交直流复合电压下流动变压器油中金属微粒运动规律和局部放电特性研究

流动变压器油中自由金属微粒引起的局部放电(PD)特性与其运动规律密切相关.该文利用搭建的变压器油循环流动装置,获得了交直流复合电压作用下流动油中自由金属微粒的运动特性,同时研究了流动油中自由金属微粒引发的PD特性.试验结果显示,在交流电压下PD最剧烈;当复合电压中直流分量增多时,起始放电电压降低,放电重复率、放电量和单位时间累积放电量增大.为分析试验结果,构建了复合电压下的层流固-液两相流模型,仿真得到自由金属微粒的运动轨迹,仿真结果显示在交流电压下微粒只在下电极附近上下往复运动,并频繁与电极发生碰撞;外施电压含有直流分量时,微粒在上、下电极间往复运动,且落点间距随着直流分量的增加而变窄,仿真与实验结果具有较好的一致性.最后,该文根据验证后的仿真模型,分析了金属微粒运动对PD特性的影响机制.     

稍不均匀直流电场下静止与流动变压器油中金属微粒聚集特性

换流变压器阀侧电压中直流分量的存在会加剧杂质颗粒的聚集，而变压器油流会对其聚集特性产生影响。利用所搭建的变压器油循环流动装置，分别开展了静止和流动变压器油中自由金属微粒在不同电压、微粒粒子数密度及油流速度下的直流聚集试验，采用高速相机拍摄了电极间隙内金属微粒的聚集图像，并记录了微粒聚集过程中泄漏电流的变化。试验结果表明：金属微粒在静止与流动油中均会在间隙中心区域聚集，且聚集的金属微粒不断在电极间往复运动；聚集的金属微粒数及间隙泄漏电流均随电压大小和微粒粒子数密度的升高而增加，随流速的升高呈先增后减的分段式变化规律，低速油流(≤0.02 m/s)促进微粒聚集，而高速油流(>0.02 m/s)抑制微粒聚集。结合油中金属微粒的受力及运动特征，对静止变压器油中金属微粒的运动轨迹进行了分类，阐明了静止油中金属微粒在间隙中心区域聚集的机理，并分析了变压器油流对金属微粒聚集的影响。     

电极覆纸时流动变压器油中金属微粒局部放电特性研究

本研究建立了变压器油循环流动装置,开展了含金属微粒流动变压器油的局部放电（PD）实验,并提取PD特征参数,结合流动变压器油中金属微粒的运动行为,讨论电极覆纸情况对流动变压器油中金属微粒PD的影响机制。结果表明：相比于电极裸露的情况,电极覆盖绝缘纸时,测得的局部放电起始电压升高,放电幅值和频率降低。在双电极裸露与仅下电极...     

牵引变压器中运动金属颗粒群的分布状态及影响因素仿真研究

针对牵引变压器油中金属颗粒群引起的放电问题,以Fluent软件为计算工具,采用固–液两相流理论中的Euler-Lagrange方法模拟牵引变压器内部油道中运动金属颗粒群的分布状态。用标准k-ε(k为湍动能,ε为湍能的耗散率)湍流模型对流动的变压器油进行描述,同时用颗粒轨道模型对油中金属颗粒群进行描述。在对颗粒轨道模型进行定义时,从颗粒受力情况、颗粒湍流扩散以及固–液两相耦合3方面进行设置,从变压器油中金属颗粒尺寸、油流速度和油道电场强度等方面进行精确定义。模拟结果表明:流动状态下金属颗粒群沿牵引变压器油道运动时,其运动分布状态决定了金属颗粒与电极之间的碰撞频次,且颗粒尺寸的增大、油流速度的减小及油道电场强度的增大都会使局部放电更加剧烈。金属颗粒群的分布状态会影响流动变压器油的绝缘性能。     

直流电场下运动金属微粒的带电估算与碰撞分析

气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)内部金属微粒运动与分布特性是制定控制技术的关键。针对金属微粒运动问题,开展试验与仿真研究。根据试验分析,得到了金属微粒碰撞恢复系数,通过反推的方法得到运动金属微粒的带电量;考虑金属微粒运动过程中的带电与碰撞的因素,建立了仿真模型并进行试验验证,结果表明二者有较好的一致性。根据分析得到了金属微粒尺寸、材质等因素对运动特性的影响关系:直流电压下同一材质的金属微粒碰撞频率随着微粒尺寸的增大而减小,微粒向高压电极与向地电极运动时间差随着尺寸的增加而增大;不同材质的金属微粒,自身密度及碰撞恢复系数是影响其在电极间的碰撞频率的重要因素。研究结论对气体绝缘金属封闭开关内部微粒抑制措施的研究具有一定的参考价值。     

流动变压器油中气泡动力学行为及电场分布仿真

气泡作为变压器油中的典型绝缘缺陷,极易诱发局部放电。为了弄清流动变压器油中气泡动力学行为及其对电场畸变的影响,基于有限元方法构建了气液两相流模型,仿真研究了油流速度对水平油道和垂直油道中气泡运动轨迹和变形的影响。结果表明,工频电场中气泡形状以100 Hz的频率周期性振动。在水平油道中,随着油流速的增加,气泡沿竖直方向的变形增大,由气泡导致的电场畸变减弱;在垂直油道中,随着油流速的增加,气泡沿水平方向的变形减弱,电场畸变增强。为了验证仿真模型的有效性,搭建了水平油道变压器油循环装置及气泡运动观测系统,拍摄了水平油道中气泡的运动和变形图像,发现气泡以100 Hz频率周期性振动,并提取了不同流速下气泡的形变率,实验结果与仿真结果基本相符。     

直流均匀场中球形金属微粒与电极碰撞的超声特性研究

GIL中金属微粒与电极碰撞时会产生超声信号,研究超声特性对微粒运动的在线监测具有重要意义。搭建了直流电压下平行板电极中球形金属微粒运动的实验平台,实验得到了不同电压、直径下铝微粒与低压极板碰撞时的超声信号,并通过编制计算机程序提取了超声信号的幅值,超声信号幅值结果表明:同等条件下,随着电压、微粒直径的增大超声信号幅值增大。基于Ansys/LS-DYNA建立了铝微粒与电极碰撞的力学模型,仿真获得了微粒与电极碰撞过程中接触力变化,仿真结果表明:碰撞过程中接触力呈先增大后减小趋势,存在最大值。最后,对接触力最大值与超声信号幅值之间的相关分析表明:接触力最大值与超声信号幅值之间成正比关系。     

流动绝缘油中纤维杂质颗粒运动特性仿真研究

变压器油中纤维杂质颗粒在高压梯度场环境中易发生集聚,形成“贯通性”杂质颗粒小桥,诱发击穿放电的发生。受到强迫油循环风冷（OFAF）或导向风冷（ODAF）的影响,现场大型电力变压器中绝缘油处于流动状态,导致悬浮在绝缘油中的纤维杂质颗粒的运动特性发生改变。基于此,该文采用动力学分析方法构建了单颗粒纤维杂质在流动绝缘油中的固-液两相流多物理场模型,研究了在不同纤维杂质颗粒尺寸、电场强度幅值、油流速度、油温、初始速度和位置条件下单颗粒纤维杂质在高压直流场中的运动轨迹,获得了纤维杂质颗粒在流动绝缘油中的运动规律和影响因素。结果表明：纤维颗粒的初始速度仅对最大运动速度有影响,对颗粒与电极的碰撞次数无影响;在均匀电场中,纤维颗粒初始位置的改变,对其运动特性无影响;油流速增大将导致纤维杂质颗粒通过极板的速度变快,使得颗粒与电极板的碰撞次数减小,直径为50μm的纤维杂质颗粒在电场强度为10kV/cm、油流速度为0.4m/s的条件下几乎不会和电极发生碰撞,表明在该条件下很难形成杂质颗粒小桥,绝缘油流速是研究大型电力变压器绝缘油内纤维杂质颗粒集聚特性时要重点考虑的因素。     

含杂质流动变压器油放电特性研究

为了对比研究流动变压器油中金属微粒和气泡放电特性的差别,在模拟实验放电平台上对含杂质流动变压器油进行了局部放电（PD）和击穿实验,并对放电信号的波形进行对比分析,构建放电相位分析（PRPD）图谱。结果表明：流动变压器油中两种缺陷的放电特性有明显的差别,金属微粒PD可以激发特高频信号,而气泡PD仅能激发甚高频信号;金属微...     

温度对交直流叠加电场下油纸绝缘油流带电的影响

为研究温度对叠加电场作用下油纸绝缘油流带电特性的影响,在实验室搭建了平板电极结构的典型换流变压器油纸绝缘模型,利用密闭油循环系统进行了叠加电场下油流带电的试验研究,并建立了油纸绝缘油流带电模型对试验结果进行理论分析。试验结果表明:温度对油纸绝缘冲流电流有较大的影响,随温度的升高冲流电流呈先增大后减小的趋势。理论分析表明:在较低温度下冲流电流与纸中负离子迁移速度有关;在较高温度下冲流电流大小不仅取决于纸中负离子迁移速度,同时还与接地电极处正离子泄放速度有关。温度通过影响绝缘纸电导率、变压器油电导率以及变压器油粘度而影响油流带电特性。     

不同温度下含金属微粒的流动液体绝缘介质放电形成过程与机理分析

液体电介质的绝缘性能与其温度紧密相关,为了探究含金属微粒流动变压器油的放电特性,采用有限元法对不同油温下流动油中金属微粒的运动轨迹,以及金属微粒位置变化对电场的畸变程度进行了仿真,阐释了局部放电(PD)和击穿放电的过程及机理。同时,通过模拟实验,得到了不同油温下PD幅值、放电次数和相位的放电图谱、击穿电压以及放电后油色谱数据。结果表明:温度70℃时,随温度升高,PD逐渐减弱,油中气体含量呈减小趋势,击穿电压逐渐增大;当温度从70℃升高至80℃时,PD开始增强,油中气体含量开始增加,击穿电压开始减小;PD的相位主要集中在90°和270°附近,无明显的极性效应。     

GIS中球形金属颗粒与电极碰撞的法向恢复系数计算方法

法向恢复系数对计算GIS中金属颗粒的运动具有重要影响。基于球形金属颗粒与电极的法向碰撞物理过程,提出了碰撞时法向恢复系数的计算方法,实验验证了该方法的准确性。在此基础上,研究了球形金属颗粒直径、初始碰撞速度对法向恢复系数的影响规律,结果表明:颗粒直径对法向恢复系数基本无影响;随着初始碰撞速度的增大,法向恢复系数减少,并指出由初始碰撞速度增大引发的塑性形变能量损耗占整个碰撞过程总能量的比值增加是导致法向恢复系数减少的原因。为满足金属颗粒运动研究需求,给出了铜球、不锈钢球、铝球分别与铜电极、不锈钢电极、铝电极碰撞时的法向恢复系数与初始碰撞速度之间的经验关系式。     

变压器油中局放UHF信号能量与放电量的关系

为研究变压器油中的金属微粒缺陷下局部放电(PD)放电量与超高频(UHF)信号累积放电能量之间的关系,利用50Ω无感电阻测量电流脉冲和超高频电磁波检测系统,对两种检测方法的实验室人工模拟变压器PD信号进行了测量,发现变压器油中的金属微粒缺陷下的局部放电放电量和UHF信号累积能量之间有二次曲线关系,且当电压与缺陷质量增加时,PD的放电量与天线接收的累计能量均会增加。这一结果表明:结合IEC 60270标准,可以通过计算UHF信号累积能量来获取局部放电量,这为进一步系统研究用超高频法定量检测PD的难题,提供了一种有价值的方法和手段。     

考虑非弹性随机碰撞与SF6/N2混合气体影响的直流GIL球形金属微粒运动行为研究

针对直流气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated metal enclosed transmission line,GIL)金属微粒污染物问题,研究球形金属微粒在其中的运动行为,采用贴合实际情境的同轴圆柱电极结构,建立直流 GIL 内球形金属微粒运动模型：纳入 SF6/N2混合气体动力学参数,利用流体力学理论分析微粒运动过程中混合气体阻力的影响;同时考虑金属表面粗糙度影响,利用弹性力学中的碰撞理论分析金属微粒与导体及外壳的非弹性随机碰撞,实验结果验证了模型计算的可靠性。利用模型对微粒运动轨迹进行仿真分析,并根据微粒运动的分布情况提出微粒活跃度的概念,研究表明：微粒在导体与外壳间的谐振频率与微粒半径、SF6占比、绝缘气压呈负相关;微粒活跃度与随机反射角、电压幅值呈正相关,而随着微粒半径变化存在极大值。     

基于深度视觉的GIS内部金属微粒运动特性分析

为研究气体绝缘金属封闭开关设备（gas insulated substation,GIS）腔体内部的金属微粒运动特性,建立真实且比例合理的模拟仿真模型,提出一种基于深度学习中的视觉分析方法,通过高速摄像机获取运动过程的视频,使用YOLOv5目标检测模型进行运动金属微粒的检测和DeepSort模型对其进行跟踪,获取腔体内金属微粒的运动状态等数据信息。在实验数据基础上,进行运动特性的分析,如金属微粒的轨迹分布,速度分布直方图与分布规律,速度大小与所经过位置的相关性等。实验结果表明,金属微粒运动范围较广,速度较小,金属微粒的速度大小与不同的位置存在不同程度的相关性。研究与分析的结果可为实际GIS腔体内部金属微粒的检测与运动特性分析提供一定的理论与方法指导。     

基于流体-温度场耦合的油浸式变压器温升特性仿真分析

针对变压器铁芯、绕组等因电磁损耗可能产生过高热量导致绝缘老化而影响使用寿命的问题,建立了基于流体-温度场耦合的油浸式变压器二维轴对称模型,对变压器油流速度及油流通道入口宽度对其温升特性的影响进行了仿真分析。结果表明,当油流速度从0.05 m/s增加到0.20 m/s时,铁芯最高温度降低11.62 K,高压绕组则降低9.26 K,低压绕组变化不明显;当入口宽度从30 mm增加到100 mm时,铁芯最高温度降低14.27 K,低压绕组和高压绕组则分别降低6.87 K和16.06 K。进一步分析后发现,增大入口宽度可加快变压器油在循环散热时流经其部件时的速度,从而提高散热效率。     

正弦振动激励下GIS内自由金属微粒运动特性

自由金属微粒是影响气体绝缘组合电器(GIS)绝缘可靠性的主要威胁之一,常具有潜伏性和随机性,而GIS振动可激励微粒起跳并诱发绝缘击穿,但相关研究鲜有报道.该文建立了特高压GIS中工频电压叠加正弦振动条件下自由金属微粒的荷电、受力和运动仿真计算模型,研究了不同外施电压和振动参数对微粒运动特性的影响规律,并获得不同条件下微粒的超声飞行时间谱图.研究结果表明:初始时刻,在壳体加速度作用下,微粒起跳场强随振幅的增加逐渐降低,微粒半径对起跳场强影响随振幅的增加逐渐减小.微粒运动过程中,相邻两次碰撞间最大飞行高度与碰撞瞬间恢复速度及电压相位有关,且与微粒飞行时间呈正相关.与仅施加工频电压相比,外施振动激励条件下,微粒飞行时间图谱在电压幅值较低时即呈现明显的三角脉冲,且微粒飞行时间图谱呈山峰状,与带状飞行图谱相比具有明显差异,具有较高的识别性.     

油浸式电力变压器饼式绕组温升的影响因素分析

对油浸式电力变压器饼式绕组的油流流速及温度分布特征进行了研究,同时分析了水平油道宽度等参数对油道油流流速及绕组温升的影响。以1台容量为321.1 MV·A的油浸式换流变压器网侧绕组结构为原型,建立了绕组温升的物理计算模型。结合变压器设计原理设置不同的油道参数,计算了绕组油道油流流速以及温度的分布情况,分析了入口油流速度、水平油道宽度、饼式绕组分区数量以及导线匝间绝缘厚度等参数对油道油流流速及绕组温升的影响。结果表明:饼式绕组热点位置位于最后一个分区中心线饼附近;不同的入口油流流速、水平油道宽度及饼式绕组分区数将影响水平油道中的油流速度分布,进一步影响绕组的温度分布及热点温升;导线匝间绝缘厚度对油流速度分布没有影响,但对绕组的温升有一定的影响。     

大型变压器中油流带电特性的研究

在了解和掌握国内外有关油流带电研究现状的基础上,研制出圆筒式油流带电模型,用于模拟大型变压器中的油流带电过程。用该装置对油流带电的转速特性,温度特性,油流带电的表征参数——泄漏电流与油的电气性能参数之间的关系进行了研究。     

变压器油流导向结构改进

<正>1引言随着变压器容量的不断增加和电压等级不断升高,对电网安全运行也提出了更高的要求,解决大型变压器放电和油流带电的问题也成为保证安全运行中不可忽视的细节。影响变压器油流带电的主要因素有油流速度、油的温度和外加交流电场等。而变压器局部放电会发生在电压高、绝缘距离近的易导电的部位,如钢结构件、绕组端部等位置。控制油流速度和防止局部放电均是变压器结构设计中必须要考虑的问题。2传统的油流导向结构