棒-板短间隙在不同环境下的电场特性研究

通过Comsol软件,利用有限元分析方法,建立了干燥情况下以及棒电极凝露、形成水膜、凝结出水滴、间隙间有雾霾等情况下的棒-板短间隙模型,分析了棒-板短间隙在不同环境下的场强分布。结果表明:棒-板短间隙之间含有单颗雾滴时,场强发生了明显畸变;棒电极末端凝露时棒-板短间隙的电场分布相较于纯空气间隙下的电场分布没有出现太大的变化,电场最大值仅升高了约5%;棒电极末端形成水膜时的击穿电压也没有出现太大变化;棒电极末端有水滴时棒-板短间隙的击穿电压发生明显改变,畸变率达到30%;霾颗粒也容易使间隙中的场强发生畸变。     

冲击电压下变压器油中针板间隙击穿特性的试验研究

为了研究变压器油中针板间隙的冲击击穿特性,搭建了冲击电压变压器油间隙击穿试验平台,对油中针板间隙进行包括标准雷电、标准操作等5种波形参数的冲击击穿试验。结果表明:冲击电压的波形参数对间隙的击穿时间有显著的影响,击穿时间随着波前时间的增加而增加。电极曲率半径会影响间隙的流注起始电压和击穿电压以及对应的间隙最大场强。间隙距离除了影响间隙击穿电压外,还对流注起始最大场强和间隙击穿最大场强产生影响。在施加电压幅值范围内,击穿过程中观测到的流注发展平均速度比较稳定,冲击电压波前时间、电极曲率半径和间隙距离未对流注发展平均速度产生影响。     

两种电极材料下变压器油的冲击绝缘特性和空间电荷作用机理

为探究电极材料对变压器油冲击绝缘性能的影响,选用铝、不锈钢两种电极材料,采用操作波和雷电波两种形式的冲击电压,对两种电极下变压器油的冲击击穿电压进行了测量。同时搭建了相应的空间电荷测量平台,测量了操作过电压下两种材料电极间变压器油的电场和空间电荷分布情况。试验结果表明:变压器油的冲击击穿电压受到极板材料的影响;变压器油在不锈钢极板下的雷电和操作冲击击穿电压均较铝电极有明显的提升;操作过电压作用下,铝电极的空间电荷注入能力要明显强于不锈钢电极,因此变压器油在铝极板间的电场畸变程度明显高于不锈钢极板。从空间电荷角度分析了电极材料对变压器油击穿电压的影响,认为不同电极材料下空间电荷的注入量不同,导致其变压器油中电场畸变程度的差异是造成不同电极材料下变压器油击穿电压差异的主要原因。     

高功率Tesla变压器次级绝缘结构电场分析与设计

高功率Tesla变压器在脉冲功率技术领域应用广泛,但其次级线圈处于非均匀电场中,线圈匝间电压分布不均,容易导致匝间绝缘击穿。文中设计了一台双磁心Tesla变压器,利用有限元法建立次级线圈的电场仿真模型,分析其匝间的电场分布情况。针对匝间电压分布不均问题,提出次级线圈首尾两端双线并绕及增加屏蔽环来改善电场分布的措施,使最大场强小于微小油间隙的击穿场强,确保变压器次级线圈的绝缘安全。通过仿真分析发现首尾两端并绕可改善电场分布,但并绕匝数不宜过多。高压端增加屏蔽环后,场强分布更加均匀,最大场强下降62.9%,且最大场强远低于脉冲条件下的油间隙击穿场强,能够满足绝缘设计要求。     

高寒条件下变压器油击穿特性试验

对变压器油在低温环境下击穿特性的研究有助于确保高寒地区变压器的运行可靠性。为此建立了高压低温试验系统,利用该系统试验研究了在-50~10℃温度范围内,不同电压形式、电极模型、水分体积分数下的油隙击穿特性;并根据试验结果给出了高寒条件下对变压器投运及交接试验的建议。结果表明:交流电压和直流电压下,油隙击穿电压随温度的变化曲线呈U形,冲击电压下则无明显规律;平板电极模型、球–板电极模型和针–板电极模型击穿电压随温度的变化曲线均呈U形,且击穿电压值受电极间电场均匀程度的影响;低温下水分体积分数会对油隙的低温击穿电压产生直接影响,且在-10~0℃范围内影响最为显著。     

基于Weibull分布的不同波形冲击电压下变压器油击穿特性

对变压器油间隙在不同波形冲击电压下的击穿特性进行试验研究。应用半球形电极模拟变压器油中稍不均匀电场,采用波形参数分别为1.4/50μs、14/220μs、80/850μs和240/2 400μs的4种正极性冲击电压对变压器油间隙进行了冲击试验。基于二参数Weibull分布对油间隙的击穿数据进行分析,并对不同击穿概率下的击穿电压值进行了估计。结果表明:波形参数对油间隙的击穿电压和击穿时间均有显著影响,在相同击穿概率情况下,击穿电压随波形持续时间的增加而降低,击穿时间随波形持续时间的增加而增加。     

真空中典型沿面绝缘结构的电场分析

在高电压作用下,由复合绝缘介质构成的沿面绝缘结构的耐电强度远低于其绝缘材料自身的击穿场强,这一现象与其电场的分布特点密切相关。笔者针对真空中平行平板、平面和棒-板电极系统等多种典型沿面绝缘结构的电场分布进行了仿真计算,探讨了电极-介质结合处的间隙、圆台形绝缘子的圆锥角角度、平面电极的高度以及绝缘子介电常数等因素对电场分布的影响。仿真结果表明,接触间隙的存在导致局部电场的加强和电场方向的变化,间隙宽度越大、高度越小,间隙处电场畸变越大;圆锥角越大,绝缘子的介电常数越大,场强畸变也越大。该分析结果有利于真空中沿面绝缘结构的设计。     

基于电场特征量和SVM的空气间隙击穿电压预测

空气间隙的击穿电压是高压输变电工程外绝缘设计的重要依据。该文提出了一种基于电场特征量和支持向量机(support vector machine,SVM)的空气间隙击穿电压预测方法。根据静电场计算结果,从整个区域、放电通道、电极表面和最短路径4个方面提取电场值,经过处理后构成表征间隙结构的电场特征量集合,作为SVM的输入参量;以间隙是否击穿(回归问题转换成2分类问题)作为SVM的输出参量,建立了空气间隙击穿电压的预测模型。采用该模型对球隙、棒–板、球–板、球–板–球短间隙的工频击穿电压和球–板长间隙的正极性操作冲击50%放电电压进行了预测,预测值与试验值吻合,验证了模型的有效性。该方法为输变电工程间隙击穿电压的获取提供了一条可能的新途径。     

纤维素颗粒物对变压器油冲击击穿特性影响的试验研究

针对不同纤维素颗粒物含量的变压器油进行冲击击穿试验研究。应用球盖形电极模拟油中稍不均匀电场,采用波形参数分别为1.4/50μs、14/220μs、80/850μs和240/2400μs的四种冲击电压对低、中、高三种不同纤维素颗粒度水平的变压器油进行冲击击穿试验。试验结果的统计分析显示,冲击电压波形和纤维素颗粒度水平均对变压器油的击穿电压产生影响,更长的波形持续时间或更高的纤维素颗粒度水平均导致冲击击穿电压的降低。特别是高颗粒度水平油样在80/850μs和240/2400μs的冲击电压下的U50%下降显著。通过对纤维素颗粒在1.4/50μs和240/2400μs冲击电压下的运动观测发现,240/2400μs冲击电压可促进纤维素颗粒物在电极间强场区的聚集,导致油间隙击穿电压的进一步降低。     

乙丙橡胶绝缘的表面击穿与沿面放电特性

为了探究乙丙橡胶绝缘的表面击穿特性和沿面放电行为,选择板–板电极、棒–环电极和针–板电极3种典型的电极结构来模拟不同电场分布,分别测量并分析了3种电极下外施交流和负极性直流电压时乙丙橡胶的表面击穿电压和击穿痕迹。在外施交流电压下,测量了不同电压下的沿面放电,分析了沿面放电起始和发展过程。试验结果表明:电场分布越均匀,表面击穿电压越大;板–板电极下的起始放电电压与电极间距成正相关性,而棒–环电极和针–板电极下的起始放电与起晕电压相关,其值在1.9~2.4 k V之间;在不同电场分布和放电阶段,发生的放电类型和放电谱图也有所差别,而且在沿面放电前期,放电脉冲幅值较小,约为1.2 V;但是在沿面放电后期,放电比较分散,放电脉冲幅值较大,最高可达43 V。据此可以对沿面放电发展的严重程度进行判断。     

变压器端部铁轭夹件肢板区域三维电场分析

针对端部出线变压器铁轭夹件肢板边缘区域电场集中的问题,以一台220 kV变压器为例,利用Pro/E建模技术和Ansoft有限元分析软件,对变压器端部高压引线与铁轭夹件肢板区域电场进行了三维分析,得出高压引线与肢板的距离及其走向影响肢板边缘的电场分布,在此基础上,通过采取在肢板表面覆盖绝缘层的措施,降低肢板表面油中场强,给出了当绝缘层厚度分别为1 mm、2 mm和3 mm时肢板表面及油中电场分布。结果表明,加盖绝缘层可使肢板表面油中最大场强降低,且油中最大场强随绝缘层厚度增加而下降。     

球表面毛刺缺陷对球-板间隙操作冲击放电特性的影响

对不同直径屏蔽球表面存在毛刺缺陷时的表面电场分布进行了仿真分析,并在特高压试验大厅开展操作冲击放电试验。结果表明:毛刺的存在会大幅提高球表面的最大场强,当毛刺长度为1~5 mm时,其最大场强较表面洁净状态提高了40.4%~379.2%,且相同长度毛刺对屏蔽球表面场强的影响程度随球直径增大而增大;在5 m球-板间隙下,毛刺对屏蔽球操作冲击放电特性影响较为明显,当毛刺长度为1~5 mm时,其操作冲击放电电压降低了19.1%~30.4%。     

支持向量机在组合空气间隙击穿电压预测中的应用

为获取含悬浮导体的组合空气间隙击穿特性,建立了基于支持向量机和电场特征量的组合空气间隙击穿电压预测模型,通过电场特征量表征间隙结构,采用支持向量机建立电场特征量与击穿电压的关联性,以少量典型间隙试验数据作为训练样本,对棒—板—球、棒—板—棒以及球—板—球组合间隙的工频击穿电压进行了预测,通过对比击穿电压试验数据,3种间隙的击穿电压预测结果平均绝对百分比误差分别为4.5%、3.1%和2.8%,最大相对误差均在9%以内,表明所提方法具有较高精度,为组合间隙击穿电压的预测提供了新途径。     

结构参数对介质阻挡放电击穿电压的影响

为了研究介质阻挡放电(DBD)下反应器结构对气体击穿时反应器两端所需外加电压的影响,进行模拟烟气(N2/NO)在DBD下放电的实验,改变气体间隙、介质材料、电极接入方式、内电极材料等参数,分别比较击穿电压的变化。对实验条件下气体间隙的电场分布进行模拟计算,通过分析电场对击穿电压的影响,验证了实验结果的正确性。结果表明:增大内电极直径,减小气体间隙可以降低击穿电压;增大阻挡介质的介电常数对降低击穿电压有利;与内电极作阳极相比,内电极作阴极时击穿电压较低;内电极材料的二次电子发射系数越大,击穿电压越小。     

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.     

油液金属颗粒对500kV变压器出线装置电场的影响

近年来发生多起由出线装置绝缘击穿引起的变压器事故,初步分析表明油液金属颗粒度超标是上述事故的主要原因之一。通过建立考虑油液金属颗粒的500 kV交流变压器出线装置三维电场有限元仿真模型,研究金属颗粒尺寸和位置对出线装置电场的影响;同时,在考虑金属颗粒的情况下,研究均压球圆弧结构和油隙宽度对变压器绝缘的影响,并初步提出优化措施。结果表明:油液金属颗粒的存在可增大出线装置油隙间的最大场强,该最大场强随颗粒半径的增加而增大,甚至大于油隙许用值引起局部微放电;金属颗粒在交流电场下的振荡及放电产生的气泡可加剧电场畸变,并加速绝缘劣化进程;增大均压球圆弧半径和油隙宽度可在一定程度上降低金属颗粒作用下油隙间的最大场强,并提高油隙的绝缘裕度,可为事故分析及处理提供参考。     

极寒条件下热老化油的介电和击穿特性研究

为研究极寒条件下热老化油的介电性能和击穿特性,以45~#变压器油为研究对象,在146℃下加速热老化15天,制备出不同老化程度（酸值分别为0.034、0.181、0.215 mgKOH/g）的变压器油,搭建低温测试平台,对不同老化程度的变压器油的介电性能和击穿特性进行测量和分析。结果表明：随着温度的降低,热老化油样的相对介电常数呈线性增加,电导率和介质损耗因数先增大后减小,在-10℃附近达到峰值;击穿电压整体上呈先减小后增大的趋势,在-10℃附近达到极小值。随着老化天数的增加,油中酸值不断增大,油样的相对介电常数、电导率和介质损耗因数都有所增加,且酸值越大,增加幅度越明显;老化程度较低的油样击穿电压与原样差别不大,而老化程度较高的油样（酸值为0.215 mgKOH/g）击穿电压比原样平均降低了39.9%,最大降幅在-10℃附近可达53.6%。     

稍不均匀电场空气间隙击穿电压计算的新方法

空气间隙的击穿电压是高压输变电工程外绝缘设计的重要依据,而电场分布均匀性是间隙击穿电压的主要影响因素之一。为此,提出了一种基于电场分布特征参数和支持向量机的空气间隙击穿电压计算新方法。采用该方法对球隙和球–板间隙2种稍不均匀电场空气间隙的击穿电压进行了计算,并与基于流注起始判据的计算结果和试验结果进行了对比。以试验结果为基准值,提出的方法对球隙和球-板间隙击穿电压计算结果的平均绝对百分比误差分别为1.64%和1.62%;而流注起始判据计算结果的平均绝对百分比误差分别为1.03%和5.26%。为获得精确的计算结果,随着电场分布不均匀性的增大,流注起始判据中的临界电荷数需进行修正,而这缺乏具有普适性的修正方法。提出的方法为输变电工程间隙击穿电压的获取提供了一条可能的新途径。     

变压器的故障诊断与检修策略(六)

3．3．13 变压器油的其他试验。3．3．13．1 击穿电压。变压器油的击穿电压是反映油中水分的有效方法之一，是现场常用的方法。目前有3种形式的电极，即平板、球盖形和球形，其击穿电压值依次升高(因为电极间的电场均匀性改善)。每种电极导致击穿电压的差别在3％～6％。当击穿电压值在30kV以下时，这种差别有减小的趋势。由于现场多用平板电极，目前电力行业标准的油击穿电压值仍以平板电极的试验为准。     

纳米改性变压器油的破坏特性

变压器等输变电主设备的油纸介质已越来越不能满足特高电压等级对大容量、小型化、高可靠性绝缘系统的严格要求。为了解决输电电压等级提高带来的高性能变压器油及油纸绝缘问题,基于纳米改性技术,开展具有优异电气性能的新型纳米油纸复合绝缘系统的研究。采用变压器油纳米添加改性技术,研究了纳米改性变压器油的制备方法,得到了纳米改性提高变压器油破坏特性的最佳配比,并对纳米改性变压器油在交流、直流、雷电冲击下的破坏特性和局部放电起始电压进行了对比研究。研究发现纳米改性可以提高在较大间隙下变压器油的击穿电压,并且能显著提高其局放起始电压,改善其雷电冲击下50%放电伏秒特性曲线。基于纳米粒子介质球在电场中的极化理论,研究了粒子表面极化电荷密度分布和产生的势阱,并指出纳米粒子界面对载流子的捕获和流注的阻挡作用是较大电极间隙下纳米改性变压器油绝缘性能提高的原因。研究结果说明了纳米改性对于变压器油纸绝缘系统的性能提高提供了新的可能途径。