变压器局部放电及其处理方法

变压器绝缘的破坏或局部老化,多是从局部放电开始的。局部放电可能发生在金属件上,也可能在绝缘件上;可能发生在高电位上,也可能发生在低(零)电位上。也就是说变压器内部任何一个零部件都可能发生局部放电,本文分析了变压器局部放电的危害及其处理方法。1局部放电的定义及其危害性由于绝缘内部电场分布的不均匀性或存在缺陷和杂     

变压器油-纸绝缘结构的电击穿弱点试验

在电场作用下,油-纸绝缘结构中绝缘纸的介电常数较大,承受较低的电压.为此,设计老化前后的绝缘纸电击穿试验,统计各试样击穿电压,根据双参数Weibull分布计算试样的电击穿分散性,寻找油-纸绝缘系统的电击穿弱点,为变压器的状态检修提供可靠依据.     

光纤护套材料在变压器油中的电老化特性研究

光纤在变压器在线监测方面具有很大的发展空间,本文对光纤护套材料进行了基于逐步升压法的电老化测试,并研究热老化对光纤护套材料电老化寿命的影响。与传统变压器中油浸绝缘纸的击穿电压进行了对比,发现ETFE、PTFE、PA12的击穿电压均优于油浸绝缘纸。在此基础上,利用双参数Weibull分布对ETFE材料和油浸绝缘纸的试验数据进行统计分析,用反幂函数和指数函数拟合试验数据并求得两者的电压耐受系数。结果表明:ETFE材料在反幂函数和指数函数两种模型上表现出的参数均优于油浸绝缘纸,电老化寿命较油浸绝缘纸有显著提高,说明以ETFE材料作为护套的光纤可以稳定运行在变压器中。     

基于等温松弛电流的变压器测温用荧光光纤护套的老化状态评估

基于等温松弛电流方法,使用沿面电极布置的形式,对光纤护套材料的油中热老化状态进行分析评估,并通过机械拉伸实验和傅里叶红外光谱对试样力学性能和化学结构进行辅助分析。结果表明:光纤护套在变压器油中热老化后力学性能劣化,拉伸强度和断裂伸长率在老化前期迅速下降,后期降速减缓;傅里叶红外光谱结果表明光纤护套在变压器油中热老化后没有明显的醛类产物生成,亚甲基、甲基等振动峰强度有一定程度的减弱,可能有分解过程发生;等温松弛电流结果表明随着老化时间及温度的增加,老化因子A的值逐渐增加,说明等温松弛电流法能够反映光纤护套在变压器油中的热老化程度,可以作为老化评估的有效手段。     

温度对换流变压器绕组端部电场分布的影响研究

为研究温度对换流变压器绕组端部油纸复合绝缘系统电场分布的影响,首先测量获取了-40～+50℃范围变压器油和油浸纸板的相对介电常数、电导率;在此基础上利用有限元法研究了交流和直流试验电压作用下500 kV换流变压器端部电场分布的温度特性。研究结果表明:温度通过影响油纸绝缘的介电特性而影响换流变压器绕组端部电场分布特性;换流变压器的出厂试验需考虑实际运行条件下内部温度的变化范围做出适当的修正。     

新型抗老化混合油-纸板绝缘热老化特性

为了促进混合绝缘油向变压器中推广应用,研究了可大规模批量化生产的新型抗老化混合绝缘油制备方法,并将该绝缘油与矿物油分别与绝缘纸板组成油纸绝缘进行130℃加速热老化实验,对比分析了其老化产物及介电、击穿特性。结果表明:新型混合绝缘油性能基本满足国标GB 2536—2011要求,并能延缓油纸绝缘的老化;不同老化时间新型混合绝缘油及其浸绝缘纸板的击穿电压大部分高于相应的矿物油及其浸绝缘纸板,老化初期两种绝缘纸板击穿电压随温度的升高逐渐降低,老化后期两种绝缘纸板击穿电压随着温度的升高先降低再升高;不同老化时间新型混合绝缘油及其浸绝缘纸板的介电常数和两者介电常数比高于相应的矿物油及其浸绝缘纸板,说明新型混合绝缘油提高了绝缘油和绝缘纸板电场分布均匀性,有利于变压器制造的小型化。     

绝缘纸特性和极性反转对油纸绝缘空间电荷效应的影响

油纸绝缘系统的空间电荷效应将畸变绝缘介质内部的电场,进一步影响其老化和击穿等电气特性。在直流电场、复合电场及极性反转等复杂工况下,换流变压器内绝缘系统的空间电荷效应将更为突出。基于双极性电荷输运模型,通过数值模拟方法探究绝缘材料厚度、老化状态和极性反转等关键因素对空间电荷效应的影响。研究表明,绝缘纸厚度的变化不改变空间电荷密度曲线中正/负电荷区的极性偏移特性,但厚度变小缩短或消除了零电荷区;绝缘纸老化程度的加深,其电荷陷阱及深陷阱数目均会增多,这一方面加强了空间电荷效应的极性偏移,另一方面使得正电荷区呈变小趋势,从而使绝缘纸内电场畸变加剧;极性反转工况下,绝缘纸中陷阱电荷的脱陷或复合均需一定的时间滞后,使得净空间电荷密度曲线的负/正电荷区呈现初值不对称和沿介质厚度方向分布均不对称的特征,致使绝缘纸内部电场畸变愈发严重。研究结果可以为换流变压器油纸绝缘设计与防护提供参考。     

荧光光纤温度传感器护套材料在变压器油中的热老化

荧光光纤温度传感器长期浸没在变压器油中,随着使用时间的增加,其护套材料不可避免地会经历老化过程。通过有限元仿真发现荧光光纤温度传感器及其护套在工作时所处的电场很小,热老化是护套材料老化的主要形式。为此,针对荧光光纤温度传感器的3种不同护套材料即交联聚烯烃、聚氨酯和聚氯乙烯,在不同温度的变压器油中进行了热老化;然后使用Fourier变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)对试样的化学结构进行了辅助分析,并且基于机械拉伸实验和使用沿面电极布置形式的等温松弛电流方法,对不同护套材料的老化状态进行了分析评估。红外光谱实验结果表明:交联聚烯烃和聚氨酯护套在变压器油中热老化后均发生一定程度的分解,聚氯乙烯护套的红外光谱在老化前后没有大的变化。机械拉伸实验结果表明:交联聚烯烃护套的断裂伸长率和拉伸强度都大幅下降,聚氨酯护套的断裂伸长率下降但是拉伸强度却增加,而聚氯乙烯护套的断裂伸长率和拉伸强度均没有太大变化。等温松弛电流方法计算结果表明:老化后各种护套的老化因子值均大于未老化护套的值。综合评估可得:交联聚烯烃护套在油中热老化性能最差,聚氨酯护套次之,聚氯乙烯护套性能最好。     

变压器油浸纸电气参数分区反演优化算法

在运变压器内油浸纸的老化和受潮状态具有空间上的分布特性，但目前的评估方法仅限于评估绝缘的整体状况，无法检测变压器内油浸纸局部区域的绝缘状况。文中为考虑局部绝缘问题，借鉴反演思想，以油浸纸材料电气参数（电阻率和低频相对介电常数）为直接特征量，提出基于有限元电场仿真技术的变压器油浸纸电气参数分区反演计算方法，获取局部区域电气参数。针对反演算法，提出NDM-Broyden法以改进原算法NRM的计算效率。最后通过XY模型对反演结果进行验证，试验结果表明，采用该方法可有效反演出XY模型不同区域油浸纸板的电阻率和低频相对介电常数，进而为判断变压器局部油浸纸的老化和受潮状态提供参考和新思路。     

复合绝缘子导线上缠绕绝缘护套对鸟粪闪络的防护效果分析

鸟害故障已成为威胁输电线路安全稳定运行的重要因素之一,其危害程度仅次于雷击和外力破坏,而鸟粪闪络是所有鸟害故障中最典型的故障类型,所占比例最高。笔者提出了一种在复合绝缘子高压侧导线上缠绕绝缘护套用以防范鸟粪闪络的方法,试验给出导线上缠绕绝缘护套后均压环电位降低,有效避免了鸟粪跟均压环之间的放电,使得鸟粪闪络危险区域范围大幅减小,该措施对于防范鸟粪闪络是有效的。此外,以模拟试验平台为研究对象,建立三维仿真模型,计算了绝缘护套不同介电常数、厚度以及不同金具长度等情况下对复合绝缘子的影响,计算结果表明,缠绕绝缘护套使得均压环电位降低,降低了鸟粪闪络的可能性,此外,复合绝缘子沿面电位计电场分布得到改善,有利于其安全运行。     

10 kV交流XLPE电缆加速热老化后交直流绝缘特性分析

通过对比110℃加速热老化后10 kV交流交联聚乙烯电缆试样交直流绝缘特性的差异,采用不同温度下宽频介电谱、交直流击穿、直流电导率和空间电荷测试,结合有限元仿真,研究了不同热老化时间作用下10 kV交流XLPE电缆绝缘的交、直流电气特性,以及改为直流运行后电缆绝缘的电场分布。结果表明：随着热老化时间的延长,XLPE试样的复介电常数实部先增加后增速减慢,高频区介质损耗逐渐增加;试样的电流密度先减小后增加,空间电荷积累阈值场强则呈相反变化趋势,且试样内的空间电荷积累逐步由异极性转变为同极性。随着测试温度的增加,同一老化时间下XLPE试样的介电常数实部减小,介质损耗增加;试样的电流密度增加,阈值场强减小,试样内部空间电荷积累量有所增加,交直流击穿场强下降。直流电压下,绝缘层在靠近缆芯处电场高,电场差值随绝缘试样活化能的减小而增加。长期热老化后,电缆绝缘层的直流电场分布更均匀,且空间电荷积聚问题得到改善,有利于提升10 kV交流电缆改为直流运行的可靠性。     

双层绝缘结构高压直流电缆电场分布仿真

参照油纸绝缘高压交流(HVAC)电缆的分阶绝缘设计思想,采用不同非线性绝缘材料制造具有双层绝缘结构的高压直流(HVDC)电缆来改善电场分布以及减薄绝缘层厚度是一种可能的解决途径。为了从理论上验证双层绝缘设计理念在HVDC电缆绝缘设计中的可行性,采用多物理场耦合软件仿真研究了不同温度梯度、不同施压方式下分层半径对双层绝缘结构HVDC电缆绝缘稳态和暂态电场分布的影响规律,在此基础上定义了同时考虑稳态、暂态电场和温度梯度多重因素的综合绝缘利用系数,并提出了按绝缘材料的电导率内小外大排列、相对介电常数内大外小排列确定内外层绝缘原则和综合绝缘利用系数最高的分层半径确定原则,最后验证了该双层绝缘设计原则的合理性。电场仿真结果发现:与单层绝缘电缆相比较,双层绝缘结构HVDC电缆在高温度梯度下可显著改善电缆绝缘稳态和暂态电场分布,且温度梯度越高改善效果越显著;雷电冲击过程中绝缘内的暂态电场分布受直流稳态过程形成的界面及空间电荷的影响,而双层绝缘结构HVDC电缆绝缘稳态过程中形成的界面及空间电荷与温度密切相关,因而温度也是影响雷电冲击过程中绝缘暂态电场分布的因素。     

油纸绝缘系统在复合电场作用下的电场分布特性研究

研究了不同情况下的变压器油和浸油绝缘纸板的电导率和介电常数,采用有限元软件计算了不同幅值、不同类型电场作用下的油纸绝缘系统内部电场分布特性,提出了混合场强下的电场分布特性。     

复合绝缘子高压端输电导线安装绝缘护套的研究

提出在复合绝缘子高压端输电导线上安装一定长度的绝缘护套来改善其高压端电场强度的方法,并对该方法的原理和实施效果进行详细研究。建立污秽复合绝缘子干燥情况下在高压端输电导线加绝缘护套的物理模型,分析护套参数对实施效果的影响,得到了安装绝缘护套的理论依据。在此基础上,通过有限元仿真研究护套具体参数与复合绝缘子高压端电场改善效果的关系,并给出安装护套后可能出现的不利因素以及相应解决办法。最后,试验给出了均匀电场下绝缘护套的击穿电压与其厚度的关系;并以220 kV复合绝缘子为例,研究了安装绝缘护套前后复合绝缘子起晕电压和污闪电压的变化情况。试验结果证实了所提安装绝缘护套方法的正确性和可行性。     

电动车组车顶复合绝缘子内部间隙电场分析

车顶复合绝缘子芯棒和护套的界面存在气体或液体间隙时,间隙周围的电场会发生畸变。电动车组频繁的过电压会诱发局部放电,加剧内绝缘的蚀损老化。为了准确评估间隙存在对电场分布的影响,针对车顶绝缘子某次内绝缘击穿事故,基于ANSOFT MAXWELL建立了电动车组母线支持绝缘子的多参数三维有限元模型。分析了存在气体、液体间隙时绝缘子内部电场,同时研究了间隙的尺寸、位置对电场分布的影响。结果表明:绝缘子内部出现气体间隙时,电场强度最大可能提升至无气隙时的2.65倍,进而引发强烈的局部放电;液体间隙内部导电离子浓度较大,电导率达到10-5 S/m时,间隙外部承受的电场强度可能达到49.3 kV/cm;间隙越长或离高压端金具的距离越短,绝缘子内绝缘受到的破坏越重,距离小于5 mm时更为明显。     

配电变压器绝缘电场仿真与优化研究

<正>变压器是电力输配环节的关键设备,变压器的绝缘能力对于变压器的安全运行有着重要的意义。首先对一台10 kV配电变压器进行了二维轴对称建模。然后,通过有限元仿真方法,分析了变压器的主绝缘电场分布。最后,改变变压器主绝缘的结构,研究了变压器的电场优化措施和效果。结果显示,减小绝缘筒的厚度,可以在一定程度上降低绝缘最大电场值。     

基于混合电场线性叠加原理的换流变压器内部电场分布规律研究

换流变压器是特高压直流输电系统中的关键设备,其阀侧承受着交直流复合电压。研究热老化对交直流电压在油纸绝缘内分布的影响,可为换流变压器油纸选型提供理论借鉴。选取了换流变压器常用的绝缘油和绝缘纸作为研究对象,并对2种不同油纸组合展开加速热老化试验,测量并分析试验过程中绝缘油和绝缘纸的介电常数和电阻率的变化规律,在此基础上通过油-绝缘纸-油有限元电场仿真模型分析,基于线性叠加原则,得到了交直流电压在热老化过程中的分布变化情况,表明热老化主要影响油纸中直流分量的分布,将显著提高油中的电场强度。     

含水率对复合电场下油纸绝缘电场分布的影响

为研究含水率对换流变压器油纸绝缘电场分布的影响,以典型油纸绝缘结构为研究对象,首先根据典型油纸绝缘结构建立了其等效物理模型和电路模型,并得到了复合电场下电场分布的数学表达式。结合不同温度及含水率下变压器油和浸油纸板绝缘电阻率及相对介电常数的测量结果,通过仿真分析得出了复合电压作用下油纸绝缘中电场分布与含水率及交流含量的关系。研究结果表明,水分对复合电压作用下油纸绝缘的电场分布有着显著的影响,当水分达到平衡状态时随含水率的增加油中场强增强、浸油纸板中场强减弱;随着绝缘体系整体含水率的上升,油纸绝缘电场分布的变化呈加速趋势;水分对油纸绝缘电阻率的影响远高于其对相对介电常数的影响,从而导致水分对高直流分量复合电压下的油纸绝缘电场分布产生较大影响。     

纳米碳化硅改性纸板的介电特性与电场均化分析

针对换流变压器绝缘结构中直流电场分布不均的问题,通过纳米掺杂手段制备出碳化硅( SiC)改性绝缘纸板,研究了不同纳米掺杂比例对改性绝缘纸板介电参数的影响,以及改性绝缘纸板介电参数随电场强度的变化规律,并通过仿真手段验证了改性绝缘纸板对油纸绝缘电场分布的均化作用。试验结果表明：纳米掺杂可改变绝缘纸板的电导率,但对其相对介电常数影响不大,随纳米碳化硅掺杂比例的提高,改性绝缘纸板的电导率呈指数增加;在较低纳米掺杂比例下,电场强度对改性纸板电导率的影响较小,而随着纳米掺杂比例的提高,其电导率随电场强度的增大呈指数增加,表现出明显的非线性特性。仿真结果表明：利用改性纸板的非线性变化特性,可很好地均化直流电压作用下油纸绝缘的电场分布。     

大型电机定子线圈绝缘击穿场强的统计分析

分析了大型电机定子线圈槽部绝缘的电场分布,通过试验研究了导体圆角半径、绝缘厚度对线圈击穿场强的影响,并用复回归导出线圈绝缘的击穿场强与圆角半径、绝缘厚度的关系式。