中，兩敏感極點與水分含量的擬合優度分別達0.951 4、0.937 7，結合上述兩個敏感極點的數量級，本文提出混聯等效模型中表征油浸紙水分含量的頻域特征參量：大時間常數極點TC-Max、小時間常數極點TC-Min。因此，基于圖6中的擬合方程可逆向推導出TC-Max、TC-Min與水分含量的關系為

3.4 新頻域特征參量的物理意義

一般而言，等效模型中某些參數及以參數為基礎形成的不同數學形式的參量若與油浸紙絕緣狀態存在著定量的關系，則應深入探尋參數及參量的物理意義。

為挖掘新特征參量TC-Max、TC-Min的物理意義，現按照式（12）求取兩特征參量對應的時間常數，結果見表3。

表3 不同水分含量下TC-Max(×105)、TC-Min(×100)對應的時間常數

Tab.3 Time constants corresponding to PTC-Max(×105) and PTC-Min(×100) under different moisture contents

由表3可有以下幾點發現：

（1）隨著水分含量的增加，TC-Max、TC-Min對應的時間常數均出現不斷減小的趨勢，這是因為油浸絕緣紙系統的極化反應強度因為水分含量的增多而增強，使得介質的弛豫響應極化速度變快，因此，系統的弛豫時間常數不斷減小。

（2）與表1對比，可以發現，TC-Max、TC-Min對應的時間常數均在夾層介質界面極化反應完成的時間范圍內，且兩者均與水分含量存在顯著的指數函數關系，因此，TC-Max、TC-Min可以較好地反映出油浸紙絕緣系統受潮時的絕緣信息。

另外，文獻[22]中給出了系統的幾何電容、絕緣電阻與電介質試樣絕緣尺寸之間的關系，有

式中，、分別為油浸紙絕緣系統的有效厚度和橫截面積，即為系統的絕緣尺寸；為試樣電阻率；0為真空介電常數；為試樣相對介電常數。

將式（15）代入極點pi、hm的表達式中，得到兩者與系統的絕緣尺寸的關系為

由式（16）可知，HEM的所有分支極點都與紙板樣品的截面積和有效厚度無關。

綜上所述，在界面極化占主要部分的油浸紙絕緣極化反應中，基于HEM所提取的新頻域特征參量TC-Max、TC-Min本質上是弛豫極化時間常數的另一種數學表達形式，即與極化時間常數具有相同的物理意義，同時新特征參量不僅不會受到油紙絕緣試品尺寸的干擾，而且可以很好地反映油浸紙的受潮狀態。

3.5 最優加權組合法評估油浸紙水分含量

由分析可知，新特征參量均可由各自的擬合公式評估油浸紙水分含量，為避免單一評估的誤差和局限性，尋找一種能夠有效將新特征參量所攜帶的油浸紙絕緣信息進行融合的方法，本文引入最優加權組合法用于評估油浸紙水分含量。該法的主要思想就是通過確定各單一預測模型的權重值將多個模型組合起來進行預測，權重值選的越準確，預測的精度越高。

油浸紙水分含量加權組合中權重的確定過程如下：

設組合預測模型為

設子模型的預測偏差為

式中，為樣本個數，=1, 2,…,。

則擬合偏差矩陣為

將求解權重問題轉化為約束方程，有

若=[1 1 …1]T，則

對式（21）用拉格朗日法求得最優權重為

最小值為

現求取單一評估方程的權重值，先將圖6中TC-Max、TC-Min數據代入式（13）、式（14）中得到水分含量值，然后由式（19）得到擬合偏差矩陣，結果為

再由式（22）求出權重值為

因此，可得到水分含量組合評估方程為

綜上所述，基于混聯等效模型的油浸紙水分含量評估流程如圖7所示。

圖7 油浸紙水分含量組合方程評估流程

4 實例分析

4.1 評價指標

本文使用以下三個指標評價單一方程及組合方程的精確性，有

上述三個指標中，MAPE為平均相對誤差，RMSE為方均根誤差，2為相關系數；MAPE反映預測值誤差的實際情況，RMSE衡量預測值與實際值之間的偏差；2表示兩組變量之間的線性關系。

4.2 新特征參量有效性的檢驗

為檢驗本文所提取的新特征參量的有效性，現對福州、寧德等地多臺電壓等級、型號、受潮狀態均不同的油紙絕緣設備進行FDS測試，借助DIRANA中評估軟件獲取測試對象的水分含量值，最終的診斷結果供參考。測試對象具體信息見表4。

表4 測試對象具體信息

Tab.4 Specific information of test objects

T1與T2均為三相油浸式變壓器，高壓繞組的電壓等級均為110kV，兩者的油紙絕緣結構相同；在T3與T4中，T4為單相油浸式感應調壓器，其油紙絕緣結構與T3不同，T1、T2與T3、T4兩組形成對照。因此，上述測試對象可適用于驗證本文新特征參量的有效性。測試結果分別如圖8和圖9所示。

圖8 T1、T2測試結果

圖9 T3、T4測試結果

根據IEEE 62-1995中給出的標準，可知4臺測試對象的絕緣狀態分別為干燥、潮濕、干燥以及潮濕。其中，T3長期處于運行溫度較高的環境中，絕緣紙不易吸收水分含量，因此，其水分含量的評估值比備用變壓器T1略低；T4存放于潮濕環境中，外部水分入侵較嚴重，使得水分含量偏高。綜上，DIRANA軟件的評估結果符合測試對象的實際運行情況。

由圖8可知，在油紙絕緣結構相同的情況下，T1和T2兩者的tan變化特性基本一致。而在圖9中，可以明顯看到，T3相較于T4，其tan頻譜在高頻部分的增長較快，這主要是因為T3作為電壓等級為220kV的變壓器，其內部的絕緣紙層數比T4多，產生的油紙界面更多，由此產生的損耗在高頻部分累積較快。

按照圖7所示流程，將求得的測試對象的新特征參量值代入相對應的單一方程和組合方程中求取油浸紙水分含量，結果見表5。

表5 測試對象的新特征參量值與水分含量評估值

Tab.5 New characteristic parameter value and moisture content evaluation value of test object

注：評估值1、評估值2、評估值3分別由=(TC-Max)、=(TC-Min)及組合方程評估得到。

由表5可知，在T1、T2與T3、T4形成的對照組中，評估方程均能實現對水分含量較為準確的評估，也說明了新特征參量可不受油紙絕緣結構和尺寸的影響，較好地運用于現場油紙絕緣設備絕緣紙水分含量的評估。

結合表5中的水分含量值計算不同評估方程的評價指標，計算結果見表6。

表6 不同評估方程的評價指標對比

Tab.6 Comparison of evaluation indexes of different evaluation equations

由表6對比評價指標MAPE和RMSE值，與兩單一評估方程相比，組合方程的均較低，說明組合方程的評估能力更優，同時組合方程的2高達99.5%，表明組合方程評估的油浸紙水分含量結果更靠近真實值。

值得說明的是，本文所提取的兩個特征參量與水分含量的擬合度均在0.9以上，且兩者之間相差不大，因此，最優加權組合法對單一評估方程的組合應用才有意義，若混聯模型極化支路中還存在與水分含量有一定擬合關系的極點（本文依據目前所做的實驗只發現兩個），但相互之間擬合度相差明顯，則最優加權組合法無法達到令人滿意的效果，最終的組合方程評估精度將低于擬合度高的極點對應的方程。

5 結論

針對現階段油浸紙水分含量頻域特征參量提取的不足，本文以油紙絕緣混聯等效模型為研究對象，通過傳遞函數法提取了新的特征參量TC-Max、TC-Min，確定了模型極化支路極點與油浸紙水分含量的定量關系，論文所取得的主要結論如下：

1）在解讀FDS攜帶的油浸紙系統的絕緣信息方面，油紙絕緣混聯等效模型相較于擴展德拜模型更加真實，其引入界面極化支路的拓撲結構更貼近油浸紙絕緣實際的介電響應過程，同時該優勢不會因為測試方法的不同而產生差異。

2）不同水分含量下油浸紙試品的傳遞函數譜隨著測試頻率的增加而幾乎不再變化，表明水分擴散達到平衡后的油浸紙絕緣系統是一個穩定的系統，并且這一特性可由微觀電介質物理理論給予充分的解釋說明。

3）新特征參量TC-Max、TC-Min具有明確的物理意義，不僅可以排除油紙絕緣試品尺寸的干擾，同時也可以有效量化表征油浸絕緣紙的水分含量。

4）通過最優加權組合法確定的組合方程，經實測變壓器數據檢驗表明其評估結果準確性高，也證明了新特征參量TC-Max、TC-Min可運用于現場評估變壓器油浸紙的水分含量。

需要指出的是，文獻[23]研究表明，界面空間電荷的積累在外施電壓為直流形式時十分明顯，而在交流電壓作用時不會出現大量積累的情況；文獻[24]指出，弛豫分量對0.01～1Hz低頻區間變化特性的貢獻不可忽略，并且低頻弛豫過程是由空間電荷引起的。文獻[25]的研究結果表明，FDS測試下的樣品在高頻段也存在著界面極化。因此，雖然交流電壓作用下的界面極化不明顯，但其過程所蘊含的油紙絕緣信息也不可忽視，本文基于HEM和FDS最終發現，界面極化過程中的弛豫時間常數與油浸紙的水分含量存在著一定的擬合關系。限于篇幅，本文未展開油浸紙老化狀態的研究，因此，下一步將按照同樣的思路探索油浸紙老化狀態特征參量的提取，以期豐富油浸紙絕緣狀態的評估方法。

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Quantitative Relationship Between the Moisture Content of Oil-Impregnated Paper and the Poles of the Polarization Branch of the Hybrid Equivalent Model

1121

（1. College of Electrical Engineering and Automation Fuzhou University Fuzhou 350108 China 2. Fuzhou Power Supply Company of State Grid Fujian Electric Power Co. Ltd Fuzhou 350009 China）

Based on the hybrid equivalent model of oil-paper insulation (HEM), the interface polarization branch is introduced into the topology of the extended Debye model (EDM), and new frequency domain characteristic parametersTC-MaxandTC-Minthat characterize the moisture content of oil-impregnated paper are extracted. Firstly, according to the measured induction voltage regulator data, the difference of FDS in identifying the parameters of HEM and EDM models is compared to explain the advantages of HEM. The transfer function equation of the model is derived by the transfer function method, and the transfer function spectrum of oil-impregnated paper with different moisture content is obtained through Matlab analysis. Then, the HEM polarization branch pole can be used to characterize the moisture content of oil-impregnated paper. The linear combination of evaluation equations corresponding to the two characteristic parameters is realized by the optimal weighted combination method, which overcomes the shortcomings of the single evaluation equation. Finally, by the measured data of different sizes of oil-paper insulation equipment, the validity of the extracted characteristic parameters is tested.

Oil-impregnated paper, hybrid equivalent model, moisture content, interface polarization branch, frequency domain characteristic parameter

10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.200836

TM85

鄒 陽 男，1980年生，博士，副教授，研究方向為電氣系統智能化故障診斷。E-mail: 24001744@qq.com

林超群 男，1995年生，碩士研究生，研究方向為電氣設備絕緣老化診斷。E-mail: 1354462658@qq.com（通信作者）

2020-07-09

2020-08-27

國家自然科學基金（51977039）和福建省自然科學基金（2019J01248）資助項目。

（編輯 崔文靜）