受潮對硅油浸漬絕緣紙的頻域介電性能影響

周利軍 黎枝鑫 廖 維 張 俊 王東陽

受潮對硅油浸漬絕緣紙的頻域介電性能影響

周利軍 黎枝鑫 廖 維 張 俊 王東陽

（西南交通大學電氣工程學院 成都 610031）

硅油作為礦物油潛在的替代品，已經廣泛運用在變壓器等油浸式電力設備當中。為了研究受潮對硅油浸漬絕緣紙頻域介電性能的影響，該文首先通過理論推導提出了一種介電響應測試中電導損耗和極化損耗的分離方法；然后制備了不同水分含量的硅油浸漬絕緣紙樣品，對實驗結果中的電導損耗和極化損耗進行了分離，并討論了水分含量對介電響應過程的影響規律；最后通過對數據進行HN（Havriliak-Negami）模型參數辨識，提取了介電特征量與水分含量之間的映射關系。研究結果表明：不同水分含量硅油浸漬絕緣紙極化損耗曲線均存在損耗峰，隨水分含量增加，損耗峰的頻段逐漸變寬，且向高頻方向移動；所提電導損耗和極化損耗分離方法能夠顯著提高HN模型數據重構精度；介電馳豫強度De、積分特征量1、2和水分含量之間滿足的函數關系可以為硅油浸漬絕緣紙水分含量評估提供參考。

硅油浸漬絕緣紙 水分 頻域介電譜 復介電常數虛部分離 Havriliak-Negami模型

0 引言

高電壓、大容量的油浸式變壓器作為電能變換的核心部件，其油紙絕緣性能的優劣直接決定了變壓器的可靠運行。目前，廣泛用于變壓器中的絕緣油主要為礦物油，它存在閃點低、生物降解率差、對環境有很大污染等弊端，而硅油閃點、燃點高，且能夠自然降解，有望替代礦物油充當設備絕緣介質[1]，目前已在牽引變壓器[2]、高壓電纜終端中得到大量應用[3-4]。絕緣受潮是影響變壓器絕緣性能的一個重要因素，水分作為油紙絕緣系統的“頭號威脅”，不僅會降低絕緣強度，還會加速絕緣系統劣 化[5-6]，因此研究水分對硅油浸漬絕緣紙介電性能的影響具有非常重要的意義。

硅油的分子結構是聚二甲基硅氧烷[7]，它的分子主鏈由硅氧原子組成，與硅相連的側基為甲基。文獻[8]研究發現，和礦物油相比，硅油表現出良好的電氣特性和熱穩定性，在25℃、50℃、75℃、90℃、100℃時介質損耗角更小，并且受溫度變化的影響更小。日本日立公司研究人員發現，硅油具有更好的阻燃性、耐熱性、電氣性能以及更好的化學惰性和可回收性[7]。并且發現硅油紙的擊穿電壓要高于礦物油紙[9]。因為絕緣紙是由多條纖維素鏈通過復雜的纏繞、交織而構成的多孔電介質材料[10]，絕緣油性能很大程度影響油浸漬絕緣紙性能。由于硅油同礦物油在分子結構、擊穿電壓、介電性能、熱穩定性等方面存在顯著差異，因此礦物油紙的現有水分含量研究成果可為硅油紙研究提供參考，但不能直接應用于硅油浸漬絕緣紙的水分含量評估。

基于介電響應理論的頻域介電譜法（Frequency Domain Spectroscopy, FDS）因為其施加電壓低、測試無損性、攜帶信息豐富等特點被廣泛應用于變壓器油紙絕緣受潮狀態評估[11-12]。許多研究學者嘗試使用介電響應模型如擴展Debye模型、Havriliak- Negami模型、Davidson-Cole模型、Cole-Cole模型解析頻域介電響應測試數據[13-18]，并進一步提取對水分敏感的特征參量。模型參數的求解是研究模型特征參量的前提，為了提高實驗數據的參數識別精度，目前主流解決方式有：①使用尋優能力強的優化算法進行模型參數辨識；②改進現有模型使其更適應實測數據。例如，重慶大學學者提出了一種融合遺傳算法與Levenberg-Marquardt算法的方法進行擴展Debye模型參數辨識，有效地解決了擴展Debye模型對測試數據重構匹配度差的問題[15]，引入了修正Cole-Cole模型提取油紙絕緣頻域特征參量，并研究了水分含量與特征參量的變化規律[16]。西安交通大學學者將修正HN模型引入納米改性變壓器油研究中，發現擬合曲線和實測結果具有良好的一致性[17]。三峽大學學者引入了考慮直流電導率和跳躍電導率的改進Davidson-Cole模型并選用混合蛙跳算法進行參數辨識[18]。

研究發現，介電響應測試過程中損耗部分主要包括電導損耗與極化損耗，而經典介電弛豫模型中未考慮電導損耗，因此為了進一步提升實驗數據的參數識別精度，更好地研究受潮對硅油浸漬絕緣紙的頻域介電性能影響，本文首先通過理論推導提出了一種介電響應測試中電導損耗和極化損耗的分離方法，然后制備了不同水分含量的硅油浸漬絕緣紙樣品，分析測試結果并對實驗結果中的電導損耗和極化損耗進行了分離，討論了水分含量對電導損耗和極化損耗的影響規律，最后通過對數據進行HN模型參數辨識，提取了介電特征量與水分含量之間的映射關系，為硅油浸漬絕緣紙水分含量的評估提供參考。

1 電導損耗與極化損耗分離方法

1.1 理論分析與推導

當對電介質兩端施加一個頻率為的交流電壓時，電介質內部會發生電導和極化兩個響應過程。電介質內部的損耗主要由三個響應過程決定[19]： ①介質中載流子的傳播；②偶極子的微觀轉動；③材料微觀界面以及電極界面的電荷積累。載流子的傳播構成了介質內的電導過程，偶極子極化和界面電荷的累積構成了介質內的極化過程，電介質的三個主要響應過程如圖1所示。

圖1 材料的介電響應過程

復介電常數虛部用來表示上述介電響應過程中的介質損耗，表征電介質的極化和電導損耗之 和[17, 20]，有

電導過程和極化過程的表達式[21-23]分別為

將式（3）表示的復介電常數極化過程的實部和虛部分離后，可以得到頻域介電響應領域廣泛運用的HN模型，有

其中

式（4）、式（5）所示的HN模型考慮的主要是介質內部的極化過程[23]，電導過程對介電常數虛部的貢獻并未考慮在內，而實測的復介電常數虛部包含了電導過程損耗，這使得式（4）、式（5）應用于實測數據往往出現較大的誤差。當不考慮電導損耗時，復介電常數的實部和虛部分別表征極化強度和極化損耗的大小，兩個參量屬于描述同一個物理過程的兩種不同表現形式，二者具有定量的關系式，即Kramers-Kroning色散公式[17, 20]。

由式（1）、式（2）可知，介質中電導過程僅影響復介電常數虛部，因此式（4）可用于表征介質的極化過程。由于介質中電導過程會對復介電常數虛部產生影響，需將電導和極化兩個介電響應過程分離，根據式（4）、式（5）可得到僅包含反映極化過程的復介電常數虛部和實部的關系，有

進一步可以得到復介電常數虛部電導損耗計算表達式為

1.2 電導和極化損耗分離方法

基于上述理論推導與分析，本文提出一種電導和極化損耗分離方法，步驟如下：

（1）針對測試得到的復介電常數實部結果，基于式（4），利用灰狼優化算法（Grey Wolf Optimizer, GWO）對實測數據進行參數辨識，實現過程詳見第1.3節，得到式（4）中相關參數。

該步驟灰狼優化算法中用到的目標函數1表達式為

（2）將第（1）步中辨識得到的參數代入式（7），計算得到極化損耗數據，計算式為

1.3 基于灰狼優化算法的HN模型參數辨識

GWO算法是由學者Seyedali Mirjalili在2014年所提出的一種群智能優化算法，該算法受到自然界中灰狼捕食獵物的活動啟發，由于其較強的收斂能力、參數少、易于實現等特點得到廣泛應用[24-26]。GWO中的每一匹狼代表優化問題的每一個可能解，每一匹狼有兩個屬性，分別為個體的位置和適應度。狼群嚴格遵守著一個社會支配關系，狼群由a、b、c、d四種狼構成，其中a、b、c分別為狼群中適應度值排第一、第二、第三的三匹狼，負責指揮狼群的捕食過程，剩余灰狼的種類為d。每一次迭代過程更新狼群位置和適應度，直到滿足迭代次數或者滿足停止條件，算法停止，輸出參數最優解，算法的實現流程如圖2所示。

圖2 灰狼優化算法流程

2 實驗材料處理及實驗

油紙絕緣頻域介電譜實驗采用OMICRON公司的DIRANA介電響應分析儀，測試頻段為1mHz～1kHz，測試電壓為200V，為了避免溫度和環境中水分對測試結果的影響，將測試用三電極裝置放于25℃干燥箱中完成測量，實驗測試示意圖如圖4所示。

圖3 實驗材料處理流程

圖4 硅油紙樣品頻域介電譜測試示意圖

3 實驗結果及處理分析

3.1 不同水分含量硅油紙樣品頻域介電譜曲線

不同水分含量下硅油浸漬絕緣紙試樣的頻域介電譜測試曲線如圖5所示。從圖中可以看出，在整個測試頻段內，復介電常數實部和虛部均隨著頻率的升高而逐漸下降，這是因為隨著頻率的升高，電介質極化過程中極化時間長的非瞬時極化強度逐漸下降，并且電導損耗隨著頻率上升也會減小，因而表征電介質極化強度的介電常數實部以及表征電介質極化損耗的介電常數虛部都逐漸減小。

圖5 不同水分含量下硅油浸漬絕緣紙試樣的頻域介電譜測試曲線

由式（2）可知，電導損耗和頻率在雙對數坐標下是呈斜率為-1的線性函數關系的，從圖5b可以看出，水分含量為0.52%、1.05%、1.96%、3.06%的樣品曲線在10Hz之前都近似具有上述函數特性特點，說明在該區域這4個水分含量樣品電導損耗對介電常數虛部主曲線是起主導作用的。4.03%、5.51%含水量的樣品介電常數虛部曲線在0.1～10Hz附近隨著頻率的上升下降速度變慢，說明在此處存在著明顯的極化損耗，并且極化損耗已經占據主導地位，在0.1～10Hz頻段，這兩個樣品電導損耗對介電常數虛部主曲線的影響已經弱于極化損耗，若要定量描述圖中曲線下降變緩速率，可以計算上述區域的曲線斜率，通過斜率變化規律描述。

3.2 不同水分硅油紙樣品電導和極化損耗分析

由于電導損耗在高頻段數值較小，而占極化損耗大部分的非瞬時極化損耗因為跟不上電場的變化，在高頻段取值也較小，復介電常數虛部實測值在高頻段已經下降到較低值，本文所提方法的計算誤差在虛部高頻段的比重逐漸增加，計算誤差對于電導和極化損耗分析的影響不可避免，因此本文所提介電常數虛部電導損耗和極化損耗分離方法主要考慮低頻段。由3.1節分析可知，6組不同水分含量的虛部測試數據中，4.03%和5.51%水分含量的硅油紙樣品在0.1～10Hz頻率段內，極化損耗已經開始占據主導地位。對復介電常數虛部數據進行極化損耗和電導損耗分離，得到了虛部的極化損耗和電導損耗曲線如圖6所示。而由圖6a可知，極化損耗曲線隨著水分含量增加逐漸向高頻方向移動，說明水分含量越大的樣品，其極化損耗下降到較低水平時的頻率越大，為了既能最大程度地反映頻域介電響應數據中的極化部分所包含的信息，又能減小高頻段計算誤差對分析的影響，選取水分含量為5.51%的樣品復介電常數虛部實測曲線下降變緩結束的頻率點作為分析的上限頻率，因此本文研究頻率范圍定為0.001～10Hz。

圖6 復介電常數虛部極化損耗和電導損耗曲線

由圖6a可知，極化損耗曲線隨著水分含量增加逐漸向高頻方向移動，所有樣品極化損耗在低頻段均出現了損耗峰，隨著水分含量的增大，損耗峰的頻段逐漸變寬。由圖6分析圖5b水分含量為4.03%和5.51%的硅油紙絕緣試樣虛部實測曲線下降變緩的現象，這是因為實測值中低頻部分電導損耗占據主導地位，而由圖6a可以看出，由于水分是強極性物質，水分含量越多的試樣由于有更多強極性物質參與到極化過程中，因此中低頻的極化損耗會逐漸增加，這使得極化損耗在中低頻部分的比重增加。隨水分含量增加，極化損耗曲線對主曲線的影響逐漸凸顯出來，因此圖5b出現了明顯的下降變緩現象。

由圖6b可知，介電常數虛部的電導損耗曲線隨頻率升高逐漸下降，這和式（2）所描述的電導損耗過程一致。隨著水分含量的增加，電導損耗曲線逐漸向高頻方向移動。

3.3 HN模型的參數辨識效果比對

針對測試得到的復介電常數實部與虛部數據，基于HN模型（見式（4）及式（5）），利用灰狼優化算法進行擬合，圖7所示為擬合結果。擬合過程中優化目標函數設置為2，有

圖7 實測數據的原曲線和重構曲線

Fig.7 The original curves and the reconstructed curves of the measured data

此外，針對復介電常數實部以及分離得到的虛部的極化損耗部分，基于HN模型（見式（4）及式（5）），利用灰狼優化算法進行擬合，圖8所示為擬合結果。擬合過程中優化目標函數設置為3，有

式中，為虛部極化損耗第i個頻率點的計算值。

目標函數2、3與1的具體函數形式不同，是因為1是進行實測復介電常數實部數據的參數辨識時用到，而2、3是同時對實部和虛部數據進行參數辨識時用到。

圖7、圖8所示擬合曲線的相對殘差二次方和見表1，由表1可以看出，圖7擬合曲線相對殘差二次方和要遠遠小于圖8擬合曲線，由此可知，去除電導損耗后重構數據精度要明顯優于實測數據。隨著水分含量增大，數據重構精度越來越差，這是因為水分含量越高，介質中的電導損耗也就越大，電導損耗對介電常數虛部曲線的影響也越大，因此對只表征極化損耗的HN模型參數辨識過程的影響也越顯著。由以上分析可知，本文所提的電導和極化損耗分離方法能夠顯著提高HN模型的參數辨識精度。

表1 擬合曲線相對殘差二次方和

Tab.1 Sum of squares of relative residuals of fitting data

在低頻段，復介電常數虛部主要由電導損耗主導[27]，因此本文所提數據分離方法有助于解決實測曲線中低頻部分中因電導損耗所主導而不能很好反映出極化損耗的問題。

3.4 水分含量對特征量影響研究

HN模型對虛部極化損耗數據和實部實測數據的參數辨識結果見表2。

表2 HN模型參數

Tab.2 The parameters of HN model

基于辨識得到的HN模型參數，分析了介電弛豫強度De和水分含量之間的關系，擬合關系如如圖9所示，關系式為

由3.2節分析和圖6可知，硅油浸漬絕緣紙極化損耗曲線、電導損耗曲線和水分含量之間具有強相關關系，隨著水分含量增加，曲線向高頻方向移動，因此對圖6a、圖6b曲線取積分值得到積分特征量S1、S2，水分含量和積分特征量S1、S2之間的擬合關系如圖10、圖11所示，關系式如式（15）、式（16）所示。介電馳豫強度De、積分特征量S1、S2和水分含量之間分別滿足式（14）～式（16）所示函數關系，該關系可為硅油浸漬絕緣紙水分含量評估提供參考。

圖10 水分含量和積分特征量S1的函數關系

圖11 水分含量和積分特征量S2的函數關系

4 結論

為了深入研究水分對硅油浸漬絕緣紙頻域介電性能的影響，本文提出了一種頻域介電譜測試數據極化損耗和電導損耗的分離方法，提取了分離得到的極化損耗、電導損耗曲線積分值和辨識得到的介電弛豫強度作為特征量，并分析了特征量和水分含量的關系，得到如下結論：

1）所提分離復介電常數虛部電導損耗和極化損耗的方法能有效提高HN模型重構數據的精度。

2）分離得到的極化損耗和電導損耗曲線隨水分含量增加均向高頻方向移動，不同水分含量的極化損耗曲線均有損耗峰，并且隨著水分含量增加，損耗峰的頻段變寬。

3）提取的介電馳豫強度De積分特征量1、2和水分含量之間分別滿足式（14）～式（16）所示函數關系，此關系可為硅油浸漬絕緣紙水分含量評估提供參考。

[1] 鄧軍波, 曹立爽, 趙艾萱, 等. 老化及受潮下硅油紙和礦物油紙絕緣的頻域介電譜特性對比研究[J]. 中國電機工程學報, 2017, 37(21): 6418-6426.

Deng Junbo, Cao Lishuang, Zhao Aixuan, et al. Com- parative study on the frequency domain spectroscopy measurements of silicone oil-paper and mineral oil-paper insulation with different moisture and thermal aging condition[J]. Proceedings of the CSEE, 2017, 37(21): 6418-6426.

[2] 于會民, 張綺, 王會娟, 等. 電力機車牽引變壓器絕緣用油的性能對比研究[J]. 潤滑油, 2016, 31(4): 23-28.

Yu Huimin, Zhang Qi, Wang Huijuan, et al. Com- parative analysis of characteristics of insulating oils in traction transformers for electric locomotive[J]. Lubricating Oil, 2016, 31(4): 23-28.

[3] 夏俊峰, 徐曉峰, 仲偉霞, 等. XLPE高壓電纜終端用硅油性能綜合試驗分析[J]. 電線電纜, 2013(4): 1-3.

Xia Junfeng, Xu Xiaofeng, Zhong Weixia, et al. Comprehensive study in silicone oils used in XLPE HV power cable terminals[J]. Electric Wire & Cable, 2013(4): 1-3.

[4] 張若兵, 辛鴻帥, 郭國化. 氣體絕緣開關設備電纜終端絕緣硅油老化問題試驗研究[J]. 高電壓技術, 2015, 41(11): 3746-3752.

Zhang Ruobing, Xin Hongshuai, Guo Guohua. Experimental research on ageing of insulation silicone oil in cable terminal of gas insulated switchgear[J]. High Voltage Engineering, 2015, 41(11): 3746-3752.

[5] 楊峰, 唐超, 周渠, 等. 基于等效電路的油紙絕緣系統受潮狀態分析[J]. 電工技術學報, 2020, 35(21): 4586-4596.

Yang Feng, Tang Chao, Zhou Qu, et al. Analyzing the moisture state of oil-paper insulation system using an equivalent circuital model[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(21): 4586-4596.

[6] 李加才, 陳繼明, 朱明曉, 等. 油紙復合絕緣熱老化及水分影響機理的反應分子動力學模擬[J]. 電工技術學報, 2020, 35(9): 1999-2005.

Li Jiacai, Chen Jiming, Zhu Mingxiao, et al. A reactive molecular dynamics simulation of thermal aging process of oil-paper insulation and the influence mechanism of moisture[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(9): 1999-2005.

[7] Yamagishi A, Kojima H, Morooka H, et al. Funda- mental study of the development of a transformer with low-viscosity silicone liquid[J]. Electrical Engineering in Japan, 2008, 165(2): 21-28.

[8] Yasuda K, Arazoe S, Igarashi T, et al. Comparison of the insulation characteristics of environmentally- friendly oils[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2010, 17(3): 791-798.

[9] Wada J, Nakajima A, Miyahara H, et al. Surface breakdown characteristics of silicone oil for electric power apparatus[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2006, 13(4): 830-837.

[10] 李先浪. 基于電介質響應法的油紙絕緣微水擴散特性研究[D]. 成都: 西南交通大學, 2014.

[11] 鄧映鑫, 楊麗君, 燕飛東, 等. 受潮油紙絕緣的非線性介電響應特性及H-W模型在時-頻轉換中的應用[J]. 電工技術學報, 2020, 35(21): 4609-4619.

Deng Yingxin, Yang Lijun, Yan Feidong, et al. Nonlinear dielectric response characteristics of damp oil-impregnated pressboard insulation and application of H-W model in time-frequency conversion[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(21): 4609-4619.

[12] 范賢浩, 劉捷豐, 張鐿議, 等. 融合頻域介電譜及支持向量機的變壓器油浸紙絕緣老化狀態評估[J]. 電工技術學報, 2021, 36(10): 2161-2168.

Fan Xianhao, Liu Jiefeng, Zhang Yiyi, et al. Aging evaluation of transformer oil-immersed insulation combining frequency domain spectroscopy and support vector machine[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2021, 36(10): 2161-2168.

[13] 杜林, 冉鸝蔓, 蔚超, 等. 基于擴展德拜模型的油紙絕緣受潮頻域特征量研究[J]. 電工技術學報, 2018, 33(13): 3051-3058.

Du Lin, Ran Liman, Wei Chao, et al. Study on frequency domain characteristics of moisture in oil-paper insulation based on extended Debye model[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2018, 33(13): 3051-3058.

[14] 劉東明, 李學寶, 頊佳宇, 等. 高壓SiC器件封裝用有機硅彈性體高溫寬頻介電特性分析[J]. 電工技術學報, 2021, 36(12): 2548-2559.

Liu Dongming, Li Xuebao, Xu Jiayu, et al. Analysis of high temperature wide band dielectric properties of organic silicone elastomer for high voltage SiC device packaging[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2021, 36(12): 2548-2559.

[15] 杜林, 楊峰, 蔚超, 等. 基于頻域介電譜的油紙絕緣寬頻等效模型參數辨識研究[J]. 電工技術學報, 2018, 33(5): 1158-1166.

Du Lin, Yang Feng, Wei Chao, et al. Parameter identification of the wide-band model of oil- impregnated paper insulation using frequency domain spectroscopy[J]. Transactions of China Electro- technical Society, 2018, 33(5): 1158-1166.

[16] 楊麗君, 高思航, 高竣, 等. 油紙絕緣頻域介電譜的修正Cole-Cole模型特征參量提取及水分含量評估方法[J]. 電工技術學報, 2016, 31(10): 26-33.

Yang Lijun, Gao Sihang, Gao Jun, et al. Characteri- stic parameters extracted from modified Cole-Cole model and moisture content assessment methods study on frequency-domain dielectric spectroscopy of oil-paper insulation[J]. Transactions of China Electro- technical Society, 2016, 31(10): 26-33.

[17] 溫福新, 董明, 任明, 等. 基于修正的Havriliak- Negami模型的SiO2納米改性變壓器油寬頻介電弛豫特性[J]. 電工技術學報, 2016, 31(7): 166-172.

Wen Fuxin, Dong Ming, Ren Ming, et al. The broadband dielectric relaxation properties of the transformer oil based on SiO2nanoparticles using modified Havriliak-Negami model[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2016, 31(7): 166- 172.

[18] 張濤, 李林多, 冉華軍, 等. 采用改進Davidson- Cole介電模型的變壓器油紙絕緣狀態分析[J]. 電力自動化設備, 2019, 39(1): 192-197, 204.

Zhang Tao, Li Linduo, Ran Huajun, et al. Analysis of transformer oil paper insulation aging using improved Davidson-Cole dielectric model[J]. Electric Power Automation Equipment, 2019, 39(1): 192-197, 204.

[19] Liu Jiefeng, Fan Xianhao, Zhang Yiyi, et al. Temperature correction to dielectric modulus and activation energy prediction of oil-immersed cellulose insulation[J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Elctrical Insu- lation, 2020, 27(3): 956-963.

[20] 胡一卓, 董明, 謝佳成, 等. 空間電荷引起的油紙絕緣低頻弛豫現象研究[J]. 中國電機工程學報, 2020, 40(6): 2026-2037.

Hu Yizhuo, Dong Ming, Xie Jiacheng, et al. Study of low frequency domain relaxation of oil-paper insulation caused by space charge[J]. Proceedings of the CSEE, 2020, 40(6): 2026-2037.

[21] Wang Dongyang, Zhou Lijun, Li Huize, et al. Moisture estimation for oil-immersed bushing based on FDS method: at a reference temperature[J]. IET Generation, Transmission & Distribution, 2018, 12(10): 2480-2486.

[22] 金維芳. 電介質物理學[M]. 2版. 北京: 機械工業出版社, 1997.

[23] 董明, 劉媛, 任明, 等. 油紙絕緣頻域介電譜特征參數提取及絕緣狀態相關性研究[J]. 中國電機工程學報, 2015, 35(23): 6246-6253.

Dong Ming, Liu Yuan, Ren Ming, et al. Study of characteristic parameter extraction and insulation condition correlation of frequency-domain dielectric spectroscopy for oil-paper insulation systems[J]. Proceedings of the CSEE, 2015, 35(23): 6246-6253.

[24] Mirjalili S, Mirjalili S M, Lewis A. Grey wolf optimizer[J]. Advances in Engineering Software, 2014, 69: 46-61.

[25] 曲春輝, 孫文文, 陶思鈺, 等. 考慮電動汽車接入的風/光/水/儲靈活性資源系統優化匹配研究[J]. 電氣應用, 2019, 38(1): 71-77.

[26] 龍霞飛, 楊蘋, 郭紅霞, 等. 基于KELM和多傳感器信息融合的風電齒輪箱故障診斷[J]. 電力系統自動化, 2019, 43(17): 132-139.

Long Xiafei, Yang Ping, Guo Hongxia, et al. Fault diagnosis of wind turbine gearbox based on KELM and multi-sensor information fusion[J]. Automation of Electric Power Systems, 2019, 43(17): 132-139.

[27] 董明, 劉媛, 任明, 等. 油紙絕緣頻域介電譜解釋方法研究[J]. 中國電機工程學報, 2015, 35(4): 1002-1008.

Dong Ming, Liu Yuan, Ren Ming, et al. Explanation study of frequency-domain dielectric spectroscopy for oil-paper insulation system[J]. Proceedings of the CSEE, 2015, 35(4): 1002-1008.

Influence of Moisture on Frequency Domain Spectroscopy of Silicone Oil Impregnated Insulation Paper

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

As a potential substitute of mineral oil, silicone oil has been widely used in power equipment such as transformers. In order to study the influence of moisture on the frequency domain spectroscopy of silicone oil impregnated insulation paper, firstly, this paper proposed a method to separate conductance loss and polarization loss in the imaginary part of the complex permittivity by theoretical derivation, prepared silicone oil impregnated insulation paper samples with different moisture contents, and separated the conductivity loss and polarization loss in the test results and analyzed the influence of moisture on dielectric response process. The relationship between dielectric characteristic parameters and moisture content was extracted through the Havriliak-Negami model parameter identification. The results show that there are loss peaks in all polarization loss curves of silicone oil impregnated insulation paper, and as the moisture content increases, the frequency band of the loss peak gradually widens and moves toward the high frequency. The proposed method can significantly improve the data reconstruction accuracy of HN model. The functional relationship of the integral feature quantity1and2, the dielectric relaxation strength and the moisture content can provide a reference for moisture evaluation of silicone oil impregnated insulation paper.

Silicone oil impregnated insulation paper, moisture, frequency domain spectroscopy, separation of imaginary part of complex permittivity, Havriliak-Negami model

10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.210364

TM855

國家自然科學基金高鐵聯合基金（U1834203）、國家自然科學基金（51877183）、廣東省基礎與應用基礎研究基金（2020B1515130001）和四川省科技計劃（2020JDTD0009）資助項目。

2021-03-17

2021-08-02

周利軍 男，1978年生，博士，教授，主要研究方向為電氣設備狀態監測與故障診斷。E-mail: ljzhou10@163.com（通信作者）

黎枝鑫 男，1997年生，碩士研究生，研究方向為硅油紙絕緣老化與受潮機理及其評估。E-mail: fightinglzx@163.com

（編輯 崔文靜）