交流电压下典型平板油纸绝缘结构油流带电特性

为研究交流电压作用下油纸绝缘的油流带电特性,在实验室搭建了典型平板电极结构的油纸绝缘模型,利用密闭油循环系统开展了油流带电的试验研究,并探讨了交流电压作用下冲流电流与外施电压幅值及温度之间的关系。试验结果表明:无外施电压作用时,油纸绝缘冲流电流特性与温度及油流速度有关,低温下冲流电流随流速的增加呈线性增加;高温下冲流电流与流速呈幂函数的关系。在外施交流电压作用下冲流电流大小与外施电压的幅值有关,当交流电压幅值较低时冲流电流变化较小,而当外施电压幅值提升超过一定值后冲流电流随电压幅值升高而明显增大。温度对冲流电流有较大的影响,随温度的增加冲流电流呈指数增加,且流速较高时温度对冲流电流值影响更加明显。对试验结果的理论分析表明:外施交流电压下油流带电程度的提高应归因于纸中离子迁移对界面处电荷产生速度的促进;温度通过影响油纸绝缘中离子迁移和扩散速度以及电场分布而影响油流带电特性。     

直流电场下典型油纸绝缘结构油流带电特性

为研究直流电场作用下油纸绝缘油流带电特性,在实验室搭建了同轴圆柱电极结构的油纸绝缘模型,利用密闭油循环系统开展了直流电场下油流带电的实验研究,并探讨了直流电场幅值和油流速度对油流带电的影响。实验结果表明,直流电场会显著提高油纸绝缘油流带电程度,随外施电场强度的提高冲流电流呈上升趋势;流速对冲流电流的影响与外施电场强度有关,在无外施电场时冲流电流随流速增加而呈线性或指数增加,在低场强下冲流电流随油流流速增加出现饱和现象,但在高场强下随着流速的增加冲流电流呈线性增加。分析可得:油流带电与油纸界面处离子的扩散与迁移有关,温度通过影响油纸界面处的离子迁移速度而影响油流带电特性。     

运行条件对换流变压器油纸绝缘油流带电特性的影响

为揭示运行条件对换流变压器内部油流带电特性的影响规律,在实验室开展了典型平板电极结构下油纸绝缘油流带电特性的研究,并分析了温度、含水率和外施直流电压幅值对冲流电流的影响机理。试验结果表明:无外施电压时,冲流电流随含水率的增加呈减小趋势,随流速和温度的增加呈增大趋势;在外施直流电压下,冲流电流随外施电压幅值和温度的增加呈增大趋势;在低温和低外施电压下冲流电流随含水率的增加呈先增大后减小趋势,而在高温或高外施电压下冲流电流随含水率的增加呈减小趋势。理论分析表明:无外施电压时,温度和含水率通过影响绝缘纸板中离子扩散系数和油侧双电层厚度来影响油流带电特性;外施直流电压会加速绝缘纸板中离子的迁移速度,进而引起低含水率下油纸绝缘中冲流电流的显著提高;冲流电流与油纸绝缘中离子数密度和离子迁移率密切相关,温度及含水率的变化会造成油和纸板中离子数密度和离子迁移率的变化存在较大的差异,进而对油纸绝缘油流带电特性产生影响。     

换流变压器中典型平板油纸绝缘结构的油流带电特性

为研究换流变压器油纸绝缘结构在直流电压下的油流带电特性,在实验室内开展了直流电压下典型平板油纸绝缘结构油流带电特性的研究。试验研究结果表明:流速和外施电压对冲流电流的影响与温度有关;在无外施电压作用时,低温下冲流电流随流速呈线性增加、高温下呈幂函数关系增加。外施直流电压对冲流电流具有显著的影响,随外施直流电压的升高冲流电流呈先上升后下降的趋势,峰值电流处的电压随油流速度的提高而上升,随温度的升高而下降。对试验结果的理论分析表明:无外施电压时冲流电流与流速的关系特性受油流状态影响;当有外施直流电压作用时,电场作用下的迁移电流和泄漏电流共同决定了冲流电流的大小;温度通过影响油流状态、油纸绝缘中的电场分布和离子迁移率而影响油流带电特性。     

温度对交直流叠加电场下油纸绝缘油流带电的影响

为研究温度对叠加电场作用下油纸绝缘油流带电特性的影响,在实验室搭建了平板电极结构的典型换流变压器油纸绝缘模型,利用密闭油循环系统进行了叠加电场下油流带电的试验研究,并建立了油纸绝缘油流带电模型对试验结果进行理论分析。试验结果表明:温度对油纸绝缘冲流电流有较大的影响,随温度的升高冲流电流呈先增大后减小的趋势。理论分析表明:在较低温度下冲流电流与纸中负离子迁移速度有关;在较高温度下冲流电流大小不仅取决于纸中负离子迁移速度,同时还与接地电极处正离子泄放速度有关。温度通过影响绝缘纸电导率、变压器油电导率以及变压器油粘度而影响油流带电特性。     

直流场下基于平板电极的油流带电特性研究

变压器是特高压直流输电系统中的重要设备之一,其运行的稳定性直接影响到整个输电系统的安全运行,而油流带电已经成为危及换流变压器安全稳定运行的普遍性问题。为了研究直流电场下油流带电的产生机理,设计并搭建了基于平板电极模型的油流带电实验系统,并研究了正极性电压和负极性电压对油流带电特性的影响;通过改变油纸层数,研究了正、负极性电压下电极注入电荷对油流带电特性的影响。研究发现:正极性电压下,冲流电流为正值,且随着施加电压幅值的增加而增大;负极性电压下,冲流电流随着施加电压幅值的增加先略有增加,而后下降并反向增长;油纸层数增加时,冲流电流值呈减小趋势,说明直流电压作用下油流带电不仅与偶电层的电荷分离有关,电极电荷注入也成为影响油流带电的因素。     

换流变压器油纸绝缘复合电场击穿特性及其试验方法

为了查明换流变压器油纸绝缘在交流叠加直流电场下的击穿特性,利用交流、直流及交流叠加直流等复合电场,对油隙、浸油纸板和油纸复合绝缘进行了击穿试验研究。结果表明：油隙的击穿场强几乎不随交流电压分量变化;浸油纸板击穿场强随交流电压分量增加迅速下降;受浸油纸板击穿特性影响,油纸复合绝缘击穿场强随交流电压分量减小明显提高。说明油隙的击穿场强与交流电压分量基本无关,但浸油纸板的击穿场强受交流电压分量影响严重。依据试验结果,进一步对换流变压器交流和直流电压试验项目的有效性进行了讨论。经分析发现换流变压器主绝缘的油隙与浸油纸板在运行电压下出现的最高电压仍为交流叠加直流电压。交流和直流电压试验的电压幅值能够满足要求,但电压波形与承受的运行电压相差较大。认为交流电压试验考核油隙绝缘介电强度是有效的,而直流电压试验考核浸油纸板绝缘介电强度并不充分。     

直流电压下油纸绝缘沿面闪络特性及数值模拟

变压器油纸绝缘沿面放电起始与发展的物理过程较为复杂,放电机理尚未明确.本文通过对油间隙放电针-板电极模型和油纸绝缘沿面放电针-板电极模型进行试验测量和数值模拟,获取并分析油间隙放电和油纸绝缘沿面放电在不同纸板厚度、不同沿面距离下的放电特性和放电机理.结果表明:直流电压下,油纸绝缘沿面闪络电压低于油间隙击穿电压的原因在于绝缘纸板的存在不仅改变了电场的分布,使针尖处平行电场分量增大,流注放电的起始电压降低,还阻碍了空间电荷的扩散,加剧电场畸变程度,提升流注的发展速度.另外,由于绝缘纸板的存在,油纸绝缘沿面放电流注的起始过程也不同于油间隙放电流注的起始过程,存在着流注通道向绝缘纸板贴合的过程.增大纸板厚度可使针尖处平行电场分量增加,流注放电的起始电压降低,流注的发展速度变缓,沿面闪络电压降低.油纸绝缘沿面闪络电压随沿面距离的增加而增大,其呈现非线性变化是由于流注在向自持放电阶段发展的过程中,受外施电压的作用逐渐减弱,空间电荷畸变电场的作用占主导地位.     

变压器油道内油流带电现象与油道电场的仿真计算

油流带电对电力变压器造成危害,引起系统故障甚至事故,为此实验测量了油道内的冲流电流,并仿真计算了油道中的电场强度分布。以变压器中典型的并联油道结构为研究对象,分别对油流温度、流速以及外加电场因素影响下的油道内的冲流电流进行了测量,得到了冲流电流的分布规律。试验结果表明冲流电流在外电场作用下呈现随电场强度增大指数增大的现象。基于上述试验研究,对相应的仿真模型施加交流电场与表面静电荷两种载荷,进行了有限元仿真计算,得到了油道内部的场强分布。计算结果表明,在表面静电荷与外电场等2种载荷共同作用下,油道内与电极接触绝缘纸板油纸界面处油侧的电场强度由无表面静电荷作用下的4.9kV/mm上升至10kV/mm,油道内局部电场出现严重畸变并呈现增大的趋势。因此,应当采取有效的措施预防或减少油流带电造成的危害。     

直流电压下油、纸绝缘结构不连续界面空间电荷积聚特性

在直流电压下,油、纸界面空间电荷的积聚会导致空间电场畸变,对直流输电设备的绝缘设计和运行有重要影响。为研究该问题,利用纸板覆盖上、下电极的油纸复合绝缘模型,研究了在不同极性直流电压下,油、纸界面空间电荷的积聚过程。试验中,搭建了基于Kerr效应法的油纸绝缘光学空间电场的测量平台,以实现变压器油中电场的在线非接触式测量。试验结果表明:不同极性的直流电压下,油中电场的暂态过程差异显著,具有明显的极性效应;油、纸界面积聚空间电荷的极性与外施电压的极性和油、纸板的空间位置直接关联:纸板覆盖上电极时油纸界面电荷极性与外施电压极性相反,纸板覆盖下电极时油、纸界面电荷极性与外施电压极性相同;与传统的电阻率-介电常数模型下界面电荷的积聚现象不同,油纸界面电荷积聚的速度具有明显的极性效应:油、纸界面负电荷的积聚速度远大于正电荷的积聚速度,导致不同极性电压下油中电场从暂态容性电场到稳态阻性电场的过渡过程差异显著。     

老化对交直流复合电场下油纸绝缘沿面放电过程特性的影响

长期运行换流变压器中存在由沿面放电导致的绝缘故障的现象,而针对换流变压器中交直流复合电场下老化油纸绝缘的沿面放电发展过程特性研究又相对缺乏不足。因此,采用在130℃下加速热老化方法制备不同老化程度的油纸绝缘试样,并使用CIGRE method II推荐的典型球板电极模型对不同老化程度油纸绝缘试样在不同比例交直流复合电场下的沿面放电起始电压、闪络电压以及沿面放电发展速度等特性进行了对比分析研究,同时对老化前后油纸绝缘沿面放电发展过程中放电特征参数的变化规律展开了研究。研究结果表明,随着交直流复合电压中直流电压分量的不断增大,老化油纸绝缘沿面放电起始电压和闪络电压均呈现逐渐上升的趋势,其中纯交流电压下的沿面放电起始电压和闪络电压均最低;相同电压作用下的沿面放电起始电压随着油纸绝缘老化程度的不断加剧呈现先上升后下降的趋势;随着油纸绝缘老化程度的不断增加以及交直流复合电压中直流电压分量的不断增加,油纸绝缘沿面的爬电距离不断延长、耐受时间逐渐缩短,沿面放电发展速度逐渐加快。与未老化油纸绝缘沿面放电过程放电特征参数变化规律相比,老化后沿面放电发展特征参数幅值较大,各阶段变化起伏较少,变化趋势直接明显;同时发现交直流复合电压中的直流电压分量对老化油纸绝缘沿面放电发展具有加速的作用,而且直流电压分量越高,加速作用越明显。     

纳秒脉冲表面滑闪放电的电气和光学特性

为了研究纳秒脉冲表面滑闪放电特性,本文采用一种新型三电极结构的激励器,通过纳秒脉冲叠加负直流的混合激励模式产生表面滑闪放电。实验研究了电压脉冲分量、电压直流分量及两者的差值对纳秒脉冲表面滑闪放电特性的影响。实验结果表明,当脉冲电压幅值固定时,直流电压幅值的改变对脉冲侧电流的影响较小,但对直流源侧电流却影响显著,直流源侧电流随直流电压幅值的增加而增加,发生表面滑闪放电后峰值和速度均增加。直流电压幅值越大,直流源侧电流出现时刻越早。当直流电压幅值固定时,脉冲侧电流和直流源侧电流均随着脉冲电压幅值的增加而增加。实验中存在一个电压阈值(脉冲分量和直流分量电压差值)使纳秒脉冲表面滑闪放电发生,该阈值为22k V。此时发生表面滑闪放电,瞬时功率峰值、单脉冲能量峰值和稳态能量均迅速增加。脉冲直流电压差值相同时,脉冲分量主导脉冲侧电流的大小,直流分量主导直流源侧电流的大小,脉冲分量所占比例的大小对功率和能量损耗的影响较大。此外,利用数码相机拍摄放电图像研究了纳秒脉冲表面滑闪放电的光学特性,放电图像表明,在电极间施加合理的脉冲电压和负直流电压均可产生表面滑闪放电,实现等离子体的拉伸效果,在阻挡介质表面获得大面积的等离子体。     

温度对复合电压下油纸绝缘电场分布的影响

为研究温度对复合电压下油纸绝缘电场分布的影响规律,该文在实验室中开展温度及含水率对油纸绝缘的电阻率及相对介电常数影响的试验研究,在此基础上通过仿真手段分析复合电压下油纸绝缘电场分布与温度的关系特性。试验结果表明,温度对油和浸油纸板的相对介电常数影响较小,但对电阻率的影响较大;随温度的升高油和浸油纸板的电阻率都呈指数规律下降,但两者的下降速度存在较大的差异;浸油纸板和油的电阻率随含水率增加均按指数规律下降。仿真结果表明,温度升高将导致纸中电场强度下降和油中电场强度上升,且水分平衡处于暂态过程时油纸绝缘中电场强度的变化幅值比稳态时的变化幅值大得多,交流含量越低该现象越明显。分析后得出结论,油和纸相对介电常数的比值随温度变化较小,而两者电阻率的比值随温度变化大,这是导致低交流含量的复合电压下温度对油纸绝缘电场分布有较大影响的主要原因。     

不同比例复合电压下油纸绝缘局部放电起始阶段放电特性

文中对不同比例交直流复合电压下油纸绝缘局部放电起始放电特性的相关参数进行了实验研究。搭建了球板电极、柱板电极、针板电极局部放电模型模拟不同缺陷,利用恒压法进行了不同比例交直流复合电压下的油浸纸板局部放电实验,对局部放电的相关参数随复合电压比例的变化规律进行了测量并加以研究。研究结果表明,随着复合电压比例上升在球板电极、柱板电极、针板电极局部放电模型的起始放电阶段交流分量幅值下降,直流分量幅值增加,放电次数下降,球板和针板电极会改变相位分布使其集中于90°~135°范围内,同时向45°方向扩展。球板电极最大放电量较为稳定,针板电极最大放电量随比例上升而减小,柱板电极最大放电量变化趋势相反。     

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。     

直流XLPE电缆泄漏电流的测试与分析

目前,国内外直流电缆工程及制造技术空前发展,而直流XLPE电缆运行情况、故障特征及劣化规律研究尚在起步阶段。泄漏电流是电缆绝缘状态的重要表征手段。搭建了直流XLPE电缆泄漏电流检测实验平台,设计并制造了XLPE电缆绝缘划痕缺陷模型,研究了其电场畸变特性及不同电压幅值、不同电压极性及测试时间下泄漏电流变化特征。结果表明,在运行电压下,通过对比正常状态与缺陷状态的泄漏电流值,可有效区分电缆的状态,且泄漏电流随外施电压升高变化显著,在相同的缺陷模型及电压下,负极性泄漏电流比正极性高,绝缘含有划痕缺陷时的泄漏电流存在衰减趋势。研究验证了运行条件下通过泄漏电流带电检测直流电缆状态的可行性,对电缆现场状态检测策略的研究具有重要价值。     

极性反转电压下油纸复合绝缘的特性

换流变压器油纸绝缘在极性反转电压试验时经常出现故障。为查找故障原因,利用RC模型分析了油纸复合绝缘的极性反转特性,设计了三电极试验模型和极性反转电压试验装置,在不同反转方式下对油纸复合绝缘平均电流和击穿电压特性进行了试验研究。试验结果与解析结果的对比表明:剩余电流与施加电压成线性比例关系;吸收电流初始值随施加电压升高成指数规律增长,衰减函数是以时间的幂函数为变量的指数函数,这些与RC模型确定的规律不同;击穿电压随极性反转速度增加明显下降;集聚的电荷量也随施加电压升高成指数规律增长。由以上结果可知:吸收电流变化规律的差异起因于空间电荷形成的内电场强度与极性的变化,极性反转引起油纸复合绝缘容易击穿的原因是浸油纸板中电场的快速增加。     

交直流电场下油纸绝缘中的空间电荷积累特性

换流变压器阀侧绕组需承受交直流复合电场，研究油纸绝缘在复合电场下的电荷输运行为是掌握工况环境下的电场分布进而提高绝缘可靠性的必经之路。对不同老化程度油纸绝缘试样进行直流、正弦及交直流复合电场下的空间电荷检测，通过对比复合场与单一场下的电荷分布，分析不同类型电场分量承担的作用，并考虑非均一介质的局域态特性，研究空间电荷积累机制。结果表明：交流电场下存在电荷迟滞现象，材料本身的性质差异导致电荷注入和电荷迟滞在空间电荷分布中的贡献程度不同。交流电场下电荷积累量随外施电场频率变化，其本质上是电场频率对不同迁移率的载流子的筛选结果。复合电场下直流分量作用于电荷的定向迁移作用与交流分量的电荷迟滞作用在电荷分布中均有体现，交流分量频率上升使得电荷积累量上升。油纸绝缘在复合电场下的电荷积累特性研究为进一步探究实际工况下的绝缘老化机理提供支撑。     

含水率对复合电场下油纸绝缘电场分布的影响

为研究含水率对换流变压器油纸绝缘电场分布的影响,以典型油纸绝缘结构为研究对象,首先根据典型油纸绝缘结构建立了其等效物理模型和电路模型,并得到了复合电场下电场分布的数学表达式。结合不同温度及含水率下变压器油和浸油纸板绝缘电阻率及相对介电常数的测量结果,通过仿真分析得出了复合电压作用下油纸绝缘中电场分布与含水率及交流含量的关系。研究结果表明,水分对复合电压作用下油纸绝缘的电场分布有着显著的影响,当水分达到平衡状态时随含水率的增加油中场强增强、浸油纸板中场强减弱;随着绝缘体系整体含水率的上升,油纸绝缘电场分布的变化呈加速趋势;水分对油纸绝缘电阻率的影响远高于其对相对介电常数的影响,从而导致水分对高直流分量复合电压下的油纸绝缘电场分布产生较大影响。     

油隙间距对油纸绝缘局部放电特性的影响

采用球-板电极模型模拟变压器油纸绝缘系统的稍不均匀电场,研究了不同油隙间距下外施交流电压油纸绝缘系统的局部放电特性.分析了油隙间距对油纸绝缘局部放电特性的影响.