冲击电压下变压器油中空间电场测量方法及装置

冲击电压下油纸绝缘结构的电场分布特性是变压器绝缘设计的关键环节,目前主要利用仿真软件基于容性场等效进行变压器电场的计算,并在容性场计算结果的基础上乘以一定的裕度系数,作为冲击电压下变压器绝缘涉及的参考依据,但仿真结果缺乏实测手段的支撑和验证。该文提出了冲击电压下油纸绝缘空间电场分布的非接触式实时测量方法,构建了由光路系统、光电转换器件、密封腔体、冲击电源构成的油纸绝缘空间电场测量装置,并利用平板电极对装置性能进行了标定和检验。在17~47k V雷电冲击电压下获得了电场测量值曲线和电场实际值曲线,并用相关系数描述二者之间的吻合程度。结果表明本装置最小可测峰值为3.49k V/mm的雷电冲击电场,最大误差小于3.56%,满足冲击电场测量的试验需求。     

不同冲击电压下变压器油击穿特性研究

为了研究大型电力变压器绝缘油在振荡型冲击电压下极不均匀电场击穿特性,依据IEC60060-3标准搭建了能产生不同类型冲击电压波形的试验及其测量系统,在实验室利用该系统开展了振荡型冲击电压下油中极不均匀场的时域击穿和伏秒特性研究,并对实验模型电场进行了仿真分析。在实验过程中利用13.7 k Hz振荡操作波、标准雷电波、3种不同频率的振荡雷电波,研究了变压器油在各个波形下的时域击穿图形及伏秒特性,对实验波形的计算结果表明:振荡型雷电波下的击穿点分布较广,振荡波的击穿电压整体高于标准雷电,但是它们的最高耐受电压与标准雷电下的基本一致。     

双极性振荡冲击电压下变压器油放电特性

当外部过电压侵入油浸式变压器绕组内部时,其匝间绝缘会承受双极性振荡冲击电压的威胁。在此通过双极性振荡冲击电压下变压器油放电特性的研究,为绕组纵绝缘的合理设计及液体放电机理的探究提供参考。首先通过可调电路元件,严格控制外施电压波形参数,实验获得了稍不均匀场与极不均匀场中变压器油在单一波形变量下的冲击放电特性,统计得到了放电电压概率分布与击穿点分布特征。然后利用分幅相机拍摄了双极性振荡电压下油中流注形貌,阐述了流注极性转换等主要发展特征。最后实验结果表明:无论电场分布是否均匀,振荡系数的增加、振荡频率的降低或波前时间的缩短均会导致变压器油50%击穿电压下降,且当振荡系数高于0.55时存在低于标准雷电耐受水平的可能;当振荡频率较低时,击穿多发生在第1或第2个正极性波峰内,而随着频率的升高,击穿点逐渐向后序波峰偏移,击穿于负极性波峰内的概率显著增加。结合光电倍增管记录的流注发光信号,从流注发展角度分析了变压器油击穿电压与击穿点变化的原因。     

冲击电压下变压器油中针板间隙击穿特性的试验研究

为了研究变压器油中针板间隙的冲击击穿特性,搭建了冲击电压变压器油间隙击穿试验平台,对油中针板间隙进行包括标准雷电、标准操作等5种波形参数的冲击击穿试验。结果表明:冲击电压的波形参数对间隙的击穿时间有显著的影响,击穿时间随着波前时间的增加而增加。电极曲率半径会影响间隙的流注起始电压和击穿电压以及对应的间隙最大场强。间隙距离除了影响间隙击穿电压外,还对流注起始最大场强和间隙击穿最大场强产生影响。在施加电压幅值范围内,击穿过程中观测到的流注发展平均速度比较稳定,冲击电压波前时间、电极曲率半径和间隙距离未对流注发展平均速度产生影响。     

交直流复合电压下变压器油中典型模型的击穿特性研究

本文中研究了交直流复合电压下变压器油中针—板电极模型的击穿特性,结果表明直流击穿电压随预加交流电压的增加呈线性下降,反之,交流击穿电压随预加直流电压的增加也呈线性下降.并且,不同预加电压类型下的击穿场强明显不同.     

直流电场下变压器油中电场分布特性

直流电场下油纸绝缘系统中,因油中和油/纸界面空间电荷的产生和积聚,会畸变原有电场分布。油中的电场分布特性在直流绝缘结构优化设计中非常重要,它呈现出的特性与交流下有较大的不同。采用一种基于Kerr电光效应的非接触式测量手段,实际测量了6 mm间隙平板电极结构下油中空间电场分布特性。实验结果表明:直流电场下,平板电极间油中电场为非均匀电场;空间电场测量值与施加于电极间的直流电场之比在0.87~1.05之间变化;相同的外加电压情况下,靠近正电极位置处的电场强度要高于靠近负电极位置的电场强度,并且从负电极至正电极呈单调递增趋势;按照施加于电极间的直流电场进行归一化的电场曲线大致可分为3个阶段;结合变压器油中载流子产生、迁移和扩散过程及变压器油的电导特性进行了初步的探讨。     

交直流复合电压下变压器油中电弧放电及产气特性

换流变压器是直流输电工程重要设备之一,其阀侧绕组承受的电压较为复杂,包括直流、交流、交直流叠加以及极性反转等多种电压形式。因此在构建交直流复合电压系统的基础上,采用典型针板电极模型,对变压器油在交流、直流和交直流复合电压条件下的电弧放电和产气特性进行研究。试验表明变压器油在交直流复合电场和直流电场下的绝缘性能较交流电压下差。交直流复合电压下油隙的击穿电压与其纹波因数有关,纹波因数越小击穿电压越低。引入小桥理论的极化过程很好地解释了这一物理现象。同时,不同类型的电压作用下放电产生的油中溶解气体体积分数（每种气体与总气体的体积比）一致,说明判断交流变压器的改良三比值法故障类型判断方法对交直流叠加电压和直流电压下的电弧放电故障仍然适用。但是由于直流和含有直流分量的电压更容易产生油中放电,换流变压器的油中溶解气体体积分数（换算后每升油中所溶解气体的体积）的注意值和气体增长率注意值应有别于传统交流变压器。     

基于Weibull分布的不同波形冲击电压下变压器油击穿特性

对变压器油间隙在不同波形冲击电压下的击穿特性进行试验研究。应用半球形电极模拟变压器油中稍不均匀电场,采用波形参数分别为1.4/50μs、14/220μs、80/850μs和240/2 400μs的4种正极性冲击电压对变压器油间隙进行了冲击试验。基于二参数Weibull分布对油间隙的击穿数据进行分析,并对不同击穿概率下的击穿电压值进行了估计。结果表明:波形参数对油间隙的击穿电压和击穿时间均有显著影响,在相同击穿概率情况下,击穿电压随波形持续时间的增加而降低,击穿时间随波形持续时间的增加而增加。     

冲击电压下不同温度油中空间电荷迁移对电场分布影响

冲击电压下油中空间电场分布对于变压器内部绝缘优化设计至关重要,现有设计方法没有考虑温度和空间电荷迁移对电场的影响。为了研究温度对空间电荷迁移特性的影响,搭建温度可控的冲击电压下油中电场测量平台,测量雷电冲击电压下25℃、50℃、60℃均匀电场的油中空间电场分布,分析空间电荷对油中电场的影响。实验结果表明:随着温度的增加,60℃时油中场强峰值比25℃时下降了5.2%;50℃时油中场强分布在0.60μs时提前达到稳定阶段。温度升高后,电子漂移速度最大是25℃下的1.8倍,迁移率最大是25℃下的2.0倍,温度升高引起电子迁移率、漂移速度的增加导致了上述现象。该文研究结果为变压器绝缘优化设计提供了实验依据。     

振荡型雷电冲击电压下变压器绕组电压分布特性

利用振荡型冲击电压进行变压器冲击耐压试验具有波形易于调节、产生效率高的优点,为了研究振荡型类雷电冲击电压和标准雷电冲击电压波形在变压器绕组中分布特性的差异,利用能够产生不同类型冲击电压的发生装置,实际测量了变压器绕组各出线端的电压波形,研究和分析了其分布特性及影响规律。结果表明,相比标准雷电冲击电压波形,振荡型雷电冲击电压波形畸变更为明显,其对变压器绕组首端位置主绝缘和纵绝缘的考核严酷程度更高。     

交直流电压分量对变压器油中典型模型击穿特性影响

在高压直流输电系统中,绝缘系统如换流变压器阀侧绝缘长期运行中不仅承受交流电压,还要受到直流电压的作用.由于在换流变压器试验过程中无法模拟交流和直流复合电压作用这一实际工况,交-直流合成电压对油纸绝缘特性影响缺乏深入研究.本文以典型针-板模型为例,同时施加不同交、直流分量,研究变压器油在针-板模型中的击穿特性.试验结果首...     

操作冲击电压下GIS绝缘子表面电荷的积聚特性

在气体绝缘变电站(gas insulated substation,GIS)的实际运行工况中,开关操作会使GIS设备承受操作冲击过电压,导致盆式绝缘子表面积聚表面电荷,表面电荷的存在不仅会使得局部电场发生畸变,更为沿面放电的发展提供了电荷,是造成绝缘子沿面闪络的重要因素。该文以实际的252k V GIS盆式绝缘子为试验模型,建立了表面电荷测量试验平台,采用静电探头法测量了SF6气体密闭环境下盆式绝缘子的表面电荷,获得了操作冲击电压作用下盆式绝缘子表面电荷积聚特性及其外施电压作用次数和电压幅值对其的影响。研究结果表明:无论在正极性或负极性操作冲击电压下,绝缘子表面均同时积聚正负极性电荷,但是负极性电荷相比于正电荷积聚量更大,且正极性电压下此现象更为明显;正极性操作冲击电压下,随着电压幅值的增加,绝缘子表面电荷平均积聚量明显增加,最高电荷幅值为-0.52μC/m~2,而负极性电压下,电荷平均积聚量表现出先增大后减小的趋势,其电荷平均密度最大为-0.16μC/m~2;表面电荷积聚量随着外施电压次数的增加逐渐增大,正极电压下表面电荷积聚量的增幅明显,而负极性电压下表面电荷增幅较小,但分布较均匀。该文研究所得到的操作冲击电压下GIS表明电荷积聚特性,进一步强调了由表面电荷引起的实际工况下设备绝缘问题的重要性,可为GIS设备绝缘子的优化设计提供参考。     

直流均匀电场下流动变压器油中金属微粒运动行为研究

含金属微粒污染物变压器油的局部放电(partial discharge,PD)特性取决于微粒的运动行为。为了研究流动变压器油中金属微粒运动特性,在深入分析微粒受力的基础上,构建了基于层流状态的固–液两相流模型,仿真了直流均匀电场中不同油流速度下微粒的运动轨迹。为验证模型的正确性,搭建了金属微粒运动观测平台,获得了不同流速下平行板电极之间微粒的真实运动轨迹。实验结果与仿真结果相一致,二者均表明微粒在水平方向随着油流运动的同时,在竖直方向上下往复运动并与电极发生碰撞。此外,随着油流速率增加,微粒沉降过程所需的水平移动距离变长,相邻2次碰撞间的水平移动距离增加,导致了微粒与电极之间总的碰撞次数将减少。这解释了PD次数随油流速度减少的原因。     

极性反转电压下变压器油的击穿特性

为了获得换流变压器中变压器油在极性反转电压下的击穿特性,使用一种三电极模型,在不同间隙和温度下,对变压器油隙进行了极性反转电压击穿实验研究.击穿结果表明:极性反转电压下,变压器油的击穿场强没有随油间隙增加而降低;变压器油的击穿场强与温度相关,在实验温度范围内,40℃时出现了最大值.监测流过油隙的电流,发现在极性反转后电...     

不同类型雷电冲击电压下变压器绕组电压分布特性研究

研究表明,变压器在运行过程中所承受的雷电冲击电压在到达线端时均呈现振荡形式。为了研究不同类型雷电冲击电压在变压器绕组中分布特性的差异,本文笔者通过仿真建立变压器绕组模型,得到了不同冲击电压下绕组内部的响应。同时利用绕组分布电压测量平台,研究和分析了其分布特性及影响规律。结果表明,相比标准雷电冲击电压波形,振荡型雷电冲击对绕组端部绝缘的考核更加严格,但其对于绕组主绝缘的考核相对宽松。     

冲击电压下3种纳米改性变压器油击穿特性的比较和分析

为了提高变压器油绝缘性能,研究了不同导电性能纳米材料添加改性对变压器油冲击击穿特性的影响。选取铁磁性导电纳米粒子Fe3O4、半导体纳米粒子Ti O2和非导电纳米粒子Al2O3,经不同的表面改性剂处理后,分散于变压器油中,制得纳米改性变压器油,并证实了3种纳米改性变压器油的稳定性。通过操作冲击击穿试验,对比研究了不同浓度纳米改性变压器油的宏观击穿特性,得出3种纳米改性变压器油的最佳质量浓度分别为0.03g/L、0.01 g/L和0.02 g/L。在最佳浓度下进行雷电冲击击穿试验,结果表明:除负极性雷电冲击情况外,纳米改性变压器油的冲击击穿特性较之纯净变压器油均有较大程度的提高,其中操作正极性击穿电压提高幅度较大,可达44.1%、33.3%和35.5%。基于针–板模型的极性效应,结合空间电荷分布分析及结合极化理论,认为纳米改性变压器油冲击击穿特性的改善与添加纳米粒子捕获电子并改变原有空间电场分布相关,而3种纳米改性变压器油击穿特性的不同是由纳米粒子表面极化特性的不同导致。     

稍不均匀场中负极性振荡型操作冲击电压下的变压器油击穿特性

操作冲击电压对电力变压器的侵袭频率高于雷电冲击电压.目前针对振荡型操作冲击电压和标准操作冲击电压下变压器油击穿特性研究较少,振荡波形更符合工况实际波形.为此采用3、6、12 kHz 3种频率的负极性振荡操作冲击电压(OSI)和标准操作冲击电压(SI),以间距2.5 mm的板一板电极构成稍不均匀电场模型,研究该电场下变压...     

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...     

直流叠加冲击电压下HVDC电缆暂态电场分布特性研究

运行中的HVDC电缆除了承受正常工作电压作用外,同时可能承受雷电和操作冲击电压的作用,因此在进行电缆绝缘结构设计时既要考虑稳态直流电场分布又要考虑冲击电压下暂态电场分布。由于HVDC电缆绝缘的电导率是电场及温度的函数,使得HVDC电缆在遭受雷电、操作冲击电压冲击时暂态电场分布更为复杂。为此,该文采用多物理场耦合软件COMSOL Multiphysics仿真研究了温度梯度、施压方式以及绝缘材料非线性电导属性对直流叠加冲击电压下电缆绝缘中暂态电场的影响规律。研究结果表明:直流叠加冲击电压时,暂态最大场强始终出现在电缆绝缘内屏蔽表面;当电缆结构、绝缘材料非线性属性和外加冲击电压幅值确定时,随绝缘内温度梯度的提高,直流叠加同极性冲击电压时暂态最大场强减小,而叠加反极性冲击电压时暂态最大场强却逐渐增大;降低材料电导活化能和提高电场依赖系数可有效改善暂态电场分布,降低暂态最大电场波的幅值并缩短波头和波尾时间。