X射线激励下局部放电的研究进展

X射线具有较大的能量,能使电介质发生电离,进而可以影响局部放电的发生与发展过程。首先介绍X射线激励固体绝缘内部气隙、油纸绝缘内部气隙和油隙等典型缺陷局部放电的宏观现象,综述X射线能够为绝缘体中的气隙放电提供给初始电子,减小放电统计时延,降低局部放电起始电压的机理。其次,阐述近年来X射线激励下GIS绝缘子中气隙缺陷、环氧树脂浸渍绝缘中气隙缺陷和油纸绝缘系统等绝缘结构中的局部放电现象和特性。最后,总结现有X射线激励下局部放电检测技术的应用场景,给出该技术的发展和应用前景。     

X射线辐照对局部放电的影响

为在电力变压器的局部放电检测和定位中利用X射线的激励作用,对X射线辐照条件下,油中固体介质内气隙放电以及油中放电进行了模拟试验,研究表明X射线可降低局部放电起始电压增加放电强度。     

X射线激励下的油间隙放电现象

目前变压器局部放电位广泛采用超声波定位方法。由于变压器局部放电信号同弱以及现场干扰强烈等原因,使这一方法的有效性受到限制。本文实验研究了X射线激励下油间隙局部放电现象。实验发现,在X射线照射下,油／纸绝缘中的某些局部缺陷部位会因此发生局部放电,其效应与X射线光子对金属导体表面产生的光电效应以及油介质状态有关。在封闭型间隙中,导体表面受激产生了大量的电子并注入油间隙中,由于油的流动性受到极大限制,其间聚积的带电粒子可能在油和固体绝缘界面形成空间电荷层,在外加电压作用下,油间隙局部电场明显加强,从而导致油间隙的放电起始电压降低,局部放电加强,利用这一特性有可能为变压器局部放电的检测和定位提供一种新方法。     

X射线激励下固体介质内气隙放电的特征

固体介质内的气隙放电是一种气体放电,实验研究X射线激励下固体介质内气隙放电的现象,并对其特征进行分析,表明X射线可减少放电时延。     

油/纸绝缘中的受激放电现象分析

分析了油 /纸绝缘中气隙和油间隙受激放电特征 ,认为绝缘中受激产生的带电粒子是促使放电的产生和发展的首要原因。X射线激励下油 /纸绝缘中的放电特征有助于变压器局部放电的检测和定位     

X射线对气隙及油隙中直流电压放电影响

直流电压下 X射线对气隙、油隙放电的激发过程存在明显的“滞后”现象 ,即 :正极性电压下 X射线照射首先抑制放电的发生 ;停止照射后放电便突然爆发。直流电压下的放电抑制现象有助于解释 X射线激励下的放电机理     

固体绝缘中气隙尺寸对局部放电过程的影响

为了分析和评估固体绝缘中气隙缺陷局部放电的危害,提高局部放电检测的工程应用水平,试验研究了固体绝缘单一气隙缺陷模型;测量了不同模型试品的局放起始电压、起始放电量及放电信号波形;分析了固体绝缘内部气隙缺陷的几何尺寸对局放特性的影响;考察了不同几何尺寸缺陷放电的发展过程和脉冲电流波形特征,发现不同尺寸缺陷结构的放电特性有所差异;归纳了不同场强下气隙放电的变化规律。试验结果表明,气隙缺陷尺寸越大,越易产生放电且放电量越大,外施场强增加则放电量增大,而固体绝缘中的局部放电随气隙缺陷尺寸变化表现出有差异的波形特征。     

X射线激励对SF6中直流针尖放电的影响

国外已有研究表明,X射线激励能影响固体绝缘中微小气隙缺陷局部放电的特性。为了研究X射线激励对SF_6气体中针尖缺陷局部放电的影响,搭建了基于实体252kV GIS的局部放电试验平台,设计了GIS中常见的针尖放电模型,基于特高频方法测量了X射线激励下直流电压针尖缺陷的放电特性。对该文设计的长15mm、曲率半径为50mm的针尖缺陷,X射线能够分别降低正、负极性下的针尖放电起始电压约28.6%和15.6%;提高正、负极性放电脉冲重复率(正极性5.3～17.0倍,负极性80.4～166.7倍);降低正极性放电的特高频信号幅值约35.3%。X射线能够电离SF_6气体,在针尖缺陷附近产生光电离,为放电区域提供有效电子,从而降低放电统计时延,降低局部放电的起始电压,实现局部放电特征的外部调控。研究结果可以为直流GIS/GIL绝缘缺陷局部放电检测提供一种手段。     

X射线激励下介质中气隙放电的研究

针对油-纸绝缘系统中的局部放电问题,提出在X射线激励条件下的局部放电检测和定位新方法。实验表明,X射线照射可以电离气体原子,为气隙放电提供必需的初始电子,减小放电的统计时延,从而降低放电的起始电压、增加放电脉冲的次数,这一结果有利于局部放电的检测和定位。     

基于X射线激励下的局部放电检测及定位新方法

在一定电压下，采用Ｘ 射线照射可激发或加强绝缘介质内气隙的局部放电，借此可有效地确定介质内的局部放电点。进行的实验结果证明了此法的有效性     

检测GIS固体绝缘内部放电缺陷的特高频和X射线数字成像联合方法研究

相比超声波局部放电检测法,特高频局部放电检测法对GIS固体绝缘内部放电缺陷检测灵敏度和定位精度较高,但无法确证此类缺陷部位和类型,据此制定的设备检修策略难以保证完善、准确。因此,文中研究了特高频局部放电和X射线数字成像联合检测GIS固体绝缘内部放电缺陷的方法,使用特高频局部放电检测法对固体绝缘缺陷进行检测和定位后,在设备检修期间应用X射线数字成像技术对缺陷进行可视化确证。该方法在某110kV变电站110kV GIS的带电检测中成功发现隔离开关绝缘拉杆内部电树枝缺陷,表明了该方法有助于提升GIS固体绝缘内部局部放电的检测和定位效果,为检修提供可靠依据。     

检测GIS固体绝缘内部放电缺陷的特高频和X射线数字成像联合方法研究

相比超声波局部放电检测法,特高频局部放电检测法对GIS固体绝缘内部放电缺陷检测灵敏度和定位精度较高,但由于无法确证此类缺陷部位和类型,据此制定的设备检修策略难以保证完善、准确。因此,本文研究了特高频局部放电和X射线数字成像联合检测GIS固体绝缘内部放电缺陷的方法,使用特高频局部放电检测法对固体绝缘缺陷进行检测和定位后,在设备检修期间应用X射线数字成像技术对缺陷进行可视化确证。该方法在某110 kV变电站110 kV GIS的带电检测中成功发现隔离开关绝缘拉杆内部电树枝缺陷,表明该方法有助于提升GIS固体绝缘内部局部放电的检测和定位效果,为检修提供可靠依据。     

变压器绝缘中气隙局部放电的分析

对变压器绝缘中气隙引起的局部放电进行了分析,并结合实例提出了相应的处理措施。     

12kV固体绝缘开关柜中绝缘气隙缺陷的放电特征

为获取12k V固体绝缘开关柜内部绝缘材料中气隙放电特征,搭建12k V固体绝缘开关柜内部绝缘材料气隙缺陷放电试验平台,测量气隙放电在不同电压幅值、不同气隙直径以及不同谐波频率下的局部放电信号。提取并分析气隙缺陷在不同电压幅值下局部放电三维特征图谱,比较不同频率下气隙缺陷放电在正、负半周期内的局部放电差异。研究结果表明,固体绝缘开关柜内部绝缘材料在有气隙缺陷情况下,不同的电压幅值会影响放电量大小与放电次数;谐波频率越高,每周期的放电次数越多,但正、负半周的单次最大放电总量维持在一定的水平,不会出现较大的波动;绝缘介质的气隙直径越大,放电次数越少,每次放电的放电量越大,危害越严重。据此获得的不同试验条件下的n-φ-q三维图,可用于固体绝缘开关柜气隙缺陷放电的模式识别,也有助于对固体绝缘开关柜内部绝缘材料缺陷放电提供理论指导。     

DBD中的离子运动与电源频率

在常压下进行介质阻挡放电(DBD)必须选择适当的电源频率,适当的电源频率将有利于均匀辉光放电的产生。为了实现常压下的均匀辉光放电,以正弦交流电源为例,探索有利于均匀辉光放电的电源频率。从理论上对介质阻挡放电的放电气隙上的电压变化进行了系统分析,完整地讨论了放电过程中气隙上的电压波形变化以及各波形阶段对应的时间,并进一步确定了放电离子在不同波形阶段的运动情况。在此基础上,根据大气压下有利于均匀辉光放电的放电条件,最终推算出有利于均匀辉光放电的最小电源频率。这一推算结果给出了利用不同成分的气体进行介质阻挡放电时有利于均匀辉光放电的电源频率的最小值,它是介质阻挡放电中的重要参量。     

局部放电脉冲波形特性分析

根据局部放电特性,设计了测量电阻和测试回路。经检验,表明该回路具有灵敏度高、测量准确、对脉冲波形畸变小等优点,可用于测量局部放电脉冲电流波形。采用此装置测量了空气中尖板电极电晕及火花放电、电机模型线棒中气隙放电、线棒端部表面电晕及滑闪放电和油中尖板电极放电的脉冲电流波形,并对各类放电脉冲的主要时间特征进行了归纳。     

电机定子线圈绝缘极限起始放电电压的研究

通过对电机定子线圈绝缘中气隙放电的单气隙-介质串联模型和双气隙-介质串联模型的计算和比较,研究了绝缘厚度对气隙放电的极限气隙间距和极限起始放电电压(有效值)的影响。结果表明,当绝缘厚度从3mm增加到7mm时,放电气隙的极限间距从309μm或431μm变化至595μm或667μm,极限起始放电电压从3.52kV或4.76kV增加到6.52kV或7.31kV。     

干式变压器Nomex绝缘气隙缺陷局部放电特性

为研究Nomex绝缘气隙缺陷的局部放电特性,首先从理论上探讨了Nomex绝缘中气隙的电场强度及起始放电电压与气隙类型及其尺寸的关系,然后在COMSOLMultiphysics中对气隙放电发生前后的Nomex绝缘和气隙的电场分布和空间电荷分布进行了仿真,并制作了含有气隙缺陷的Nomex绝缘气隙放电模型,在恒压条件下对气隙放电模型进行了连续的局部放电测试,揭示了气隙放电过程中相关局部放电统计特征参量的发展规律,最后对气隙放电机理进行了分析。结果发现Nomex绝缘中气隙的电场强度与起始放电电压和气隙类型及其尺寸有关,气隙放电与气隙中的电场分布和空间电荷分布有着密切关系。此外,研究表明累积放电量和每秒平均放电量的变化较为稳定,是表征长时间放电对Nomex绝缘介质损伤累积过程和气隙放电发展特性相对较好的指标。这一研究结果为干式变压器Nomex绝缘缺陷类型识别及绝缘寿命评估提供了理论依据。     

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。     

电介质的微空气隙中电场的计算

针对固体介质中不同微空气隙形状(球体,椭球体)内部电场计算问题,将其简化为计算均匀电场中介质球、介质椭球内的电场,应用电介质极化原理,得到了微空气隙内部电场分布的数值解。数值计算结果表明:气隙内的场强总要比固体内的场强高得多,而气隙的介电强度比固体介质低,所以当加至一定电压时,在固体介质击穿之前,总是在空气隙内先开始放电,从理论上解释了固体内部发生局部放电的原因。