直流电压下变压器油纸绝缘局部放电的发展过程

研究变压器油纸绝缘局部放电(PD)的发展过程对于特高压换流变压器的运行维护十分重要。为此,对典型油纸复合绝缘缺陷模型在直流电压长期(100 h)作用下的局部放电信号进行了统计分析;根据其统计特征图谱,将直流局部放电发展过程划分为4个阶段。此外,还采用无感电阻测量直流局部放电单个脉冲波形;并对直流电压长期作用下的油浸绝缘纸板表面形貌变化进行了观测。试验结果表明,直流电压下的局部放电脉冲的上升沿在10～100 ns范围内,首脉冲持续时间约500 ns,其余振荡脉冲脉宽在600～900 ns范围内;估算得出单次直流放电脉冲能量在0.01～0.1 J范围内。此外,研究发现绝缘纸板的表面会在针电极电蚀作用下产生"凹坑",这为实现基于多信息融合的直流局部放电发展趋势预测奠定了基础。     

直流电压下油纸绝缘中局部放电的超高频特性

为研究直流电压下油纸绝缘中局部放电的超高频特性,组建了一套直流电压下局部放电试验系统以及由局放超高频检测和超宽带检测组成的测量系统,其中脉冲电流超宽带检测的作用是确保超高频检测获取的信号来自于试品自身的局部放电。试验设计了6种油纸绝缘局放模型以模拟换流变压器的典型缺陷,并引入毫瓦分贝(DBM)频谱分析对超高频信号进行了统一化处理,以比较不同缺陷模型对应的超高频信号。直流下试验结果表明:局部放电电流脉冲具有极快的上升沿,能激励起大于300MHz的超高频电磁波,它可以通过超高频传感器加以耦合接收。各种缺陷模型局部放电的DBM频谱分布各异,超高频段能量幅值最大处也不一样。因此若想以高信噪比实现直流下局部放电超高频信号的在线监测,需要使用中心频率可调的窄带滤波器。这些特性为直流输电系统中使用油纸绝缘的电工设备进行局部放电超高频信号在线监测提供了试验依据。     

直流电压下油纸绝缘针板缺陷局部放电演化规律

换流变压器阀侧油纸绝缘承受直流电压分量,使其局部放电特性不同于普通电力变压器,研究直流电压下油纸绝缘局部放电演化规律对换流变压器绝缘结构优化及状态评估具有重要意义。文中搭建了直流电压下油纸绝缘局部放电实验平台以及电场与电荷分布仿真模型,研究了油纸绝缘针板缺陷的局部放电演化规律与发展机制。发现：平均视在放电量与放电重复率呈先增加再减小最后稳定的规律,平均等效时间呈先减小再增大的规律,平均等效频率发展规律与之相反;负极性放电现象更剧烈,放电脉冲更陡峭;TRPD谱图出现分层现象,等效时频谱图呈右半拱形,并向左半拱形（正极性）或全拱形（负极性）发展;局部放电演化过程中的放电模式由横向沿面放电转变为油隙流注放电,最后再转变为凹陷侧壁的纵向沿面放电。     

直流电压下油纸绝缘局部放电数值仿真研究述评

直流电压下油纸绝缘的局部放电（partial discharge,PD）关系着换流变压器等关键输变电设备的安全可靠，而计算机技术的迅猛发展则促使PD数值仿真成为了探究PD机理、评估PD威胁的重要手段。文中首先阐述了PD仿真模型的研究现状，综述了abc电容模型、感应电荷概念模型、静电场模型、电流场模型以及迁移—扩散模型的建立机制及优缺点；其次，进一步分析了PD模型在交、直流电压下的主要差异以及目前直流电压下PD仿真的研究进展；最后，从仿真参数的确定以及多物理场的耦合两方面出发，讨论了仿真工况下油纸绝缘PD行为所面临的科学问题。基于上述讨论，期望为直流电压下油纸绝缘PD数值仿真研究提供启发和思路。     

直流电压下纤维小桥对油纸复合绝缘局部放电特性的影响

为研究直流电压下油纸绝缘纤维小桥的产生原因及其对局部放电(简称局放)过程的影响,搭建了直流油纸绝缘实验平台,采用水平及垂直针板模型,对包括小桥形貌、局放起始电压、局放重复率、局放放电量在内的多个因素进行了检测分析。结果表明:在直流电场作用下,纸板表面纤维分子链断裂产生游离态纤维杂质,进而形成小桥。由于受力情况不同,小桥呈现堆状、非贯通状及贯通状三种形态。受纤维小桥影响,油纸绝缘针板模型局放起始电压降低,当油隙距离处于12.5～15mm之间时降低程度最大,当小桥呈堆状时降低现象最明显;局放脉冲次数增加,放电在时间上出现了"伸缩"效应;局放单次放电量减少,且密集放电阶段末期常出现较高强度的放电脉冲,随后在稀疏放电阶段脉冲强度逐渐减小。分析表明,上述现象是因纤维小桥畸变了油隙内电场分布和电场恢复过程而形成的。     

直流电压下油纸绝缘杂质小桥的形成过程

换流变压器阀侧绕组在运行中需同时承受交流、直流电压作用,直流电压下油中固态杂质对油纸绝缘性能具有极大威胁,但一直缺乏固态杂质形成与发展机理的研究。为此,设计了油纸绝缘模型,分析了直流电压下杂质小桥的成分及产生原因,并在此基础上研究了恒定负极性直流电压作用下杂质小桥的产生、发展过程,同步获得了该过程对应的局部放电特征。研究结果表明:杂质小桥由直流电场作用下绝缘纸表面脱落的纤维丝束构成。小桥产生、生长乃至引起绝缘击穿的过程可分为3个阶段,在此过程中杂质小桥数量明显增加,小桥直径由第1阶段的100μm增长至第3阶段的1 mm,对应局部放电平均放电量由400 p C增加到1 000 p C,每分钟放电次数由几十次上升为上百次。其中,第3阶段产生的"高危小桥"是引起绝缘破坏的关键因素,最终击穿即沿"高危小桥"发生。此外,实验中后期出现了"集群放电"现象,该过程是由杂质小桥的产生、消失现象造成。     

直流电压下油纸绝缘纤维杂质成桥放电特性综述

换流变压器阀侧绕组长期处于直流电场分量作用下，其绝缘面临严重的纤维杂质成桥放电问题。对此，系统综述了直流电压下油纸绝缘纤维杂质成桥放电特性研究进展。首先论述了纤维杂质在电、热、流场作用下的生成机制，指出电场下的空间电荷作用及电场力作用、热场下的热裂解及氧化裂解、流场下的分子振动均可能导致纤维脱落而形成杂质；其次探讨了油中自由纤维杂质迁移规律，提出纤维杂质运动过程主要考虑重力、浮力、库伦力、介电泳力及粘滞阻力的影响，且直流电场作用是纤维杂质成桥的必要条件；随后介绍了直流电压作用下纤维杂质诱发油中放电机理，指出纤维杂质易与水构成“核壳”高电导结构，并以直接场畸变效应及亚稳态液体成核气化效应诱发油中放电。在此基础上，提出目前直流电压下油纸绝缘纤维杂质成桥放电研究亟待解决的关键科学问题，即探究电、热、流多场协同作用下的纤维素分子链断裂机理，揭示纤维杂质动力学行为特征对油中电荷行为的影响规律。     

交流电压下油纸绝缘针板放电特性

为探究油纸绝缘针板放电发展过程和老化对放电特性的影响,在实验室条件下,通过油纸绝缘130℃加速热老化试验,以绝缘纸板聚合度为表征老化程度的特征参量,得到了不同老化阶段的油纸绝缘样品。基于脉冲电流法,测量了交流电压下不同老化状态油纸绝缘针板模型局部放电信号,分析了从起始至预击穿过程中局部放电相位分布模式的幅值分布H(q,φ)谱图,并讨论了油纸绝缘老化对局部放电H(q,φ)谱图、放电量、放电次数和统计参数的影响。研究结果表明:针板电极局部放电H(q,φ)谱图中放电分布在正、负峰值附近,工频正半周的脉冲幅值、个数均分别大于负半周,且正半周的H(q,φ)谱图放电随电压升高呈现"倒V型";平均放电量-相位分布Hqave(φ)正半周的偏斜度Sk+随电压的升高呈下降趋势,且在油纸绝缘样品达到预击穿阶段Sk+变为负值,因此Sk+可用于评估油纸绝缘针板电极模型下的缺陷发展状态;随着油纸绝缘的老化,导致油中老化产物增多,进一步畸变了场强,老化后的油纸绝缘样品正半周局部放电次数明显增多,平均放电量、最大视在放电量增大。     

直流电场下油纸绝缘楔形油隙局部放电仿真研究

换流变压器是特高压直流设备的重要组成部分,在不均匀电场作用下,换流变压器中会发生局部放电现象,可用楔形电极模型进行模拟。为研究油纸绝缘在楔形电极的局部放电特性,基于双极性电荷输运和流体动力学漂移扩散理论建立二维轴对称仿真模型,计算获得纳秒尺度下的微观放电图像,得到空间电荷和电场强度分布的变化过程,并讨论电压幅值、电荷迁移率、油纸界面电荷等影响因素对局部放电特性的影响。仿真结果显示,楔形油隙的放电发展过程主要分为油中电晕、油纸界面水平沿面放电和绝缘纸纵向放电3个阶段。油纸界面闪络电压随纸中电荷迁移率的增大呈现出先增大再减小的变化规律,当纸板的电子迁移率和空穴迁移率为10~(-13)m~2·v~(-1)·s~(-1)时,横向放电发展受到抑制,闪络电压最高;变压器油的电荷迁移率对放电过程影响较小。放电滞留在纸板表面的正极性界面电荷形成电荷"屏蔽层",对下一次的放电发展起到抑制作用,导致放电横向发展的速度和范围均随界面电荷量的增加而降低。该文的研究结果对阐明楔形电极的放电机理具有重要理论意义。     

UHVDC换流变压器油纸绝缘缺陷直流局部放电发展过程

特高压换流变压器绝缘承受的直流电压高,绝缘缺陷劣化发展迅速,且单凭局部放电(PD)量值和放电次数无法对绝缘缺陷的发展阶段进行分析诊断。为此,研究了特高压换流变压器内部油纸绝缘缺陷直流局部放电特征及其发展过程,构建了油纸针-板等7种局部放电模型。采用阶梯式升压法研究在长期外加电压作用下,绝缘纸板从起始放电到被击穿的整个缺陷发展过程中脉冲电流信号的实时特征及其统计特性,通过拍照的方式给出各模型各发展阶段纸板表面电腐蚀状态,并给出各相应发展阶段电场的空间分布。结果表明:直流局部放电发展过程复杂,初期以大放电脉冲为主,放电频率低,等待恢复时间随机性强;中期和末期以小脉冲放电为主,等待恢复时间均匀分布;临界击穿时等待恢复时间分布集中。结合多种放电模型直流局部放电试验,可断定不同缺陷结构从起始直流局部放电到击穿的过程中,其局部放电的总体发展趋势表现一致。     

油纸绝缘系统针板缺陷下局部放电发展过程研究

对典型油纸绝缘针板缺陷进行了交流电压下的局部放电试验,并对其放电脉冲相位分布(phase-resolved partial disdarge,PRPD)谱图与典型脉冲波形进行了分析,并根据PRPD谱图中局部放电脉冲分布趋势将局部放电发展过程划分为3个阶段。试验结果表明,油纸绝缘交流电压下局部放电脉冲可分为两类,分别代表着油纸绝缘结构中发生的局部放电与气泡中发生的局部放电。随着电压的升高,绝缘纸表面开始出现负极性下的沿面放电,对绝缘纸造成较大损伤,导致绝缘纸性能劣化,最终导致介质击穿。研究油纸绝缘结构局部放电随着电压等级升高的发展过程有助于实现变压器在线监测。     

直流电压作用下油纸绝缘局部放电发展不同阶段的理化特性

换流变压器阀侧绕组同时承受交流、直流电压作用,其内部油纸复合绝缘局部放电性故障与以往交流电力变压器存在较大差别,而相关研究明显不足。为研究油纸绝缘直流局部放电发展过程与绝缘材料理化特性变化规律之间的关系,对典型油纸绝缘缺陷模型在80℃环境中进行了200 h直流耐压试验,考察油纸绝缘直流局部放电发展不同阶段统计特征谱图变化规律,并利用高速摄像装置对油纸绝缘针板电极模型的局部放电发生、发展及击穿的动态过程进行观测。同时,为揭示直流局部放电对油纸绝缘的破坏作用,分别通过X射线能量色散谱分析(EDS)、傅里叶变换红外光谱分析(FTIR)研究直流局部放电相应阶段油纸绝缘的理化特征变化规律。试验结果表明:根据油纸绝缘直流局部放电脉冲的统计特征谱图,将其发展过程划分为5个阶段,此过程中伴随着绝缘纸板表面纤维氧元素的增加和羰基含量、油中酸值增加的过程,说明直流电应力对绝缘纸板的破坏作用主要表现在使绝缘纸板表面纤维素分子发生氧化反应,导致绝缘纸板的绝缘性能的逐渐下降,反之,绝缘材料在直流电应力作用下发生损伤,会促进直流局部放电的发生程度加剧。     

特高压变压器油纸绝缘典型缺陷局部放电特征

变压器绝缘在制造及运行过程中难免产生缺陷,本文针对特高压变压器典型夹持结构进行了典型含缺陷油纸绝缘局部放电特性分析。根据特高压变压器夹持结构绝缘建立了实验室研究模型,用以模拟绝缘含空腔及金属异物等典型绝缘故障模型。采用脉冲电流法对缺陷试样进行了局部放电特性测试,获得了局部放电起始电压、放电量q-相位φ、放电次数n-相位φ、放电次数n-放电量q等特征参数,提取出峭度K_u、偏斜度S_k、相位中值μ、不对称度Q等统计算子特征参数,对比了局部放电不同阶段下各绝缘缺陷的放电特征图谱。结果表明,含有空腔及金属杂质的缺陷对油纸绝缘局部放电影响明显,其中金属杂质影响最严重。通过对比不同试样的平均放电量相位分布图谱H_qn(φ)与放电次数相位分布图谱H_n(q)可有效对局部放电原因进行分类。     

温度对直流电压下油纸绝缘空间电荷特性的影响

油纸绝缘是直流输电设备的主要绝缘材料,其空间电荷特性变化会引起局部电场发生畸变,从而影响材料的介电强度,降低直流输电设备的运行可靠性和稳定性.使用电声脉冲法( PEA)测量装置,分析油纸绝缘中空间电荷的注入、迁移、消散规律,搭建试验平台,通过升压试验获得试品空间电荷注入的参考电压,然后对试品加3 kV的直流电压,分别在15℃、30℃、50℃温度下对油纸介质的空间电荷的特性进行分析.试验结果证明:在不同条件下发生空间电荷的注入,温度会对去压时空间电荷的消散产生很大的影响;温度会影响油纸绝缘介质内电场的大小和分布,使空间电荷严重畸变电场,引起绝缘的进一步破坏.     

油纸绝缘直流局部放电的研究

主要研究了油纸绝缘的直流局部放电规律。实验结果表明,放电重复率随温度、电压的增加而增加。常温下在电压降到接近零时,放电次数较多,随着时间的延长,放电逐渐减少到无放电;但在高温下,能看到明显的熄灭电压。     

油纸绝缘老化状态判别的局部放电特征量

采用多元统计分析方法对传统的局部放电统计特征算子进行了因子分析,从24个统计算子中提取出8个公共因子作为局部放电新特征因子,从而实现数据压缩的目的。提取的新特征因子之间不仅携带了原始统计算子的大部分方差信息,而且彼此独立,具备各自的物理意义。对油纸绝缘扁平气隙模型开展了电-热加速老化试验,并采集不同老化阶段试品的局部放电信号样本,采用新特征因子进行了已知老化状态样本的聚类和线性判别函数构造,进而对未知样本的绝缘老化状态进行判别。该方法基于实验室数据的分析得到了令人满意的结果,并为变压器油纸绝缘老化状态的诊断提供了一种可行的方案。     

变压器油纸绝缘针板放电缺陷发展过程

为了研究变压器内部绝缘纸板缺陷的局部放电特征和缺陷发展过程,构建了针板结构的纸板局部放电模型,利用阶梯升压法研究了长期外加电压作用下,绝缘纸板从起始放电到被击穿的整个缺陷发展过程中窄带脉冲电流信号的散点图、脉冲重复率、脉冲视在放电量平均值及最大值的变化过程;通过拍照的方式研究了局部放电所产生的气泡溢出现象和纸板表面炭痕扩展情况。结果表明:针板放电具有阶段性发展模式;当放电脉冲的重复率、放电量急剧增加、脉冲的相位分布范围展宽到越过0°和180°时,可以断定缺陷处于急剧发展、临近击穿的阶段,在此之前,缺陷的发展相当缓慢。     

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。     

基于超高频的直流电场下油纸绝缘局部放电检测与特性研究

为研究直流电场下的局部放电特性,开发了直流电场下局部放电的超高频信号测量系统,设计了针板、悬浮、沿面和气隙四种放电模型,通过对不同放电模型中局部放电产生的超高频信号进行测量和特性分析,研究了不同放电模型中超高频信号的频谱特性。结果表明:直流电场下不同放电模型中的局部放电可产生几百纳秒的超高频信号,其频谱分布中幅值较高的频段并不相同;在不同极性直流电场下,针板放电模型中超高频信号都存在300~500 MHz的超高频段,且负极性时还存在600~700 MHz的超高频段,除针板放电模型外的其他模型在不同极性直流电场作用下局部放电产生的超高频信号频谱较为相似;当外施直流电场升高时,局部放电产生的局部放电超高频信号的频谱幅值明显增大,但主要峰值的频率位置和频段并未发生明显变化,该特点可作为区分放电模式的有效依据。     

油纸绝缘气隙放电特征信息提取及其过程划分

油纸绝缘是油浸式电气设备的常用的绝缘方法,其一旦发生局部放电会引起绝缘的老化和破坏,及时了解局部放电的产生与发展特性能判断运行设备的潜伏性故障及其发展.论文对油纸绝缘气隙放电进行了研究,采用核主成分分析的方法对其统计特征算子进行了降维处理,提取了新的特征因子.采集局部放电发展过程中不同时刻的信号样本,对新的特征因子进行...