直流电压下油中空间电场强度对油纸绝缘界面电荷特性的影响研究

直流电压下油纸绝缘界面电荷特性是换流变压器绝缘结构设计的巨大挑战。传统电阻-电容（RC）模型仅考虑由于油、纸材料的介电常数、电导率不同而引起的界面极化电荷，忽略了其他形式来源的电荷及其对空间电场的影响。本文基于Kerr电光效应原理，搭建了油纸绝缘结构油中空间电场特性非接触式、实时测量平台，针对变压器油-电工绝缘纸、变压器油-变压器纸板组成的复合绝缘结构，获得了不同极性、不同幅值直流电压下油中空间电场特性，计算并分析了界面电荷密度与RC模型计算的极化电荷密度的差异。结果表明：当油中场强较低时，油纸界面电荷以极化电荷为主；随着油中场强的增加，油纸界面电荷密度与RC模型计算极化电荷密度差异逐渐增大，出现了其他形式电荷的积聚，且其在界面总电荷量中占比逐渐增加，对电场强度的影响逐渐增大。     

高压直流电场下UHV换流变压器用油电导率的对比研究

变压器油作为换流变压器的主要绝缘材料,其电导率的大小直接影响到设备直流电场和直流极性反转电场绝缘设计。在高压直流电场下对国内UHV换流变压器用油典型样品的电导率进行对比研究。结果表明：油间隙为5～15 mm,电场强度为2~6 kV/mm时,变压器油的电导率与油间隙没有明显的相关性,只受电场强度的影响,随着电场强度的增加,油的电导率增大;90℃下的电导率比30℃下的电导率高1个数量级;当介质损耗因数相近时,烃组成中CA值越高,变压器油的电导率越大;当烃组成相近时,介质损耗因数越高,变压器油的电导率越大。     

直流电压分量对交直流叠加电压下油纸绝缘沿面闪络的影响

为了更加深入地了解换流变压器中交直流叠加电压下油纸绝缘的沿面闪络问题,通过搭建直流电压分量可以任意调节的交直流叠加电源系统,研究了具有背面电极和不具有背面电极这2种结构下油纸绝缘的沿面闪络问题。试验结果表明:在复合电场下,有背面电极时,沿面闪络电压比无背面电极时稍低;在2种结构下,沿面闪络电压均表现为纯交流电压时最低,随着直流电压分量的增加,沿面闪络电压也逐渐增加。此外为分析油纸绝缘界面的影响,还研究了相同电极结构下纯油的击穿电压。对比分析纯油的击穿电压和油纸绝缘的沿面闪络电压后发现:直流电压分量较低时,油纸绝缘界面的存在降低了该结构的击穿电压;而直流电压分量较高时,油纸绝缘界面的存在反而稍微提高了该结构的击穿电压。最后从复合电场分布的特点出发,分析了不同直流电压分量下油纸绝缘的沿面闪络过程。分析后认为:直流电压分量较小时,电极附近电场强度较高,导致油易于电离并产生大量载流子,从而促进了油纸沿面闪络的发展;而随着直流电压分量的变大,电场分布将变得不同,其沿面闪络电压升高;同时,上述电场分布的特点也是造成直流电压分量较低时沿面闪络电压低于纯油击穿电压的原因。     

大尺寸油纸绝缘结构多电压应力下空间电场特性

换流变压器油纸绝缘设计可靠性主要依靠仿真计算及简易等效模型下的电场实测校验,缺乏大尺寸复杂结构下电场实测验证,该文利用研发的基于Kerr电光效应的空间电场测量传感器,针对换流变压器阀侧出线大尺寸油纸绝缘模型,获得了直流电压、交流电压及极性反转电压下,模型不同油道内油中电场特性,试验结果表明:①正极性直流电压下,随着加压时间的延长,外侧油道的油中电场逐渐降低,内侧油道和中间油道的油中电场逐渐增加,稳态时内侧油道的电场强度比电容-电阻率(RC)模型计算值增大了2.04倍;负极性直流电压下,油道内电场特性与正极性电压下一致;②交流电压下,油中电场随加压时间基本保持不变,电场强度实测值与仿真值结果最大差异为4.08%;③极性反转电场下,极性反转时间越短,反转后油中电场越高,且不同油道内界面电荷积聚状态的不同会导致其油中电场过零点与外施电压过零点时刻不一致。该文提出了基于油纸界面电荷动态变化过程的油中电场分析方法,对直流电压及极性反转电压下油中电场及电荷特性进行了机理解释。     

油纸绝缘结构的空间电场测量技术及应用评述

换流变压器是高压直流输电系统的核心设备,其绝缘设计的有效性与合理性十分关键。就换流变压器油纸绝缘空间电场而言,目前的研究多集中在其不同运行工况下的数值计算方法,但其有效性与准确性缺乏有效的空间电场强度实测数据的支持,因为油纸绝缘中空间电场的测量方法一直是测量研究中的难点问题。针对可以应用到油纸绝缘空间电场测量的模拟实验法、Pockels效应法和Kerr效应法等三种测量技术的现状及其应用的情况展开评述,认为Kerr效应法具有不引入其他介质、不改变原有电场的分布、响应时间快以及可以进行二维电场测量的优点,在油纸绝缘空间电场的测量中具有较大的潜力。基于Kerr效应的研究发现,在不同极性直流电压下油纸绝缘空间电场的暂态和稳态特征差异显著,极性效应明显。这或许是由于油纸绝缘中界面电荷在直流电场作用下的产生过程及影响因素存在特殊性所致,而利用目前应用广泛的RC模型则难于对此做出合理的解释。     

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。     

大尺寸油纸绝缘结构空间电场非接触式测量的光学传感器

油纸绝缘结构可靠的绝缘设计对保证电力变压器乃至电网的安全可靠运行至关重要,目前其设计可靠性主要依靠电场仿真计算及简易等效模型下的电场实测校验。对于换流变压器出线装置等大尺寸复杂结构,现有的电场测量手段无法有效应用,难以获得复杂结构内空间电场/电荷特性,对其绝缘设计和校核提出了挑战。基于Kerr电光效应,研发一种可用于大尺寸油纸绝缘结构内部空间电场测量的小型化传感器及相应的测量系统。该传感器内部采用多反射结构有效减小了器身尺寸,并显著提升了测量灵敏度,采用聚砜非金属材料降低了传感器的引入对待测电场的影响,定制化光学元件及合理的内部结构设计保证了其结构的小型化。利用平板电极,对所研制传感器的关键技术性能参数进行试验标定。利用所研发传感器,针对换流变压器阀侧出线装置大尺寸模型,进行直流电压模型内部油中空间电场特性的实验测试。测试结果表明:直流电压下,无论正负极性,随着加压时间的延长,内侧油道油中电场逐渐增加,最大增幅可达118.8%;中间油道同样逐渐增加,但达到稳态时间更短,增幅更小;外侧油道油中电场逐渐降低,最大降幅可达75.0%。该空间电场非接触式光学传感器可为进一步研究油纸绝缘空间电场和电荷分布特性提供新的方法和手段。     

单层油纸绝缘结构合成电场数值计算

直流电压下换流变压器阀侧油纸绝缘介质中存在空间电荷的积聚,对其结构内部的电场分布造成影响。考虑了异极性空间电荷间的复合以及入陷、脱陷效应,采用有限元法求解泊松方程和电流连续性方程,基于多物理场耦合迭代的思想实现了单层油纸绝缘介质中空间电荷运动特性及瞬态电场分布的动态仿真。考虑系统潮流反转的情况,模拟了电压极性反转条件下油纸绝缘结构内部合成电场的变化过程,计算结果表明：极性反转瞬间,油纸绝缘介质中空间电荷造成的附加影响使得极板处电场强度急剧增高,电场畸变率高达56.3%,严重危及介质绝缘性能,研究内容为换流变压器内绝缘结构优化设计提供了参考依据。     

电场对玻璃绝缘材料积污特性的影响

电场对绝缘子的积污特性有显著影响,为了深入分析电场强度对玻璃绝缘材料表面积污特性的影响,在恒温、恒湿、静风环境下进行了人工积污试验.研究了交、直流电场下玻璃试片表面积污量与平板玻璃试片周围空间电场强度的关系,并通过真型玻璃绝缘子的积污试验对前述试验结论进行了验证.试验结果表明:交流电场对试片上表面积污量的影响不大;直流电场会加重试片表面的积污,但存在临界场强,高于该场强时,电场对积污的促进作用逐渐减弱,正、负极性电场下该临界场强分别为2 kV/cm和1.5 kV/cm;高湿环境会削弱电场对积污特性的影响;电场对平板试片与真型绝缘子积污特性的影响类似.     

基于Kerr电光效应的变压器油中直流电场测量系统

在直流电场下油纸绝缘系统中,空间电荷的存在会对系统的绝缘性能造成影响。通过实时测量得到绝缘系统中的电场分布和电荷分布具有重要意义。Kerr电光效应法因不会对绝缘系统中电场分布造成影响而得到很多研究者的关注。由于实验系统中包含较复杂的光学器件及微弱信号检测单元,其实现具有一定的难度。文章采用光电二极管作为光接收器件,采用一种交流电压调制方法,结合锁相放大器实现了对微弱信号的检测;通过检测输出光强中直流和所施加的交流信号分量,计算得到了待测直流电场的数值。试验结果表明该系统具有较好的线性度。     

利用光电电场传感器测量合成绝缘子的沿面场强

利用光电电场传感器对复合绝缘子表面场强的分布进行了测量,采用平行金属板对研制的电场传感器进行了工频标定实验,并测量了绝缘子棒身表面附近的轴向电场和伞裙下方的径向电场分布。对绝缘子和连接金属导体进行了建模,并利用边界元法计算了绝缘子表面场强的分布,计算结果和测量值基本符合。     

高压工频电场警示仪的研究

环评测试表明,在高压线路下和变电站内部分区域,电场强度超过国家标准5kV/m规定的最大值.为了便于电力工作人员及时准确的获得作业场所的电场信息,本文以C8051F020单片机为核心开发研制了高压工频电场警示装置.现场测试表明,该装置不仅可以对电场强度进行测量,当环境的电场强度超过规定值时,其声光报警系统可以自动告警,能满足电力系统对电场环境监测的需要.     

便携式工频电场测量装置的设计

为了了解设备表面和内部的工频电场,从而更好地研究设备运行的状态及优化改进设备,笔者介绍了一维球型电场传感器的测量原理,设计了一种基于C8051F410单片机的便携式工频电场测量装置,讨论了不同形状及规格电场探头对测量结果的影响并完成了电场探头的选型。在500 kV交流输电线下方和实验室简化同心圆球电极内使用该装置与国外标准仪器进行了对比测量,现场测试结果表明该装置测量数据与国外仪器相比具有较大的相关度,能准确地测量电力系统工频电场,具有很好的实用性。     

高压电极接地后产生电击现象的分析

分析了某公司电石分厂尾气锅炉高压静电除尘中阴极和阳极经短接和接地后,仍会产生高压电击现象的原因,并提出了解决问题的方法。     

瞬态电场测量系统的研制与试验

针对瞬态电场的测量,研制了一款以基于MSP430系列微处理器为核心,应用高速模数转化芯片与高速存储器的测量系统,所用球形探头具有体积小、功耗低、可编程和测量范围可调的特点。通过试验验证和改进,该测量系统能够满足电力系统中的电场测量要求。     

高压电机定子线圈电场分布的改善

本文对高压电机定子线圈的电场分布及改善进行了分析。介绍了改善电场分布的结构和工艺、试验及应用情况。     

电场对带电颗粒在电连接器表面沉积过程的影响

基于尘土颗粒周围电场与其在电接触表面沉积的密切联系导致电接触可靠性下降甚至接触故障,分析了电连接器自身及外加电场对尘土颗粒运动产生影响的过程和机理,提出了衡量电连接器对颗粒吸引能力的判据和计算方法.仿真实验表明,该吸引能力与电连接器两端电压和距离有关,颗粒运动趋势与其进入电场时间有关,而与其所带电荷极性无关.     

陡脉冲致肿瘤不可逆性电击穿的场强阈值研究

为了明确陡脉冲电场致在体肿瘤细胞不可逆性电击穿的电场强度阈值,以新西兰大白兔肝脏VX2肿瘤组织为研究对象,建立了陡脉冲在均匀介质中的有限元模型;采用电场仿真和荷瘤动物实验相结合的方法,用不同电压峰值的陡脉冲电场分别处理荷瘤组织,并用经病理切片描绘得出的电场杀伤覆盖范围同理论仿真模型相互验证,以求得陡脉冲电场在肿瘤组织中的分布,进而求出其电场强度阈值。结果表明:理论仿真与动物实验相互吻合;根据肿瘤组织的坏死轮廓和仿真结果初步判定陡脉冲电场致在体兔肝VX2肿瘤组织不可逆性电击穿的电场强度阈值为838±46 V/cm。本研究为治疗参数的恰当选择提供参考,只要电场覆盖范围内肿瘤区域的最小电场强度略大于肿瘤细胞不可逆性电击穿阈值,即可使肿瘤组织得到有效杀伤而正常组织受到最小损伤。     

邻近交流线路时直流输电线下混合电场的计算

为了准确计算交直流并行输电线路线下混合电场,针对交流输电线路对直流导线表面电场的影响进行了分析,采用寻优算法优化模拟电荷位置,分析了直流导线表面电场随交流导线电压变化的情况.在考虑交流线路对直流线路空间离子轨迹影响的情况下,基于Deutsch假设计算了直流输电线路线下合成电场的瞬时最大值,提出了一种合理的假设,从而准确地计算了并行输电线路线下混合电场.最后分析了线路邻近间距对线下混合电场的影响.结果表明,交流输电线路对直流导线的起晕以及直流线下空间离子流场有较大影响,在计算时应予以考虑,交直流线路间距对直流线路线下混合电场有很大影响,在设计线路时应予以考虑.     

舰船轴频电场的负电势补偿抑制方法研究

为降低轴频电场对舰船隐蔽性影响,在分析舰船轴频电场产生机理的基础上,建立了与轴频电场相关的舰船电学等效模型并研究了其电学特性,提出基于补偿负电势的舰船轴频电场实时抑制技术,并设计了抑制舰船轴频电场闭环实时抑制系统。实验结果表明去除环境电场的影响,该系统对轴频电场的抑制能力超过75%,可大幅降低极低频电场强度并基本消除了轴频电场及其倍频电场,能够有效抑制舰船轴频电场强度,增强舰船的隐蔽性。