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...     

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。     

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。     

交直流复合电压下油中局部放电的起始过程

换流变阀侧绕组同时承受交流、直流、交直流叠加、极性反转等多种特殊电压形式,其许用场强却未得到同等关注。因此,采用针-板、板-板典型电极模型和脉冲电流法及宽频带电流传感器检测法,研究了变压器油在交流、直流、交直流复合电压条件下的局部放电起始过程;总结了该起始电压随电压类型变化的规律曲线,为换流变许用场强的提出奠定了基础。试验结果表明:针-板电极模型下局放起始电压基本只与交流、直流、复合电压的幅值有关,而与电压类型、复合电压分量所占比例无明显关系;板-板电极模型中,复合电压下交流局部放电起始电压受直流分量的影响很小。通过高速摄像仪记录复合电压下局部放电引发击穿的全过程并估算出了放电增长速率约为1.8km/s;利用扫描电镜观测放电通道表面形貌特征,进而采用表面能谱分析法检测其主要元素含量由高至低依次为C、O、Cu、Si。最后通过复合电压下油中局部放电产生随机分布气泡的仿真模型算出,气泡使局部放电场强严重畸变,不均匀系数f达1.6。     

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...     

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。     

含杂质流动变压器油放电特性研究

为了对比研究流动变压器油中金属微粒和气泡放电特性的差别,在模拟实验放电平台上对含杂质流动变压器油进行了局部放电（PD）和击穿实验,并对放电信号的波形进行对比分析,构建放电相位分析（PRPD）图谱。结果表明：流动变压器油中两种缺陷的放电特性有明显的差别,金属微粒PD可以激发特高频信号,而气泡PD仅能激发甚高频信号;金属微粒PD几乎遍布整个工频周期,气泡PD主要分布在工频负半周（236°～305°）。与金属微粒相比,气泡对变压器油击穿电压的影响更为严重。     

交直流复合电压中直流分量对油纸绝缘放电缺陷产气特性的影响

运行中的换流变压器内部绝缘同时承受交、直流电压的作用,其产气特性与交流变压器有一定区别。为此,采用典型柱板电极模型,对交、直流复合电压下,油纸绝缘放电缺陷各发展阶段的油中溶解气体量、产气速率和气体组分进行了试验研究。研究结果表明:交直流复合电压中直流分量比例越高,由开始放电到击穿的时间越长、放电能量、产气量、产气速率越低;可根据产气速率将放电缺陷划分为起始阶段、发展阶段和临近击穿阶段。复合电压中的直流分量越高,放电起始阶段油中分解CH4的体积分数烃类气体与总烃的体积比)越高(50%),C2H2的体积分数越低(45%),此特性为复合电压下油纸绝缘放电缺陷的早期故障诊断提供了依据。     

交直流复合电压下油纸绝缘沿面局部放电特性研究

换流变压器结构复杂,在其中的某些油、纸板和电极的三结合点处极易发生沿面局部放电,运行过程中沿面局部放电导致的沿面闪络是导致换流变压器事故的主要原因。换流变压器阀侧绕组承受的是交直流等多种电压的复合电压,研究复合电压作用下沿面放电的放电特性,对于换流变压器的绝缘试验、击穿机理研究均具有重要意义。文中构建了油纸绝缘典型的沿面放电模型,研究了交直流复合电压下油纸绝缘沿面局部放电特性,通过调节不同的直流电压分量幅值,研究了复合电压中直流电压分量对局部放电特性的影响规律。     

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。     

交直流复合电压作用下油纸绝缘典型缺陷放电现象及特征

为实现换流变压器油纸绝缘故障诊断,搭建了一套交直流复合电压作用下油纸绝缘缺陷局部放电和油中溶解气体检测平台,选取针板模型、沿面模型和悬浮模型作为研究对象,得到每个模型不同发展阶段的局部放电和产气特性,对比了3种典型缺陷模型的特征区别。研究结果表明:1)根据3种典型缺陷模型的脉冲重复率、平均放电量和总烃体积分数变化趋势中的变化现象可以将放电过程划分为起始阶段、发展阶段和邻近击穿阶段;2)针板模型的脉冲重复率最低,沿面模型起始脉冲重复率较低但是放电后期较大,悬浮模型放电脉冲重复率最高;针板模型起始时放电量为97.5 pC,邻近击穿时超过900 pC,沿面模型起始时只有7.1 pC,随后增长到18.2 pC,而邻近击穿时也只有45.6 pC;悬浮模型起始阶段的平均放电量很大,发展阶段迅速减小到1 000 pC,邻近击穿阶段大于1 500 pC;3)针板模型在放电发展阶段总烃中以CH4为主,沿面模型在放电发展阶段中C2H2占到总烃体积分数的60.6%,悬浮模型在放电发展阶段4类烃类气体都有产出,其中C2H2气体最多。     

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。     

换流变压器局部放电检测与特性研究综述

随着我国特高压直流输电系统工程的发展,换流变压器的电压等级越来越高,绝缘问题也越来越突出。局部放电的研究对于换流变压器绝缘状况的判断以及设备寿命的评估具有重要的意义。本文介绍了换流变压器的绝缘特点、现场试验的过程、局部放电的检测方法及其注意事项,回顾了中外专家学者对换流变压器局部放电研究的成果,最后展望了换流变压器局部...     

变压器油中大颗粒杂质对油局部放电的影响

研究了变压器油中大金属颗粒杂质对油局部放电特性的影响．观测了颗粒在电场作用下的运行规律，并推测了油中大颗粒为局部放电的主要原因，在低于变压器油许用场强的作用下有可能产生大于500pC的放电量．     

不同比例复合电压下油纸绝缘针板电极模型的局部放电特性研究

作为直流输电系统最重要的设备之一,换流变压器的绝缘状态对直流输电系统的安全稳定运行起着至关重要的作用。其阀侧绕组不同位置需要承受不同交直流分量比例的复合电压。而现有研究主要针对1:1复合电压比例,其他电压比例研究较少。文中基于脉冲电流法与恒定电压法,建立了复合电压下油纸绝缘局放实验平台,研究了1:1、1:3、1:5和1:7交直流比例复合电压下针板电极有油隙模型、针板电极沿面强/弱垂直分量模型的局放起始放电电压、谱图特性和放电典型特征。结果表明:沿面强垂直分量模型的起始放电电压明显低于弱垂直分量模型;PRPD谱图中局放分布范围较广,放电多位于正半周交流电压的上升沿与峰值周围;针板电极不同模型的Q_ave、F_nc与F_eqave随直流分量的增加有不同的增减趋势。     

交直流电压条件下GIS局部放电检测对比研究

为了探寻一种较为有效的检测GIS内金属导电微粒类典型缺陷的方法,建立了一套模拟GIS交流电压下和正、负极性直流电压下局部放电检测平台.利用脉冲电流法、超声波检测法对局部放电信号进行检测,对获得的大量实验数据和图谱进行比较分析.通过分析研究,提出了利用正极性直流电压下局部放电检测法对金属导电微粒类缺陷进行检测,该检测方法对金属导电微粒类缺陷最为有效,能够及时发现该类典型缺陷,且对GIS绝缘性能破坏小,具有良好的实际应用价值.     

变压器局部放电试验容升电压计算

变压器局部放电试验中试品多为容性负载,试验回路存在容升现象,超高压、大容量变压器的容升问题尤为突出。针对变压器常用的局部放电试验回路,推导出容升电压计算公式,并对1台500 kV变压器局部放电试验容升电压进行了计算。     

直流电压下GIS内金属微粒的局部放电特性研究

为了研究直流电压下气体绝缘金覆封闭开关设备GIS内金属微粒缺陷的局部放电特性,用直流发生器和一套局部放电检测系统搭建试验平台。试验数据分析表明：金属微粒在正极性电压下更容易起跳;依据电荷量示意图,跳动微粒的波形振荡剧烈,局部放电量大。     

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。