基于局部放电能量的油纸绝缘典型缺陷放电严重程度评估方法

变压器内部缺陷引发的局部放电会导致油纸绝缘老化与损伤,甚至造成威胁变压器安全运行的绝缘故障。为探究基于局部放电信号的变压器缺陷严重程度评估方法,文中搭建了球—板、柱—板、针—板3种典型缺陷模型,得到局部放电相位谱图、放电次数和放电量等特征参量随时间的变化规律,发现球—板和柱—板模型下放电次数、针—板模型下平均放电量由上升到下降这一变化趋势的改变,可作为放电后期的判断依据。在此基础上,引入放电能量对放电强度进行量化表征,分析了缺陷类型和放电发展阶段对放电能量的影响规律,据此可将放电严重程度划分为起始、发展和危险3个等级。研究成果可为不同缺陷类型下的局部放电严重程度评估提供参考依据。     

高压直流滤波电容器直流局部放电的试验研究

高压直流滤波电容器在高压系统中应用广泛,是高压设备中的关键元件,同时作为直流输电工程中的重要设备,其绝缘性能直接关系到整个直流输电系统的可靠性。由于其本身的绝缘性能可能存在先天缺陷和运行过程中受到腐蚀、振动或受潮等原因而受到损坏,导致局部放电,而局部放电信号包含了很多绝缘性能的变化信息,所以通过局部放电测试对高压电容器的绝缘性能的优劣进行评估是很有效的手段。笔者主要针对大电容试品的直流局部放电测试系统而展开工作,从局部放电的原理出发,针对不同缺陷类型的模拟电容器进行直流局部放电试验,通过测量系统的数据采集和对数据的后续处理,作出不同模拟试品在直流电压下的局部放电的特征参量图谱,通过对图谱来分析对比不同缺陷的放电特点。     

油纸绝缘直流极性反转试验及局部放电测量

对油纸绝缘缺陷模型在极性反转过程中局部放电特征图谱以及空间电荷特性进行了研究,实现了对油纸绝缘极性反转过程中局部放电信号和空间电荷的测量。     

油纸绝缘直流局部放电的研究

主要研究了油纸绝缘的直流局部放电规律。实验结果表明,放电重复率随温度、电压的增加而增加。常温下在电压降到接近零时,放电次数较多,随着时间的延长,放电逐渐减少到无放电;但在高温下,能看到明显的熄灭电压。     

直流下局部放电重复率的数学物理模型

本文基于绝缘内部气隙放电时的三电容等值和双电容简化等值两个电路分别研究了直流下局部放电重复率的数学物理模型,以及测量电阻存在时对直流局放重复率的影响。对交流下经典三电容局放模型加入电阻后的等值电路分析直流下简化局放过程得出:在局放存在条件下,直流下局放重复率与外部施加直流电压可近似为线性关系。对双电容简化等值电路的数学物理模型分析同样得出:出现局放时的直流下局放重复率与外部施加直流电压具有近似线性关系;测量电阻对直流下局放重复率的影响只是暂时的,会在局放起始放电条件不稳定的情况下对重复率有一定的影响,在到达平稳状态后,直流局放重复率仅由绝缘缺陷电气结构决定。基于宽带检测的直流平稳状态下三种基本油纸绝缘缺陷模型的试验结果则表明:在试验电压大于局放起始电压后,直流下局放重复率与一定范围内的试验电压值具有该近似线性关系。     

交直流复合电压中直流分量对油纸绝缘针板缺陷局部放电特性的影响

换流变压器阀侧绕组绝缘承受交直流复合电压的作用,其中直流电压分量对油纸绝缘的影响相比纯交流电压更为复杂。针对复合电压中直流分量对极不均匀电场下油纸绝缘局部放电特性的影响,采用基于脉冲电流法的局部放电测量系统,着重对比了不同直流分量交直流复合电压下油纸绝缘针板缺陷在起始放电和预击穿阶段的局部放电特性。实验结果表明:直流电场作用下的空间电荷积聚形成的反向电场使得起始放电电压和击穿电压随着直流分量的升高而逐渐增大;在整个局部放电发展过程中,直流分量增加时放电脉冲重复率与放电量会降低,而平均脉冲等效时间和等效频率与直流分量间没有表现出直接关系;随着直流分量的增加,局部放电分布相位开始向正半周期移动。实验结果可作为含不同直流分量交直流复合电压下局部放电模式识别的参考。     

直流GIL绝缘设计及局部放电检测研究进展

气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated line,GIL)在我国输电系统中占有越来越重的比例,推广使用直流GIL对于完善现有直流输电方式具有很强的经济效益。与交流GIL相比,直流GIL研究的技术难点和差异主要在于绝缘方面。研究直流GIL绝缘问题能够指导其运行维护并对其进行寿命预测。文中从直流GIL整体绝缘设计和GIL内部局部放电检测两个方面,梳理和介绍了国内外对交直流GIL各方面的研究情况,为针对直流GIL绝缘问题的后续研究提供了参考和借鉴。     

特高压变压器油纸绝缘典型缺陷局部放电特征

变压器绝缘在制造及运行过程中难免产生缺陷,本文针对特高压变压器典型夹持结构进行了典型含缺陷油纸绝缘局部放电特性分析。根据特高压变压器夹持结构绝缘建立了实验室研究模型,用以模拟绝缘含空腔及金属异物等典型绝缘故障模型。采用脉冲电流法对缺陷试样进行了局部放电特性测试,获得了局部放电起始电压、放电量q-相位φ、放电次数n-相位φ、放电次数n-放电量q等特征参数,提取出峭度K_u、偏斜度S_k、相位中值μ、不对称度Q等统计算子特征参数,对比了局部放电不同阶段下各绝缘缺陷的放电特征图谱。结果表明,含有空腔及金属杂质的缺陷对油纸绝缘局部放电影响明显,其中金属杂质影响最严重。通过对比不同试样的平均放电量相位分布图谱H_qn(φ)与放电次数相位分布图谱H_n(q)可有效对局部放电原因进行分类。     

交流及直流复合电压下油纸绝缘气隙缺陷局部放电特性研究

构建了油纸绝缘常见的纸板内部气隙缺陷,研究了交流电压、交流电压与直流电压复合作用下缺陷的局部放电特性,研究了各独立电压分量对复合电压下局部放电特性的作用和影响规律。     

变压器油纸绝缘针板放电缺陷发展过程

为了研究变压器内部绝缘纸板缺陷的局部放电特征和缺陷发展过程,构建了针板结构的纸板局部放电模型,利用阶梯升压法研究了长期外加电压作用下,绝缘纸板从起始放电到被击穿的整个缺陷发展过程中窄带脉冲电流信号的散点图、脉冲重复率、脉冲视在放电量平均值及最大值的变化过程;通过拍照的方式研究了局部放电所产生的气泡溢出现象和纸板表面炭痕扩展情况。结果表明:针板放电具有阶段性发展模式;当放电脉冲的重复率、放电量急剧增加、脉冲的相位分布范围展宽到越过0°和180°时,可以断定缺陷处于急剧发展、临近击穿的阶段,在此之前,缺陷的发展相当缓慢。     

交直流复合电压下油纸绝缘内部气隙缺陷局部放电特性

为了研究换流变压器油纸绝缘的局部放电特性,制作了典型的油纸内部气隙缺陷放电模型,设计了交流和直流电压叠加的实验回路,模拟换流变压器绝缘承受的电压类型。针对实验模型施加不同分量的交流电压和直流电压,用脉冲电流法分别检测该模型局部放电的各个特征参数,进行比较研究。总结了复合电压下油纸气隙放电模型的局部放电脉冲特征规律,并分析了其放电机理。结果表明,交直流复合电压下的油纸绝缘气隙放电具有不同于交流和直流下局部放电新的特点。为实现换流变压器的绝缘状态在线监测与综合评估积累了经验数据。     

直流预压对油纸复合绝缘局部放电特性的影响

为了研究直流预压对油纸绝缘交流局部放电特性的影响,对预压不同时间、不同幅值直流电压以及去极化后重复加压情况下的油纸绝缘交流局部放电特性,不同预压时间和去极化后的油纸绝缘材料的空间电荷特性进了研究。研究结果表明,随着预压直流电压幅值的增大和预压时间的延长,放电起始电压和熄灭电压减小;随着重复加压次数的增多,放电起始电压先上升后下降,但均低于未预压下局部放电起始电压。分析表明预压直流30min后油纸绝缘空间电荷分布达到平衡状态,预压时间越长,去极化后油纸绝缘材料残余空间电荷数量越多;同时长时高幅值预压会使得与高压电极接触的绝缘纸板表面电荷分布均匀,从而改善油纸绝缘内部的电场分布,进而影响油纸绝缘的局部放电特性。     

油纸绝缘老化状态判别的局部放电特征量

采用多元统计分析方法对传统的局部放电统计特征算子进行了因子分析,从24个统计算子中提取出8个公共因子作为局部放电新特征因子,从而实现数据压缩的目的。提取的新特征因子之间不仅携带了原始统计算子的大部分方差信息,而且彼此独立,具备各自的物理意义。对油纸绝缘扁平气隙模型开展了电-热加速老化试验,并采集不同老化阶段试品的局部放电信号样本,采用新特征因子进行了已知老化状态样本的聚类和线性判别函数构造,进而对未知样本的绝缘老化状态进行判别。该方法基于实验室数据的分析得到了令人满意的结果,并为变压器油纸绝缘老化状态的诊断提供了一种可行的方案。     

纤维杂质对油纸复合绝缘局部放电特性影响研究

为研究纤维杂质对油纸绝缘局部放电特性的影响,搭建了直流油纸绝缘实验平台,观测了油中纤维杂质产生及成桥过程,就杂质成桥的动力学基础进行了分析,并对杂质影响下的油纸绝缘局部放电频数、平均放电量及最大放电量等特征参数进行了研究。结果表明,直流电压下纤维杂质在油中受电场力、重力、浮力及油黏性阻力作用。当杂质所在处场强大于2.12×105 V/m时,纤维杂质以缓慢速度向高压电极运动,且沿电压梯度最大方向成桥;纤维杂质畸变电场可使油纸绝缘局部放电频数上升、放电量下降。进一步实验表明,纤维小桥可导致油隙内泄漏电流增加,引起局部发热,并使油中水分局部气化为微小气泡。直流电压下低电导率气泡承担较强电场,先于变压器油发生放电,宏观表现为更加密集且强度较低的局部放电。     

重复加压及直流预压过程对油纸绝缘局部放电特性的影响

换流变压器出厂试验过程,经常遇到直流耐压试验结束后若干h内,交流耐压试验按照GB/T 18494.2执行无法顺利通过的问题,说明直流预压对油纸绝缘交流局部放电特性产生一定影响。为此,采用球-板电极模型模拟油纸绝缘系统中的稍不均匀电场,试验探究重复加压与直流预压过程对油纸绝缘局部放电特性的影响,重点对比分析纯交流初次加压、重复加压以及直流预压3种情况下的局部放电起始电压、临界击穿电压及熄灭电压变化规律。研究结果表明:重复加压过程会大幅减少绝缘系统的局部放电起始电压(降至约33.44%),临界击穿电压下降约7.84%,熄灭电压几乎不受影响,经过高压端接地约8~9 h后,系统内的局部放电耐受水平与初次升压过程水平相当;而直流预压过程会一定程度上减小系统的局部放电起始电压(降至约82.38%)、临界击穿电压(降至约89.75%),且随着直流预压水平的提高上述两参数降幅更加明显,熄灭电压几乎不受直流预压作用的影响,一般经过4~6 h高压端接地静置,直流预压过程对于油纸系统内局部放电特性的影响消失。基于多次试验结果,提出重复加压及直流预压过程产生的空间预存电荷是对交流电压下局部放电特性造成影响的主要原因。     

直流局部放电检测技术综述

局部放电检测技术作为一种重要的绝缘性能评估手段,在交流电气设备的绝缘检测领域发挥了重要作用,而直流局部放电检测研究尚处于初级阶段。由于直流局部放电相比交流没有相角概念,交流下常用的局部放电分析手段无法直接套用于直流当中。综述了国内外直流局部放电检测的研究现状,介绍了直流局部放电的物理模型以及温度等因素对局部放电的影响机理,总结了目前国内外直流局部放电研究常用的分析方法,并对直流电缆局部放电测试的典型案例进行了分析。     

基于统计参数的自适应网络推理系统在局部放电缺陷识别中的应用

高压电力设备在发生绝缘劣化的早期,内部会出现局部放电现象,笔者依据检测得到的局放信号,提出了采用基于统计参数的自适应网络推理系统进行绝缘缺陷模式识别的方法。自适应网络推理系统是神经网络和模糊逻辑的结合,通过模糊逻辑进行识别系统建模,利用神经网络训练系统参数。设计并实验了4种绝缘缺陷模型,对多周期的局放信号进行相位分布及幅值分布统计,提取表征局放特性的统计参数,总结了不同缺陷模型局放特征的区别。实际的检测结果表明,经过训练后的局放缺陷识别系统,能够有效地对各种缺陷的样本数据进行分类,达到良好的识别效果。