表面电荷积聚对冲击电压下绝缘子沿面放电的影响

绝缘子的表面缺陷会导致表面电荷积聚，使绝缘子表面的电场发生畸变，影响冲击电压下绝缘子的沿面放电。研究了表面电荷对绝缘子沿面放电进程的影响，发现表面电荷积聚可以降低绝缘子沿面放电的起始电压。外施冲击电压的极性与绝缘子表面电荷极性是否相同会影响绝缘子的电晕起始时刻、由流注向先导的转变时间间隔和流注电晕电流。表面电荷对GIS支撑绝缘子的50％冲击闪络电压和伏秒特性也有一定的影响。     

冲击电压下残余电荷对沿面放电发展的影响

固体绝缘的表面是高压电力设备绝缘的最薄弱环节,很多绝缘事故都是由沿面放电造成的。发生放电后,电荷会在绝缘表面积聚,会很大程度上影响下一次放电的产生与发展。为此,通过观测在极性交替变化的冲击电压作用下沿同轴圆柱形聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)绝缘表面放电的发展以及测量放电后表面残余电荷电位的分布,来研究残余电荷对沿面放电的影响。研究表明,在改变冲击电压的极性后,由于反极性残余电荷的影响,放电会被促进,放电通道会沿着前一次放电的通道向前发展,并且会比前一次放电距离略长,放电的强度会增强,放电的发展速度也会加快。在沿着放电通道方向,表面电荷电位梯度可以明显分为两部分:在放电头部的20mm区域,电位梯度较大,为流注放电;而在后面的主干部,电位梯度平缓,为先导放电。     

温度对油纸绝缘沿面放电发展过程的影响

为了研究温度对油纸绝缘沿面放电发展过程的影响,构建了一个模拟变压器沿面放电的试验平台,其中包括沿面放电模型、变压器内部环境模拟系统和局部放电检测系统。在此试验平台上,模拟了变压器内部60、90、100°C温度,采用逐步升压法来加速沿面放电的发展。使用常规脉冲电流(CIC)测量方法检测局部放电的信息,采用照相方法记录沿面放电在纸板上产生的炭化痕迹,观测了3个温度下油纸绝缘系统中沿面放电的发生、发展、直至沿面闪络的过程和现象。结果表明:随着油温的升高,沿面放电模型的局部放电起始电压和闪络电压在不断降低;高油温下,沿面放电对纸板的破坏程度更加严重。这些结果为评价温度对油纸绝缘沿面放电的影响提供了依据。     

表层非线性电导盆式绝缘子表面电荷分布与沿面放电特性

盆式绝缘子表面电荷积聚是影响直流气体绝缘输电管道(direct current gas insulated transmission line,DC-GIL)电场分布与沿面闪络的重要因素,因此探究绝缘子表面电荷积聚机理并提出调控方法,进而改善绝缘子沿面电场分布具有重要意义。该文搭建缩尺直流GIL绝缘子试验平台,研究不同Si C质量分数(23.1%、37.5%、47.4%)的非线性电导涂层对直流电压、金属微粒附着和极性反转工况下盆式绝缘子表面电荷分布与沿面闪络特性的影响规律。结果表明：环氧基Al₂O₃绝缘子的表面电荷极性取决于气固侧电流密度博弈结果,具有显著的场强依赖特性;非线性电导涂层可以自适应调控直流GIL绝缘子的表面电荷与沿面电场分布,显著提高不同工况下的沿面闪络电压。该文的研究结果为高可靠性直流GIL绝缘子的研发提供了一种潜在的解决方案。     

复合电压比例对油纸绝缘沿面放电的影响

结合换流变压器内部运行环境,设计了一套外施电压为交流有效值和直流平均值叠加组成的复合电压下沿面放电试验平台,通过试验分析交流电压及不同比例复合电压下油纸绝缘的沿面放电特征。结果表明:随着复合电压中直流分量的增大,沿面放电起始电压和闪络电压随之增大,而放电脉冲重复率和平均放电量减小,放电强度降低,因此在对换流变压器进行油纸绝缘沿面放电诊断时,不可忽略交流有效值和直流平均值的复合电压比例,放电特征和复合电压比例之间的关系对换流变压器故障诊断具有一定的指导作用。     

频变电应力下高频电力变压器绝缘沿面放电形态及发展过程

沿面放电是导致绝缘失效的主要原因之一。为研究高频电力变压器绝缘在频变电应力下的沿面放电形态及发展过程,搭建了高频沿面放电实验平台。首先在10~40 k Hz正弦电压下,测试了不同频率下的沿面放电起始、闪络电压及沿面寿命,然后采用恒压法开展沿面放电实验,记录了放电起始、发展至闪络的整个过程,获得了不同阶段的放电特征参量和放电相位谱图,并结合二次电子发射雪崩模型和陷阱理论,对沿面放电的发展演化过程进行了分析。实验及分析结果表明,电压频率的升高会导致沿面闪络电压的降低和沿面寿命的缩短;高频下聚酰亚胺的沿面放电形态为直线型,在放电的不同阶段,放电幅值、次数、相位谱图及其统计量均呈现出特定的变化规律,可作为沿面放电发展程度的评估指标;绝缘表面电荷分布和陷阱参数对沿面放电特性有重要影响,是进一步揭示沿面闪络机理的关键。     

空气中沿面流注放电表面电荷分布特性的仿真研究北大核心CSCD

绝缘子表面积聚的电荷会畸变电介质表面电场进而引发沿面闪络。为研究空气氛围中绝缘介质表面在沿面流注放电发展过程中动态电荷积聚情况,在自主开发的二维流体沿面放电仿真模型中增加化学反应体系,模拟了正负极性沿面放电在起始及发展过程中流注自身特性以及介质表面电荷分布特性的演化过程。研究发现施加电压为负极性时,介质表面始终累计负电荷,沿面流注头部累积电荷量极高,流注头部后方界面处电场极性反转,正离子向介质表面运动;施加电压为正极性时,沿面流注头部累积正电荷,尾部电子朝介质表面扩散,介质表面总电荷量为负值。     

温度对乙丙橡胶绝缘表面沿面放电特征的影响

为了评估温度对乙丙橡胶绝缘表面沿面放电特征的影响,搭建了变温沿面放电试验系统,测量了不同温度下的沿面放电起始放电电压、熄灭电压及闪络电压。研究了不同温度下乙丙橡胶表面从起始放电到闪络过程的沿面放电特性,分析了放电次数、起始放电相位、平均放电功率和放电电流等随温度和电压幅值的变化规律。结果表明:乙丙橡胶表面的沿面放电过程与温度密切相关,随着温度的升高,沿面放电起始电压与熄灭电压均呈减小趋势,闪络电压呈先增大后减小的趋势;放电次数、平均放电电流和放电功率均逐渐增大,正、负半周放电相位左移;随着温度升高,同一电压下的平均放电电流和放电功率相差增大,负半周的平均放电电流和放电功率始终小于正半周。根据放电过程中放电功率和放电电流的变化趋势,可将放电过程分为4个阶段:放电起始阶段、放电发展阶段、放电相持阶段、临近闪络阶段,为不同温度下乙丙橡胶沿面放电的特征识别提供了理论依据。     

高频电应力下聚酰亚胺沿面放电演化特性

聚酰亚胺(PI)薄膜被广泛应用在固态变压器(SST)的绝缘设计中，而沿面放电是导致SST绝缘失效的重要原因之一。该文使用COMSOL Multiphysics软件为针电极实验装置建立了二维自洽等离子体仿真模型，通过耦合等离子体化学反应、粒子输运方程和泊松方程来分析高频电应力下的沿面放电发展过程；并建立了一个简化模型，用于验证等离子体模型中的空间电荷密度。实验结果表明，沿面放电会使电介质表面碳化并增加PI表面电导率。当电压频率为50Hz时，表面放电呈树枝状，放电出现在该阶段正半周期的上升和下降沿，最大放电幅度为0.013V，放电次数为2 180。在高频下，随着绝缘老化，放电幅度从0.009V增加到0.015V，最后阶段记录的放电总数为3 610，高频电应力下的沿面放电造成的损伤比工频更为显著。通过仿真模拟，该文获取了空间电荷、电子密度、反应速率和电子温度等微观量。高频电应力下PI薄膜沿面放电轨迹近似线性，在176×10^-6s时电子密度达到1.1×10¹⁹m^-3，随着电场强度的增加，电子密度和电子温度分布呈现上升趋势；正负离...     

水分对交直流复合电压下油纸绝缘沿面放电特性影响研究

换流变压器阀侧绕组绝缘同时承受交流和直流电压作用,水分是导致围屏爬电的重要原因之一,开展水分含量对油纸绝缘沿面放电特性影响的研究具有重大意义。文中利用基于脉冲电流法的局部放电测量系统,在含不同直流分量的交直流复合电压下,使用典型球—板电极对不同水分含量油纸绝缘试品的沿面放电特征参量和统计谱图变化规律开展了实验研究,并与纯交流电压下的结果进行了对比。研究结果表明:随着纸板中水分含量的不断升高,起始放电电压和闪络电压均呈现下降趋势,放电耐受时间不断缩短;在同一水分含量下,随着复合电压中直流分量的不断增大,起始放电和闪络电压则明显升高,其中纯交流电压下的起始和闪络电压均为最低。利用典型沿面放电统计谱图可以将油纸绝缘沿面放电发展过程划分为4个阶段,分别为起始、发展、严重和临近闪络阶段;高水分含量下各阶段沿面放电量Q大幅增加,相邻两次放电的时间间隔Δt明显减少。     

工频恒定电压下SF6气体中沿面放电发展过程研究

气体绝缘组合电器(GIS)中绝缘缺陷的存在会造成局部放电,导致设备劣化,进而危害到电力系统的稳定性。其中危害较严重的为绝缘子沿面放电缺陷,为探究其在工频恒定电压作用下的放电发展过程及规律,文中制作了“三结合”模型模拟SF 6中沿面放电缺陷并展开试验。保持工频电压在模型闪络电压的95%不变,每隔5 min记录一次局部放电信号,直至模型频繁发生闪络,分析各阶段放电统计参量的变化。结果表明沿面模型在闪络前的放电呈现放电重复率增加、放电量增加、放电间歇、放电再次增强的发展过程。放电间歇的产生与SF 6的强电负性、电场均匀化等均有一定关系。因此,需通过长时间放电检测以准确判定设备劣化阶段,并采取相应措施。     

工频电压下湿度对瓷绝缘子表面放电电压的影响

本文介绍在人工气候室条件下,空气湿度对35千伏及110千伏等级高压电器瓷绝缘子表面工频干放电电压影响的试验结果,并介绍了110千伏等级瓷绝缘子湿度校正曲线。     

液氮中绝缘体表面形状对沿面闪络电压的影响

液氮环境下绝缘材料沿面闪络特性的研究是低温高压绝缘技术的重要内容,为得出有效增大爬电距离的方法,研究了液氮环境下绝缘材料的不同表面形状对沿面闪络电压的影响。通过实验测量了爬电距离均为10 mm的不同直径的圆柱形试品、不同斜面倾角的圆台形试品和折线形侧面试品在液氮中的沿面冲击闪络电压,并对试品的电场进行了仿真。实验结果表明:液氮环境中,圆柱型绝缘体直径增加,沿面闪络电压略有下降;不同形状的绝缘体沿面闪络电压有较大差异,其原因是表面形状改变了电场分布,三结合点处场强愈小,绝缘表面电位梯度愈均匀,沿面闪络电压愈高。     

真空沿面闪络过程放电光谱分析

选取高压真空绝缘体系中常用的环氧树脂为研究对象,通过添加不同粒径的纳米无机填料,分析不同填料对沿面闪络过程的影响。利用闪络过程光谱实时测量系统分别研究红外光、可见光及紫外光范围内的闪络发光光谱的时域波形,从发光光谱的角度分析闪络过程的发生和发展机理。结果表明:闪络光谱强度并不随闪络电压的升高而增强,纳米无机氧化物的添加会引入更多的深陷阱能级,且会增加高能光子的发射。     

真空冲击电压下氧化铝陶瓷沿面闪络现象的发展过程

真空沿面闪络的发生与发展的过程是电气与电子领域众多学者长期以来所关注的问题,这一复杂的放电现象至今还不能完全从机理上给予说明.本文采用电气、光学联合检测的方法,利用增强型电荷耦合器件(ICCD)对真空冲击电压下氧化铝陶瓷沿面闪络现象的动态发展过程进行了研究,考察了在试样表面溅射金属薄膜电极对闪络发光现象的影响.从闪络的电压、电流和发光波形看出,闪络发生时的电流和发光峰值出现时间一致,并滞后于电压截断点.从ICCD图像可以发现,在试样表面发生完全闪络之前其表面已经出现预闪络发光通道,而沿面闪络发光的最强阶段出现在闪络发生之后的几十纳秒,此时电流出现最大值,能够发现在电极的边缘位置发光最为强烈;溅射电极之后试样的沿面闪络电压有所降低,闪络发生时的发光强度提高,在闪络发生时电极之间的材料内部可能出现体内的复合过程.     

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。     

不同曲率下针–板沿面放电模型白斑发展过程及放电特性

电力变压器绝缘纸板上的白斑会降低油纸绝缘的性能,但在检修阶段很难发现白斑现象。为了寻找白斑发展过程中的局部放电特性,在实验室条件下建立交流针–板沿面放电模型,研究不同曲率半径下白斑形成发展过程及放电特性。研究结果表明:起始放电电压和闪络电压与曲率半径间存在一次线性相关和二次非线性相关;同一曲率下局部放电发展过程可分为5个阶段,第2阶段到第5阶段分别对应着白斑产生、迅速延伸、缓慢延伸和闪络击穿现象;5个阶段中同一阶段局部放电特征参数的幅值和大小随着曲率半径的减小呈现出先减小后增大的趋势;不同曲率半径下白斑发展过程和局部放电特性与绝缘纸板上火花放电的集中程度相关。研究结果可为通过局部放电谱图形状和放电量大小诊断变压器绝缘纸板上的白斑提供参考。     

老化绝缘纸表面的沿面放电试验分析

在故障变压器检修及事故调查中发现,变压器内绝缘纸界面发生沿面闪络后会留下烧灼痕迹,对此分析了油纸绝缘界面沿面闪络的起因及影响因素。测量了在添加和不添加绝缘纸板条件下绝缘油的击穿电压和起始局放电压,分析不同热老化程度的绝缘纸沿面闪络电压和起始局放电压的变化规律。研究结果表明:添加新绝缘纸不会改变油间隙的电气强度,但是老化后的绝缘纸会大幅降低油间隙的沿面闪络电压以及起始局放电压,在老化过程中产生的大量水分子可能是导致上述试验现象的重要原因。     

油纸绝缘针板沿面放电模型白斑发展过程及放电特性

电力变压器绝缘纸板上的白斑会大大降低油纸绝缘性能,但在变压器检修阶段很难观察到绝缘纸板上的白斑。为研究绝缘纸板上白斑的形成发展全过程及局部放电特性,在实验室建立典型的针板沿面放电模型。基于脉冲电流法测量沿面放电模型的局部放电特性谱图,分析了局部放电的最大放电量、平均放电量、放电次数和放电能量与电压之间的关系,同时用高速相机记录绝缘纸板上白斑形成发展全过程。研究结果表明:根据局部放电特征参数的变化趋势,可将局部放电整个过程分为5个阶段,每个阶段的局部放电特征参数变化和白斑发展过程存在一一对应关系,第2到第5阶段分别对应着白斑产生、快速延伸、缓慢延伸和闪络击穿;通过扫描电子显微镜观察到白斑所在的纸板纤维严重断裂;根据试验现象分析白斑形成发展的机理。因此,可通过局部放电的特征参数变化反应白斑形成发展的不同阶段,为研究电力变压器绝缘纸板的破坏过程提供参考。