多次雷电冲击电压作用下变压器油浸绝缘纸板累积效应特性EI北大核心CSCD

油纸绝缘是电力变压器最常用的一种绝缘介质,其在运行过程中不可避免的会受到多次雷电冲击电压的作用,在冲击电压的累积作用下变压器内绝缘有可能会产生不可逆的损伤。鉴于此,通过自动连续冲击电压发生器对油纸绝缘模型的累积施压,来模拟侵入变压器的雷电过电压对油浸绝缘纸板的累积效应。研究了雷电冲击电压幅值U与油浸绝缘纸板击穿时雷电冲击电压累积次数N之间的关系,即U-N特性。并采用Weibull模型分析了油浸绝缘纸板试品U-N特性的变化规律。还通过原子力显微镜(AFM)对比研究了不同次数雷电冲击电压作用后油浸绝缘纸板表面形貌的变化。研究结果表明:随着雷电冲击电压幅值的升高,油浸绝缘纸板累积直至击穿所需要的次数大幅度下降,雷电冲击电压对油浸绝缘纸板具有明显的累积效应;多次雷电冲击电压的累积作用会导致油浸绝缘纸板表面颜色与形貌的变化,200、400、600、800次标准雷电冲击电压作用后,油浸绝缘纸板表面粗糙度比累积试验前分别增加了0.61、2.80、5.97和11.76倍。     

多次雷电冲击电压作用下变压器油浸绝缘纸板累积效应特性

油纸绝缘是电力变压器最常用的一种绝缘介质,其在运行过程中不可避免的会受到多次雷电冲击电压的作用,在冲击电压的累积作用下变压器内绝缘有可能会产生不可逆的损伤。鉴于此,通过自动连续冲击电压发生器对油纸绝缘模型的累积施压,来模拟侵入变压器的雷电过电压对油浸绝缘纸板的累积效应。研究了雷电冲击电压幅值U与油浸绝缘纸板击穿时雷电冲击电压累积次数N之间的关系,即U-N特性。并采用Weibull模型分析了油浸绝缘纸板试品U-N特性的变化规律。还通过原子力显微镜(AFM)对比研究了不同次数雷电冲击电压作用后油浸绝缘纸板表面形貌的变化。研究结果表明:随着雷电冲击电压幅值的升高,油浸绝缘纸板累积直至击穿所需要的次数大幅度下降,雷电冲击电压对油浸绝缘纸板具有明显的累积效应;多次雷电冲击电压的累积作用会导致油浸绝缘纸板表面颜色与形貌的变化,200、400、600、800次标准雷电冲击电压作用后,油浸绝缘纸板表面粗糙度比累积试验前分别增加了0.61、2.80、5.97和11.76倍。     

多次双极性振荡衰减冲击电压作用下的油纸绝缘累积效应

为研究电力变压器实际遭受的雷电冲击电压波和IEC规定的标准雷电冲击电压波(SLIW)对油浸绝缘纸累积作用,基于变电站实测的雷电侵入波形,通过试验方法产生了不同波形参数的双极性振荡衰减冲击电压,采用匝间绝缘模型模拟真实状况下油纸绝缘所承受的电场,并通过测量冲击电压幅值与冲击电压累积次数之间的关系特性和不同次数冲击电压作用前后相对介电常数等电气参数,探索了多次冲击电压作用对油纸绝缘的累积效应。研究表明:多次双极性振荡衰减冲击电压作用下油纸绝缘表现出明显的累积效应,在不同波形参数的冲击电压作用下油浸绝缘纸的U-N特性曲线均呈指数变化规律;在相同电压幅值下,油浸绝缘纸对双极性振荡衰减波的累积耐受能力比标准雷电冲击电压波更好,表明相同电压幅值下标准雷电冲击电压对绝缘的要求偏严;油浸绝缘纸的相对介电常数和介质损耗角正切值均随累积次数的增加呈明显上升趋势,表明多次双极性振荡衰减冲击电压作用对油纸绝缘性能有明显的影响。     

双极性振荡衰减冲击电压作用下油浸绝缘纸的绝缘累积效应特性

变压器内油纸绝缘在雷电冲击电压的重复作用下会产生累积损伤,从而对变压器的安全运行产生威胁。实际侵入变压器的雷电冲击电压波受变电站进线衰减、折反射及绕组谐振等因素的影响,具有显著的振荡特性,该波形与IEC规定的标准雷电波形有显著差异。为此基于变电站实测的雷电侵入波形,通过试验方法产生了不同波形参数的双极性振荡衰减冲击电压,采用柱–柱电极结构测量了冲击电压幅值与冲击电压累积次数之间的关系特性(U-N特性)。通过观察累积冲击作用前后油浸绝缘纸的微观形貌变化并测量其相对介电常数和介质损耗角正切,探索了多次冲击电压作用对油浸绝缘纸的累积损伤效应。研究表明,多次双极性振荡衰减冲击电压作用下油浸绝缘纸表现出明显的累积效应,随着冲击次数的增加,电极覆盖区域的试品表面会出现乳白色胶状附着物,且试品表面的纤维结构发生变化,粗糙程度逐渐增大,其相对介电常数和介质损耗角正切值均呈明显上升趋势。     

雷电冲击下变压器油纸绝缘体系中溶解气体组分及含量的变化

在雷电冲击波作用下,研究了变压器油纸绝缘体系未发生击穿时油中溶解气体组分及含量的变化趋势。结果表明:纯油绝缘体系和油纸绝缘体系在真空处理前后的雷电冲击击穿电压均变化不大,说明油和纸板中微量水分及气体对绝缘体系的雷电冲击没有负面影响。油纸绝缘体系比纯油绝缘体系承受的雷电冲击电压更高,随着绝缘纸板数量的增加,油纸绝缘体系的击穿电压升高,其内部发生轻微放电的概率增大,油中乙炔气体和氢气含量明显增加。     

连续雷电冲击下的变压器油纸绝缘老化特性

随着气候的持续变暖，雷暴极端天气频繁出现，变压器面临连续雷电冲击电压的威胁，导致变压器油纸绝缘受损，运行存在安全风险。为了模拟变压器在极端雷暴环境下的运行状况，搭建了雷电冲击试验平台，并通过对油纸绝缘模型施加不同次数的雷电冲击电压，研究连续雷电冲击电压作用对油纸绝缘老化特性的影响。对受到不同雷电冲击次数的样品进行了极化/去极化电流测试，并利用扫描电镜观测了绝缘纸的微观形态变化，开展了绝缘纸抗拉强度测试和绝缘油微水含量测量。随后，分析了纤维结构的变化对绝缘纸应力-应变的影响，利用id(t)t–lnt曲线获得了去极化陷阱能级密度谱，并对陷阱能级、密度随老化程度的变化规律进行了分析。结果表明，随着雷电冲击次数的增加，绝缘纸的纤维结构劣化程度加深，应力峰值下降，油纸绝缘的极化、去极化电流曲线以及去极化陷阱曲线均上移，去极化陷阱密度曲线峰值和峰值时间常数增加。应力峰值的下降是绝缘纸纤维劣化的宏观体现，去极化陷阱曲线峰值和峰值时间常数可以作为油纸绝缘在雷电冲击作用下的老化特征量。     

计及暂态过电压累积效应的变压器换位导线绝缘特性

变压器运行时需要承受站内开关操作、雷电侵入波等暂态过电压的冲击,累积效应是导致设备绝缘劣化,继而引发突发性事故的原因之一。为研究侵入波对变压器绝缘累积劣化的影响和变压器绝缘寿命评估提供依据,设计变压器换位导线绝缘累积冲击试验平台,开展近万次暂态冲击试验,研究了不同短路力作用后雷电和操作冲击波对500 kV变压器匝间绝缘的累积效应,分析侵入波引发变压器突发性、无征兆故障的原因。实验结果表明,良好绝缘下侵入波累积效应不明显,短路力作用后,绝缘纸破损8层时雷电与操作冲击波的电压比绝缘纸完好时分别降低了41.5%和40.9%,绝缘纸全部破损时该值分别降低了83.3%和82.9%,同时可知,单独的过电压累积效应难以引起变压器的突发性事故,变压器短路电流引发的短路力破坏是侵入波导致变压器突发事故的主要原因。     

操作冲击电压累积作用对油纸绝缘性能影响的研究

过电压对于油纸绝缘的性能影响的研究目前主要集中在油纸绝缘在冲击电压作用下的U-N特性方面,而对于油纸绝缘在冲击电压作用下的物理化学特性的变化方面的研究比较少,并且研究主要集中在雷电冲击方面,对于操作冲击电压的影响规律的研究却比较少。因此,文中对操作冲击电压累积作用下油纸绝缘的电气特性和机械性能变化进行了研究,研究发现:在承受操作过电压的累积冲击之后,油纸绝缘的直流体积电导率呈上升趋势;油纸绝缘的介电特性和交流电导率在10-2~100Hz频域内呈上升趋势,而在100~107Hz的范围内基本保持不变;其介质损耗角正切值在10-2~103Hz频域内呈上升趋势,而在103~107Hz范围内基本保持不变;就其在工频50 Hz频率下的电气特性而言,油纸绝缘的介电常数、体积电导率、击穿电压变化均不大,局部放电起始电压以及局部放电截止电压呈下降趋势,但是其介质损耗则会上升;同时,操作冲击电压的累积作用会使得绝缘纸的聚合度轻微下降,但对于油纸绝缘的抗拉强度则影响不大。     

不同直流场强下水分对多层油浸绝缘纸空间电荷生成和迁移的影响

空间电荷问题是影响变压器油纸绝缘材料耐电强度,导致其绝缘故障的重要因素。针对水分对油纸绝缘电气性能的危害,文中采用基于电声脉冲法的空间电荷测试系统研究了不同水分含量油浸绝缘纸在直流场强20、30、40 k V/mm下的空间电荷特性。结果表明:加压过程中,水分对油浸绝缘纸内部空间电荷分布产生很大影响。油浸绝缘纸试品水分含量越高,其内部积聚的电荷量越少,油纸界面对电荷的阻挡作用也越弱;在油浸绝缘纸试品击穿前,试品内部仅积聚少量的负电荷,空间电荷在两电极间快速导通,是导致油浸绝缘纸试品击穿的主因。     

水份含量对变压器油纸绝缘系统回复电压参数影响规律的研究

油浸式电力变压器中的油纸绝缘系统受潮会加速固体绝缘材料老化,严重影响其运行寿命,因此评估变压器绝缘纸板中的水份含量对确保变压器安全可靠运行具有重要意义.基于回复电压的极化谱方法是一种无损的绝缘诊断方法,已经被用来评估变压器的绝缘状态.笔者研究了不同充电时间下水份含量变化对回复电压参数的影响规律.结果表明,回复电压最大值...     

水分对变压器油和绝缘纸频域介电谱特性的影响

频域介电谱法作为一种无损的电气诊断技术,非常适用于变压器油纸绝缘状态的现场诊断。考虑到水分对变压器油纸绝缘系统的巨大危害,运用Concept80宽频介电谱测试系统,研究了水分对矿物绝缘油和不同种类油浸绝缘纸介电特性的影响规律,并对比了相同水分质量分数油浸普通绝缘纸、绝缘纸板和热稳定纸的介电性能。研究表明:矿物油-纸绝缘试品的介电性能受水分的影响极大;矿物油的直流电导率随着水分质量分数的增加呈指数规律增大,在10-3～10-1Hz范围内,油浸绝缘纸的复相对介电常数实部随其水分质量分数增加呈线性规律增大。因此,可利用油品介质损耗因数(直流电导率)和油浸绝缘纸复相对介电常数实部对变压器油、油浸绝缘纸的水分质量分数分别进行诊断。     

基于回复电压特征量的油纸绝缘老化诊断

准确诊断油纸绝缘变压器老化状态对降低变压器故障率,提高电力系统供电可靠性具有重要意义。首先对回复电压特征量与油纸绝缘老化之间的关系进行了理论分析,然后通过同台变压器不同绕组和同台变压器检修前后的回复电压测量数据来研究油纸绝缘老化与回复电压特征量之间的内在联系。研究结果表明,回复电压初始斜率在短充电时间下反映绝缘油的老化情况,而在长充电时间下则反映绝缘纸的老化情况,且初始斜率越小,其反映的绝缘介质的绝缘状态越好。回复电压极化谱最大值反映油纸绝缘变压器绝缘纸的老化状态;回复电压极化谱的短充电时间部分反映绝缘油的老化状态;回复电压极化谱的长充电时间部分反映绝缘纸的老化状态。回复电压曲线的峰值时间越大,油纸绝缘变压器绝缘状态越好。     

油纸绝缘中气泡的生成特性及其对击穿性能的影响

针对变压器油纸绝缘不同水分含量情况下的气泡生成规律及其对击穿性能的影响展开研究。通过制备2%、4%和6%这3种水分含量的绝缘纸板在快速升温条件下的气泡生成规律,模拟变压器在运行环境下大负荷时油纸绝缘的气泡生成情况。通过交流击穿试验验证了气泡对油纸绝缘的影响。试验结果显示:绝缘纸板的水分含量对生成气泡的起始温度有明显的影响,随着水分含量的增大,生成气泡的起始温度越低,2%、4%和6%这3种水分含量纸板在快速升温过程中的气泡生成起始温度分别为142、120、94℃。存在气泡的油纸绝缘的绝缘失效形式为沿面闪络,厚度为1 mm的油浸纸板,相应闪络距离约47 mm,气泡存在导致绝缘击穿电压下降了28.60%。     

提取杂质后的老化油浸绝缘纸板介电响应特性研究

首先制备老化绝缘纸板样品,并制定了提取老化绝缘纸板水分及分解产物的方法,然后在去除油纸绝缘的杂质及变压器油后,分别针对不同老化状态的油浸纸板开展介电响应实验。分析排除杂质后的老化油浸绝缘纸板的介电响应特性,以及纸板自身老化与油纸绝缘老化对其绝缘状态的影响差异。结果表明:老化时间和激励电压对频域介电谱(FDS)的影响主要集中在中低频段,在高频段介质损耗因数(tanδ)较为稳定;温度变化会导致FDS曲线发生平移,在高频段,温度越高tanδ越小,在低频段,温度越高tanδ越大,且频率越低tanδ的增长趋势越明显。     

基于修正Debye模型的油浸绝缘纸不均匀老化时域介电特性

变压器内部存在的温度梯度导致油浸绝缘纸不均匀老化,为研究油浸绝缘纸在温度梯度下的时域介电特性,在实验室搭建油浸绝缘纸不均匀老化试验平台,测定试样老化过程中聚合度变化规律和极化/去极化电流曲线,并对其进行等效模型参数辨识,得到如下结论:发热端附近油浸绝缘纸极化/去极化电流均向左上方平移,纸内电导率提高,极化的响应速率加快;发热端附近等温区极化电阻和时间常数最小,修正Debye模型和扩展Debye模型参数存在关联关系;扩展Debye模型只能评估油纸绝缘平均老化程度,用其进行绝缘状态评估时会出现"老化被高估区"和"老化被低估区",发热端附近绝缘实际状况比评估结果恶劣将近50%。研究结果为将极化/去极化电流法更精确地应用于实际变压器油纸绝缘状态评估提供了参考。     

油纸绝缘体系微水扩散的分子模拟

油纸绝缘中微水将严重影响油浸式变压器电气寿命和机械寿命。为研究油纸绝缘体系中微水扩散微观特性,基于分子模拟方法建立绝缘纸/油纸共存体系微观模型,利用分子动力学计算了不同温度下微水在绝缘纸/油纸共存体系下运动轨迹及其扩散系数,讨论了扩散系数与绝缘纸/油纸共存体系自由体积及水分子运动轨迹关系,并由实验所得扩散系数对模拟计算结果进行验证。结果表明分子模拟结果为实验数据的84%～222%,分子模拟为油纸绝缘体系微水扩散机理研究提供了微观研究手段。     

植物绝缘油纸匝间绝缘的电气性能研究

本研究搭建了匝间绝缘试验平台,并在雷电冲击电压、操作冲击电压和工频电压下开展了植物绝缘油纸绝缘和矿物绝缘油纸绝缘的耐压试验。结果表明：在工频电压下,植物油纸绝缘的击穿电压高于矿物油纸绝缘;在操作冲击电压下,植物油纸绝缘的击穿电压略高于矿物油纸绝缘;在负极性雷电冲击电压下,植物油纸绝缘的击穿电压略低于矿物油纸绝缘。考虑到不同规格导线匝间绝缘的击穿电压存在差异,为指导植物绝缘油变压器的匝间绝缘设计,基于试验结果,采用有限元法对矿物油纸匝间绝缘和植物油纸匝间绝缘的场强进行仿真计算,结果表明击穿电压下矿物油纸匝间绝缘的最大场强高于植物油纸匝间绝缘。     

基于频谱二阶斜率方均根的变压器油浸绝缘纸频谱提取

在变压器绝缘检测领域,用频域介电谱法对变压器绝缘状态进行评估,需要根据绝缘结构参数计算出油浸绝缘纸的频谱,然而待测变压器的绝缘结构往往是未知的,这极大地制约了频域介电谱法的现场应用。该文基于油浸绝缘纸频谱二阶斜率方均根,实现一种无需已知绝缘结构参数的变压器油浸绝缘纸频谱的提取方法。通过测量不同水分条件和绝缘结构的油纸绝缘样品的频域介电谱,根据绝缘结构参数计算油浸绝缘纸的频谱。研究发现,偏离实际值的绝缘结构参数会影响计算的油浸绝缘纸频谱的大小和形态,从而使得计算频谱的二阶斜率方均根显著增大。水分含量越高,影响越小。因此,通过遍历不同绝缘结构参数计算的油浸绝缘纸频谱,分析频谱二阶斜率方均根最小值对应的绝缘结构参数和油浸绝缘纸频谱,可以实现无需已知绝缘结构参数的变压器油浸绝缘纸频谱的提取。     

棒-板油纸复合绝缘的电场数值计算

换流变压器阀侧绕组端部属极不均匀场,承受交流电压、直流电压及极性反转等电压的作用。为此采用有限元仿真软件对棒-板油纸复合绝缘极不均匀场模型在不同参数情况时的直流场强分布、交流场强分布及极性反转场强分布进行了计算,绘制了绝缘油及绝缘纸板中最大场强与绝缘纸板厚度、纸板长度、棒直径等参数的关系曲线。棒-板油纸复合绝缘模型在交流电压及极性反转电压作用下的场强分布较为接近,但与直流电压下的场强分布有很大的不同。通过提高换流变压器阀侧绕组端部等效棒直径及油的电阻率,选择合理的油与纸空间相对位置及几何尺寸,可比较明显地提高换流变压器阀侧绕组绝缘特性。     

直流和工频电压下油浸纸绝缘系统空间电荷特性的差异

绝缘材料在交流电压下的空间电荷特性和直流电压下的空间电荷特性同等重要。输电系统中交流变压器的数量巨大,变压器内绝缘用油纸绝缘材料在交流电压下的空间电荷特性如何,尚未见研究报道。首先采用直流电声脉冲测试系统研究了油浸绝缘纸在正/负极性直流场强下的空间电荷特性,然后采用改进的基于电声脉冲法的空间电荷测试系统研究了油浸绝缘纸在工频电压下的空间电荷特性。结果表明:电场极性对油浸绝缘纸内部的空间电荷分布有决定性影响,在正极性直流场强下,积聚在靠近铝板电极侧绝缘纸-绝缘纸界面处的电荷极性是正极性,而在负极性直流场强下,其是负极性;在工频加压的正半周,铝板电极处的电荷极性为负,而在工频加压的负半周,铝板电极处的电荷极性为正,90和270相位下油浸绝缘纸内部界面处积聚的电荷极性相反;与直流电压下相比,工频电压下油浸绝缘纸内部积聚的电荷显著减少。