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《变压器绝缘纸板干燥过程微水分检测机理与试验研究》是中国输变电行业技术攻关课题(编号Y98010211),是国际同行业难题之一。变压器绝缘纸板的含水量对变压器的使用性能、可靠性、使用寿命影响很大。如果绝缘纸板的水分含量过高,会使其绝缘强度下降并降低其耐热性能。因此,在变压器的制造及使用过程中,检测绝缘纸板中的微量水分变化使其保持在合理的范围内就显得特别重要。 介电测量方法适用于绝缘纸板微水分检测,但该技术尚不成熟。本论文从绝缘纸板的介电极化及介电损耗出发,就介电测量技术应用于绝缘纸板测量中涉及的多方面基础理论及影响因素进行了研究。 论文详细介绍了介电测量技术的原理及影响因素,并用集总电路模型求解被测绝缘纸板的复介电常数。由于绝缘纸板微水分含量的变化必然引起材料介电性能的变化,对介电性能进行检测即可有效检测微水分含量的变化。介电法利用绝缘纸板这种电介质中所含水分对介电常数和损耗率的影响,间接测量其水分含量。 绝缘纸板微水分在线测量系统开发需要解决电容式传感器及调理电路、检测软件三部分工作,论文介绍了边缘场传感器的设计要求、技术指标以及相关调理电路。并根据试验要求开发了数据处理软件计算测量信号的相位角和幅值增益,以进一步计算绝缘纸板相应的介电常数和水分含量。 论文对于采用单一频率测量绝缘纸板微水分的方法进行了研究。同时分析了频率及温度对电容传感器检测信号的影响因素。通过对绝缘纸板的介电极化和介电损耗的研究,提出了频率和温度对电信号影响的理论模型。根据试验数据和介电谱曲线,建立了无油绝缘纸板内的水分质量分数与复介电常数关系的数学模型。 同时,对干燥动力学规律的分析研究为介电测量方法在微水分测量领域的应用提供了理论依据。分别建立了适用于绝缘纸板和绝缘层压板干燥过程的一维及二维扩散方程数学模型,并给出解析解。通过称重法研究水分的扩散过程变化规律,数据分析证明绝缘纸板微水分扩散过程遵循指数衰减规律,同时表明除湿速率表现为一种振荡衰减的变化过程。