基于改进电声脉冲测试系统的油纸绝缘混合体系空间电荷动态行为特性

目前国内外关于油纸绝缘介质空间电荷特性的研究全部基于油浸绝缘纸,且已有的电声脉冲测试系统无法实现对油隙与油浸纸组合而成的混合体系的空间电荷特性的测试。通过采用改进的电声脉冲测试系统首次对油隙与油浸纸板组合而成的混合体系的空间电荷动态行为特性进行研究,分析空间电荷积聚对油纸混合体系内部电场分布的影响。研究发现油纸绝缘界面处及油浸绝缘纸内部积聚的空间电荷和电场畸变程度与绝缘油和油浸纸板的电导率关系很大。由绝缘油劣化导致油纸绝缘系统的电导率提升更易引起油浸纸内部场强严重畸变,油浸纸内部最大场强约达到平均场强的2.5倍。而由油浸纸电导率增大引起的油纸绝缘系统的电导率提升减轻了油浸纸内部的电场畸变程度,但电荷快速迁移会导致介质热效应显著也易诱发击穿。消除绝缘结构界面引起的空间电荷积聚效应、限制空间电荷在绝缘介质内部的快速迁移或使电荷在介质内部分布更加均匀,从三方面出发将有助于抑制空间电荷的危害。     

换流变压器各向异性直流电场的有限元计算

笔者以变压器内部常见的油纸绝缘结构为例,利用自编程对换流变压器阀侧绕组直流电场进行了计算,并通过有限元软件ANSYS仿真,验证了文中方法的正确性。基于纸板材料电导率的各向异性特性,推导了电导率各向异性情况下直流电场的数学模型,给出了离散格式,分析了电导率对直流电场的影响,并对1台500 kV换流变压器进行了计算。计算结果表明,考虑材料的各向异性后纸板中场强减小,油中场强增大,变化的幅度与电导率初值有关。     

基于极化/去极化电流法的油纸绝缘时域电导模型

时域介质响应法是一种评估变压器绝缘状态的新方法,然而目前尚无公认的时域特征量能很好地表征油纸绝缘的极化特性。基于极化/去极化电流法提出了新的时域介质响应法的特征量—极化电导率,并建立了时域电导模型。搭建了用来测试油纸绝缘极化电导率的实验平台,测试了不同温度下油纸绝缘的极化电导率,并计算了油浸纸的极化电导率。实验结果表明:油隙作为油纸绝缘极化特性的影响因素之一,在测试分析过程中应当予以考虑。极化电导率随温度升高而增大,充电时间一定时,极化电导率对数与温度倒数成线性关系。极化电导率能很好地表征油纸绝缘的极化特性,与频域响应法特征量—复介电常数的关系明确,为评估油纸绝缘状态提供了新的思路和有益参考。     

温度对换流变压器绕组端部电场分布的影响研究

为研究温度对换流变压器绕组端部油纸复合绝缘系统电场分布的影响,首先测量获取了-40～+50℃范围变压器油和油浸纸板的相对介电常数、电导率;在此基础上利用有限元法研究了交流和直流试验电压作用下500 kV换流变压器端部电场分布的温度特性。研究结果表明:温度通过影响油纸绝缘的介电特性而影响换流变压器绕组端部电场分布特性;换流变压器的出厂试验需考虑实际运行条件下内部温度的变化范围做出适当的修正。     

棒-板油纸复合绝缘的电场数值计算

换流变压器阀侧绕组端部属极不均匀场,承受交流电压、直流电压及极性反转等电压的作用。为此采用有限元仿真软件对棒-板油纸复合绝缘极不均匀场模型在不同参数情况时的直流场强分布、交流场强分布及极性反转场强分布进行了计算,绘制了绝缘油及绝缘纸板中最大场强与绝缘纸板厚度、纸板长度、棒直径等参数的关系曲线。棒-板油纸复合绝缘模型在交流电压及极性反转电压作用下的场强分布较为接近,但与直流电压下的场强分布有很大的不同。通过提高换流变压器阀侧绕组端部等效棒直径及油的电阻率,选择合理的油与纸空间相对位置及几何尺寸,可比较明显地提高换流变压器阀侧绕组绝缘特性。     

空间电荷在多层结构油纸绝缘混合体系的积聚规律及其对电场分布的影响

空间电荷是影响和制约变压器油纸绝缘材料耐电强度,导致其老化和引起绝缘故障的重要因素。对于换流变压器油纸绝缘系统,理解空间电荷对绝缘系统电场分布的畸变尤为重要。为此采用改进的电声脉冲测试系统测试分析了多层结构油纸绝缘混合体系的空间电荷动态迁移特性,运用COMSOL软件对多层油纸绝缘混合体系的电场分布进行了仿真,首次推演了空间电荷在多层结构油纸绝缘混合体系的积聚规律,细致对比研究了空间电荷加入前后对多层油纸绝缘混合体系电场强度分布的影响。结果表明:油隙与油浸纸板交界面处积聚的电荷极性与油浸纸板另一侧积聚的电荷极性相反,根据该2~4层结构油纸绝缘混合体系空间电荷积聚模型,可以推演更多层结构油纸绝缘混合体系的空间电荷积聚行为;考虑空间电荷积聚效应计算所得场强分布与传统基于麦克斯韦尔—瓦格纳方程计算所得的电场分布差异明显,空间电荷的存在明显畸变了油纸绝缘混合体系的电场分布。     

不同吸油率油浸纸板介电特性及电导特性研究

针对换流变压器主绝缘存在不同吸油率油浸纸板混用的问题,推导吸油率与油浸纸板介电常数εr的数学关系,试验测量不同吸油率条件下油浸纸板的介电常数,仿真分析吸油率对油纸绝缘电场分布的影响,最后试验研究电压、温度、吸油率对油浸纸板电导特性的影响,结果表明:介电常数试验结果与推导的数学关系吻合较好;吸油率的变化会使交流电场分布更加不均;直流电场作用下,电压、温度、吸油率的增加均导致油浸纸板电导电流增大。     

运行环境对换流变压器油纸绝缘电场分布的影响

为研究多环境因素对换流变压器阀侧典型油纸绝缘结构电场分布的影响,在-20℃ ～80℃以温度和含水率为变量对变压器油和浸油纸板进行电导率和相对介电常数的测量.建立换流变压器阀侧主绝缘模型,利用实测数据建立动态材料属性,通过仿真得到不同温度、含水率在外施电压幅值为800 kV的纯交流、83％直流含量、87.5％直流含量以及...     

油隙对变压器油纸绝缘频率响应特性的影响规律

频率响应法是一种评估变压器油纸绝缘状态和水分含量的方法,为研究油隙对油纸绝缘频率响应的影响规律,使用频率响应法对油纸绝缘进行建模,搭建油纸绝缘频率响应实验平台,对不同油隙大小的油纸绝缘系统频率响应进行测试和计算。结果表明：油纸绝缘系统的频率特性可以由油隙和油浸纸的频率特性进行叠加得到。油隙的大小对油纸绝缘系统频率响应测试结果尤其是低频部分的影响较大,而频率响应的低频部分对油纸绝缘状态和微水含量十分敏感,因此油隙大小是影响油纸绝缘频率响应特性的一个不可忽略的因子。     

应用极化/去极化电流法评估变压器油纸绝缘水分含量

时域介质响应法作为评估变压器绝缘状态的新方法,目前尚无公认的时域特征量能很好地表征油纸绝缘的极化特性。基于极化/去极化电流法提出了新的时域介质响应法的特征量--极化电导率,建立了时域电导模型。搭建了油纸绝缘极化电导率的实验平台,测试了不同温度和水分条件下油纸绝缘的极化电导率并应用最小二乘法对时域电导模型参数进行了拟合。实验结果表明:极化电导率随温度和水分的增加而增大,时域电导模型能较好地反映油纸绝缘在不同温度和水分条件下的极化特性。根据时域电导模型参数直流电导率提出了评估油纸绝缘水分含量的方法并进行了验证,为诊断变压器油纸绝缘水分含量提供了有益参考。     

极性反转时典型油纸复合绝缘的电场特性

极性反转是换流变压器一种特殊的工作状态,因极性反转时空间电荷的作用,绝缘油中会出现极高的危险场强。文中采用ANSYS10.0有限元仿真软件计算了极性反转时板-板、同轴、棒-板及换流变压器阀侧绕组端部局部模型等几种典型油纸复合绝缘电场的场强,绘制了绝缘油及绝缘纸板中最大场强与绝缘纸板厚度、油纸电导比、极性反转时间等参数的关系曲线。在板-板油纸复合绝缘中,增加绝缘纸板的厚度可以降低极性反转时油中及纸中场强。但在同轴油纸复合绝缘中,当绝缘厚度超过一定值后,纸中极性反转场强反而增加。在棒-板油纸复合绝缘中,极性反转场强与绝缘纸板的尺寸及位置关系具有较大的不确定性。延长极性反转时间可降低极性反转时的场强。极性反转场强随油纸电导比增加而增加,且存在饱和现象。     

油浸层压纸板在低场强下空间电荷的积聚特性

换流变压器油纸绝缘系统中大多采用较厚的层压纸板,但目前有关较厚纸板的空间电荷积聚特性的研究较少。为此,利用脉冲电声法(PEA),研究了低场强(<5kV/mm)较厚纸板(0.5～2mm)中电荷的积聚特性,以及水分质量分数和温度因素对油浸层压纸板空间电荷积聚特性的影响,并采用热刺激电流法(TSC)研究了不同厚度油浸纸板空间电荷积聚特性的差异。研究发现,层压纸板中的水分质量分数对空间电荷的积聚影响显著,当质量分数在0.9%～3.5%范围内时,空间电荷随着水分质量分数的增加而线性增加;温度对空间电荷的影响也很明显,当纸板温度升高到333K时,其相同时间内积聚的空间电荷密度峰值是273K时的4倍。纸板厚度对其电荷积聚的影响规律和机理还需要进一步研究。     

油纸绝缘场致动态参数对换流变端部电场计算结果的影响

换流变压器在运行时,油纸绝缘的介电参数受温度、场强影响处于动态变化中。然而传统工程设计通常忽略高温高场强的影响,将常温低电场下获得的材料参数用于电场计算。通过建立换流变阀侧绕组模型,利用不同温度、场强下油纸绝缘介电参数的实测数据进行仿真计算,对比研究常温低场强下的参数与实际运行温度、场强下的动态参数对电场分布的影响。研究结果表明：将定值参数用于计算电场较实际情况存在较大的设计裕度。     

变压器油纸绝缘极化电流特性影响因素的分析

为研究不同环境因素下油纸绝缘极化电流特性变化规律,搭建了油纸绝缘极化电流特性测试系统,应用该系统测试了不同温度、水分和油隙下油纸绝缘体系的极化电流特性,并通过参数拟合法进行了曲面拟合。结果表明：温度升高,极化电流增大,温度主要通过影响油纸绝缘弛豫时间而影响极化电流特性;水分含量增加,极化电流增大,绝缘油和绝缘纸的直流电导率分别与油中和纸中的水分含量呈指数关系,通过极化电流法可直接得到油中和纸中的水分含量;油隙增大,极化电流初值减小,终值增大,油隙是影响油纸绝缘极化电流特性的一个不可忽略的因素,在测试分析过程中予以重视。     

温度梯度效应对油纸绝缘材料空间电荷分布特性的影响

针对换流变压器及直流套管中油纸绝缘系统存在的内外温度不同的温度梯度效应对油纸绝缘中空间电荷分布的影响,利用电声脉冲法(PEA)研究了不同温度差下(△θ=0～40c),在场强分别为10～40 kV/mm时单层油纸中空间电荷特性及场强分布.实验结果表明:在各个电压及温度梯度下异极性电荷始终存在,这表明油纸绝缘中的杂质电离在...     

基于极化电流的挤压力和热应力作用下电缆用乙丙橡胶绝缘性能的研究

为了明确电应力、热应力和机械应力共同作用对乙丙橡胶绝缘性能的影响,本研究制备了乙丙橡胶（EPDM）绝缘试样,分别测试了温度为30～120℃、挤压力为0～1.0 MPa和场强为1～25 kV/mm时乙丙橡胶的极化电流。为了评估乙丙橡胶的绝缘性能,引入吸收比K。通过极化电流中的稳态电导电流,计算得到试样的准稳态电导电流密度和电导率。结果表明：乙丙橡胶的绝缘性能与温度和电场强度呈负相关,其中在低场强区,试样的电导特性符合欧姆电导特性,在高场强区符合空间电荷限制电流机制。通过计算得出乙丙橡胶的载流子迁移率,分析发现载流子迁移率随着挤压力的升高先减小后增大,最终导致乙丙橡胶的绝缘性能发生变化。     

水分对植物绝缘油浸纸板击穿特性的影响

为研究水分对植物绝缘油浸纸板击穿特性的影响,分别制备了含水量为0.3%~7.0%的植物绝缘油浸纸板试样和矿物绝缘油浸纸板试样,对比分析了两种油浸纸板在不同含水量下的击穿特性。从电导率、介质损耗因数以及电场分布3个方面分析得出水分对植物绝缘油浸纸板击穿特性的影响规律。结果表明:当植物绝缘油浸纸板含水量高于4.0%时,其电导率和介质损耗因数急剧增加,电气强度迅速下降;电气强度与电导率和介质损耗因数呈负相关,并且水分对其击穿特性的影响存在阈值效应。     

变压器油纸绝缘频域介电特征量与绝缘老化状态的关系

为了更好地将频域介电谱技术用于无损诊断变压器油纸绝缘老化状态,通过频域介电谱测试了不同老化程度油纸绝缘试品的频域介电特征量。研究了油纸绝缘试品的相对介电常数、介质损耗因数、电容、体积电导率与频率和绝缘纸老化状态的关系,在分析温度对油纸绝缘试品频域介电特征量影响规律的同时,提出了求解油浸绝缘纸活化能的新方法。结果表明:油纸绝缘试品在10 3～100Hz的频域介电特征量能反映其老化状态;不同老化程度油纸绝缘的电容C(DPt)或相对介电常数r(DPt)在10 3Hz、10 2Hz、10 1Hz的值分别与绝缘纸聚合度差值(DP0 DPt)存在二次多项式函数关系;利用油纸绝缘试品tan曲线求解出的油浸绝缘纸(DP=880)活化能为96.65kJ/mol,利用"频温平移因子"可将已知测试温度下的频域介电特征量推广到未知温度,解决了测试温度不同对FDS结果带来的影响。     

直流电压下油中空间电场强度对油纸绝缘界面电荷特性的影响研究

直流电压下油纸绝缘界面电荷特性是换流变压器绝缘结构设计的巨大挑战。传统电阻-电容（RC）模型仅考虑由于油、纸材料的介电常数、电导率不同而引起的界面极化电荷，忽略了其他形式来源的电荷及其对空间电场的影响。本文基于Kerr电光效应原理，搭建了油纸绝缘结构油中空间电场特性非接触式、实时测量平台，针对变压器油-电工绝缘纸、变压器油-变压器纸板组成的复合绝缘结构，获得了不同极性、不同幅值直流电压下油中空间电场特性，计算并分析了界面电荷密度与RC模型计算的极化电荷密度的差异。结果表明：当油中场强较低时，油纸界面电荷以极化电荷为主；随着油中场强的增加，油纸界面电荷密度与RC模型计算极化电荷密度差异逐渐增大，出现了其他形式电荷的积聚，且其在界面总电荷量中占比逐渐增加，对电场强度的影响逐渐增大。     

采用介电频谱法分析评估油纸绝缘的微水质量分数

目前油浸式变压器是电力系统中应用最广泛的一种变压器,其油纸绝缘性能的优劣直接影响变压器的电气性能和运行寿命,而微水是影响油和纸绝缘材料性能的一个重要因素。为有效分析电力变压器等主要绝缘中的微水质量分数,从而对变压器绝缘状态及剩余寿命进行有效评估,利用基于电介质响应的介电频谱法对油纸绝缘系统进行建模,测试油纸绝缘体系的介电谱,并讨论油纸绝缘介质响应测试过程中油隙对介电测试结果的影响,推导出微水质量分数随温度、频率变化的表达式。测试结果分析表明:油隙对测试结果的影响在10%以内,油纸绝缘系统的复介电频谱与其微水质量分数和温度之间存在函数关系,介电频谱法能有效评估油纸微水质量分数。