不同温度下含金属微粒的流动液体绝缘介质放电形成过程与机理分析

液体电介质的绝缘性能与其温度紧密相关,为了探究含金属微粒流动变压器油的放电特性,采用有限元法对不同油温下流动油中金属微粒的运动轨迹,以及金属微粒位置变化对电场的畸变程度进行了仿真,阐释了局部放电(PD)和击穿放电的过程及机理。同时,通过模拟实验,得到了不同油温下PD幅值、放电次数和相位的放电图谱、击穿电压以及放电后油色谱数据。结果表明:温度70℃时,随温度升高,PD逐渐减弱,油中气体含量呈减小趋势,击穿电压逐渐增大;当温度从70℃升高至80℃时,PD开始增强,油中气体含量开始增加,击穿电压开始减小;PD的相位主要集中在90°和270°附近,无明显的极性效应。     

电极覆纸时流动变压器油中金属微粒局部放电特性研究

本研究建立了变压器油循环流动装置,开展了含金属微粒流动变压器油的局部放电（PD）实验,并提取PD特征参数,结合流动变压器油中金属微粒的运动行为,讨论电极覆纸情况对流动变压器油中金属微粒PD的影响机制。结果表明：相比于电极裸露的情况,电极覆盖绝缘纸时,测得的局部放电起始电压升高,放电幅值和频率降低。在双电极裸露与仅下电极...     

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。     

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、放电量和单位时间累积放电量增大.为分析试验结果,构建了复合电压下的层流固-液两相流模型,仿真得到自由金属微粒的运动轨迹,仿真结果显示在交流电压下微粒只在下电极附近上下往复运动,并频繁与电极发生碰撞;外施电压含有直流分量时,微粒在上、下电极间往复运动,且落点间距随着直流分量的增加而变窄,仿真与实验结果具有较好的一致性.最后,该文根据验证后的仿真模型,分析了金属微粒运动对PD特性的影响机制.     

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...     

变压器油中局放UHF信号能量与放电量的关系

为研究变压器油中的金属微粒缺陷下局部放电(PD)放电量与超高频(UHF)信号累积放电能量之间的关系,利用50Ω无感电阻测量电流脉冲和超高频电磁波检测系统,对两种检测方法的实验室人工模拟变压器PD信号进行了测量,发现变压器油中的金属微粒缺陷下的局部放电放电量和UHF信号累积能量之间有二次曲线关系,且当电压与缺陷质量增加时,PD的放电量与天线接收的累计能量均会增加。这一结果表明:结合IEC 60270标准,可以通过计算UHF信号累积能量来获取局部放电量,这为进一步系统研究用超高频法定量检测PD的难题,提供了一种有价值的方法和手段。     

半导体纳米粒子改性变压器油的绝缘性能及机制研究

磁性导电纳米粒子可以提高变压器油的导热和绝缘特性,但其分散性极易受到磁场的影响,不利于变压器油性能的改善。利用半导体纳米粒子对变压器油进行改性,测量了改性前后变压器油的工频击穿特性、雷电击穿特性和局部放电特性,可知半导体纳米粒子不仅可以使变压器油的工频和雷电击穿电压提高至未改性变压器油的1.2倍,而且可以改善变压器油的局部放电特性。由于现有的电子捕捉理论无法解释这种现象,利用热刺激电流(thermally stimulated current,TSC)法对改性前后变压器油中的陷阱特性进行了测试,结果表明:纳米粒子的加入增加了变压器油中的浅陷阱密度,提高了变压器油对电荷的消散和输运能力,从而能够改善变压器油的绝缘性能。     

TiO_2纳米粒子对高水分变压器油中电荷输运的影响

水分是导致运行中变压器油绝缘性能下降的重要因素之一。为了提高高水分含量下变压器油的绝缘性能,本文利用半导体TiO2纳米粒子对变压器油进行改性研究。测量了不同水分含量下改性前后变压器油的工频击穿和局部放电特性。发现当变压器油中含水量较高时,半导体TiO2纳米粒子不仅可以使变压器油的工频击穿电压提高至改性前的2倍以上,而且可以有效抑制油中局部放电现象。利用电声脉冲(PEA)对变压器油中电荷累积和消散特性进行了测量研究,结果发现:TiO2纳米粒子能够提高高水分变压器油中电荷的消散速率,一定程度上抑制了水分对变压器油中电场的畸变,从而提高了变压器油的绝缘性能。     

均匀直流电场下变压器油中金属微粒聚集特性研究

金属微粒在变压器油道内部出现汇聚或堆积,由于其强导电性,会大大缩短油隙的绝缘有效距离,引发局部放电甚至绝缘击穿。利用变压器油中金属微粒运动观测平台试验装置和高速相机捕获不同外施电压幅值下金属微粒在椭圆形平板电极间的聚集过程,试验结果表明：当外施电压为10kV和20kV时,电极间金属微粒浓度随电压施加时间逐渐降低,变压器油中无法形成金属微粒“小桥”,而当电压升高至30kV后,金属微粒“小桥”将在平板电极边缘出现;对油中微粒进行受力分析,发现微粒在电场边缘所受电场梯度力可高达重力的6倍,微粒会在电场梯度力的作用下向电极边缘运动,从而聚集形成金属微粒“小桥”,最终引发绝缘击穿。     

交直流复合电压下变压器油中金属微粒聚集特性和局部放电特性研究

通过开展不同比例交直流复合电压下油中金属微粒在半球电极间的聚集试验,同步采集不同时刻的局部放电（PD）信号,对放电频率及平均放电量进行统计,最后对金属微粒的聚集行为与PD特性的关联性进行了分析。结果表明：金属微粒在直流电压下的聚集区域最大,在交、直流分量比为3∶1的复合电压下的聚集最为紧密;放电频率随时间呈下降趋势,且随着交直流复合电压中交流分量的增加,放电频率逐渐增加;金属微粒与电极间的碰撞频率及金属微粒聚集的紧密程度是影响局部放电频率及平均放电量的主要因素。     

变压器中性点气水两相组合流体保护间隙的工频放电特性与机制研究

为克服变压器中性点传统空气保护间隙存在的缺陷,提出了"气水间隙"概念,并在武汉大学电气工程学院高电压与绝缘技术试验室进行了气水间隙工频放电特性试验。试验结果表明:当水流从低压电极喷射到高压电极时,间隙很难击穿;当间隙总长度固定,工频放电电压随喷射水流长度减小呈先减小后增大的变化趋势;当喷射水流长度略小于间隙总长度时,工频放电电压与间隙总长度呈线性递增关系;同等长度的气水间隙比空气间隙和全水间隙易击穿,等等。基于气泡击穿理论和空气与水不同的电特性,对试验观察到的放电现象、规律和机制进行分析,指出水流的击穿起因是其中的"气泡桥"的存在和发展,以及水中电离子作用的结果;在气水间隙中,空气段率先击穿形成的电弧高温加热水流促使水中气泡的产生和发展,最终导致水流段的击穿;气水间隙放电特性曲线具有先减小后增大的变化趋势特征是空气和水流不同的电特性相互作用的结果;将气水间隙应用于变压器中性点保护,具有较可观的研究价值和应用前景。     

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。     

稍不均匀直流电场下静止与流动变压器油中金属微粒聚集特性

换流变压器阀侧电压中直流分量的存在会加剧杂质颗粒的聚集，而变压器油流会对其聚集特性产生影响。利用所搭建的变压器油循环流动装置，分别开展了静止和流动变压器油中自由金属微粒在不同电压、微粒粒子数密度及油流速度下的直流聚集试验，采用高速相机拍摄了电极间隙内金属微粒的聚集图像，并记录了微粒聚集过程中泄漏电流的变化。试验结果表明：金属微粒在静止与流动油中均会在间隙中心区域聚集，且聚集的金属微粒不断在电极间往复运动；聚集的金属微粒数及间隙泄漏电流均随电压大小和微粒粒子数密度的升高而增加，随流速的升高呈先增后减的分段式变化规律，低速油流(≤0.02 m/s)促进微粒聚集，而高速油流(>0.02 m/s)抑制微粒聚集。结合油中金属微粒的受力及运动特征，对静止变压器油中金属微粒的运动轨迹进行了分类，阐明了静止油中金属微粒在间隙中心区域聚集的机理，并分析了变压器油流对金属微粒聚集的影响。     

变压器油中局部放电超高频检测的试验研究

研究了变压器油中局部放电的频率特性 ,并与空气中局部放电的频谱特征作了比较 ;测量了超高频信号在金属油箱内及空气中的衰减特性及金属导线对超高频信号的辐射特性。研究结果表明 :变压器油中局部放电的频谱高于空气中局部放电的频谱 ;超高频信号在金属箱体内的传播具有振荡特性 ;变压器内部引出线对内部局部放电信号具有一定的辐射能力     

油纸屏障对变压器局部放电超高频检测信号的影响

受变压器内部复杂结构的影响,局部放电超高频信号在变压器内部的传播特性非常复杂。笔者通过变压器局部放电超高频实验研究,分析了油纸屏障对变压器局部放电被测超高频信号的影响。设计了油中气隙放电、油中沿面放电和油中电晕放电3种局部放电模型,在实验油箱中进行局部放电实验,采用超高频小环天线进行放电信号检测,在有无油纸屏障情况下获得了局部放电超高频信号实测数据,对所测局部放电超高频信号在时域和频域上进行了对比分析。结果表明,油纸屏障对超高频信号幅值衰减及信号功率谱有一定影响。     

变压器油工频电压击穿特性的统计研究

为更好地评价变压器油的绝缘性能,对不同水分含量下的变压器油进行了工频击穿测试,分别利用正态分布、耿贝尔分布和威布尔分布等统计方法对变压器油的击穿电压进行对比分析,研究不同的统计方法对评估变压器油绝缘性能的适用性。结果表明:大量的重复击穿试验会使变压器油中水分的形态发生变化,从而使得变压器油的击穿电压升高;三参数的威布尔分布能够较好地拟合不同水分含量下变压器油的击穿电压结果,并且位置参数为评价变压器油的绝缘性能提供了直观的依据。     

气泡放电对变压器油流注放电的影响

以流体动力学为基础,建立了脉冲电压作用下含气泡的变压器油流注放电仿真模型。通过改变气泡的位置、大小及数量,研究了含气泡的变压器油的电场强度和空间电荷密度的变化规律。仿真结果表明,当击穿电压达到一定值时,由于气泡内部气体的积聚,气泡内部会形成电场梯度,从而产生内部放电现象。距离高压电极越近的气泡越先被击穿,放电进行的时间也相对更短;气泡的尺寸越大,变压器油流注放电的速度越缓慢;气泡的数量越多,流注放电时的电场越剧烈,放电持续时间越久,对变压器造成的伤害也越大。     

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。     

电力变压器高压进出线套管多发事故原因浅析

针对电力变压器油浸纸绝缘电容式套管多发事故的现象,分析了套管的绝缘结构,并对绝缘油中气泡和油浸纸的气隙产生局部放电的机理进行了探讨。指出油中存有气泡和油浸纸中存有气隙会局部放电,而局部放电会导致绝缘被击穿,最终导致套管爆炸。最后提出了一些防范措施。     

变压器高压进出线套管多发事故原因分析

针对电力变压器油浸纸绝缘电容式套管多发事故的现象,分析了套管的绝缘结构,并对绝缘油中气泡和油浸纸的气隙产生局部放电的机理进行探讨。指出油中存有气泡和油浸纸中存有气隙会局部放电,从而造成绝缘被击穿,进而导致套管爆炸。并提出了一些防范措施。