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。     

交直流复合电压下油纸绝缘沿面局部放电特性研究

换流变压器结构复杂,在其中的某些油、纸板和电极的三结合点处极易发生沿面局部放电,运行过程中沿面局部放电导致的沿面闪络是导致换流变压器事故的主要原因。换流变压器阀侧绕组承受的是交直流等多种电压的复合电压,研究复合电压作用下沿面放电的放电特性,对于换流变压器的绝缘试验、击穿机理研究均具有重要意义。文中构建了油纸绝缘典型的沿面放电模型,研究了交直流复合电压下油纸绝缘沿面局部放电特性,通过调节不同的直流电压分量幅值,研究了复合电压中直流电压分量对局部放电特性的影响规律。     

交直流复合电压下热老化油纸绝缘空间电荷特性

换流变压器阀侧绝缘长期承受交直流复合电压的作用。为了研究油纸绝缘在交直流复合电压下空间电荷特性,该文开展了油纸绝缘加速热老化试验,搭建复合电压下电声脉冲法空间电荷测量系统,测量交流、直流以及交直流复合电压下油纸绝缘内部空间电荷积聚和消散情况,并进一步计算得到油纸绝缘陷阱深度。研究结果表明,不同老化状态的油纸绝缘在交直流复合电压下均出现铝电极附近的负极性空间电荷积聚,老化的油纸绝缘由于正负电荷不同的注入迁移特性,在交流电压下同样出现负极性空间电荷积聚;随着老化时间的增加,油纸绝缘中积聚的空间电荷先减少后增加;与直流极化相比,交直流复合电压极化后老化油纸绝缘的平均陷阱深度更大。     

交直流叠加电压下针板模型放电及产气特性

换流变压器内电场以交直流叠加电场为主,与交流变压器有明显区别,因此其局部放电和产气特性与交流变压器不同,已有的交流诊断依据不适用于换流变压器,需要重新对判定依据进行总结。搭建了一套交直流复合电压作用下油纸绝缘针板放电试验平台,通过分析放电特征的时间变化趋势及统计规律,总结不同时间的产气特性,得到了适用于换流变压器的诊断依据。研究结果表明：交直流复合电压作用下放电和产气特性表现出明显的阶段特征,整个过程可以划分为3个阶段：放电起始阶段、发展阶段及临近击穿阶段;根据局部放电和产气特性的规律及趋势可以作为换流变压器针板放电阶段的判定依据,即脉冲重复率很小,烃类气体产出极少为起始阶段;脉冲重复率明显增加,CH4产出量大为发展阶段;绝对产气速率超过0.5 mL/h,C2H2产出量最大,且出现C2H6时为临近击穿阶段。     

不同电压形式下油纸绝缘柱板模型局部放电的特征

换流变压器阀侧绕组所承受电场应力复杂、绝缘要求严苛,直流运行统计也表明换流变压器绝缘故障率较高,电力变压器绝缘劣化严重程度的评估和检测标准对换流变压器绝缘性能判断的有效性需要进一步的研究。笔者构建了油纸绝缘局部放电发展过程测试平台,以阶梯升压的方式,对比研究了柱板模型在交流、直流和交直流场中局放从起始放电到绝缘失效全过程中常规脉冲放电信号的特征,并从中提取了能够有效表征局部放电发展过程的特征量信息。研究结果表明:总放电量、放电次数骤增是油纸试品绝缘性能下降的外在表征;各外施电压作用下局放现象的起始放电特性,发展过程中放电量、放电重复率、放电次数及相应演化关系等特征差异明显。     

交直流复合电压下油纸绝缘针板缺陷的预击穿阶段局部放电特性

交直流复合电压下油纸绝缘针板缺陷局部放电分散性大、随机性强,绝缘预击穿阶段产生的大量气泡进一步增加了局部放电特性的复杂性。因此,文中利用脉冲电流法对交直流复合电压下油纸绝缘针板缺陷预击穿过程中局部放电参数随时间的变化规律和放电随机性的具体表现进行了实验研究。平均放电幅值和平均周期放电次数总体上随加压时间的增加而减小。但各组试验的变化规律并不相同,大致可以分为波动型变化和单调型变化两类。两类预击穿特性的不同主要与放电过程中气泡在纸板表面的聚集有关。从等效时频谱图看,大部分放电随着预击穿的发展向拱顶区域集中。拱顶对应的等效时间为1 300~1 600 ns,等效频率为7.5~10 MHz。等效时频谱图在预击穿末期可能呈现半拱形或全拱形两种不同的形状。     

交直流复合电压下油纸绝缘针板缺陷局部放电发展过程研究

通过搭建一套交直流复合电压油纸绝缘针板缺陷局部放电试验平台,对交直流复合电压下油纸绝缘针板缺陷局部放电发展过程中的局部放电参数及谱图变化进行研究分析。结果表明:根据局放特征参数随时间的变化规律,局放发展过程可分为起始阶段、发展阶段、严重阶段及预击穿阶段。平均周期放电次数在发展阶段与严重阶段增加,在预击穿阶段减少;平均放电幅值在发展阶段增加,在严重阶段与预击穿阶段下降,脉冲平均等效时间与频率在严重阶段与预击穿阶段呈现相反的变化趋势。局放特征谱图的形状变化规律可成为识别局放发展阶段的重要依据。     

交直流复合电压下油纸绝缘典型缺陷局部放电发展阶段评估

随着特高压直流输电工程的持续推进,直流局部放电试验技术对换流变压器绝缘状态评价的实用性问题一直备受关注。为形成有效的状态评价依据,提高换流变压器绝缘状态考核的准确性,本文研究了模拟典型放电类型的4种绝缘缺陷模型(油纸复合绝缘针板电极、变压器油隙针板电极、油隙平行板电极与沿面放电电极)在交直流复合电压下的局部放电特性。研究结果表明,各种缺陷模型在局部放电的不同发展阶段均有可作为判断依据的明显差异特征。本文从三方面给出了局部放电类型和放电发展前期、中期与后期的评估依据:(1)基于放电图谱Q-Δtpr e、Qmean-Δtpre、n-Q、n-Δtpre图谱特点的评估依据;(2)基于放电图谱偏斜度Sk、峭度Ku、不对称度Asy与相关度Cc等18项指纹特征参数的评估依据;(3)基于产气特性的评估依据。     

交直流复合电压油纸绝缘的沿面局部放电特性(英文)

The valve side windings of converter transformers bear AC, DC, impulse, and reversal-polarity voltages during operation, which could result in serious insulation problems of the equipment. By performing experiments with surface discharge model of oil-paper insula- tion at 80 ℃ under combined AC-DC voltage for 200 h, we studied the spectrums and statistical parameters of partial discharges at different discharge stages. Furthermore, some fingerprint parameters were calculated in order to estimate the development situation of par- tial discharge, while the characteristic gases dissolved in the transformer oil were measured by gas chromatography. The surface discharges in the experiments were observed using a high speed camera, and a full discharge process could be marked off into four stages as follows. ①The elementary stage. When a partial discharge occurs near electrodes, electrical charges are injected into the region near electrodes and causing bubble generation. ②Due to their high resistivity and low dielectric constant, the bubbles would bare the major part of the voltage applied to samples. Therefore, discharge happens inside the small bubbles, and it emits a lot of light. ③Micromolecules of gas are produced in discharge, and further ionization in the transformer oil takes place simultaneously when high-energy electrons collide with oil molecules. ④The carrier charge moves forward to electrodes driven by the applied electric field, till they neutralize with the charge from electrodes, and hence discharge channels are formed subsequently.     

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。     

交直流复合电压下油纸绝缘气隙局部放电与产气特性分析(英文)

Oil-paper insulation is used within most of high voltage direct current(HVDC) converter transformers.Partial discharge(PD) in oil-paper insulation is a major reason for the development of internal faults in HVDC converter transformer,while PDs in oil-paper insulation mainly occur in terms of gas cavity discharges.There are few study results on the development characteristics of partial discharges in oil-paper insulation and dissolved gases in oils of HVDC converter transformers.Based on a gas cavity discharge model of oil-paper insulation,the present study investigates the development characteristics of partial discharges under AC-DC combined voltages and emphatically examines the variation characteristics of dissolved gases in the discharge development process.Experiment and analysis results show that the characteristics of partial discharges and dissolved gases in oils under AC-DC combined voltages are appreciably different with those under AC voltage.These results provide theoretical support for further research on partial discharges and on dissolved gases of other internal insulating defects and are helpful for the fault diagnosis of HVDC converter transformers.     

交直流复合电压下油纸绝缘典型缺陷产气特性

目前国内换流变压器依旧使用改良三比值法进行故障诊断,而改良三比值法未考虑交直流复合电压下油纸绝缘局部放电产气特性,但直流电压的加入是否会导致油纸绝缘产气特性变化,影响故障诊断结果还需进一步确认。针对该问题搭建了模拟换流变压器实际运行工况的平台并进行试验。试验分别在交流电压和不同比例交直流复合电压下,采用柱板、匝间、气隙和沿面4种典型放电模型,对油纸绝缘局部放电油中溶解气体进行了研究。研究结果表明:直流电压的加入,柱板放电模型的H_2含量最大降低97.2%,C_2H_2和总烃含量最大增加分别为499.4%和150%;匝间放电模型的H_2、C_2H_2和总烃含量最大增加分别为1620%、982%和102%;气隙放电模型C_2H_2气体含量最大减小100%;沿面放电模型总烃气体含量最大增加219%。随着直流电压比例的增加,同样油纸绝缘临近击穿的条件下,改良三比值诊断结果由电弧放电变为低能放电。因此,直流电压的引入改变了油纸绝缘产气特性,改良三比值法在用于交直流复合电压下故障诊断时可能出现误诊断的情况。     

水分对交直流复合电压下油纸绝缘沿面放电特性影响研究

换流变压器阀侧绕组绝缘同时承受交流和直流电压作用,水分是导致围屏爬电的重要原因之一,开展水分含量对油纸绝缘沿面放电特性影响的研究具有重大意义。文中利用基于脉冲电流法的局部放电测量系统,在含不同直流分量的交直流复合电压下,使用典型球—板电极对不同水分含量油纸绝缘试品的沿面放电特征参量和统计谱图变化规律开展了实验研究,并与纯交流电压下的结果进行了对比。研究结果表明:随着纸板中水分含量的不断升高,起始放电电压和闪络电压均呈现下降趋势,放电耐受时间不断缩短;在同一水分含量下,随着复合电压中直流分量的不断增大,起始放电和闪络电压则明显升高,其中纯交流电压下的起始和闪络电压均为最低。利用典型沿面放电统计谱图可以将油纸绝缘沿面放电发展过程划分为4个阶段,分别为起始、发展、严重和临近闪络阶段;高水分含量下各阶段沿面放电量Q大幅增加,相邻两次放电的时间间隔Δt明显减少。     

高频脉冲电压下油纸绝缘局部放电特性研究

高频变压器运行过程中油纸绝缘承受严酷的电热应力,绝缘系统容易过早失效.为了研究高频脉冲电压对油纸绝缘局部放电特性的影响,搭建了高频脉冲电压下的局部放电试验平台,开展局部放电试验,研究油纸绝缘在高频脉冲电压下的局部放电特性,并与工频电压下的局部放电特性进行对比.结果表明:高频脉冲电压下局部放电主要发生在电压的上升沿和下降沿,高频脉冲电压下的局部放电幅值远高于工频下的局部放电幅值,在10 kHz附近存在频致拐点,且高频脉冲下油纸试样出现直击现象;究其原因是高频产生较高的电压上升率,改变了缺陷区域的局部场强和高频电热耦合效应,从而导致了局部放电强度的变化.     

操作冲击电压下油纸绝缘气隙局部放电特性

针对电力设备在操作冲击电压下产生局部放电现象,构建了油纸绝缘气隙模型,基于局部放电发展过程特征变化,分析了放电重复率和放电量。     

交直流复合电压下的油纸绝缘局部放电统计图谱研究(英文)

The converter transformer is one of the most critical equipments in high-voltage direct current transmission systems.Valve-side windings have to withstand complex stresses combined of AC,DC,and pulsed voltages.Partial discharges(PDs) can thus easily occur in oil-impregnated paper insulation.The current paper presents the statistical phase-resolved distributions of partial discharges in oil-paper insulation under combined AC and DC voltage stress.First,the voltages in the converter transformer were analyzed.In the experiments,four artificial insulation defect models were designed to generate PD signals under AC-DC combined voltage stress detected by a Rogowski coil sensor.Histograms including the φ-q-n data of these PD signals were created.The variations of φ-q-n data generated by PDs in different insulation defect models were analyzed while increasing the test voltage.Experimental results showed that the PD phase-resolved distributions of different insulation defect models were different from one another.The findings of the current study are useful in further research on the mechanism and pattern recognition of PDs in converter transformers.     

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。     

基于雷达谱图的交直流复合电压下油纸针板模型局放阶段识别

交直流复合电压下油纸绝缘局放发展阶段的划分与识别是换流变压器绝缘故障诊断的基础。文中研究了1:1交直流复合电压下油纸绝缘针板电极模型的局放特性与雷达谱图特性。基于模糊聚类分析,运用6个局放特征量(最大视在放电量、平均视在放电量、放电重复率、放电最大时间间隔、局放脉冲等效时间及等效频率)将放电发展过程划分为5个阶段,并对每个阶段进行了物理描述,发现放电阶段与绝缘状态和放电形式有关。根据6个放电特征量建立的局放雷达谱图在不同放电阶段呈现不同的形状,雷达谱图的重心坐标比与长宽比作为谱图形状的量化特征量,可在其二维特征域内有效区分不同的局放阶段。最后基于雷达谱图形状特征,运用粒子群优化的最小二乘支持向量机,设计了油纸绝缘针板模型局放发展阶段识别器,其识别率达92.9%。     

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。     

交直流复合电压作用下油纸绝缘典型缺陷放电现象及特征

为实现换流变压器油纸绝缘故障诊断,搭建了一套交直流复合电压作用下油纸绝缘缺陷局部放电和油中溶解气体检测平台,选取针板模型、沿面模型和悬浮模型作为研究对象,得到每个模型不同发展阶段的局部放电和产气特性,对比了3种典型缺陷模型的特征区别。研究结果表明:1)根据3种典型缺陷模型的脉冲重复率、平均放电量和总烃体积分数变化趋势中的变化现象可以将放电过程划分为起始阶段、发展阶段和邻近击穿阶段;2)针板模型的脉冲重复率最低,沿面模型起始脉冲重复率较低但是放电后期较大,悬浮模型放电脉冲重复率最高;针板模型起始时放电量为97.5 pC,邻近击穿时超过900 pC,沿面模型起始时只有7.1 pC,随后增长到18.2 pC,而邻近击穿时也只有45.6 pC;悬浮模型起始阶段的平均放电量很大,发展阶段迅速减小到1 000 pC,邻近击穿阶段大于1 500 pC;3)针板模型在放电发展阶段总烃中以CH4为主,沿面模型在放电发展阶段中C2H2占到总烃体积分数的60.6%,悬浮模型在放电发展阶段4类烃类气体都有产出,其中C2H2气体最多。