局部放电作用下变压器匝间油纸绝缘加速劣化规律

为研究变压器内油纸绝缘材料局部放电作用下劣化缺陷的发展规律及其与局部放电特征量的关联性,构建了匝间局部放电模型,进行了多组不同加压时间长度的恒压试验,并记录了试验过程中的局部放电信号。利用匝间绝缘纸带可层层拆解的结构特点,获得了匝间绝缘在加速电劣化下炭化通道发展的统计性规律。研究结果表明,恒压加速电劣化作用下匝间油纸绝缘局部放电缺陷即炭化通道沿宏观电场的纵向发展过程呈现增长、停滞和击穿三个基本阶段;脉冲重复率和脉冲1s内总放电量可以宏观地表征匝间油纸绝缘电劣化缺陷的发展状况,为油纸绝缘局部放电严重程度阶段性的准确划分提供参考依据。     

老化对牵引变压器油纸绝缘局部放电特性的影响

随着牵引变压器运行年限的增加,高温部位采用的芳纶绝缘纸逐渐老化,容易发生局部放电,严重影响牵引变压器的安全运行。本文搭建了油纸绝缘老化和局部放电试验平台,分析老化对油纸绝缘局部放电特性的影响机制。结果表明:老化使局部放电平均放电量、最大放电量、放电重复率增大。放电重复率的变化可以在较低的外施电压下反映出老化对油纸绝缘局部放电特性的影响。老化后的试样表面在局部放电作用下更容易形成黑斑,且分支数目更多,这是由于浆粕老化以及老化导致短切纤维和浆粕界面粘合度降低造成的。     

直流电压下油纸绝缘针板缺陷局部放电演化规律

换流变压器阀侧油纸绝缘承受直流电压分量,使其局部放电特性不同于普通电力变压器,研究直流电压下油纸绝缘局部放电演化规律对换流变压器绝缘结构优化及状态评估具有重要意义。文中搭建了直流电压下油纸绝缘局部放电实验平台以及电场与电荷分布仿真模型,研究了油纸绝缘针板缺陷的局部放电演化规律与发展机制。发现：平均视在放电量与放电重复率呈先增加再减小最后稳定的规律,平均等效时间呈先减小再增大的规律,平均等效频率发展规律与之相反;负极性放电现象更剧烈,放电脉冲更陡峭;TRPD谱图出现分层现象,等效时频谱图呈右半拱形,并向左半拱形（正极性）或全拱形（负极性）发展;局部放电演化过程中的放电模式由横向沿面放电转变为油隙流注放电,最后再转变为凹陷侧壁的纵向沿面放电。     

不同电压形式下油纸绝缘柱板模型局部放电的特征

换流变压器阀侧绕组所承受电场应力复杂、绝缘要求严苛,直流运行统计也表明换流变压器绝缘故障率较高,电力变压器绝缘劣化严重程度的评估和检测标准对换流变压器绝缘性能判断的有效性需要进一步的研究。笔者构建了油纸绝缘局部放电发展过程测试平台,以阶梯升压的方式,对比研究了柱板模型在交流、直流和交直流场中局放从起始放电到绝缘失效全过程中常规脉冲放电信号的特征,并从中提取了能够有效表征局部放电发展过程的特征量信息。研究结果表明:总放电量、放电次数骤增是油纸试品绝缘性能下降的外在表征;各外施电压作用下局放现象的起始放电特性,发展过程中放电量、放电重复率、放电次数及相应演化关系等特征差异明显。     

阶梯升压试验和恒定电压试验中油纸绝缘局部放电发展规律的对比

实验室多利用阶梯升压试验来研究变压器中油纸绝缘局部放电现象,而现场实际中的变压器是在恒定电压下运行的。为了研究试验电压条件对油纸绝缘局部放电缺陷发展过程及规律的影响,构建了球板结构的浸油纸板局部放电模型,分别利用阶梯电压试验和恒定电压试验,研究了绝缘纸板从起始放电到纸板被击穿的放电发展过程中窄带脉冲电流信号的脉冲重复频率、累积放电量及1s放电量、脉冲放电量的最大值和平均值及脉冲相位分布的变化过程。研究结果表明,无论利用哪种试验,在球板放电缺陷的发展过程中,脉冲累积放电量、1s放电量、脉冲(平均、起始、终止)相位及脉冲重复频率等均呈现一定的线性或指数发展趋势。分析试验结果可知,试验加压条件对脉冲重复频率、脉冲相位分布、脉冲总放电量等特征参数发展趋势的影响不明显,但对脉冲放电量平均值、放电量最大值的发展规律有较大影响。     

恒定电压下油纸绝缘局部放电发展规律及缺陷状态诊断

为了研究变压器内部油纸绝缘局部放电缺陷的发展过程及规律,构建了球板和匝间局部放电模型,采用恒压法研究了不同幅值电压下绝缘纸板(绝缘纸)从开始放电到纸板(绝缘纸)被击穿的放电发展过程中窄带脉冲电流信号的脉冲重复频率、脉冲的平均放电量及最大放电量、脉冲的1s放电量及累积放电量、脉冲相位分布的变化过程。研究结果表明:在局部放电缺陷的发展过程中,脉冲累积放电量、1s放电量、脉冲起始相位、脉冲的重复频率等特征参数呈现出指数或线性的变化趋势。其中累积放电量等特征参数发展较稳定,规律较一致,可以用来表征局部放电缺陷的严重程度;基于此提出了局部放电缺陷严重程度的2种表达方法:击穿概率法、剩余寿命法。     

交流与直流电压比例对油纸绝缘内部气隙放电特性影响分析

为实现换流变压器故障诊断,研究交流与直流电压比例对油纸绝缘放电特性的影响对换流变压器的故障诊断判据选取具有实际工程意义。因此该文搭建了一套交直流复合电压作用下油纸绝缘气隙缺陷局部放电测量平台,通过多次试验得到了局部放电特征与交直流复合比例的试验关系;另外建立了油纸绝缘气隙缺陷的物理模型,从理论上分析了比例与放电特征关系的仿真结果。试验测量和理论仿真结果相同:随着交流和直流叠加电压中直流成分的增大,脉冲重复率和放电量不断减小;交流时的放电起始电压低于交直流复合电压作用时的起始电压,而且直流比例越高,起始电压越高;随着交流中直流成分的增加,放电起始相位从交流正负半周过零点附近向负半周期峰值附近移动,换流变压器不同位置的绝缘问题应该采用不同的诊断依据。     

特高压变压器油纸绝缘典型缺陷局部放电特征

变压器绝缘在制造及运行过程中难免产生缺陷,本文针对特高压变压器典型夹持结构进行了典型含缺陷油纸绝缘局部放电特性分析。根据特高压变压器夹持结构绝缘建立了实验室研究模型,用以模拟绝缘含空腔及金属异物等典型绝缘故障模型。采用脉冲电流法对缺陷试样进行了局部放电特性测试,获得了局部放电起始电压、放电量q-相位φ、放电次数n-相位φ、放电次数n-放电量q等特征参数,提取出峭度K_u、偏斜度S_k、相位中值μ、不对称度Q等统计算子特征参数,对比了局部放电不同阶段下各绝缘缺陷的放电特征图谱。结果表明,含有空腔及金属杂质的缺陷对油纸绝缘局部放电影响明显,其中金属杂质影响最严重。通过对比不同试样的平均放电量相位分布图谱H_qn(φ)与放电次数相位分布图谱H_n(q)可有效对局部放电原因进行分类。     

基于局部放电能量的油纸绝缘典型缺陷放电严重程度评估方法

变压器内部缺陷引发的局部放电会导致油纸绝缘老化与损伤,甚至造成威胁变压器安全运行的绝缘故障。为探究基于局部放电信号的变压器缺陷严重程度评估方法,文中搭建了球—板、柱—板、针—板3种典型缺陷模型,得到局部放电相位谱图、放电次数和放电量等特征参量随时间的变化规律,发现球—板和柱—板模型下放电次数、针—板模型下平均放电量由上升到下降这一变化趋势的改变,可作为放电后期的判断依据。在此基础上,引入放电能量对放电强度进行量化表征,分析了缺陷类型和放电发展阶段对放电能量的影响规律,据此可将放电严重程度划分为起始、发展和危险3个等级。研究成果可为不同缺陷类型下的局部放电严重程度评估提供参考依据。     

操作冲击电压及其叠加工频电应力下油纸绝缘尖端放电及燃弧特性研究

具有油纸绝缘绕组结构的关键电力设备在投运时容易出现乙炔超标问题，进而产生局部放电和燃弧现象。为此，本文研究操作冲击电压及其叠加工频电应力下油纸绝缘的尖端放电及燃弧特性，对比分析不同尖端缺陷的放电与燃弧特性，讨论冲击电压与工频电压叠加相位的影响。结果表明：含有纸板的缺陷模型击穿后的燃弧过程可分为高频重燃弧阶段、稳定燃弧阶段、电压恢复前的重燃阶段，其中高频重燃弧阶段具有较高的燃弧频次与较低的恢复电压；操作冲击电压下，纯油隙缺陷模型出现多次击穿，油纸复合绝缘缺陷模型出现纸板直接击穿和油纸先后击穿，且缺陷模型的类型会影响放电特性及燃弧规律；叠加相位则是通过影响电应力幅值来影响放电特性与燃弧规律。     

基于局部放电的电力变压器油纸绝缘状态评估关键问题分析

目前局部放电(PD)已作为绝缘状态质量监控的重要指标,但基于局部放电的变压器油纸绝缘状态评估并无广泛工程应用。为此,总结基于局部放电的变压器油纸绝缘状态评估的研究成果,并提出需要深入研究的方向与未来发展趋势,以为后续研究提供基础。通过讨论分析油纸绝缘局部放电特性、油纸绝缘局部放电模式识别、油纸绝缘老化评估及油纸绝缘缺陷发展程度诊断4个问题,得出:不同电场类型下,油纸绝缘局部放电的起始放电特性和波形特性差异较大;在局部放电模式识别中,时间序列谱图与相位分辨局部放电(PRPD)谱图相结合的识别率最高,可达95%;图谱多元特征量的提取、降维、分类以及识别是老化评估的必要步骤;局部放电程度可分为起始、发展、严重、危害4个阶段。研究表明针对不同问题的特征量灵敏度分类以及缺陷诊断与老化评估的综合分析是需要深入研究的方向。此外,多维信息融合评估是未来变压器油纸绝缘在线评估的发展趋势。     

基于雷达谱图的交直流复合电压下油纸针板模型局放阶段识别

交直流复合电压下油纸绝缘局放发展阶段的划分与识别是换流变压器绝缘故障诊断的基础。文中研究了1:1交直流复合电压下油纸绝缘针板电极模型的局放特性与雷达谱图特性。基于模糊聚类分析,运用6个局放特征量(最大视在放电量、平均视在放电量、放电重复率、放电最大时间间隔、局放脉冲等效时间及等效频率)将放电发展过程划分为5个阶段,并对每个阶段进行了物理描述,发现放电阶段与绝缘状态和放电形式有关。根据6个放电特征量建立的局放雷达谱图在不同放电阶段呈现不同的形状,雷达谱图的重心坐标比与长宽比作为谱图形状的量化特征量,可在其二维特征域内有效区分不同的局放阶段。最后基于雷达谱图形状特征,运用粒子群优化的最小二乘支持向量机,设计了油纸绝缘针板模型局放发展阶段识别器,其识别率达92.9%。     

低温下油浸纸式套管绝缘局部放电发展规律及识别方法

为了保障高寒低温环境下油浸式高压套管的安全可靠运行,本文中作者开展了低温下套管油纸绝缘局部放电发展规律研究和局部放电程度评估。搭建了油纸绝缘试样和套管模型的低温局部放电试验平台,将放电全过程划分为3个阶段从平均放电量、最大放电量、脉冲重复率三方面分析油纸绝缘不同温度下局部放电的发展特性,根据灰度梯度共生矩阵和颜色矩对演变过程中PRPD谱图提取的特征参量,提出了一种基于鲸鱼优化极限学习机的局部放电阶段识别方法,并与极限学习机、支持向量机和反向传播神经网络进行对比。研究发现提出方法的不同缺陷识别准确率均高于其他方法,可有效评估高寒地区高压套管的局部放电严重程度,为后期套管维护计划提供了建议。     

交直流复合电压下老化油纸绝缘针板模型局部放电特性

为研究换流变压器阀侧实际运行老化的油纸绝缘局部放电特性,提高交直流复合电压下油纸绝缘局部放电研究的工程实际意义,取运行5 a的换流变油纸样本,建立典型针板电极油纸绝缘缺陷模型,对交直流复合电压下老化油纸绝缘局部放电从起始阶段到击穿的整个过程进行了实验模拟并记录放电时域信号。随着局部放电发展,放电幅值逐渐提高,出现放电的相位分布扩大,相应相位出现的放电次数增加,当临近击穿时,负周期放电量超正周期数倍。基于时域放电信号建立了多个放电周期的H_(umax)(φ)、H_(umean)(φ)、H_n(φ)和H_n(u)等PRPD谱图。分析谱图特性,并计算各个谱图的偏度(Sk)等统计参量因子,基于自适应阈值模糊聚类分析方法,将统计参量因子分为10类,分类之后可看出一定的时间延续性。结合分类结果和局部放电发展的不同时刻的信息,将放电模型的发展过程划分为初始放电阶段、放电发展阶段、放电稳定阶段和预击穿阶段。划分结果可为交直流复合电压下油纸绝缘局部放电在线监测和模式识别提供参考。     

交直流复合电压中直流分量对油纸绝缘针板缺陷局部放电特性的影响

换流变压器阀侧绕组绝缘承受交直流复合电压的作用,其中直流电压分量对油纸绝缘的影响相比纯交流电压更为复杂。针对复合电压中直流分量对极不均匀电场下油纸绝缘局部放电特性的影响,采用基于脉冲电流法的局部放电测量系统,着重对比了不同直流分量交直流复合电压下油纸绝缘针板缺陷在起始放电和预击穿阶段的局部放电特性。实验结果表明:直流电场作用下的空间电荷积聚形成的反向电场使得起始放电电压和击穿电压随着直流分量的升高而逐渐增大;在整个局部放电发展过程中,直流分量增加时放电脉冲重复率与放电量会降低,而平均脉冲等效时间和等效频率与直流分量间没有表现出直接关系;随着直流分量的增加,局部放电分布相位开始向正半周期移动。实验结果可作为含不同直流分量交直流复合电压下局部放电模式识别的参考。     

油纸绝缘中局部放电的典型波形及其频谱特性

根据对变压器油纸绝缘内部常见缺陷的分析，进行了局部放电模型试验。通过考察不同类型放电的发展过程和电流脉冲的波形特征，发现油纸绝缘中产生的局部放电与空气中的放电过程表现出相似的发展规律。对应于不同的放电阶段，放电波形有较大差异，因而不同类型的放电脉冲具有不同的频谱特性。所得结果为深入研究绝缘介质中的局部放电的机理、放电脉冲在变压器绕组中的传播规律、局放检测系统的频率特性以及放电类型的波形识别提供了实验依据。     

温度对流动变压器油中悬移气泡局部放电特性的影响与作用机制

悬移气泡作为变压器油中的典型绝缘缺陷,它的存在极易引起局部放电(PD)。为了探究温度对流动状态下变压器油中悬移气泡PD特性的影响,搭建流动变压器油实验平台,开展大量不同温度条件下的PD实验,提取放电脉冲波形、放电相位、放电重复率和视在放电量等参数。结果表明:温度从40℃增加到80℃,放电重复率先迅速减小后略有增加,而平均视在放电量始终呈下降趋势;温度对放电脉冲波形没有明显的影响;不同温度下,放电相位均主要分布在工频负半周,且发生在270°位置的PD数量最多。进一步结合不同温度下悬移气泡的变形、融合以及电场畸变仿真,探讨了温度对悬移气泡PD特性的影响机制。     

空间电容耦合法测量局部放电信号的波形及能量分布特性分析北大核心CSCD

文中基于空间电容耦合法制作了非接触式局部放电传感器,并利用4种典型的绝缘油纸缺陷模型,搭建了局部放电实验平台,探究了所制作的传感器与传统脉冲电流法测量到的局部放电时域波形和频域能量分布特性。实验结果表明:利用空间电容耦合法可有效获取绝缘油纸缺陷模型的局部放电信号。传统脉冲电流法测量频带较低,4种缺陷模型中,仅可有效分辨出含强垂直分量的沿面针板放电信号,其他3种缺陷模型放电信号的时域波形和频域能量分布特性较为接近,无法有效分辨。而文中制作的局放传感器测量频带可达数百兆赫兹,测得的信号高频信息量含量较为丰富,利用信号的时域波形或频域能量分布特性均可实现对不同缺陷模型放电的识别,为利用空间电容耦合方法测量电力变压器局部放电及进行放电模式识别提供了研究基础。     

交直流复合电压下油纸绝缘内部气隙缺陷局部放电特性

为了研究换流变压器油纸绝缘的局部放电特性,制作了典型的油纸内部气隙缺陷放电模型,设计了交流和直流电压叠加的实验回路,模拟换流变压器绝缘承受的电压类型。针对实验模型施加不同分量的交流电压和直流电压,用脉冲电流法分别检测该模型局部放电的各个特征参数,进行比较研究。总结了复合电压下油纸气隙放电模型的局部放电脉冲特征规律,并分析了其放电机理。结果表明,交直流复合电压下的油纸绝缘气隙放电具有不同于交流和直流下局部放电新的特点。为实现换流变压器的绝缘状态在线监测与综合评估积累了经验数据。     

油纸绝缘气隙模型局部放电特性试验研究

为了研究直流输电系统中换流变压器油纸绝缘的局部放电特性,设计构造了典型的油纸局部放电模型———气隙放电模型。针对同一模型分别施以交流电压、直流电压以及冲击衰减振荡电压,采用IEC 60270-2000推荐的脉冲电流法分别检测与分析该模型局部放电的不同特征参数。对比研究了在交流、直流及振荡冲击电压下油纸绝缘气隙放电模型的局部放电脉冲特征参量包括局部放电起始电压、熄灭电压、放电波形、放电水平、放电重复率等,对实现换流变压器的局部放电在线监测与绝缘状态综合评估有一定的指导意义。