油纸绝缘直流极性反转试验及局部放电测量

对油纸绝缘缺陷模型在极性反转过程中局部放电特征图谱以及空间电荷特性进行了研究,实现了对油纸绝缘极性反转过程中局部放电信号和空间电荷的测量。     

不同发展阶段油纸绝缘直流局部放电信号的时频特性

目前针对换流变压器油纸绝缘直流局部放电特性的研究成果较少,且缺乏相关研究标准及理论依据。为此,在80℃环境温度下,对典型油纸复合绝缘缺陷模型在直流电应力作用200 h内的长期局部放电单一脉冲信号的时域、频域信号变化规律进行了分析,统计了直流局部放电信号不同发展阶段的等效时频特征;并采用扫描电镜观察绝缘纸板表面形貌特征,利用原子力显微镜观测绝缘纸板表面粗糙度的变化规律;采用ANSYS电场仿真法研究了绝缘纸板表面最大电场强度与其表面最大偏差的关系,并率先在国内外建立起两者之间的定量函数。试验结果表明,随着加压时间的增加,单一放电脉冲的上升时间逐渐增大,从几ns增大至数μs;放电脉冲电流值也随之增大,由数百mA增大至数A。随着老化时间的延长,绝缘纸板表面纤维素分子逐渐断裂,使得纸板表面逐渐电蚀碳化,其粗糙度也相应逐渐增大,进而对绝缘纸板造成严重损伤。此外,纸板粗糙度的增大会引起电场畸变,更易诱发局部放电。     

直流电压作用下油纸绝缘局部放电发展不同阶段的理化特性

换流变压器阀侧绕组同时承受交流、直流电压作用,其内部油纸复合绝缘局部放电性故障与以往交流电力变压器存在较大差别,而相关研究明显不足。为研究油纸绝缘直流局部放电发展过程与绝缘材料理化特性变化规律之间的关系,对典型油纸绝缘缺陷模型在80℃环境中进行了200 h直流耐压试验,考察油纸绝缘直流局部放电发展不同阶段统计特征谱图变化规律,并利用高速摄像装置对油纸绝缘针板电极模型的局部放电发生、发展及击穿的动态过程进行观测。同时,为揭示直流局部放电对油纸绝缘的破坏作用,分别通过X射线能量色散谱分析(EDS)、傅里叶变换红外光谱分析(FTIR)研究直流局部放电相应阶段油纸绝缘的理化特征变化规律。试验结果表明:根据油纸绝缘直流局部放电脉冲的统计特征谱图,将其发展过程划分为5个阶段,此过程中伴随着绝缘纸板表面纤维氧元素的增加和羰基含量、油中酸值增加的过程,说明直流电应力对绝缘纸板的破坏作用主要表现在使绝缘纸板表面纤维素分子发生氧化反应,导致绝缘纸板的绝缘性能的逐渐下降,反之,绝缘材料在直流电应力作用下发生损伤,会促进直流局部放电的发生程度加剧。     

交直流复合电压下油纸绝缘典型缺陷局部放电发展阶段评估

随着特高压直流输电工程的持续推进,直流局部放电试验技术对换流变压器绝缘状态评价的实用性问题一直备受关注。为形成有效的状态评价依据,提高换流变压器绝缘状态考核的准确性,本文研究了模拟典型放电类型的4种绝缘缺陷模型(油纸复合绝缘针板电极、变压器油隙针板电极、油隙平行板电极与沿面放电电极)在交直流复合电压下的局部放电特性。研究结果表明,各种缺陷模型在局部放电的不同发展阶段均有可作为判断依据的明显差异特征。本文从三方面给出了局部放电类型和放电发展前期、中期与后期的评估依据:(1)基于放电图谱Q-Δtpr e、Qmean-Δtpre、n-Q、n-Δtpre图谱特点的评估依据;(2)基于放电图谱偏斜度Sk、峭度Ku、不对称度Asy与相关度Cc等18项指纹特征参数的评估依据;(3)基于产气特性的评估依据。     

直流电压下多层油纸绝缘介质的界面空间电荷特性

空间电荷对油纸复合绝缘结构电气性能的影响由于测量上的困难而至今尚未明了,多层复合绝缘结构使得空间电荷特性更加复杂。为此,应用电声脉冲(PEA)方法研究了电压极性对纸-纸和纸-油这2种双层绝缘结构中以及界面处空间电荷特性的影响。研究发现在2种结构的界面处积聚的空间电荷极性与施加电压的极性一致。对2种结构中空间电荷特性进行了比较,结果表明纸-油结构中空间电荷的运动速率比纸-纸结构中慢,并且具有更深的陷阱能级。通过分析认为双层介质界面处存在的势垒导致了界面电荷的积聚,其极性由电极的电荷注入、界面的陷阱、电场和介质的电导等因素协同决定;绝缘材料陷阱能级的不同是造成2种绝缘结构空间电荷运动速率不同的因素之一。     

直流电场下低密度聚乙烯纳米介质空间电荷特性的数值分析(英文)

The dynamic characteristics of space charge in nanocomposite of low-density polyethylene (LDPE) mixed with inorganic nano- fillers. Different from previous qualitatively theoretical works, we investigated the influence of trap depth, trap volume charge density and injection barrier height on the space charge and the electric field distribution in the nanocomposite under a DC external electric field (100 MV/m) systematically and quantificationally, through numerical simulations based on a bipolar charge transport model. The simulation re- sults showed that, the increase of trap depth would severely distort the balanced electric field distribution with the highest and the lowest electric field of 119 MV/m and 47 MV/m, respectively. It is concluded that the introduction of nanofillers creates more deep traps, which would block space charges by capturing most of them in the vicinity of electrode and hence reduce the local electric field largely. Further theoretical analysis of the simulation indicates that both the high permittivity and the low local electric field of the nanocomposite contri- buted to the increase of injection barrier height, and almost no charge could overcome an injection barrier higher than 1.25 eV. At last, a mechanism of space charge suppression in the LDPE nanocomposite was presented.     

直流电压下变压器油纸绝缘局部放电的发展过程

研究变压器油纸绝缘局部放电(PD)的发展过程对于特高压换流变压器的运行维护十分重要。为此,对典型油纸复合绝缘缺陷模型在直流电压长期(100 h)作用下的局部放电信号进行了统计分析;根据其统计特征图谱,将直流局部放电发展过程划分为4个阶段。此外,还采用无感电阻测量直流局部放电单个脉冲波形;并对直流电压长期作用下的油浸绝缘纸板表面形貌变化进行了观测。试验结果表明,直流电压下的局部放电脉冲的上升沿在10～100 ns范围内,首脉冲持续时间约500 ns,其余振荡脉冲脉宽在600～900 ns范围内;估算得出单次直流放电脉冲能量在0.01～0.1 J范围内。此外,研究发现绝缘纸板的表面会在针电极电蚀作用下产生"凹坑",这为实现基于多信息融合的直流局部放电发展趋势预测奠定了基础。     

基于介电和理化特性的XLPE水树老化程度分析

为掌握电缆水树老化程度对电缆主绝缘介电特性的影响规律,对交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)开展加速水树老化试验,以低密度聚乙烯为对照组,测量不同老化程度试样的介电常数(ε)、介质损耗因数(tanδ)、结晶度以及熔点等特征参量,并利用显微技术观测XLPE水树的生长特性。结果表明:XLPE材料的ε和低频下tanδ随水树老化程度加深而呈现增大的趋势。水树在发展过程中呈现放射状,且密集度不断增加。建立XLPE材料的tanδ宏观参量与微观水树老化发展的对应关系,可通过低频下电缆主绝缘材料XLPE的tanδ值评估电缆水树老化的严重程度。     

直流预压对油纸复合绝缘局部放电特性的影响

为了研究直流预压对油纸绝缘交流局部放电特性的影响,对预压不同时间、不同幅值直流电压以及去极化后重复加压情况下的油纸绝缘交流局部放电特性,不同预压时间和去极化后的油纸绝缘材料的空间电荷特性进了研究。研究结果表明,随着预压直流电压幅值的增大和预压时间的延长,放电起始电压和熄灭电压减小;随着重复加压次数的增多,放电起始电压先上升后下降,但均低于未预压下局部放电起始电压。分析表明预压直流30min后油纸绝缘空间电荷分布达到平衡状态,预压时间越长,去极化后油纸绝缘材料残余空间电荷数量越多;同时长时高幅值预压会使得与高压电极接触的绝缘纸板表面电荷分布均匀,从而改善油纸绝缘内部的电场分布,进而影响油纸绝缘的局部放电特性。