Effects of temperature on creepage discharge characteristics in oil-impregnated pressboard insulation under combined AC–DC voltage

Due to the complexity of the valve side winding voltage of the converter transformer, the insulation characteristics of the oil-impregnated pressboard (OIP) of the converter transformer are different from those of the traditional AC transformer. The study on effect of temperature on the creeping discharge characteristics of OIP under combined AC–DC voltage is seriously inadequate. Therefore, this paper investigates the characteristics of OIP creepage discharge under combined AC–DC voltage and discusses the influence of temperature on creepage discharge characteristics under different temperatures from 70°C to 110 °C. The experimental results show that the partial discharge inception voltage and flashover voltage decrease with increasing temperature. The times of low amplitude discharge (LAD) decrease and amplitude of LAD increases. Simultaneously, the times of high amplitude discharge (HAD) gradually increase at each stage of creepage discharge with higher temperature. The analysis indicates that the charge carriers easily accumulate and quickly migrate directional movement along the electric field ahead of discharging. The residual charge carriers are more easily dissipated after discharging. The ‘hump’ region of LAD moves to the direction of higher discharge magnitude. The interval time between two continuous discharges is shortened obviously. The concentration of HAD accelerates the development of OIP insulation creepage discharge. The temperature had an accelerating effect on the development of discharge in the OIP under applying voltage.     

基于STM32的SWISS整流器研究与设计

SWISS整流器具有输出功率高、输出电压可调、易高频化等特点,十分适合用于电动汽车大功率充电、数据中心、通信基站等大功率变换场合。文中提出一种采用STM32F334单片机控制的SWISS整流器设计方案,利用电压电流PI双闭环控制策略实现对输出电压的精确控制,并进行控制算法的设计,实现系统功率因数校正的功能。设计SWISS整流器的硬件电路方案,并给出元件参数计算及选型方法。制作400 V/1 000 W样机对所提出的方案进行实验验证。结果表明：系统功率因数在额定功率下可达0.998,转换效率可达97.37%,并具有较快的响应速度;在半载满载切换时,动态调节时间小于70 ms,且电压超调量最大为10%。验证了所提方案的可行性。     

Effect of UV radiation aging on creepage discharge characteristics of high temperature vulcanized silicon rubber at high altitude

The physicochemical properties and creepage discharge characteristics of aged high temperature Vulcanized (HTV) silicone rubber materials were investigated by ultraviolet radiation (UV) aging method in this study. The experimental results show that as the aging time increases, the creepage discharge flashover voltage increases first and then decreases. But the aging time has little effect on the creepage discharge inception voltage. With the aging time prolonged, the discharge endurance time of HTV silicone rubber is shortened, and the creepage discharge development velocity is accelerated. In the short time of applying voltage to aging material, the magnitude of discharge increases rapidly. According to the partial discharge characteristic parameters of creepage discharge, the whole creepage discharge process is partitioned into four stages. Compared with unaged HTV silicone rubber, the aged HTV silicone rubber has less fluctuation in performance parameters and a clear trend. The study found that UV aging not only affects the physicochemical and hydrophobic properties of the HTV silicone rubber, but also accelerates the development of creepage discharge under AC voltage.     

电场分量对交直流复合电场下油纸绝缘沿面放电特性的影响

油纸绝缘沿面放电现象与绝缘纸板表面的电场分布关系密切,因而使用无背面电极和有背面电极两种结构,研究了电场分量对交直流复合电压下油纸绝缘沿面放电特性的影响机制。研究结果表明:随着直流电压分量的不断增加,油纸绝缘的沿面闪络电压逐渐上升,且交流电压下的闪络电压最低;无背面电极结构下沿面闪络电压无极性效应,有背面电极结构中存在极性效应,且负极性直流电压分量作用下,由于纤维素中羟基的强电负性影响,致使沿面闪络电压较低;无背面电极结构时的闪络电压约为有背面电极结构时闪络电压的1.5倍,分析认为由于载流子受到强垂直电场分量作用,加剧了对绝缘纸板表面的碰撞,油纸绝缘空间电荷平衡状态易在较低交流电压分量作用下受到扰动而被破坏,进而诱发沿面闪络发生,致使沿面闪络电压逐渐下降,该下降趋势具有饱和现象;沿面闪络在交流电压分量接近波峰或者波谷位置处发生。     

直流电压分量对交直流叠加电压下油纸绝缘沿面闪络的影响

为了更加深入地了解换流变压器中交直流叠加电压下油纸绝缘的沿面闪络问题,通过搭建直流电压分量可以任意调节的交直流叠加电源系统,研究了具有背面电极和不具有背面电极这2种结构下油纸绝缘的沿面闪络问题。试验结果表明:在复合电场下,有背面电极时,沿面闪络电压比无背面电极时稍低;在2种结构下,沿面闪络电压均表现为纯交流电压时最低,随着直流电压分量的增加,沿面闪络电压也逐渐增加。此外为分析油纸绝缘界面的影响,还研究了相同电极结构下纯油的击穿电压。对比分析纯油的击穿电压和油纸绝缘的沿面闪络电压后发现:直流电压分量较低时,油纸绝缘界面的存在降低了该结构的击穿电压;而直流电压分量较高时,油纸绝缘界面的存在反而稍微提高了该结构的击穿电压。最后从复合电场分布的特点出发,分析了不同直流电压分量下油纸绝缘的沿面闪络过程。分析后认为:直流电压分量较小时,电极附近电场强度较高,导致油易于电离并产生大量载流子,从而促进了油纸沿面闪络的发展;而随着直流电压分量的变大,电场分布将变得不同,其沿面闪络电压升高;同时,上述电场分布的特点也是造成直流电压分量较低时沿面闪络电压低于纯油击穿电压的原因。     

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。     

交直流复合电场下油纸绝缘沿面放电过程特性

换流变压器阀侧绕组与出线装置同时承受交流、直流、交直流叠加电压作用,其内部油纸复合绝缘材料的沿面放电特性与以往交流电力变压器存在较大差别,而相关研究又明显不足。为此使用CIGRE MethodⅡ推荐的典型球-板电极结构,利用脉冲电流法对交直流复合电场下油纸绝缘沿面放电过程中放电信号进行了统计,分析并提取了沿面放电统计特征图谱的多个典型特征参数,对油纸绝缘在交直流复合电场下的沿面放电发展过程特性进行了研究。该研究中首次使用沿面放电发展特征参数的变化规律将交直流复合电场下油纸绝缘沿面放电发展过程划分为4个阶段:爬电起始阶段、爬电发展阶段、爬电加速发展阶段以及临界击穿阶段,并对比分析了纯交流电压和交直流复合电压作用下油纸绝缘沿面放电相同阶段特征参数变化规律的差异性。结果表明:交直流复合电压作用下沿面放电对绝缘纸板的破坏强度要高于纯交流电压下,沿面放电发展速度要快于纯交流电压下,交直流复合电压中的直流电压分量对油纸绝缘沿面放电发展具有加速作用。     

针板电晕等离子体对提升农业地膜降解率的影响

地膜为农业发展带来了极大的便利,但由于其稳定的理化性质,在自然条件下极难进行处理,若处理不当极易对环境造成严重威胁。为了探究低温等离子体降解技术中不同实验因素对农业地膜降解效果的影响,本研究采用自制针板电极结构,通过施加高频交流电压对聚乙烯地膜进行了等离子体处理。分析了输入功率、放电时间、电极数量以及空气流通等因素对地膜降解率的影响。通过地膜质量、拉曼光谱图、扫描电子显微镜以及相对分子质量等参数对比了处理前后地膜的变化。结果表明：当输入功率由26 W上升至80 W,地膜降解率提升了约2.6倍,提高输入功率可以增加反应空间内的高能电子和活性物质,但能量效率并未随降解率而升高,当输入功率为51 W时,能量效率最高为58.82μg/（W·h）;针尖数量会影响等离子体的均匀性和输入功率,随着针电极数量增加,地膜降解率由3.49%下降至2.1%后又上升到3.57%;延长放电时间会导致分子链结构更容易受到等离子体攻击,发生断裂;此外,空气流动性会影响反应器内的臭氧浓度,当输入功率较低时,密闭环境下臭氧浓度更高,当输入功率提升至80 W,具有良好空气流动性情况下臭氧浓度更高,有助于提升地膜降解率。     

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。     

不同含水量油纸绝缘热老化过程中的空间电荷特性研究

水分会导致油纸绝缘电气性能下降并加速老化,但是水分对油纸老化过程中空间电荷特性的影响鲜有报道。本文利用电声脉冲(PEA)法研究了不同老化阶段、不同含水量油纸中的空间电荷特性,结果表明当含水量较低时,增加含水量可以加速空间电荷到达稳态,但是进一步增加含水量反而会减速;老化初期的油纸主要以异极性电荷积聚为主,而随着老化程度的加剧,逐渐演变为同极性电荷注入。随着含水量的增加,需要更长的老化时间电荷注入类型才会发生变化,继续增大含水量将加速注入类型的转变。分析认为水分一方面会加速老化,加剧空间电荷积聚,另一方面会加快或减缓空间电荷到达稳态的过程,所以电荷注入类型会发生转变,转变时油纸中的空间电荷会很快到达稳态,阳极附近空间电荷积聚变少,电场畸变程度小。