140℃与常温条件下油纸绝缘沿面放电产气特性

基于油纸绝缘柱板沿面放电模型,在实验室开展140℃与常温下油纸绝缘局部放电试验,研究油纸绝缘特征参量的变化规律,并结合Ansoft电场仿真分析高温下沿面放电机理。结果表明:在140℃下沿面放电的耗氧量与产气量均比常温下的高,而局部放电特征气体C_2H_2的含量差异不大,气体含量变化从大到小依次为H_2、C_2H_6、C_2H_4、C_2H_2、O_2、CH_4、CO、CO_2。在140℃下沿面放电发展过程中,绝缘油体积电阻率呈下降趋势,而常温下变化不明显,两种条件下油的介质损耗均呈波动上升趋势。由于高温会使高压电极与油纸交界的三角区域附着气泡,从而导致电场畸变,使得油纸绝缘的沿面放电起始电压从17.2 k V降为2.1 k V。     

直流电压下油纸绝缘沿面闪络特性及数值模拟

变压器油纸绝缘沿面放电起始与发展的物理过程较为复杂,放电机理尚未明确.本文通过对油间隙放电针-板电极模型和油纸绝缘沿面放电针-板电极模型进行试验测量和数值模拟,获取并分析油间隙放电和油纸绝缘沿面放电在不同纸板厚度、不同沿面距离下的放电特性和放电机理.结果表明:直流电压下,油纸绝缘沿面闪络电压低于油间隙击穿电压的原因在于绝缘纸板的存在不仅改变了电场的分布,使针尖处平行电场分量增大,流注放电的起始电压降低,还阻碍了空间电荷的扩散,加剧电场畸变程度,提升流注的发展速度.另外,由于绝缘纸板的存在,油纸绝缘沿面放电流注的起始过程也不同于油间隙放电流注的起始过程,存在着流注通道向绝缘纸板贴合的过程.增大纸板厚度可使针尖处平行电场分量增加,流注放电的起始电压降低,流注的发展速度变缓,沿面闪络电压降低.油纸绝缘沿面闪络电压随沿面距离的增加而增大,其呈现非线性变化是由于流注在向自持放电阶段发展的过程中,受外施电压的作用逐渐减弱,空间电荷畸变电场的作用占主导地位.     

老化对交直流复合电场下油纸绝缘沿面放电过程特性的影响

长期运行换流变压器中存在由沿面放电导致的绝缘故障的现象,而针对换流变压器中交直流复合电场下老化油纸绝缘的沿面放电发展过程特性研究又相对缺乏不足。因此,采用在130℃下加速热老化方法制备不同老化程度的油纸绝缘试样,并使用CIGRE method II推荐的典型球板电极模型对不同老化程度油纸绝缘试样在不同比例交直流复合电场下的沿面放电起始电压、闪络电压以及沿面放电发展速度等特性进行了对比分析研究,同时对老化前后油纸绝缘沿面放电发展过程中放电特征参数的变化规律展开了研究。研究结果表明,随着交直流复合电压中直流电压分量的不断增大,老化油纸绝缘沿面放电起始电压和闪络电压均呈现逐渐上升的趋势,其中纯交流电压下的沿面放电起始电压和闪络电压均最低;相同电压作用下的沿面放电起始电压随着油纸绝缘老化程度的不断加剧呈现先上升后下降的趋势;随着油纸绝缘老化程度的不断增加以及交直流复合电压中直流电压分量的不断增加,油纸绝缘沿面的爬电距离不断延长、耐受时间逐渐缩短,沿面放电发展速度逐渐加快。与未老化油纸绝缘沿面放电过程放电特征参数变化规律相比,老化后沿面放电发展特征参数幅值较大,各阶段变化起伏较少,变化趋势直接明显;同时发现交直流复合电压中的直流电压分量对老化油纸绝缘沿面放电发展具有加速的作用,而且直流电压分量越高,加速作用越明显。     

交直流复合电场下油纸绝缘沿面放电过程特性

换流变压器阀侧绕组与出线装置同时承受交流、直流、交直流叠加电压作用,其内部油纸复合绝缘材料的沿面放电特性与以往交流电力变压器存在较大差别,而相关研究又明显不足。为此使用CIGRE MethodⅡ推荐的典型球-板电极结构,利用脉冲电流法对交直流复合电场下油纸绝缘沿面放电过程中放电信号进行了统计,分析并提取了沿面放电统计特征图谱的多个典型特征参数,对油纸绝缘在交直流复合电场下的沿面放电发展过程特性进行了研究。该研究中首次使用沿面放电发展特征参数的变化规律将交直流复合电场下油纸绝缘沿面放电发展过程划分为4个阶段:爬电起始阶段、爬电发展阶段、爬电加速发展阶段以及临界击穿阶段,并对比分析了纯交流电压和交直流复合电压作用下油纸绝缘沿面放电相同阶段特征参数变化规律的差异性。结果表明:交直流复合电压作用下沿面放电对绝缘纸板的破坏强度要高于纯交流电压下,沿面放电发展速度要快于纯交流电压下,交直流复合电压中的直流电压分量对油纸绝缘沿面放电发展具有加速作用。     

?40℃条件下油纸绝缘沿面局部放电特性及击穿特性

为研究寒冷条件下油纸绝缘的沿面放电特性,建立了能够模拟最低温度为?50℃的高压低温试验系统,采用具有强平行电场分量的沿面电场模型,对比研究了?40℃及40℃条件下油纸绝缘的局部放电特性及击穿特性。研究结果表明:?40℃下局部放电的起始电压和熄灭电压分别比40℃下时高约18%及12%;局部放电发展过程可划分为3个阶段,?40℃下每阶段的平均放电量均小于40℃下的平均放电量,?40℃下局部放电图谱有明显的非对称特征;?40℃下的击穿电压比40℃下低约16%,首次引入水活度的概念对击穿电压下降的现象进行了机制解释,认为降温过程中变压器油游离水会析出形成微小冰粒,这部分冰粒积聚在纸板表面加剧了电场畸变,从而导致了击穿电压下降。最后,根据试验结果给出了特高压变压器的低温绝缘设计及试验检测的建议。研究结果有助于进一步理解低温下油纸绝缘的放电机制。     

变压器油纸绝缘沿面放电程度的诊断

为研究基于特高频信号及油中溶解气体分析的变压器油纸绝缘沿面放电程度诊断方法,在实验室建立了沿面放电模拟试验装置与测量系统,采用阶梯升压法模拟了沿面放电从起始放电到击穿的过程,测量了其发展过程中的特高频信号及油中溶解气体含量,提出了变压器油纸绝缘沿面放电严重程度的诊断方法。研究结果表明：根据特高频信号的相位分布统计谱图可...     

纳米粒子对油纸复合绝缘系统影响的试验与仿真

传统变压器油纸复合介质已不能满足特高压等级对大容量、小型化绝缘系统的要求。为得到高性能的油纸绝缘系统,开展了纳米改性的油纸复合绝缘系统的试验和仿真研究,对比测试了有无添加纳米粒子的油纸复合绝缘的操作冲击击穿电压,建立了油纸系统下油中流注的发展模型,基于该模型,计算了沿面流注通道内的电场、空间电荷和绝缘纸表面沿面电荷分布。研究表明,纳米粒子改性的油纸系统的耐压性能较传统油纸系统有10%左右的提高,纸绝缘的面电荷密度从0.020 C/m2降为0.016 C/m2,纳米粒子可以抑制油中流注和沿面流注的发展,从而提高了油纸复合介质的绝缘性能。     

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。     

针-板电极结构下三元混合绝缘油纸复合体系沿面放电特性研究

基于一种具有优良理化、电气性能的新型三元混合绝缘油,以矿物绝缘油纸复合体系为参比,在针-板电极结构下分析了三元混合绝缘油纸复合体系的沿面放电特性,并对两种绝缘油纸复合体系在针-板电极结构下的电场分布进行仿真;基于密度泛函理论,对天然酯分子和矿物绝缘油分子能带结构开展对比研究。结果表明:与矿物绝缘油纸复合体系相比,在沿面放电故障下,三元混合绝缘油纸复合体系具有更小的局部放电起始电压、闪络电压以及更大的最大放电量、放电脉冲数。两种绝缘油纸复合体系在针-板电极下的电场分布差异较小。三元混合绝缘油中棕榈油分子和大豆油分子的能隙均小于矿物油分子,因此在强电场作用下混合油分子更容易发生电离。     

交直流复合电场下油纸绝缘界面电荷对沿面闪络电压的影响

在交直流复合电场下,换流变压器的油纸界面会积聚电荷,使得油纸界面的电场发生畸变,容易引发沿面放电。为揭示交直流复合电场下油纸界面电荷对其沿面闪络电压的影响,采用针-板沿面放电模型,测量了交直流复合电场下油纸绝缘的沿面闪络特性,通过静电电容探头法测量了直流电压作用下沿面放电模型油纸界面的电荷分布。研究发现,负极性直流叠加交流电压下的油纸沿面闪络电压高于正极性直流叠加交流电压下的情况。原因是油纸界面积聚了与外施直流电压极性相同的界面电荷以及相同条件下油纸界面积聚的负极性电荷密度要大于正极性电荷密度。     

交直流复合电压下油中局部放电的起始过程

换流变阀侧绕组同时承受交流、直流、交直流叠加、极性反转等多种特殊电压形式,其许用场强却未得到同等关注。因此,采用针-板、板-板典型电极模型和脉冲电流法及宽频带电流传感器检测法,研究了变压器油在交流、直流、交直流复合电压条件下的局部放电起始过程;总结了该起始电压随电压类型变化的规律曲线,为换流变许用场强的提出奠定了基础。试验结果表明:针-板电极模型下局放起始电压基本只与交流、直流、复合电压的幅值有关,而与电压类型、复合电压分量所占比例无明显关系;板-板电极模型中,复合电压下交流局部放电起始电压受直流分量的影响很小。通过高速摄像仪记录复合电压下局部放电引发击穿的全过程并估算出了放电增长速率约为1.8km/s;利用扫描电镜观测放电通道表面形貌特征,进而采用表面能谱分析法检测其主要元素含量由高至低依次为C、O、Cu、Si。最后通过复合电压下油中局部放电产生随机分布气泡的仿真模型算出,气泡使局部放电场强严重畸变,不均匀系数f达1.6。     

表面粗糙度对绝缘材料真空闪络特性的影响

在高电场作用下,在真空、气体或液体介质中常常会发生沿固体绝缘表面的破坏性放电现象,即表面闪络,而发生闪络的电压往往远低于固体和氛围介质本身的击穿电压,其中尤以真空中的闪络现象最为严重.本文针对真空条件下PTFE和可加工陶瓷在冲击电压下的沿面闪络现象进行了观测和研究.发现改变绝缘材料粗糙度对其闪络特性有明显的影响,并对这些现象进行合理解释.     

含有非线性介质的绝缘结构内瞬态电场仿真分析

以同轴电极中填充电导率或相对介电常数为非线性绝缘介质所构成的绝缘结构作为主要研究对象,分别仿真分析了在阶跃电压作用下非线性绝缘介质内瞬态电场分布.采用电场模拟软件ElecNet的瞬态2D求解器对同轴电极中填充非线性绝缘介质所构成的绝缘结构进行瞬态仿真分析.结果表明:相对介电常数非线性的绝缘介质只在初始状态时起到均化电场作用,稳态时绝缘利用系数较小;电导率和相对介电常数均为非线性绝缘介质,在整个过程中都能起到均化电场作用,改善电场的效果最好.     

气泡放电对变压器油流注放电的影响

以流体动力学为基础,建立了脉冲电压作用下含气泡的变压器油流注放电仿真模型。通过改变气泡的位置、大小及数量,研究了含气泡的变压器油的电场强度和空间电荷密度的变化规律。仿真结果表明,当击穿电压达到一定值时,由于气泡内部气体的积聚,气泡内部会形成电场梯度,从而产生内部放电现象。距离高压电极越近的气泡越先被击穿,放电进行的时间也相对更短;气泡的尺寸越大,变压器油流注放电的速度越缓慢;气泡的数量越多,流注放电时的电场越剧烈,放电持续时间越久,对变压器造成的伤害也越大。     

基于改进电声脉冲测试系统的油纸绝缘混合体系空间电荷动态行为特性

目前国内外关于油纸绝缘介质空间电荷特性的研究全部基于油浸绝缘纸,且已有的电声脉冲测试系统无法实现对油隙与油浸纸组合而成的混合体系的空间电荷特性的测试。通过采用改进的电声脉冲测试系统首次对油隙与油浸纸板组合而成的混合体系的空间电荷动态行为特性进行研究,分析空间电荷积聚对油纸混合体系内部电场分布的影响。研究发现油纸绝缘界面处及油浸绝缘纸内部积聚的空间电荷和电场畸变程度与绝缘油和油浸纸板的电导率关系很大。由绝缘油劣化导致油纸绝缘系统的电导率提升更易引起油浸纸内部场强严重畸变,油浸纸内部最大场强约达到平均场强的2.5倍。而由油浸纸电导率增大引起的油纸绝缘系统的电导率提升减轻了油浸纸内部的电场畸变程度,但电荷快速迁移会导致介质热效应显著也易诱发击穿。消除绝缘结构界面引起的空间电荷积聚效应、限制空间电荷在绝缘介质内部的快速迁移或使电荷在介质内部分布更加均匀,从三方面出发将有助于抑制空间电荷的危害。     

220 kV电缆线路终端故障及仿真分析

为分析某220 k V电缆线路终端应力锥、电缆表面贴合状态与故障发生的深层次原因,本文对某220 k V故障电缆终端开展故障解体、X射线检测以及仿真工作,分析发现接头应力锥过盈量高于安装工艺要求,且搭接面表面不平整。在应力锥、电缆表面贴合良好时,运行电压下应力锥、电缆主绝缘最大电场强度均远小于对应绝缘材料的击穿场强,而应力锥、电缆表面贴合不良交界面存在微小气隙时,运行电压下气隙内部电场强度大于空气击穿场强,表明运行电压下气隙内部存在放电现象。因此,电缆终端应力锥、电缆表面贴合不良、交界面存在微小气隙时,在运行电压下,气隙内部长期放电引起主绝缘破坏是造成电缆故障的原因。     

风沙条件下的平板模型直流沿面放电特性

The influence of sand dust on discharge of external insulation has caused widespread concern.At present,the research results show wind-sand electricity has a remarkable effect on the discharge characteristics of insulator and has little influence on the discharge characteristics of air gap.The flashover of insulator strings occurs along the insulator surface and air gaps,and the sand dust deposited on the insulator surface may affect the flashover characteristics of insulator strings.This paper studies the flashover characteristics of flat plate model under DC voltage in wind-sand condition.The experimental results show that under positive polarity voltage,the flashover voltage of the flat plate model has a maximum value,while under negative polarity voltage,the flashover voltage of the flat plate model has a minimum value with a certain degree of sand dust deposition.The wind or sand in sand-dust weather has an important effect on the flashover characteristics of the flat plate model.In certain variation range of electric charge,electric charge of sand dust has little effect on the flashover voltage of flat plate model under DC voltage.The deposition of sand has significant influence on the flashover process of flat plate model,which is related to the deposition density and moisture content of sand particle.     

Fundamental property of electric field in rapeseed ester oil based on Kerr electro-optic measurement

In the future, environmentally friendly insulating oil such as rapeseed ester oil is expected to be utilized as a substitute for mineral oil for power transformers. In addition, electrical insulation design for transformers becomes more important regarding size reduction and enhancement of electric field stress. The fundamental property of the electric field distribution in the rapeseed ester oil and in the oil/solid dielectrics composite insulation system should be clarified. In this paper, we have directly measured the electric field in the rapeseed ester oil with parallel-plane electrode and the rapeseed ester oil/pressboard (PB) composite insulation systems under DC voltage application using the Kerr electro-optic technique. From the results, we compared measurements of electric field and charge behavior for the rapeseed ester oil and the mineral oil and confirmed the applicability of the rapeseed ester oil for use in transformers.     

小型气候箱绝缘套管电场分析与结构优化设计

通过绝缘套管向小型气候箱内引入高电压进行考虑气候因素的高压放电试验时,若绝缘套管结构设计不合理,容易发生局部放电进而加速套管绝缘老化。为避免这一现象发生,在自制小型气候箱前,首先利用ANSYS软件对小型气候箱绝缘套管电场分布进行仿真分析。从分析结果发现,在安装板处套管电场强度较高,且分布极不均匀。对绝缘套管的结构及安装方式提出优化设计方案,明显改善了电场的分布状况,这一优化方案对于绝缘套管的生产及加工具有现实的指导意义。     

正极性雷电冲击电压下天然酯绝缘油油纸沿面流注动态变化规律研究

油纸绝缘复合电介质沿面放电是电力设备内绝缘的研究基础,其在雷电冲击电压下的绝缘特性是变压器绝缘设计的重要参数之一。为了获得油纸沿面流注传播与消散过程中电学、空间电荷分布演化规律及其关联关系,以交界面平行于施加电场方向的油纸系统为研究对象,通过构建适用于绝缘油油纸沿面流注动态变化特性的试验观测系统,可同步获得正极性雷电冲击电压下流注传播和消散过程中的电压、放电电流和放电通道流注阴影图像。利用该平台还测量了油纸沿面正极性雷电冲击击穿电压。试验结果表明,在正极性雷电冲击电压下天然酯绝缘油油纸绝缘相对介电常数差异并不会促进油纸沿面流注的传播过程,而粘度对于油纸沿面流注侧向分支影响显著。粘度越低,空间电荷在迁移过程中所受到的阻力越小,流注头部空间电荷在受到表面电荷的斥力后越容易往油中扩散,空间电荷在绝缘油中所形成的空间电场使得油纸沿面流注的主分支能够在绝缘油中传播,增加了油纸沿面流注传播距离,从而使低粘度天然酯绝缘油油纸沿面正极性雷电冲击击穿电压略高于其纯油击穿电压。