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。     

极不均匀电场下绝缘油中气泡动力学特性与迁移机制

变压器油中气泡的存在容易引发局部放电,导致绝缘油劣化。为厘清油浸式电力设备内部复杂电场作用下气泡的迁移与畸变规律,该文通过实验方法观测绝缘油中气泡在极不均匀交流电场作用下的动力学特性,并利用数值模拟分析气泡在不同场强下的迁移路径、速率、畸变程度等特征。结果表明,电场力对气泡具有拉伸和推离作用,且会加速气泡的上升运动,对微米级气泡尤甚,气泡被拉伸的方向始终平行于电场方向。场强足够大时,小气泡会出现“成对”上升现象,对电场的增强效应变大,“气泡对”交界面处场强增强系数可达2.28,使得气泡内部更易发生局部放电,应在设备设计和运行时引起重视。实验与仿真结果基本一致,验证了仿真模型的合理性。     

油流速度对含气泡变压器油击穿特性的影响

变压器油中不可避免地存在气泡,使其绝缘性能大幅下降.由于强迫油循环或温差热对流的作用,变压器内部的绝缘油始终处于流动状态,油道中的气泡会随油流而运动,目前流动状态下含气泡变压器油的击穿机理尚不清楚.为了探究油流速度对含气泡变压器油击穿过程的影响,该文搭建流动变压器油循环装置及放电观测平台,开展大量不同流速条件下的击穿实...     

绝缘油中悬移气泡局部放电特性

为了研究绝缘油中悬移气泡局部放电特性,从力学角度分析了处于不同运动状态下绝缘油中气泡的变形机理,借用椭圆的数学参数作为气泡变形特征参数c,仿真研究了气泡周围的电场分布随特征参数c变化的关系,建立了以变压器油道为背景的油中悬移气泡局部放电实验平台,采用超高频法和脉冲电流法测试了气泡静止和移动两种状态的局部放电,分析了放电的时频特性差异,构造了放电三维图谱。结果表明,随着油的流速增大,悬移气泡的形状由水平方向拉伸的椭球状变为竖直方向拉伸的椭球状,气泡沿极间电场分布减小,发生局部放电的起始电压变高,流动油有利于绝缘强度的提高。     

变压器油中气泡杂质相局部放电特性研究综述

变压器油道中的悬浮气泡受电磁场、温度场和流场的综合作用，呈现出极其复杂的形态演变、运动规律和放电过程，严重威胁变压器油的绝缘性能，因此研究变压器油中气泡放电机制具有重要意义。目前，国内外学者已在该领域取得了大量的研究成果，该文重点回顾了相关研究人员近二十年对含气泡变压器油局部放电特性的探索，以研究手段为主线，分别从理论分析、仿真模拟及试验测试三个角度对现有成果进行了系统地梳理和论述，研究内容涵盖气泡放电机理与模型、动力学行为及放电试验特性等，但总体来看，含气泡变压器油绝缘失效机制的研究仍面临诸多科学问题与挑战。在此基础上，该文结合分子模拟、多物理场耦合及数字孪生等理论和技术展望了含气泡变压器油绝缘性能的潜在研究方向。     

油液金属颗粒对500kV变压器出线装置电场的影响

近年来发生多起由出线装置绝缘击穿引起的变压器事故,初步分析表明油液金属颗粒度超标是上述事故的主要原因之一。通过建立考虑油液金属颗粒的500 kV交流变压器出线装置三维电场有限元仿真模型,研究金属颗粒尺寸和位置对出线装置电场的影响;同时,在考虑金属颗粒的情况下,研究均压球圆弧结构和油隙宽度对变压器绝缘的影响,并初步提出优化措施。结果表明:油液金属颗粒的存在可增大出线装置油隙间的最大场强,该最大场强随颗粒半径的增加而增大,甚至大于油隙许用值引起局部微放电;金属颗粒在交流电场下的振荡及放电产生的气泡可加剧电场畸变,并加速绝缘劣化进程;增大均压球圆弧半径和油隙宽度可在一定程度上降低金属颗粒作用下油隙间的最大场强,并提高油隙的绝缘裕度,可为事故分析及处理提供参考。     

极不均匀电场下油流速度对变压器油中气泡动力学行为的影响

为研究复杂电场下变压器油流速度对油中悬移气泡迁移与畸变的影响规律，本文利用数值模拟的方法分析了气泡在不同油流速度下的迁移路径、畸变程度等特征。结果表明：当油流速度小于0.24 m/s时，气泡形状会发生周期性变化，其变化频率约为100 Hz。油流速度与气泡偏移高压锥极的距离、气泡畸变率、气泡内最大电场强度成正相关。     

变压器油道内油流带电现象与油道电场的仿真计算

油流带电对电力变压器造成危害,引起系统故障甚至事故,为此实验测量了油道内的冲流电流,并仿真计算了油道中的电场强度分布。以变压器中典型的并联油道结构为研究对象,分别对油流温度、流速以及外加电场因素影响下的油道内的冲流电流进行了测量,得到了冲流电流的分布规律。试验结果表明冲流电流在外电场作用下呈现随电场强度增大指数增大的现象。基于上述试验研究,对相应的仿真模型施加交流电场与表面静电荷两种载荷,进行了有限元仿真计算,得到了油道内部的场强分布。计算结果表明,在表面静电荷与外电场等2种载荷共同作用下,油道内与电极接触绝缘纸板油纸界面处油侧的电场强度由无表面静电荷作用下的4.9kV/mm上升至10kV/mm,油道内局部电场出现严重畸变并呈现增大的趋势。因此,应当采取有效的措施预防或减少油流带电造成的危害。     

云广±800kV直流输电工程换流变压器油中产气现象分析

云广直流工程极Ⅱ单极投运后,穗东站3台HY型800 kV换流变压器的主油箱油中先后出现微量C2H2等特征气体。针对这一现象进行分析,认为上述油中产气的可能原因为:OLTC切换经过中间档位时,极性转换开关动作过程中其触头间发生悬浮电位放电导致C2H2等特征气体产生。从OLTC机理上看这种情况不可避免,只要产气现象不趋严重,换流变压器可安全运行。但这种产气现象可能会对于发现换流变压器油溶解气体的真实故障造成障碍,因此,有必要对换流变压器油的进行长期色谱跟踪分析。     

非故障变压器油中出现乙炔原因分析

针对变压器油中出现微量乙炔的的问题,通过分析排除设备内部存在故障的可能,认为这是变压器安装过程中对油脱气不彻底,投运后油中残留的气泡在电场作用下发生放电所致.     

GIS盆式绝缘子气隙缺陷下电场变化规律仿真研究

为了研究气体绝缘组合电器(GIS)盆式绝缘子存在气隙缺陷时的电场变化规律,以800 kV GIS盆式绝缘子为研究对象,建立了三维仿真模型,基于有限元原理仿真计算了GIS盆式绝缘子内部分别含有气泡及缝隙等典型气隙缺陷时的电场分布,并分析了气泡位置及大小、缝隙分布方向及宽度对盆式绝缘子电场的影响规律。仿真结果表明:电场畸变主要出现在缺陷处,气泡表面最大场强比无气泡时增大50%左右,较高场强区气泡表面的场强能够引起气体电离;气泡半径对场强变化的影响不到6%;横向裂缝场强最大增大约1.78倍,远大于径向裂缝场强的变化;径向裂缝越宽,裂缝最大场强越大;横向裂缝越宽,场强畸变越小。     

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...     

高功率Tesla变压器次级绝缘结构电场分析与设计

高功率Tesla变压器在脉冲功率技术领域应用广泛,但其次级线圈处于非均匀电场中,线圈匝间电压分布不均,容易导致匝间绝缘击穿。文中设计了一台双磁心Tesla变压器,利用有限元法建立次级线圈的电场仿真模型,分析其匝间的电场分布情况。针对匝间电压分布不均问题,提出次级线圈首尾两端双线并绕及增加屏蔽环来改善电场分布的措施,使最大场强小于微小油间隙的击穿场强,确保变压器次级线圈的绝缘安全。通过仿真分析发现首尾两端并绕可改善电场分布,但并绕匝数不宜过多。高压端增加屏蔽环后,场强分布更加均匀,最大场强下降62.9%,且最大场强远低于脉冲条件下的油间隙击穿场强,能够满足绝缘设计要求。     

1500 V锂离子电池簇电场分布仿真及绝缘风险分析

锂离子电池储能在辅助可再生能源并网、电网调频和调峰等方面发挥重要作用。提高锂离子电池储能系统直流侧电压等级,有利于储能系统的降本增效,却对电池系统绝缘性能产生了更高的要求。该文对锂离子电池簇在直流1 500 V下场强分布进行了仿真计算,并考虑了绝缘结构胶中不同规格气泡缺陷的影响。由于存在共模干扰的影响,该文对直流电压、共模电压叠加下电池簇场强分布进行了仿真计算,结果表明：1 500 V直流电压下场强最大值出现在外绝缘膜和绝缘罩交界处,贯穿型气泡缺陷使局部场强最大值增大130.6%,考虑共模电压影响后一个周期内场强最大值增幅约为86%,且场强最大值点由外绝缘膜转移至空气中。该文构建的跨越4个数量级的大跨度几何尺寸(101～10^-3m)电池系统电场仿真模型首次建立了储能电池簇中各电池单体金属壳体表面的电场分布,首次将共模干扰引入电池单体电场分析,提出了通过降低电池系统对地寄生电容从而抑制共模干扰、增加单体电池边角处绝缘强度从而减小最大电场强度的方法,解决了高压电池系统在共模干扰下电场分布畸变、绝缘风险增大的问题,为高压电池系统绝缘设计提供理论支撑。     

油浸式变压器绕组匝间短路故障对其内部电场分布的影响分析

油浸式变压器作为电力系统的关键电气设备,其内部故障可能会影响变压器的安全运行。其中绕组短路故障是影响变压器绝缘劣化的重要因素之一,长期运行可能引发变压器内部发生局部放电,严重时可导致绝缘击穿或发生沿面放电。因此研究变压器绕组匝间短路故障附近电场强度的变化规律具有重要的意义。本文以S9-M-10000/10型号的油浸式电力变压器为对象,仿真分析不同类型绕组短路故障对其内部电场分布的影响。仿真结果表明正常运行的变压器内部油隙撑条帘处及高低压绕组两端部电场强度较强;发生匝间短路故障后,绕组短路位置的电场强度呈现先减小后增大最后趋于稳定的趋势;随高压绕组首端短路匝数的增加,局部最大电场强度增大,匝间短路局部电场畸变越明显,且短路位置距离油隙撑条帘越近电场强度畸变越明显。本文仿真结果可为解释绕组匝间短路故障对变压器内部电场的影响程度提供参考。     

变压器铁心地屏最佳制作方案的确定

1前言 由于电力变压器铁心为阶梯圆形结构而产生尖角,变压器励磁后尖角处场强增大.当达到局部放电场强时,便开始局部放电,甚至可能引起更为严重的绝缘事故发生.因而,110kV级及以上三相五柱式变压器外绕组与旁轭之间、35kV级及以上的内绕组与铁心之间、500kV级及以上的变压器绕组端部与上、下铁轭之间都要设计地屏,且要可靠接地,使位于接地屏蔽之内的铁心尖角产生的畸变电场不能穿透到外部而影响到绕组.     

基于负极性下局部放电测量的变压器油中气泡发展过程实验研究

油中局部放电表现为一系列离散的脉冲序列形式,脉冲序列中的首脉冲是液相中发生电荷注入产生的,随后的脉冲则是由于液相中电荷注入产生的气泡所引发的气泡放电导致.首脉冲与次脉冲的时间间隔代表了气泡形成时间,脉冲序列的持续时间代表了气泡的生长时间.本文采用宽频带局部放电脉冲测量系统和TECHIMP局放仪对25#变压器油中由于电场集中效应引起的局部放电脉冲序列及相位谱图进行了测量,研究了油中气泡生长时间及气泡形成时间同外加电压的关系.     

存在气泡缺陷触头盒电场仿真研究

利用有限元分析软件Ansys建立三维模型,对高压开关柜母线室中触头盒存在气泡缺陷的情况进行仿真计算,研究了在交流情况下气泡缺陷、不同大小的气泡、不同位置的气泡以及不同电压等级对触头盒气泡缺陷附近电场的影响。结果表明:缺陷的出现使缺陷中电位在气泡上半部分集中;缺陷附近的电场强度出现明显的畸变,缺陷中心电场强度变大;缺陷越大,电场畸变越大;缺陷的位置对电场的畸变并没有太大的影响;电压等级的提高使缺陷中电场的畸变更加明显。     

存在气泡缺陷的盆式绝缘子电场仿真分析

盆式绝缘子内部存在气泡缺陷是引起局部放电和沿面闪络的重要因素,为研究气泡对盆式绝缘子电场分布的影响,采用ANSYS有限元分析软件建立存在气泡缺陷的盆式绝缘子三维仿真模型,分别研究快速暂态过电压和工频电压作用下,气泡大小、位置对盆式绝缘子电场分布及沿面闪络的影响。结果表明:气泡缺陷会引起盆式绝缘子电场畸变,最大电场强度比无气泡缺陷时增大了30%左右,且气泡越靠近金属端,盆式绝缘子电场强度越大。电场畸变主要出现在气泡缺陷附近,畸变程度与气泡尺寸、径向距离及距表面的距离有关。     

220 kV干式电缆终端多物理场仿真分析及结构优化设计研究

首先针对220 kV高压干式电缆终端结构，构建相应的仿真模型，并结合绝缘材料非线性电导率方程，研究了增强绝缘部分材料、环境温度、外加电压不同时终端内的电场分布及温度分布；然后对终端存在应力锥安装错位、表面凸起及增强绝缘内存在气泡等缺陷时的电场分布情况进行了对比分析。最后，对应力锥转角形状及应力锥边缘与增强绝缘间的距离两种结构进行优化，并优化后终端的电场分布进行分析，同时提出了最佳的应力锥边缘与增强绝缘间的距离。结果表明：非线性硅橡胶绝缘材料能较好地均化电场；外界环境温度改变会使内部线芯与外部伞裙的温差减小，且随着环境温度升高终端内最大场强明显增大；应力锥安装错位类绝缘缺陷使得三相交界点处场强急剧增大；应力锥表面凸起类绝缘缺陷使得终端内局部场强急剧增大；当增强绝缘内部存在气泡时，气泡尺寸对电缆终端内最大场强的影响较小；将应力锥转角改变为圆弧状，转角处场强降低了75.26%，可适当增大应力锥边缘与增强绝缘的距离至5 mm，从而减小应力锥转角处场强。