多层油纸绝缘介质不同局放阶段的陷阱参数演变规律

陷阱是影响绝缘介质中电荷输运特性的重要因素,研究不同局放阶段绝缘介质陷阱参数演变规律对深入研究放电机理具有重要意义.为此,考虑车载变压器的匝间绝缘结构特点,设计了3层油纸绝缘缺陷模型,进行局部放电试验,选取起始到击穿不同放电阶段的试样,采用等温表面电位衰减方法研究不同放电阶段3层绝缘纸试样的表面电荷衰减特性,据此计算相...     

高频电老化过程中油纸绝缘表面电荷积聚消散特性

随着电力电子器件朝着高频率、大功率、轻量化发展,高频成为导致高频变压器绝缘失效的重要原因之一。搭建了高频电老化实验系统,采用表面电位衰减法测量了不同电老化程度油纸绝缘表面电荷积聚与消散特性。结果表明,随着施加频率的增加,绝缘纸表面积聚电荷量下降,电荷衰减率呈先上升后下降的趋势。高频老化后,油纸绝缘表面电荷积聚与衰减率随老化程度的增加而下降。频率小于5 kHz时,绝缘纸表面高频致热效应起主导作用,频率大于5 kHz时,高频导致的电荷耗散时间起主导作用,导致表面电荷衰减率呈先上升后下降趋势。随着高频电老化程度的增加,油纸绝缘初始电子产生概率下降。探明表面电荷积聚与消散特性为揭示高频下油纸绝缘电老化机制提供了理论基础。     

高频脉冲电压下油纸绝缘局部放电特性研究

高频变压器运行过程中油纸绝缘承受严酷的电热应力,绝缘系统容易过早失效.为了研究高频脉冲电压对油纸绝缘局部放电特性的影响,搭建了高频脉冲电压下的局部放电试验平台,开展局部放电试验,研究油纸绝缘在高频脉冲电压下的局部放电特性,并与工频电压下的局部放电特性进行对比.结果表明:高频脉冲电压下局部放电主要发生在电压的上升沿和下降沿,高频脉冲电压下的局部放电幅值远高于工频下的局部放电幅值,在10 kHz附近存在频致拐点,且高频脉冲下油纸试样出现直击现象;究其原因是高频产生较高的电压上升率,改变了缺陷区域的局部场强和高频电热耦合效应,从而导致了局部放电强度的变化.     

电老化过程中直流电场对油纸绝缘空间电荷特性的影响

通过研究不同电老化过程中直流电场对油纸绝缘的空间电荷特性的影响,可为换流变压器在长期高场强运行下油纸绝缘的空间电荷特性提供试验依据。利用电声脉冲法研究了油纸绝缘在20 k V/mm的直流电场下老化1 000 h不同阶段下的空间电荷特性,结果表明:在电老化的不同阶段,油纸绝缘在极化过程中的空间电荷特性主要表现为都出现了同极性电荷注入和积聚;随着老化程度的加深,油纸绝缘内部积聚电荷量越大,去极化电荷消散速率越慢,老化过程中陷阱密度和深度都在增大,促进空间电荷被陷阱捕获而积聚;整个电老化过程中,快速运动电荷量变化不大,而慢速运动电荷量逐渐增大主要是由于陷阱密度的增大,导致电荷迁移率下降;电老化过程中电荷的积聚导致极化过程中电场畸变明显,容易产生大电流而使击穿电压下降。     

油流带电造成的绝缘纸表面电荷的积聚及流散

论述了油纸绝缘体系中油流带电在绝缘纸表面所造成电荷的积聚与流散机制。利用表面电位计及局部放电仪测量了表面电位及其所引起的局部放电规律,并在此基础上,提出了消除绝缘纸壳面电荷的三种措施。     

换流变压器油纸绝缘局部放电及电荷分布特性研究综述

油纸绝缘作为换流变压器(简称:换流变)阀侧绕组的主要绝缘形式,长期受到交直流复合电压、谐波以及极性反转等复杂工况的影响,其在电场、温度、水分等因素作用下易发生局部放电和空间电荷/界面电荷积聚,从而诱发绝缘介质劣化或击穿。为此从油纸绝缘局部放电及电荷分布特性两方面对国内外研究现状、研究热点和成果进行阐述,总结了不同电压类型、不同老化因素、不同绝缘位置等对油纸绝缘局部放电及电荷分布特性的影响规律,展望了油纸绝缘局部放电特性与机理的研究趋势,指出在极不均匀电场以及谐波、脉冲电压作用下的局部放电特性是未来研究的重点方向,并且需结合电荷分布试验/仿真/分子模拟从宏观和微观角度同时探究电荷分布与局部放电机理的内在联系。这些研究成果的总结可为基于局部放电特征的换流变在线监测技术以及换流变绝缘性能改进提供参考和借鉴。     

热老化对Nomex绝缘纸表面电荷积聚消散特性的影响研究

为研究变压器用Nomex绝缘纸在热老化过程中电荷的积聚消散特性,在实验室搭建加速热老化实验系统,制备试样,采用针-板电极向不同老化周期绝缘纸表面充电,测量电荷消散过程中绝缘纸表面电位分布情况,根据测得的表面电位衰减曲线计算得到不同老化周期绝缘纸表面陷阱分布特性。研究结果表明,施加电压后绝缘纸表面电荷呈钟形分布,消散过程中可以保持形貌;绝缘纸中电荷存在向绝缘纸内部消散和沿绝缘纸表面消散两种方式;随着老化程度的增加,绝缘纸表面积累的电荷量呈先减小后增加的趋势;未老化的绝缘纸以沿面消散为主,老化后绝缘纸表面电荷消散速度随老化周期而增加,但正电荷与负电荷消散速度增加的原因不同。研究结果为深入理解变压器高温运行过程中油纸绝缘系统电荷输运特性提供理论依据。     

环氧树脂试品局部粗糙度处理对其直流绝缘性能的影响北大核心CSCD

环氧树脂材料在电场作用下会出现表面电荷积聚现象导致沿面放电。为改善环氧树脂材料的直流绝缘性能,文中对环氧树脂试品表面进行局部粗糙度处理,开展闪络实验,探究局部粗糙度处理在空气、C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体和SF_(6)3种气体环境中对环氧树脂试样闪络特性的影响。建立二维仿真模型,通过有限元法分析局部粗糙度处理后环氧树脂材料的表面电荷特性以及陷阱分布。根据闪络实验结果,粗糙面位置不同的环氧树脂试品的沿面闪络电压在3种气体中均随表面粗糙度的增加呈现先上升后下降的趋势,并在粗糙面位于中心且表面粗糙度为1.3μm时达到最大值。仿真结果显示,对于指型电极,环氧树脂材料表面积聚双极性表面电荷,当粗糙面位于试品中心时空穴陷阱和电荷陷阱的密度较小。因此可认为对环氧树脂的局部粗糙度处理能够改变其沿面闪络特性与表面电荷特性,通过合理选择粗糙面的位置以及粗糙度的数值可改善环氧树脂的直流绝缘性能。     

GPO-3隔板对棒-板间隙工频击穿电压的影响及表面残余电荷特性

在空间有限的高压箱内部,通过合理引入绝缘隔板,可显著提高整个系统的绝缘性能。该文研究聚酯玻璃毡板(GPO-3)尺寸、位置和厚度对"棒-隔板-地电极"工频击穿特性的影响;采用非接触式表面电位计,研究放电后隔板表面残余电荷衰减特性。实验结果表明,GPO-3隔板的增加会阻止电晕层的发展,"棒-隔板-地电极"系统的击穿电压最大可提高至原来的1.91倍。当隔板厚度超过约6mm时,击穿电压增幅较小;工频电压下间隙放电后,GPO-3表面存在明显的残余电荷,且滞留时间较长,放电后GPO-3的表面电位为3 856V,衰减1h后仍为239V。基于Simmons理论,计算材料表面陷阱分布,发现GPO-3表面残余电荷密度峰值为1.59×10~(19)/m~3和8.87×10~(18)/m~3,对应陷阱能级约为1.0eV,深陷阱是导致隔板表面电荷积聚的主要原因。该文可为工程设计中绝缘隔板的设计提供理论和实验依据。     

交直流复合电压下热老化油纸绝缘空间电荷特性

换流变压器阀侧绝缘长期承受交直流复合电压的作用。为了研究油纸绝缘在交直流复合电压下空间电荷特性,该文开展了油纸绝缘加速热老化试验,搭建复合电压下电声脉冲法空间电荷测量系统,测量交流、直流以及交直流复合电压下油纸绝缘内部空间电荷积聚和消散情况,并进一步计算得到油纸绝缘陷阱深度。研究结果表明,不同老化状态的油纸绝缘在交直流复合电压下均出现铝电极附近的负极性空间电荷积聚,老化的油纸绝缘由于正负电荷不同的注入迁移特性,在交流电压下同样出现负极性空间电荷积聚;随着老化时间的增加,油纸绝缘中积聚的空间电荷先减少后增加;与直流极化相比,交直流复合电压极化后老化油纸绝缘的平均陷阱深度更大。     

伽玛线辐射对环氧树脂表面电荷消散特性的影响

应用在核电站、宇宙航天器等辐射环境中的环氧树脂绝缘材料因表面电荷积聚而易于引发沿面放电事故,研究高能辐射对材料表面电荷动态特性的影响对保障电气设备的绝缘安全具有重要意义。为此,选取厚1.5mm的环氧树脂薄板为试样,采用60 Co伽玛射线源以10kGy/h的辐射率辐射试样,总辐射量为100和1 000kGy。通过直流电晕向试样表面注入电荷,采用静电电位计测量不同时刻的表面电荷分布,分析伽玛线辐射对电荷消散特性的影响。结果表明:表面电荷呈双指数规律消散;随着总辐射量从0增大至1 000kGy,表面电荷的消散速度加快。伽玛线辐射引发的化学反应使试样表层的羰基和羟基数量增加,表面陷阱能级变浅,因而提高了电荷的消散速度。     

热老化下双层聚酯薄膜空间电荷特性的试验与数值仿真研究

双层电介质广泛应用于高压电气设备绝缘系统中，由此引入的空间电荷积聚和局部电场畸变问题已得到普遍关注。为揭示界面空间电荷特性及其影响影响因素，文中以热老化处理（130℃）的双层聚酯薄膜（PET）为研究对象，采用电声脉冲法（PEA）测量技术对不同热老化程度双层介质的空间电荷特性进行研究，基于测试结果从3个方面对双层介质表面态特性进行表征，建立改进的双极性电荷输运模型（BCT），模拟空间电荷的动态演变过程，揭示了表面态对电荷特性的影响规律。试验结果表明：随着老化时间增加，界面电荷密度先增加后减小，界面区域以电子性陷阱为主，但该区域电子和空穴陷阱呈现非对称特性。仿真结果表明：表面态对界面电荷行为有重要影响，介质表面陷阱深度、密度及其分布范围的增加导致界面电荷的积聚更加严重。     

不同热老化程度油纸绝缘介质在直流电场中的空间电荷特性

为理解油纸绝缘介质的热老化程度与其体内空间电荷特性间的关系,对由#25矿物变压器油和普通植物纤维素绝缘纸组合而成的油浸绝缘纸试样进行加速热老化试验,应用电声脉冲（PEA）法测量了不同热老化程度下试样在直流电场（20 kV/mm）作用时和作用后的空间电荷密度分布图像,讨论了热老化程度对试样内部空间电荷分布及电荷总量的影响。结果表明：随着油浸绝缘纸试样热老化程度的加深,外加直流电场时试样中部空间电荷注入量呈增大趋势,电荷密度到达极值所需时间延长;去压后试样内部积聚电荷消散所需时间明显延长,将致使材料内部场强畸变时间增加。研究得到去压后试样内空间电荷密度极值及电荷总量与消散时间呈现指数衰减关系,可用衰减时间常数τ来表征不同老化状态油纸绝缘的电荷消散能力。该研究成果为进一步评价油纸绝缘介质在不同热老化程度下的空间电荷特性提供了参考依据。     

交直流复合电场下油纸绝缘界面电荷对沿面闪络电压的影响

在交直流复合电场下,换流变压器的油纸界面会积聚电荷,使得油纸界面的电场发生畸变,容易引发沿面放电。为揭示交直流复合电场下油纸界面电荷对其沿面闪络电压的影响,采用针-板沿面放电模型,测量了交直流复合电场下油纸绝缘的沿面闪络特性,通过静电电容探头法测量了直流电压作用下沿面放电模型油纸界面的电荷分布。研究发现,负极性直流叠加交流电压下的油纸沿面闪络电压高于正极性直流叠加交流电压下的情况。原因是油纸界面积聚了与外施直流电压极性相同的界面电荷以及相同条件下油纸界面积聚的负极性电荷密度要大于正极性电荷密度。     

水分含量对Al2O3/XLPE纳米复合材料电荷输运特性的影响

为了研究水分含量对聚乙烯纳米复合材料电荷输运特性的影响,选取氧化铝/交联聚乙烯(Al₂O₃/XLPE)复合材料作为研究对象,测量在吸水前后试样电导率和空间电荷特性的变化,并通过测量具有阻挡层的多层结构的空间电荷,估算吸水前后试样的载流子迁移率数值的变化。结果表明：Al₂O₃/XLPE的电导率在吸水后下降,试样内部主要积聚同极性电荷。通过分析吸水前后试样的载流子迁移率的变化,认为在Al₂O₃/XLPE中,水分子与试样中的纳米Al₂O₃粒子紧密结合,复合介质界面增大,深陷阱密度增大,使得载流子迁移率下降,最终导致Al₂O₃/XLPE的电导率随水分的增加而下降,同时抑制注入电荷向对侧迁移,从而在试样中形成同极性电荷。     

交流与脉冲电压联合作用下环氧树脂表面电荷的动态特性

气体绝缘组合电器(GIS)盆式绝缘子通常采用环氧树脂浇注而成,在交流和脉冲电压的联合作用下,表面容易产生电荷积聚,进而引起沿面闪络。为了研究交流与脉冲电压联合作用下的环氧树脂表面电荷动态特性,使用针-板电极系统向环氧树脂试样表面注入电荷,然后使用静电电位计测量其表面电位衰减过程。在相同交流电压下,研究叠加不同脉冲幅值、脉冲极性以及脉冲个数对表面电荷动态特性的影响。研究表明,交流电压与负脉冲电压前后叠加作用时,试样的初始表面电位绝对值随着脉冲幅值的增加先减小后增大;交流电压与正脉冲电压前后叠加作用时,试样的初始表面电位随着脉冲幅值的增加由负值变为正值;此外,脉冲个数对初始表面电位和表面电荷的消散速率也会产生很大的影响。     

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...     

老化对牵引变压器油纸绝缘局部放电特性的影响

随着牵引变压器运行年限的增加,高温部位采用的芳纶绝缘纸逐渐老化,容易发生局部放电,严重影响牵引变压器的安全运行。本文搭建了油纸绝缘老化和局部放电试验平台,分析老化对油纸绝缘局部放电特性的影响机制。结果表明:老化使局部放电平均放电量、最大放电量、放电重复率增大。放电重复率的变化可以在较低的外施电压下反映出老化对油纸绝缘局部放电特性的影响。老化后的试样表面在局部放电作用下更容易形成黑斑,且分支数目更多,这是由于浆粕老化以及老化导致短切纤维和浆粕界面粘合度降低造成的。     

交联聚乙烯试样中空间电荷输运特性的数值模拟

挤塑型交联聚乙烯(XLPE)高压直流电缆绝缘中空间电荷的积聚会造成局部场强畸变,导致材料的绝缘性能下降。电缆内导体的热效应在绝缘层产生的温度梯度会进一步影响电荷行为,纳米颗粒改性是抑制空间电荷的一种有效措施,但抑制作用具体如何实现,尤其是对于微观层面载流子输运过程的影响规律还需深入分析。试样内空间电荷的数值仿真可以探究各种微观粒子之间的相互作用和演化过程,因此文中基于载流子抽出受限的双极性电荷输运模型,对温度梯度下的电荷行为,深陷阱与浅陷阱对于载流子迁移过程的影响进行了研究。结果表明：低温侧会因抽出受限而积聚异极性电荷,深陷阱会限制载流子输运且深陷阱作用存在瓶颈,随着迁移率增大,电荷分布由同极性变为异极性分布,当迁移率足够大时,异极性电荷不再增长甚至开始降低。     

气体绝缘输电管道用环氧树脂/氮化硼高导热复合材料表面电荷动态特性

大容量气体绝缘管道输电(GIL)运行过程中产生的温升问题会加速环氧树脂绝缘子老化,温度梯度下绝缘子表面电荷行为也与沿面闪络密切相关。为解决上述问题,制备了环氧树脂/氮化硼(EP/BN)高导热复合材料,研究其在加热至60oC再散热不同时间下针板电晕后的表面电荷动态特性。结果表明:在相同温度下,试样表面电荷消散速度随着BN含量的增加而先减慢后加快,起始表面电荷密度先升高后降低;对于同一种试样,随着散热时间的增加,表面电荷消散速度变慢,起始表面电荷密度升高,且通过陷阱能级分布特性发现,试样的深、浅陷阱能级均变低,深陷阱密度增大,浅陷阱密度减小,且BN掺杂含量越高,该分布特性越明显。