CN111880050B - 一种基于极性反转时域介电响应的油纸套管受潮定位方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了提供了一种基于极性反转时域介电响应的油纸套管受潮定位方法，其包括下述步骤：1)对油纸套管进行基于极性反转时域介电响应的PDC测试，采用两种接线方式的对比测试；2)绘制两种接线方式的极化电流/去极化电流‑时间曲线，或者绘制两种接线方式的极化电流/去极化电流差值‑时间曲线；3)根据两种接线方式的极化电流/去极化电流‑时间曲线的差异或两种接线方式的极化电流/去极化电流差值‑时间曲线的形状，判定油纸套管受潮定位。该方法不易受到外界干扰、测试激励电压幅值以及杂质离子等的影响，受潮定位结果准确；可以获取油纸套管的具体受潮部位；对待测试油纸套管没有损伤，更有利于实现油纸套管的现场测试。

Description

一种基于极性反转时域介电响应的油纸套管受潮定位方法

技术领域

本申请涉及一种基于极性反转时域介电响应的油纸套管受潮定位方法，属于电气设备性能评估技术领域。

背景技术

随着我国电力工业的快速发展，大量高电压等级、大容量的变压器、电抗器等电力设备投入运行，对现场设备维护水平提出了更高的要求。作为大型油纸绝缘变压器外绝缘的重要组成部分，高电压油纸绝缘套管具备使用量大、价格昂贵及绝缘性能优良等特点，其绝缘性能直接影响变压器的稳定运行。因此，对其绝缘状态进行科学有效的诊断评价决定了高压电网的安全稳定。

套管按用途可分为穿墙套管、多油断路器套管和变压器套管等。按结构来分，包括纯瓷套管和、瓷与复合介质套管。套管按还可分为电容型套管和非电容型套管，其中电容型套管主要用于电压等级100kV及以上的变压器、电抗器等电力设备中。按内绝缘材料来分，电容型套管又可分为树脂粘合纸（Resin Bonded Paper, RBP）、树脂浸渍纸（ResinImpregnated Paper, RIP）和油浸纸（Oil Impregnated Paper, OIP）电容型套管。

油浸纸电容型套管是高电压等级变压器的主要附件之一，其外绝缘一般为带伞裙的瓷套，内绝缘为同轴串联的油浸绝缘纸电容芯子。电容型套管一是起到将绕组抽头引出的功能，同时也是重要的支撑部件。

套管受潮是其绝缘故障出现的主要诱因之一，油浸绝缘纸中水分的积聚使得局部放电明显增加，击穿场强大幅降低，进而引发电力事故。与油浸绝缘纸受潮诊断研究相比，国内外学者针对油浸绝缘纸老化与受潮的区分研究较少。一般认为老化与受潮对油纸绝缘纸的介电特性具有较为类似的影响。由于老化生成了较多的弱极性小分子酸，如甲酸、乙酸和乙酰丙酸等。这些小分子酸的特性与水分相似，并且与水分、构成绝缘纸的纤维素有较好的亲和性。频域介电谱测试标准中指出单一的老化与受潮因素在一定程度上可使得频域介电谱的曲线具有相同幅值和曲线走势，因此对于两种曲线的诱导因素识别存在一定的难度。

在油纸复合绝缘中，绝缘纸的亲水能力是绝缘油的104倍。因此，97%的水分集中在绝缘纸中。并且由于纤维素的晶区较为致密，水分不容易进入，而主要存在绝缘纸的非晶区中。在纤维素的非晶区中存在着较多的亲水性羟基(-OH)，这些羟基成为了初级水分子的附着点。进一步，更多的水分以氢键的形式附着在初级水分子上。非晶区的水分会加速纤维素在热应力解链过程，从而使得非晶区纤维素更加疏松。局部的高水分在高温或高场强下产生汽泡，从而使得油纸套管的局部放电增强和绝缘强度降低。

因而，有必要针对油纸套管局部受潮的位置开展研究，提出合理有效的评估方法。同时，油纸套管中径向受潮分布是油纸套管的绝缘评估中重要的信息，不仅可指导现场油纸套管设备检修、维护及诊断，更进一步可为生产厂家提供优化改进的反馈信息。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种基于极性反转时域介电响应的油纸套管受潮定位方法，该方法不易受到外界干扰、测试激励电压幅值以及杂质离子等的影响，受潮定位结果准确；通过该受潮定位方法可以获取油纸套管的具体受潮部位，是靠近导杆受潮、还是靠近末屏受潮、或是均匀受潮或对称受潮；该受潮定位方法操作简单，对待测试油纸套管没有损伤，更有利于实现油纸套管的现场测试。

根据本申请的一个方面，提供了一种基于极性反转时域介电响应的油纸套管受潮定位方法，其包括下述步骤：

1）对油纸套管进行基于极性反转时域介电响应的PDC测试，具体测试方式为采用两种接线方式的对比测试，其中，接线方式一为测试仪的高压端接油纸套管的末屏引线、测量端接油纸套管的导电杆，接线方式二为测试仪的高压端接油纸套管的导电杆，测量端接油纸套管的末屏引线；

2）根据步骤1）所得的PDC测试结果，绘制所述接线方式一与所述接线方式二的极化电流/去极化电流-时间曲线，或者绘制所述接线方式一与所述接线方式二的极化电流/去极化电流差值-时间曲线；

3）根据步骤2）所得的所述接线方式一与所述接线方式二的极化电流/去极化电流-时间曲线的差异或根据步骤2）所得的所述接线方式一与所述接线方式二的极化电流/去极化电流差值-时间曲线的形状，判定油纸套管受潮定位。

根据步骤2）所得的所述接线方式一与所述接线方式二的极化电流/去极化电流-时间曲线的差异判定油纸套管受潮定位的具体操作方式为：如果接线方式一的极化电流/去极化电流-时间曲线幅值大于接线方式二的极化电流/去极化电流-时间曲线幅值，判定为靠近导电杆处受潮；如果接线方式二的极化电流/去极化电流-时间曲线幅值大于接线方式一的极化电流/去极化电流-时间曲线幅值，判定为靠近末屏处受潮；如果接线方式一的极化电流/去极化电流-时间曲线与接线方式二的极化电流/去极化电流-时间曲线基本重合，判定为油纸套管受潮均匀或对称受潮。

根据步骤2）所得的所述接线方式一与所述接线方式二的极化电流/去极化电流差值-时间曲线的形状判定油纸套管受潮定位的具体操作方式为：如果所述极化电流/去极化电流差值-时间曲线的极化电流/去极化电流差值随时间的增加逐渐减小且为正值，判定为靠近导电杆处受潮；如果所述极化电流/去极化电流差值-时间曲线的极化电流/去极化电流差值随时间的增加逐渐减小且为负值，判定为靠近末屏处受潮；如果所述极化电流/去极化电流差值-时间曲线的极化电流/去极化电流差值基本为0，判定为油纸套管受潮均匀或对称受潮。

步骤1）所述PDC测试的电场强度为7V/mm以上，优选的，电场强度为15V/mm、30V/mm、45V/mm、60V/mm、75V/mm、90V/mm、105V/mm、130V/mm、145V/mm、160V/mm。随着测试电场强度的增加，接线方式一与接线方式二的极化电流/去极化电流的差值的绝对值呈先增加后减小的趋势，当测试电场强度为110V/mm时，极化电流/去极化电流的差值的绝对值达到最大值。

步骤1）所述PDC测试的测试温度为30℃以上，优选的测试温度为40℃、50℃、60℃。测试温度提高对介质的离子有以下几个方面影响：一是由于温度增加使得水分子解离平衡往右移动，水分子解离势垒降低，解离的离子增多，从而有更多的离子参与电场下运动；二是温度增加使得离子热运动增强，外加电场撤去后，离子浓度由非平衡态纸平衡态过渡的时间减小。温度的增加使得参与电场下运动的离子数量增多，在电极附近区域只需要相对较低的激励电压便可达到较为稳定的浓度梯度。温度的增加使得油的粘度降低，正负两种离子的迁移率差值减小，因而相对于较低温度时，去极化电流的差值减小。在激励电压幅值较大时，同样的极化时间内电极附近区域积聚的离子浓度更大。在去极化过程中，离子在热运动及内建电场的作用下由浓度高的区域向浓度低扩散。由于温度的增加，扩散速度增加。去极化电流差值首次达到一致后，由于离子浓度差较大且离子运动相对于内建电场变化具有迟滞效应，因而又经历一次反向过冲后逐渐达到平衡状态。

为了更确切的定位油纸套管受潮的位置，在进行PDC测试前，对油纸套管的不均匀性进行测试。在所述步骤1）之前还包括：步骤0），评估所述油纸套管受潮不均匀性，根据所述油纸套管的tanδ-f测试曲线特性、所述油纸套管的复电容C^*-f曲线特性或去极化电流差值松弛时间常数-测试电压曲线特性确定所述油纸套管受潮是否为不均匀的。

根据所述油纸套管的tanδ-f测试曲线特性评估油纸套管受潮不均匀性的具体步骤为：

011）建立所述油纸套管不同受潮程度的tanδ-f标准曲线；

012）对所述油纸套管进行PDC测试；

013）对油纸套管受潮不均匀性进行判定，针对步骤012）所述PDC测试结果，绘制tanδ-f测试曲线，并与步骤011）中所述的tanδ-f标准曲线比较，如果所述tanδ-f测试曲线与所述tanδ-f标准曲线在中低频段有交点，则判定油纸套管受潮不均匀，否则，油纸套管受潮均匀。

根据所述油纸套管的复电容C^*-f曲线特性评估油纸套管受潮不均匀性的具体步骤为：

021）建立所述油纸套管不同受潮程度的复电容C^*-f标准曲线；

022）对所述油纸套管进行PDC测试；

023）对油纸套管受潮不均匀性进行判定，针对步骤022）所述PDC测试结果，绘制复电容C^*-f测试曲线，并与步骤021）中所述的复电容C^*-f标准曲线比较，如果所述复电容实部C′-f测试曲线与所述复电容实部C′-f标准曲线在低频段上翘且所述复电容虚部C″-f测试曲线与所述复电容虚部C″-f标准曲线在低频段有交点，则判定油纸套管受潮不均匀，否则，油纸套管受潮均匀。

根据所述油纸套管的去极化电流差值松弛时间常数-测试电压曲线特性评估油纸套管受潮不均匀性的具体步骤为：

031）在不同测试电压下，测试所述油纸套管的所述接线方式一与所述接线方式二的所述去极化电流差值，借助Debye模型提取出不同测试电压下的松弛时间常数；

032）绘制步骤031）所述去极化电流差值松弛时间常数与电压的曲线；

033）根据步骤032）所述去极化电流差值松弛时间常数-电压曲线的形状判定油纸套管受潮不均匀性，如果所述去极化电流差值松弛时间常数-电压曲线在高测试电压段出现峰值，判定油纸套管受潮不均匀，否则油纸套管受潮均匀或对称受潮。

进一步的，所述去极化电流差值松弛时间常数-电压曲线在高测试电压段出现的峰值越大，判定油纸套管受潮不均匀程度越大。

所述去极化电流差值松弛时间常数的表达式如下：

其中，k_b——玻尔兹曼常数，1.380649×10^-23；T——绝对温度/K；ε_r——液体相对介电常数；n_±——正负离子的浓度；μ_±——正负离子的迁移率。

本申请的有益效果包括但不限于：

1．根据本申请的基于极性反转时域介电响应的油纸套管受潮定位方法，该定位方法操作简单，只需将PDC测试接线方式更改一下，通过比较两种接线方式的极化电流/去极化电流-时间曲线的差异或根据两种接线方式的极化电流/去极化电流差值-时间曲线的形状，即可定位油纸套管的受潮位置，由于只是经过接线方式修改，PDC测试在同一环境中进行，故测试结果不会受到环境的变化而受到不利的影响。

2．根据本申请的基于极性反转时域介电响应的油纸套管受潮定位方法，对待测试油纸套管没有损伤，更有利于实现油纸套管的现场测试。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请的两种径向受潮不均匀的套管模型。

图2为本申请的不同径向受潮分布的套管模型。

图3为本申请的不同接线方式对套管模型极化电流/去极化电流-时间曲线的影响，其中，(a) 1#模型、(b) 4#模型。

图4为本申请的不同测试电压时不同接线方式的1#油纸套管模型极化电流/去极化电流-时间曲线，其中，(a) 50V、(b) 200V、(c) 500V、(d) 700V、(e) 900V、(f) 1000V。

图5为本申请的不同温度下不同测试电压时不同接线方式的油纸套管模型极化电流/去极化电流-时间曲线，其中，(a) 50℃、(b) 60℃。

图6为本申请的相同测试温度时不同测试压力的两种接线方式极化电流/去极化电流-时间曲线，其中，(a) 1#模型极化电流差值、(b) 1#模型去极化电流差值。

图7为本申请基于极性反转时域介电响应的油纸套管受潮定位方法的基本操作流程图。

图8为本申请的增加油纸套管不均匀性性评估步骤的具体操作流程图。

图9为本申请的根据所述油纸套管的tanδ-f测试曲线特性评估油纸套管受潮不均匀性的具体操作流程图。

图10为本申请的根据所述油纸套管的复电容C^*-f曲线特性评估油纸套管受潮不均匀性的具体操作流程图。

图11为本申请的根据所述油纸套管的去极化电流差值松弛时间常数-测试电压曲线特性评估油纸套管受潮不均匀性的具体操作流程图。

图12为本申请的不同平均含水量的油纸套管的tanδ-f曲线，其中，(a) 平均含水量2%、(b) 平均含水量3%、(c) 平均含水量4%。

图13为本申请的不同平均含水量的油纸套管的C*-f曲线，其中，(a) 平均含水量2%、(b) 平均含水量3%、(c) 平均含水量4%。

图14为本申请的不同受潮模型的油纸套管的去极化电流差值松弛时间常数与测试电压的曲线。

具体实施方式

下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。

本申请的油纸套管受潮定位方法，适用的油纸套管的径向厚度为2-15mm，优选的为4-10mm，更优选的为5-8mm。

对于实际的油纸套管及套管实验模型，在受潮不均匀时，其内部水分含量沿径向递增或递减，从而形成水分梯度，如图1所示。

为了便于说明本申请的定位方法的机理，构建不同受潮位置的油纸套管模型，油纸套管径向含水量分布如表1，套管模型如图2所示，其中，每层油纸的厚度为1.6mm，油纸套管的径向厚度为6.4mm。利用PDC测试平台进行PDC测试。测量频率范围：1mHz~5kHz，温度为30℃以上，测试电压峰值为50V~1000V。测试过程不采用多频叠加测试，在激励源频率低于1Hz时只对一个周期内的电压电流波形进行采集分析。为避免多次测试之间的互相影响，多次测试间隔时间为10分钟。采用两种接线方式对比测试，接线方式一为测试仪的高压端接套管模型的末屏引线，测量端接套管模型的导电杆；接线方式二为测试仪的高压端接套管模型的导电杆，测量端接套管模型的末屏引线。

表1 油纸绝缘套管模型径向受潮分布

模型 序号	第1层 含水量	第2层 含水量	第3层 含水量	第4层 含水量	受潮 类型
						1#	4%	4%	1%	1%	靠近导杆受潮
2#	1%	1%	4%	4%	靠近末屏受潮
						3#	1%	4%	4%	1%	中间叠层受潮
4#	1%	1%	1%	1%	均匀受潮

针对前四种套管模型进行了相应的极化电流/去极化电流测试，图3显示了1#模型和4#模型的极化电流/去极化电流-时间曲线。从图3 (a)与(b)中可以看出，套管模型的受潮不均匀性对两种接线方式的极化/去极化电流的影响不同。套管模型受潮均匀的情况下，采用接线方式一和接线方式二测得的极化/去极化电流值基本一致，两种接线方式的极化电流/去极化电流-时间曲线基本重合，如图3（b）所示，另外，受潮对称的3#模型的两种接线方式的极化电流/去极化电流-时间曲线也基本重合，与4#模型的极化电流/去极化电流-时间曲线相似，因此，如果测得两种接线方式的油纸套管的极化电流/去极化电流-时间曲线基本重合，可判定油纸套管受潮均匀或对称受潮。套管模型受潮不均匀的情况下，采用接线方式一和接线方式二测得的极化/去极化电流值有所区别，对于靠近导杆受潮的1#模型，如图3（a）所示，接线方式一的极化电流/去极化电流-时间曲线幅值大于接线方式二的幅值，即为电压正半周先加在含水量较高的区域时极化电流/去极化电流-时间曲线幅值较小；与1#模型相比，靠近末屏受潮的2#模型的接线方式二的极化电流/去极化电流-时间曲线幅值大于接线方式一的幅值，即为电压正半周先加在含水量较高的区域时极化电流/去极化电流-时间曲线幅值较小。因此，可以通过在极化电流/去极化电流-时间曲线上比较接线方式一和接线方式二的极化电流/去极化电流的幅值，来判定油纸套管的受潮位置，如果接线方式一的极化/去极化电流的幅值大于接线方式二的极化/去极化电流的幅值，可判定油纸套管的受潮位置在导杆附近，否则油纸套管的受潮位置在末屏附近。

若只考虑水分的影响，1#模型中含水量较大的区域内聚集了大量的OH-离子和H+离子。在接线方式一中的激励电压前半周（负极性），导电杆附近的区域首先聚集H+离子。在经过半个周期后极性反转，H+离子逐渐减小并经过一段时间的延迟后逐渐聚集OH-离子。而在接线方式二中的前半周期（正极性），OH-离子首先大量在导电杆附近区域聚集。由于OH-离子的迁移率远小于H+离子，因而接线方式一中的前半周期内离子浓度相对更大。又由于离子浓度相对电场变化存在一定的迟滞效应，前半周期内浓度分布基本决定了整个周期内浓度分布幅值。整体而言，当电压正极先加在含水量大的区域时，产生的电导损耗相对较小。

为了更明确的说明测试电场强度对该受潮定位方法的影响，本申请所述PDC测试的电场强度为7V/mm以上，优选的，电场强度为15Vmm、30V/mm、45V/mm、60V/mm、75V/mm、90V/mm、105V/mm、130V/mm、145V/mm、160V/mm。测试电场强度等于测试电压除以油纸套管的径向厚度。在满足上述测试电场强度的前提下，选取测试电压为50V、200V、500V、700V、900V、1000V，对1#油纸套管模型进行了受潮定位实验，图4显示了不同测试电压时不同接线方式的1#油纸套管模型极化电流/去极化电流-时间曲线。相同测试电压下，接线方式二下的极化与去极化电流值远小于接线方式一的极化与去极化电流值，并且接线方式二的极化/去极化电流值在0~1000s内均小于接线方式一的极化/去极化电流值，但两者之间的差值的绝对值在逐渐减小，且最终保持一定的差值不能重合。同样对2#套管模型进行了实验，实验结果显示，相同测试电压下，接线方式二下的极化与去极化电流值远大于接线方式一的极化与去极化电流值，并且接线方式二的极化/去极化电流值在0~1000s内均大于接线方式一的极化/去极化电流值，但两者之间的差值的绝对值在逐渐减小，且最终保持一定的差值不能重合。

由图4 (a)可得，当测试电压为50V时，电压的极性反转对极化与去极化电流影响较小，但仍可分辨出接线方式二下的极化与去极化电流均小于接线方式一中结果。随着测试电压的增大，由图4 (b)可看出两种接线方式下极化与去极化电流的差值在明显增大，并且接线方式二的极化电流在0~1000s内均小于接线方式一中结果。而图4 (b)中的两种接线方式的去极化电流随着测试时间增加逐渐趋于相同，最终达到一个稳定值。当测试电压升高到700V时，由图4 (d)可看出，接线方式二下的极化与去极化电流远小于接线方式一中结果。并且接线方式二的极化电流在0~1000s内均小于接线方式一中结果，但两者之间的差值在逐渐减小，且最终保持一定的差值不能重合。而图4 (d)中两种接线方式的去极化电流随着测试时间增加逐渐趋于相同，最终达到一个稳定值。随着测试电压的进一步增加至1000V，在图4 (f)中，电压的极性反转对极化与去极化电流影响开始变小，去极化电流之间的差值仍存在，并且呈现逐渐减小并趋于一致的趋势。

为了更明确的说明测试温度对该受潮定位方法的影响，在测试温度为50℃、60℃进行了受潮定位实验，图5显示了不同温度下不同接线方式的1#油纸套管模型极化电流/去极化电流-时间曲线。根据图5显示的极化电流/去极化电流-时间曲线变化规律，温度的增加使得参与电场下运动的离子数量增多，在电极附近区域只需要相对较低的激励电压便可达到较为稳定的浓度梯度。温度的增加使得油的粘度降低，正负两种离子的迁移率差值减小，因而相对于较低温度时，去极化电流的差值减小。在激励电压幅值较大时，同样的极化时间内电极附近区域积聚的离子浓度更大。在去极化过程中，离子在热运动及内建电场的作用下由浓度高的区域向浓度低扩散。由于温度的增加，扩散速度增加。去极化电流差值首次达到一致后，由于离子浓度差较大且离子运动相对于内建电场变化具有迟滞效应，因而又经历一次反向过冲后逐渐达到平衡状态。

为进一步说明不同接线方式的极化电流/去极化电流差值-时间曲线的变化规律，对1#模型，在测试温度为50℃下，分别按接线方式一和接线方式二进行了不同电压的PDC测试，绘制了接线方式一与接线方式二的极化电流/去极化电流差值-时间曲线，图6显示了1#模型的相同测试温度时不同测试电压的两种接线方式极化电流/去极化电流差值-时间曲线。对于不同受潮模型的极化电流/去极化电流差值-时间曲线具有明显的不同，对于导电杆受潮的1#模型来说，接线方式一与接线方式二的极化电流/去极化电流差值-时间曲线在第一象限随着测试时间的增减呈现逐渐减小的趋势并且极化电流/去极化电流差值趋于0；而对于末屏受潮的2#模型来说，接线方式一与接线方式二的极化电流/去极化电流差值-时间曲线在第四象限随着测试时间的增减呈现逐渐增大的趋势并且极化电流/去极化电流差值趋于0；对于对称受潮的3#模型和受潮均匀的4#模型来说，在测试的时间范围内，接线方式一与接线方式二的极化电流/去极化电流差值趋于0。反过来，根据油纸套管的两种接线方式的极化电流/去极化电流差值-时间曲线的形状，就可以判定油纸套管的受潮位置，如果接线方式一与接线方式二的极化电流/去极化电流差值-时间曲线在第一象限随着测试时间的增减呈现逐渐减小的趋势并且极化电流/去极化电流差值趋于0，可判定油纸套管的受潮位置靠近导杆；如果接线方式一与接线方式二的极化电流/去极化电流差值-时间曲线在第四象限随着测试时间的增减呈现逐渐增大的趋势并且极化电流/去极化电流差值趋于0，可判定油纸套管的受潮位置靠近末屏；如果在测试的时间范围内接线方式一与接线方式二的极化电流/去极化电流差值趋于0，可判定油纸套管均匀受潮或对称受潮。随着测试压力的增加，极化电流/去极化电流差值-时间曲线的初始极化电流/去极化电流差值随着测试电压的增加呈现先增加后减小的趋势，且在700V时达到最大值。

图7显示了基于极性反转时域介电响应的油纸套管受潮定位方法的基本操作流程。一种基于极性反转时域介电响应的油纸套管受潮定位方法，其包括下述步骤：

1）对油纸套管进行基于极性反转时域介电响应的PDC测试，具体测试方式为采用两种接线方式的对比测试，其中，接线方式一为测试仪的高压端接油纸套管的末屏引线、测量端接油纸套管的导电杆，接线方式二为测试仪的高压端接套管模型的导电杆，测量端接套管模型的末屏引线；

2）根据步骤1）所得的PDC测试结果，绘制所述接线方式一与所述接线方式二的极化电流/去极化电流-时间曲线，或者绘制所述接线方式一与所述接线方式二的极化电流/去极化电流差值-时间曲线；

3）根据步骤2）所得的所述接线方式一与所述接线方式二的极化电流/去极化电流-时间曲线的差异或根据步骤2）所得的所述接线方式一与所述接线方式二的极化电流/去极化电流差值-时间曲线的形状，判定油纸套管受潮定位。

根据步骤2）所得的所述接线方式一与所述接线方式二的极化电流/去极化电流-时间曲线的差异判定油纸套管受潮定位的具体操作方式为：如果接线方式一的极化电流/去极化电流-时间曲线幅值大于接线方式二的极化电流/去极化电流-时间曲线幅值，判定为靠近导电杆处受潮；如果接线方式二的极化电流/去极化电流-时间曲线幅值大于接线方式一的极化电流/去极化电流-时间曲线幅值，判定为靠近末屏处受潮；如果接线方式一的极化电流/去极化电流-时间曲线与接线方式二的极化电流/去极化电流-时间曲线基本重合，判定为油纸套管受潮均匀或对称受潮。

根据步骤2）所得的所述接线方式一与所述接线方式二的极化电流/去极化电流差值-时间曲线的形状判定油纸套管受潮定位的具体操作方式为：如果所述极化电流/去极化电流差值-时间曲线的极化电流/去极化电流差值随时间的增加逐渐减小且为正值，判定为靠近导电杆处受潮；如果所述极化电流/去极化电流差值-时间曲线的极化电流/去极化电流差值随时间的增加逐渐减小且为负值，判定为靠近末屏处受潮；如果所述极化电流/去极化电流差值-时间曲线的极化电流/去极化电流差值基本为0，判定为油纸套管受潮均匀或对称受潮。

进一步的，为了提高油纸套管受潮定位精准度，在进行油纸套管PDC测试之前进行油纸套管受潮均匀性的判定，图8显示了增加油纸套管不均匀性性评估步骤的具体操作流程，步骤0），评估所述油纸套管受潮不均匀性，根据所述油纸套管的tanδ-f测试曲线特性、所述油纸套管的复电容C^*-f曲线特性或去极化电流差值松弛时间常数-测试电压曲线特性确定所述油纸套管受潮是否为不均匀的。

图9显示了根据所述油纸套管的tanδ-f测试曲线特性评估油纸套管受潮不均匀性的具体操作流程，具体步骤包括：011）建立所述油纸套管不同受潮程度的tanδ-f标准曲线；012）对所述油纸套管进行PDC测试；013）对油纸套管受潮不均匀性进行判定，针对步骤012）所述PDC测试结果，绘制tanδ-f测试曲线，并与步骤011）中所述的tanδ-f标准曲线比较，如果所述tanδ-f测试曲线与所述tanδ-f标准曲线在中低频段有交点，则判定油纸套管受潮不均匀，否则，油纸套管受潮均匀。

图10显示了根据所述油纸套管的复电容C^*-f曲线特性评估油纸套管受潮不均匀性的具体操作流程，具体步骤包括：021）建立所述油纸套管不同受潮程度的复电容C^*-f标准曲线；022）对所述油纸套管进行PDC测试；023）对油纸套管受潮不均匀性进行判定，针对步骤022）所述PDC测试结果，绘制复电容C^*-f测试曲线，并与步骤021）中所述的复电容C^*-f标准曲线比较，如果所述复电容实部C′-f测试曲线与所述复电容实部C′-f标准曲线在低频段上翘且所述复电容虚部C″-f测试曲线与所述复电容虚部C″-f标准曲线在低频段有交点，则判定油纸套管受潮不均匀，否则，油纸套管受潮均匀。

图11显示了根据所述油纸套管的去极化电流差值松弛时间常数-测试电压曲线特性评估油纸套管受潮不均匀性的具体操作流程，具体步骤包括：031）在不同测试电压下，测试所述油纸套管的所述接线方式一与所述接线方式二的所述去极化电流差值，借助Debye模型提取出不同测试电压下的松弛时间常数；032）绘制步骤031）所述去极化电流差值松弛时间常数与电压的曲线；033）根据步骤032）所述去极化电流差值松弛时间常数-电压曲线的形状判定油纸套管受潮不均匀性，如果所述去极化电流差值松弛时间常数-电压曲线在高测试电压段出现峰值，判定油纸套管受潮不均匀，否则油纸套管受潮均匀或对称受潮。

所述松弛时间常数的表达式如下：

其中，k_b——玻尔兹曼常数，1.380649×10^-23；T——绝对温度/K；ε_r——液体相对介电常数；n_±——正负离子的浓度；μ_±——正负离子的迁移率。

离子积聚导致的宏观空间电荷极化的介电常数可演变为Debye松弛方程，意味着宏观空间电荷极化符合Debye单一极化模型。从而为径向受潮不均匀的去极化电流分析提供了具有明确物理意义的依据。然而，由于去极化电流中包含多种去极化分量，从去极化电流中直接提取宏观空间电荷去极化电流分量依然十分困难。通过改变电压的施加方式，可以直接建立起与宏观空间电荷极化的直接关系。同时去极化电流差值与测试温度、激励电压及径向含水量分布具有高度的关联性，且去极化的电流的差值与偶极子极化、界面极化等关联度较低。两种接线方式下去极化电流差值的本质原因为正负离子迁移率差异，其表现方式为两种接线方式下不同极化程度的空间电荷极化的去极化过程。

根据实验现象得，上述的电流差值可定义为两种不同强度的宏观空间电荷极化之差。Debye模型在描述单一介质或单一极化过程具有较高的准确度。因此，去极化电流差值松弛过程的特征时间常数可间接用于反映浓差极化的松弛过程。借助Debye模型针对仅与宏观空间电荷极化相关的去极化电流差值建模，提炼出反映不同电压时的松弛极化特征时间常数，从而间接反映宏观空间电荷极化及初始含水量分布。

图12显示了不同平均含水量的油纸套管的tanδ-f曲线，比较了受潮不均匀的油纸套管的tanδ-f曲线与受潮均匀的油纸套管的tanδ-f曲线变化趋势，能够清晰的看出受潮不均匀的油纸套管的tanδ-f曲线变化趋势明显不同于受潮均匀的油纸套管的tanδ-f曲线变化趋势，根据tanδ-f曲线变化趋势的不同，可以判定油纸套管受潮的不均匀性。

图12（a）显示了平均含水量2%的tanδ-f曲线。不均匀系数越大的样品组合其tanδ-f曲线围绕均匀组合波动越大。相对于受潮均匀的样品，不均匀样品的tanδ-f曲线的中高频段的介质损耗增大，低频段有所减小。相对于受潮均匀的样品，两种受潮不均匀的组合均存在明显的介质损耗峰，其中1.10%+2.84%的样品组合的损耗峰在0.01Hz到0.1Hz之间，且高频段曲线趋势与2.84%的曲线相似。0.41+3.91%的样品组合的损耗峰在0.01Hz到0.1Hz之间，相比于2.84%的曲线有明显凸起。0.41+3.91%的样品组合相比1.10%+2.84%的样品组合不均匀系数更大，且tanδ-f曲线出现损耗峰的起始频率也较大。0.41+3.91%的样品组合的界面极化时间常数减小。两种受潮不均匀的组合与受潮均匀样品之间存在一个共同的曲线交点，交点对应的频率近似为0.0046Hz。

图12（b）显示了平均含水量3%的tanδ-f曲线。不均匀系数越大的样品组合其tanδ-f曲线围绕均匀组合波动越大，其中0.41+6.11%的样品组合曲线波动程度最大。0.41+6.11%的样品的tanδ-f曲线高频部分逐渐逼近于6.11%的受潮均匀样品的tanδ-f曲线，而低频部分逐渐逼近于0.41%的受潮均匀样品的tanδ-f曲线。对于1.10%+5.08%的样品组合与dry+6.11%的样品组合，两者的tanδ-f曲线趋势相似。而对于2.03%+3.91%的样品组合与dry+6.11%的样品组合两者曲线近似程度较低。三组曲线的相似程度表明，不均匀系数较为接近的组合其tanδ-f曲线趋势也较为相似。各曲线随着不均匀系数的增加，各曲线损耗峰的起始频率也在逐渐增加，对应着界面极化时间常数在减小。三种受潮不均匀的组合与受潮均匀样品之间存在一个共同的曲线交点，交点对应的频率近似为0.15Hz。

图12（c）显示了平均含水量4%的tanδ-f曲线。与图12（a）、图12（b）中曲线规律类似，随着不均匀系数的增加曲线的损耗峰峰值频率呈增加趋势，且两组受潮不均匀曲线与受潮均匀曲线存在明显的交点，交点频率1Hz。

图13显示了不同平均含水量的油纸套管的C*-f曲线，比较了受潮不均匀的油纸套管的C*-f曲线与受潮均匀的油纸套管的C*-f曲线变化趋势，能够清晰的看出受潮不均匀的油纸套管的C*-f曲线变化趋势明显不同于受潮均匀的油纸套管的C*-f曲线变化趋势，结合复电容实部C′和复电容虚部C″随着频率的变化趋势，可以判定油纸套管受潮的不均匀性。

图13（a）显示了平均含水量2%的C*-f曲线。0.41+3.91%的样品组合复电容实部C′比1.10%+2.84%的样品组合较大，2%+2%与1.10%+2.84%的样品组合复电容实部C′在高频段接近重合，低频段后者略有增加。0.41+3.91%的样品组合的界面极化对应的附加电容更大。图13(a)中复电容虚部C″变化较大，但与tanδ-f曲线变化基本相似。

图13（b）显示了平均含水量3%的C*-f曲线。样品组合不均匀系数越大则复电容实部C′-f曲线低频段上升越明显，对应着界面极化附加电容越大。其中0.41+6.11%的样品不均匀系数最大，其C′-f曲线低频段上升最为显著。1.10%+5.08%、2.03%+3.91%及0.41+6.11%三者复电容实部C′-f曲线在低频部分构成一个“纺锤形”形闭环曲线，纺锤形曲线的最大直径处对应的频率与图12 (c)曲线的交点频率一致。

图13（c）显示了平均含水量4%的C*-f曲线。与图13（a）、图13（b）中曲线规律类似，两组受潮不均匀的复电容虚部C″曲线与受潮均匀的复电容虚部C″曲线存在明显的交点。

图14显示了不同受潮模型的油纸套管的去极化电流差值松弛时间常数与测试电压的曲线，通过曲线的形状可以判定油纸套管的受潮均匀性。5#套管模型内2层为不干燥纸层，含水量约为5%，外层为完全干燥绝缘纸，含水量约为0.5%。径向受潮不均匀度的增加，使得去极化电流差值的松弛时间常数整体减小，意味着浓度差较大的组合在热运动作用下更快地趋于稳态分布。由于测试温度相同，相对的受潮不均匀度增加，电极附近积聚的离子浓度更大，在去极化过程中，离子浓度差导致的内建电场也就越大，离子分布更容易达到稳态平衡。这与上述松弛时间常数关系式中所述规律一致。

结合以上实验结果和油纸套管受潮定位方法，能够对现场的油纸套管的径向受潮位置进行准确、快速的判定，为油纸套管设备现场检修、维护及诊断提供具有指导性的建议。

以上所述，仅为本申请的实施例而已，本申请的保护范围并不受这些具体实施例的限制，而是由本申请的权利要求书来确定。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的技术思想和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种基于极性反转时域介电响应的油纸套管受潮定位方法，其特征在于，其包括下述步骤：

1)对油纸套管进行基于极性反转时域介电响应的PDC测试，具体测试方式为采用两种接线方式的对比测试，其中，接线方式一为测试仪的高压端接油纸套管的末屏引线、测量端接油纸套管的导电杆，接线方式二为测试仪的高压端接油纸套管的导电杆，测量端接油纸套管的末屏引线；

2)根据步骤1)所得的PDC测试结果，绘制所述接线方式一与所述接线方式二的极化电流/去极化电流-时间曲线，或者绘制所述接线方式一与所述接线方式二的极化电流/去极化电流差值-时间曲线；

3)根据步骤2)所得的所述接线方式一与所述接线方式二的极化电流/去极化电流-时间曲线的差异或根据步骤2)所得的所述接线方式一与所述接线方式二的极化电流/去极化电流差值-时间曲线的形状，判定油纸套管受潮定位。

2.根据权利要求1所述的一种基于极性反转时域介电响应的油纸套管受潮定位方法，其特征在于，

根据步骤2)所得的所述接线方式一与所述接线方式二的极化电流/去极化电流-时间曲线的差异判定油纸套管受潮定位的具体操作方式为：如果接线方式一的极化电流/去极化电流-时间曲线幅值大于接线方式二的极化电流/去极化电流-时间曲线幅值，判定为靠近导电杆处受潮；如果接线方式二的极化电流/去极化电流-时间曲线幅值大于接线方式一的极化电流/去极化电流-时间曲线幅值，判定为靠近末屏处受潮；如果接线方式一的极化电流/去极化电流-时间曲线与接线方式二的极化电流/去极化电流-时间曲线基本重合，判定为油纸套管受潮均匀或对称受潮。

3.根据权利要求1所述的一种基于极性反转时域介电响应的油纸套管受潮定位方法，其特征在于，

根据步骤2)所得的所述接线方式一与所述接线方式二的极化电流/去极化电流差值-时间曲线的形状判定油纸套管受潮定位的具体操作方式为：如果所述极化电流/去极化电流差值-时间曲线的极化电流/去极化电流差值随时间的增加逐渐减小且为正值，判定为靠近导电杆处受潮；如果所述极化电流/去极化电流差值-时间曲线的极化电流/去极化电流差值随时间的增加逐渐减小且为负值，判定为靠近末屏处受潮；如果所述极化电流/去极化电流差值-时间曲线的极化电流/去极化电流差值基本为0，判定为油纸套管受潮均匀或对称受潮。

4.根据权利要求1所述的一种基于极性反转时域介电响应的油纸套管受潮定位方法，其特征在于，

步骤1)所述PDC测试的电场强度为7V/mm以上。

5.根据权利要求4所述的一种基于极性反转时域介电响应的油纸套管受潮定位方法，其特征在于，

步骤1)所述PDC测试的电场强度为15V/mm、30V/mm、45V/mm、60V/mm、75V/mm、90V/mm、105V/mm、130V/mm、145V/mm或160V/mm。

6.根据权利要求1所述的一种基于极性反转时域介电响应的油纸套管受潮定位方法，其特征在于，

步骤1)所述PDC测试的测试温度为30℃以上。

7.根据权利要求6所述的一种基于极性反转时域介电响应的油纸套管受潮定位方法，其特征在于，

步骤1)所述PDC测试的测试温度为40℃、50℃或60℃。

8.根据权利要求1所述的一种基于极性反转时域介电响应的油纸套管受潮定位方法，其特征在于，在所述步骤1)之前还包括：

步骤0)评估所述油纸套管受潮不均匀性，根据所述油纸套管的tanδ-f测试曲线特性、所述油纸套管的复电容C^*-f曲线特性或去极化电流差值松弛时间常数-测试电压曲线特性确定所述油纸套管受潮是否为不均匀的。

9.根据权利要求8所述的一种基于极性反转时域介电响应的油纸套管受潮定位方法，其特征在于，

根据所述油纸套管的tanδ-f测试曲线特性评估油纸套管受潮不均匀性的具体步骤为：

011)建立所述油纸套管不同受潮程度的tanδ-f标准曲线；

012)对所述油纸套管进行PDC测试；

013)对油纸套管受潮不均匀性进行判定，针对步骤012)所述PDC测试结果，绘制tanδ-f测试曲线，并与步骤011)中所述的tanδ-f标准曲线比较，如果所述tanδ-f测试曲线与所述tanδ-f标准曲线在中低频段有交点，则判定油纸套管受潮不均匀，否则，油纸套管受潮均匀。

10.根据权利要求8所述的一种基于极性反转时域介电响应的油纸套管受潮定位方法，其特征在于，

根据所述油纸套管的复电容C^*-f曲线特性评估油纸套管受潮不均匀性的具体步骤为：

021)建立所述油纸套管不同受潮程度的复电容C^*-f标准曲线；

022)对所述油纸套管进行PDC测试；

023)对油纸套管受潮不均匀性进行判定，针对步骤022)所述PDC测试结果，绘制复电容C^*-f测试曲线，并与步骤021)中所述的复电容C^*-f标准曲线比较，如果所述复电容实部C′-f测试曲线与所述复电容实部C′-f标准曲线在低频段上翘且所述复电容虚部C″-f测试曲线与所述复电容虚部C″-f标准曲线在低频段有交点，则判定油纸套管受潮不均匀，否则，油纸套管受潮均匀。

11.根据权利要求8所述的一种基于极性反转时域介电响应的油纸套管受潮定位方法，其特征在于，

根据所述油纸套管的去极化电流差值松弛时间常数-测试电压曲线特性评估油纸套管受潮不均匀性的具体步骤为：

031)在不同测试电压下，测试所述油纸套管的所述接线方式一与所述接线方式二的所述去极化电流差值，借助Debye模型提取出不同测试电压下的松弛时间常数；

032)绘制步骤031)所述去极化电流差值松弛时间常数与电压的曲线；

033)根据步骤032)所述去极化电流差值松弛时间常数-电压曲线的形状判定油纸套管受潮不均匀性，如果所述去极化电流差值松弛时间常数-电压曲线在高测试电压段出现峰值，判定油纸套管受潮不均匀，否则油纸套管受潮均匀或对称受潮。

12.根据权利要求8所述的一种基于极性反转时域介电响应的油纸套管受潮定位方法，其特征在于，

所述去极化电流差值松弛时间常数的表达式如下：

其中，k_b——玻尔兹曼常数，1.380649×10^-23；T——绝对温度/K；ε_r——液体相对介电常数；n_±——正负离子的浓度；μ_±——正负离子的迁移率；d——油纸套管的径向厚度。

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