聚酰亚胺薄膜局部放电频致拐点现象及形成机制

局部放电是导致高频电力变压器绝缘劣化和失效的重要因素,为准确评估高频正弦波形下电压频率和温度对局部放电特性的影响,设计了高频局部放电测试系统,研究了聚酰亚胺薄膜在不同电压频率(0.5~40k Hz)和温度(30~200℃)下的局部放电相位谱图、放电次数、放电幅值和绝缘寿命。实验发现,平均放电次数和幅值随电压频率的升高先增长后减小,存在"频致拐点"现象,且拐点频率随着温度的升高向低频段转移,而放电次数和幅值随温升单调增加。从空间电荷与放电特征参量的关联规律,以及温度对局部放电特性的影响机制分析着手,结合高频致热效应和电压频率对空间电荷耗散过程的影响,建立了"频致拐点"现象的数学模型,并揭示了其产生机制,为解释高频下的局部放电机制提供了理论依据。     

环氧树脂绝缘高频电热联合老化中局部放电特性分析

电力电子变压器长期运行于高频正弦电压下,其绝缘更易受到局部放电作用影响从而导致老化失效。为此以环氧树脂材料为研究对象,模拟电力电子变压器的运行条件,在30 k Hz、4 kV的正弦电压和温度120℃下开展了电热联合加速老化试验,研究了不同老化阶段下绝缘的高频局部放电特征。实验结果表明:高频正弦电压下残余电荷扩散少,放电连续,放电相位范围超过90°,局部放电频繁冲击绝缘材料;随着老化时间的增长,高相位上的最大放电幅值由0.02 V增加到0.03 V,局部放电相位分布谱图(PRPD)中第2簇"三角"特征更为明显,统计参量Sk能较准确地反应绝缘的老化状态;同时,随着绝缘缺陷表面有效起始电子产生概率的变化,放电量和放电次数总体呈上升趋势,局部放电的相位范围向两端扩展。     

直流和交流电压下油纸绝缘超宽频带局部放电波形比较

换流变压器阀侧绕组运行时的电压环境复杂,其阀侧绕组油纸绝缘强度的要求远高于普通电力变压器,因此对直流电压作用下油纸复合绝缘局部放电进行研究,对换流变压器绝缘优化设计具有一定的实际意义。利用超宽频带(UWB)检测系统分别采集正、负极性直流电压和交流电压作用下油纸绝缘局部放电波形,通过统计分析各波形的上升时间、半波时间和波形频谱,以找寻3者之间的差异。研究表明,交流电压作用下局部放电最易发生,其次为负极性直流电压和正极性直流电压;3种外施电压形式下的放电波形存在明显差异,可以通过其波形或频谱的形貌特征区分外施电压的种类。     

冲击电压下气体绝缘开关设备悬浮缺陷放电特征

为探索冲击电压下气体绝缘开关设备(GIS)悬浮缺陷局部放电检测的有效性及灵敏性,搭建了冲击电压下局部放电试验平台,测量了悬浮缺陷在非振荡冲击波(标准雷电波、标准操作波)、振荡冲击波(振荡操作波)和工频电压下的局部放电信号,提取并分析了悬浮缺陷在不同类型冲击电压波下的局部放电特征谱图,比较了冲击电压波形和工频电压对悬浮缺陷检测的灵敏性。研究结果表明,在非振荡冲击波和振荡冲击波作用下,悬浮缺陷放电稳定、重复性好,冲击电压波对悬浮缺陷的局部放电检测较有效;在不同试验阶段内,振荡冲击电压下的q-?散点图及N-?柱状图以及非振荡冲击电压下的q-Δt/Δu散点图和N-Δt/Δu柱状图的形貌特征差别较大,可作为表征GIS悬浮缺陷放电类型及放电严重程度的特征谱图;在三种冲击电压波形中,振荡操作冲击电压波形对缺陷检测灵敏度最高,是工频电压下悬浮缺陷局部放电起始电压的1.3倍。     

XLPE电力电缆典型缺陷局部放电测量与分析

为了研究XLPE电力电缆典型缺陷的放电特征,在试验室条件下设计了3种放电物理模型,采用脉冲电流法对其局部放电信号进行测量。对比研究了3种典型缺陷模型的局部放电特征,分析了电压幅值对放电谱图、放电波形、放电频率和中心相位分布的影响关系。试验结果表明,相同条件下同一缺陷模型放电稳定、重复性好;不同缺陷类型其放电发展过程不尽相同,呈现的PRPD谱图、单个脉冲波形及相位分布趋势图区别明显。这些特征为进一步进行放电类型的模式识别及局部放电机理研究提供了试验依据。     

高压直流发生器特殊结构对其内部局放测量的影响

为测量具有特殊结构高压直流发生器内部局部放电,笔者分析了其工作原理并得出发生器输出电压波形与负载的关系曲线图,研究了此发生器在试验和运行中出现的3种不同负载情况(电容性、电阻性和阻容性)对其内部局部放电测量的影响。理论和试验结果均表明:在电阻性负载下,可以准确检测该高压直流发生器内部局部放电。     

直流和交流电压下典型缺陷模型局部放电波形比较分析

在直流电压和工频交流电压下分别测量了3种典型放电模型的局部放电波形,并对放电脉冲波形进行快速傅立叶变化处理得到频谱分析图。通过比较3种放电模型在两种电压条件下的放电波形,发现对于同种放电模型在两种电压条件下的放电脉冲波形均很相似,且放电能量频率分布范围相同。但在相同的电压条件下,3种放电模型的放电波形形状与频谱分析谱图存在区别,在相同的检测系统中,可以通过比较波形区分3种典型放电。     

雷电及操作冲击电压下几种典型油纸绝缘缺陷模型局部放电特征图谱的分析与比较

在冲击电压试验同时进行局部放电测量,通过分析局部放电量大小,并结合分析放电特征,则可更灵敏地反映被试设备的绝缘故障类型和严重程度,有利于更加准确客观地反映被试品绝缘性能是否满足运行需要。文中首先对冲击电压下典型油纸绝缘电场分布开展了仿真研究,制作了4种典型油纸绝缘缺陷模型。其次采用自积分型罗可夫斯基(Rogowski)线圈型电流传感器测量局部放电高频电流。在雷电及操作冲击电压下对4种典型油纸绝缘缺陷开展了局部放电特征试验研究。试验结果表明:相同绝缘缺陷模型在不同电压波形作用下局部放电波形时域特性明显不同;相同电压波形作用下不同绝缘缺陷局部放电波形时域特征差异明显。这些结果可用于后续建立相应模型的放电特征图谱库,用于不同绝缘故障类型局部放电识别研究。     

面向中压配电网的电力电子变压器控制策略研究

为实现电力电子变压器在电力系统中保证各环节稳定工作以及良好的电能质量,根据电力电子变压器的自身特点,采用分级策略控制其运行工作,输入级与隔离级分别采用电压电流双闭环和电压闭环控制,用以稳定后逆变器的直流电压;输出级采用电压单闭环控制和恒频恒压(V/f)控制。搭建了基于Matlab/Simulink的三级电力电子变压器中压配电仿真系统,通过仿真实验验证了PET在两种控制策略下都能够输出稳定的三相电压电流,同时有效减少了谐波污染;对比不同控制策略下系统各环节的波形变化情况,对电力电子变压器在中压配电网的工程应用具有一定参考价值。     

雷电冲击电压下典型油纸缺陷局部放电特征

雷电冲击电压下变压器绝缘的局部放电特性对其过电压防护及故障诊断有重要意义,而目前相关研究较为缺乏。为此,选取油纸气隙、悬浮金属和针板油隙这3种典型油纸缺陷,通过试验分别研究它们在标准雷电冲击电压(波前时间为1.2×(1±30%)μs,半峰值时间为50×(1±20%)μs)下的局部放电特征,并结合仿真对现象进行解释。试验结果表明:1油纸气隙、悬浮金属、针板油隙这3种缺陷的局部放电电压时域波形差异显著:油纸气隙局部放电电压波形由雷电冲击电压波前时间附近产生的放电主脉冲和分布于半峰值时间后的大量小幅放电脉冲组成,悬浮金属和针板油隙的局部放电电压波形均为分布于半峰值时间内的大幅值密集簇状放电脉冲;2随着雷电冲击电压幅值的升高,3种缺陷的放电脉冲数均显著增加,油纸气隙缺陷平均放电电压幅值缓慢降低,悬浮金属和针板油隙缺陷平均放电电压幅值均有所增加。     

氟化液沸腾工况下的局部放电特性分析

相变冷却技术以其特有的物性优势和绝缘特征,逐渐应用于大功率电力电子设备冷却,并展现出良好的散热能力。但在特高压电力电子设备相变冷却技术的研发过程中,必须保证电力电子器件或装置在制冷剂及其沸腾环境下仍满足绝缘要求。为了探究制冷剂沸腾对局部放电阈值的影响,认识沸腾气泡影响下的局部放电规律,文中利用针—板电极模拟电力电子装置中常见的极不均匀电场环境,并搭建了基于50 Hz高压交流耐压测试系统的局部放电检测平台;利用PRPD图谱特征及其统计算法,对比了制冷剂环境及其沸腾工况下的局部放电起始电压以及放电特性,并获得了气泡的放电特征,以及测试电压范围内沸腾对局部放电影响的发展规律。分析结果表明:制冷剂的沸腾会降低绝缘环境的绝缘阈值。但是,由于气泡受电场力的影响,沸腾对局放仅在一定的电压条件下有影响。     

连续方波脉冲电压下温度对聚酰亚胺薄膜局部放电特性的影响

为了评估温度对局部放电(partial discharge,PD)特性的影响,对连续方波脉冲电压条件下的局部放电测试系统进行了改进,并采用该系统测试变频电机用聚酰亚胺纳米复合薄膜在不同温度条件下的局部放电特性,分析了不同温度下的局部放电散点图、放电次数及绝缘寿命。试验结果表明:局部放电多集中在方波脉冲的上升沿及下降沿附近,且在电压负半周期平顶区内,出现了大量放电;同时,随着实验温度的增加,局部放电次数及放电幅值虽然降低,但聚酰亚胺的绝缘寿命也逐渐降低,这说明局部放电只是引起聚酰亚胺纳米复合薄膜绝缘失效的原因之一,高温条件下活性电子的入陷、脱陷过程及空间电荷造成的电场畸变可能是诱导绝缘失效的另一个因素。     

重复短脉冲及方波电压频率对变频电机绝缘局部放电统计特性影响

为研究重复短脉冲及方波电压频率对局部放电统计特性的影响规律,采用不同频率的重复短脉冲及方波电压对变频电机漆包线绞线对进行测试,得到了两种电压条件下频率对局部放电幅值及相位的影响规律。结果表明:在重复短脉冲及方波电压下,频率升高造成表面积累电荷衰减减小,促使初始电子出现概率增加,从而导致局部放电幅值减小;放电相位随频率变化可能会受到电压极性的影响,在高频重复短脉冲电压下放电相位延迟,在高频重复方波电压下放电相位提前;在重复方波电压下的放电幅值为0.2~2 V,高于重复短脉冲下的放电幅值。根据研究结论,在依据国际标准对变频电机绝缘性能进行检测时,为提高信噪比,推荐采用频率较小的重复方波电压。     

重复脉冲电压下温度对变频电机绝缘局部放电统计特性影响研究

为研究温度对变频电机绝缘局部放电统计特性的影响规律,在不同温度条件下采用上升时间为25 ns的双极性对称重复脉冲电压对变频电机漆包绝缘进行测试,分析温度对局部放电起始电压、局部放电谱图、放电相位、放电幅值及放电次数等特征参量的影响规律。结果表明:在漆包线耐热等级155℃内,局部放电对称出现在重复脉冲电压的上升沿和下降沿,局部放电起始电压随温度升高而下降,放电相位随温度升高而减小,放电幅值随温度升高而增大,半周期内的放电次数随温度升高而减少。温度会影响绝缘材料的相对介电常数、表面电导率及用于激发电子崩初始电子的产生概率,并改变表面电场和空间电荷积累效应,最终导致局部放电起始电压和局部放电特性发生改变。     

用于放电等离子体的重频固态纳秒脉冲电源

为提高放电功率、产生大面积等离子体,设计了一种高重复频率纳秒脉冲电源,其基本原理是采用高压截断法产生高压脉冲.选用通断速度较快的碳化硅(SiC)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)产生纳秒级截断,进而可以大幅提高输出脉冲的重复频率;使用8个串联的MOSFET同步工作,以提高输出电压幅值.测试结果表明,该电源输出脉冲的电压幅值可达10 kV,脉冲上升沿约为12 ns,半高宽约为750 ns.负载为5 kΩ无感电阻时,连续运行重复频率可达100 kHz,爆发模式下重复频率可达1 MHz.电源带载能力较强,未击穿时输出电压脉冲波形基本不随电极负载发生改变.该电源可长期稳定工作,产生较大面积等离子体,满足了高重复频率纳秒脉冲放电的需求.     

雷电冲击电压下局部放电检测方法有效性研究

为了研究冲击电压下局部放电现象,搭建了冲击电压发生装置。以油纸绝缘气隙模型为试验对象,通过超声波法、高频电流法和超高频法对雷电冲击电压波形下的局部放电信号进行测量,列出典型波形进行对比分析。试验结果表明,高频电流法能有效提取局部放电脉冲,为进一步研究冲击电压下局部放电特征和机理提供参考。     

振荡型雷电冲击电压下油纸绝缘气隙模型局部放电特性

研究了基于IEC60060-3标准的振荡型雷电冲击电压下油纸绝缘气隙模型的局部放电特性,建立了1台符合IEC60060-3标准的振荡型雷电冲击电压发生器,它能够产生各种类型的振荡型雷电冲击电压波形,正负极性可调。利用高频电流传感器(HFCT)测量振荡型雷电冲击电压下的局部放电,结果表明,振荡型雷电冲击电压的极性和振荡频率对局部放电特性的影响很小,且其幅值与局部放电个数呈正比例关系。     

非正弦波电压下环境温度对云母-环氧表面间局部放电的影响

电气设备局部放电在线监测通常在工频正弦波交流电压下测量,而离线局部放电试验则可以采用某些非工频电压和非正弦波电压激励.本研究以3种非正弦波电压为激励,即对称三角波电压、对称梯形波电压和近似方波电压,测量云母-环氧介质表面间空气间隙产生的局部放电,结合云母-环氧介质的频域介电谱测量,研究不同电压波形激励时环境温度对局部放电特性的影响.结果表明:3种电压波形激励下的放电起始电压均随着温度的升高而显著下降;三角波和正弦波电压下的局部放电特性随着温度的升高并无显著变化;随着温度的升高,平均放电量呈现较为规律的上升趋势,增加量与线性电压上升率的变化成正比;最大放电量在近似方波下较高,并随着温度的升高有明显增加的趋势;电压波形中水平电压阶段出现的局部放电活动受到环境温度的影响最为明显,近似方波中该阶段的平均放电次数和平均放电量随着温度的升高在整体上近似成指数增长趋势.     

气隙局部放电模型改进及仿真

为进一步了解局部放电产生机理和放电特性,有必要对局部放电进行有效地仿真。针对已有仿真模型忽略了绝缘介质对放电过程的影响等问题,在了解局部放电实验特性和物理过程的基础上,根据放电电荷在气隙中的衰减规律计算出了不同电压极性情形下的放电延迟时间,通过计算明确了放电起始和熄灭条件,引入了气隙温度和压强对放电特性的影响,提出含有感应电荷附加电容的单气隙绝缘介质局部放电仿真模型。通过MATLAB/SIMULINK仿真得出当电压极性不变时,气隙两端电压波形较之极性变化时具有较小的放电延迟时间,而放电脉冲电流较之极性变化时具有较小的幅值。该模型能很好地符合局部放电理论,能够有效地模拟气隙局部放电。     

直流及复合电压作用下油纸绝缘局部放电研究综述

总结了直流和复合电压下油纸绝缘的局部放电检测技术,包括传统的基于脉冲峰值-时间序列的局部放电检测技术,以及能够检测直流下局部放电的基于脉冲电流波形的宽带/超宽带检测技术。深入分析了直流下油纸绝缘的局部放电机理和影响因素,介绍了目前直流局部放电检测与分析技术的研究现状。还分析了±500 k V直流输电系统中整流变压器阀侧绕组绝缘承受的电压波形,讨论了复合电压作用下局部放电呈现出的特性。