交直流电压叠加对绝缘子局部放电影响的研究

通过在硅橡胶绝缘材料上施加交直流电压,研究工频交流电压叠加在直流电压上时对绝缘间隙的局部放电幅值与重复率的影响。结果表明:当交流电压纹波振幅低于其局部放电终止电压时,相比没有叠加交流纹波的直流电压,其大放电脉冲的数量增加,而重复率则远低于交流电压频率。     

交流与直流电压比例对油纸绝缘内部气隙放电特性影响分析

为实现换流变压器故障诊断,研究交流与直流电压比例对油纸绝缘放电特性的影响对换流变压器的故障诊断判据选取具有实际工程意义。因此该文搭建了一套交直流复合电压作用下油纸绝缘气隙缺陷局部放电测量平台,通过多次试验得到了局部放电特征与交直流复合比例的试验关系;另外建立了油纸绝缘气隙缺陷的物理模型,从理论上分析了比例与放电特征关系的仿真结果。试验测量和理论仿真结果相同:随着交流和直流叠加电压中直流成分的增大,脉冲重复率和放电量不断减小;交流时的放电起始电压低于交直流复合电压作用时的起始电压,而且直流比例越高,起始电压越高;随着交流中直流成分的增加,放电起始相位从交流正负半周过零点附近向负半周期峰值附近移动,换流变压器不同位置的绝缘问题应该采用不同的诊断依据。     

直流电压下GIS内部缺陷检测

在传统脉冲电流法的基础上,设计了直流电压下脉冲电流检测系统。通过施加直流电压和交流电压,对气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated metal enclosed switchgear and controlgear,GIS)内部缺陷的局部放电信号进行检测。直流电压和交流电压下局部放电信号特征对比结果表明,直流电压下局部放电起始电压较交流电压下低,直流检测技术可以高效、准确地检测缺陷局部放电。     

XLPE绝缘电力电缆在交流电压下叠加冲击电压时的绝缘特性

本文讨论ＸＬＰＥ绝缘电缆在交流电压下遭受叠加冲击电压时,树枝起始和击穿电压的特性。树枝起始的试验是在装有针形电极模的实验室样品上进行的;而击穿试验则在电缆实体上进行的。结果表明：产生冲击树枝的场强取决于已施加交流电压场强的数值、冲击电压的极性以及叠加瞬间的交流电压峰值。虽然冲击电压的极性会影响树枝的起始,但是在通常情况下,树枝起始场强是随着已施加交流电压场强的增加而降低。引用空间电荷的作用和所施加冲击电压的影响,对此现象加以论述。已证实只要已施加交流电压场强不超过５００ｋＶ电缆绝缘的工作场强,电缆实体绝缘的冲击强度就不会受已施加交流电压场强的影响。但是与未施加交流电压场强的绝缘相比,在施加冲击电压之前电缆绝缘上已有较高的交流电压场强,则其击穿强度将降低。     

交流叠加雷电冲击下SF6中环氧绝缘表面金属颗粒局部放电特性

为掌握交流叠加冲击这种复杂工况下环氧绝缘沿面局部放电激发规律,对交流叠加雷电冲击(lightning Impulse,LI)电压下SF₆中环氧绝缘表面金属颗粒局部放电特性进行了实验研究。在交流电压小于局部放电起始电压(partial discharge inception voltage,PDIV)的情况下,研究了交流叠加雷电冲击电压下的局部放电激发特性;在交流电压大于PDIV的情况下,研究了雷电冲击对交流局部放电的影响。结果表明,PDIV随金属颗粒的长度增加而减小,随金属颗粒的直径减小而减小,随金属颗粒距高压电极的距离增加而减小;交流叠加雷电冲击电压下的局部放电比交流电压单独作用下的放电更剧烈;交流电压低于PDIV时,负极性雷电冲击(negativelightning impulse,NLI)所激发的交流局部放电比正极性雷电冲击(positivelightningimpulse,PLI)所激发的放电剧烈;交流电压高于PDIV时,雷电冲击对交流局部放电无明显影响。     

预加直流电压对绝缘纸板放电过程的影响特性

为研究预加直流电压对油纸绝缘局部放电过程的影响特性,采用球-板电极模拟油纸绝缘系统中的稍不均匀电场,仿真计算出预加直流电压下球-板电极油纸绝缘系统的电势和场强分布,用脉冲电声法测试绝缘纸板去极化过程空间电荷时空变化特性与界面空间电荷衰减速率,并对试样进行交流局部放电试验,研究预加直流电压与局部放电起始电压之间的定量关系。结果表明:预加直流电压会在绝缘纸板界面产生残留空间电荷,升压过程中使局部放电起始电压和绝缘临界击穿电压均下降;降压过程中局部放电特性不受预加直流电压的影响,且局部放电熄灭电压与预加电压大小无关;随着预加直流电压的提高,每升高相同幅值的预加直流电压,交流局部放电起始电压降低的幅值有所减小。     

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。     

交流与操作冲击叠加电压下SF_6气体中沿面局部放电特性

高压电气设备在遭受过电压侵袭时绝缘将同时承受运行电压与过电压的共同作用,严重威胁设备的运行安全。考虑与实际工程背景相切合,该文设计了一套冲击叠加相位可控的交流与冲击叠加试验系统,对工频交流与标准操作冲击叠加电压下SF_6气体中沿面局部放电特性进行了研究分析。当交流电压分别为试品的90%局部放电起始电压(PDIV)与110%PDIV时,在工频相位0°～360°,以45°为步长叠加峰值为两倍交流PDIV的操作冲击。试验结果表明,冲击叠加相位对交流电压下沿面局部放电特性影响显著。当在工频相位45°～135°之间叠加冲击时,冲击过后交流电压下的局部放电被激发或得到增强,而在其他相位叠加冲击时对交流电压下的局放无明显影响。冲击对交流局放的影响具有明显的极性效应,冲击过后仅交流电压负半周发生明显放电或放电得到增强,而对正半周的局放无激发或促进作用。冲击对交流下局放的影响与交流电压的幅值相关,交流电压幅值越高,在相同相位叠加冲击时所激发的局放幅值与次数越大。     

油纸绝缘气隙模型局部放电特性试验研究

为了研究直流输电系统中换流变压器油纸绝缘的局部放电特性,设计构造了典型的油纸局部放电模型———气隙放电模型。针对同一模型分别施以交流电压、直流电压以及冲击衰减振荡电压,采用IEC 60270-2000推荐的脉冲电流法分别检测与分析该模型局部放电的不同特征参数。对比研究了在交流、直流及振荡冲击电压下油纸绝缘气隙放电模型的局部放电脉冲特征参量包括局部放电起始电压、熄灭电压、放电波形、放电水平、放电重复率等,对实现换流变压器的局部放电在线监测与绝缘状态综合评估有一定的指导意义。     

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。     

直流预压对油纸复合绝缘局部放电特性的影响

为了研究直流预压对油纸绝缘交流局部放电特性的影响,对预压不同时间、不同幅值直流电压以及去极化后重复加压情况下的油纸绝缘交流局部放电特性,不同预压时间和去极化后的油纸绝缘材料的空间电荷特性进了研究。研究结果表明,随着预压直流电压幅值的增大和预压时间的延长,放电起始电压和熄灭电压减小;随着重复加压次数的增多,放电起始电压先上升后下降,但均低于未预压下局部放电起始电压。分析表明预压直流30min后油纸绝缘空间电荷分布达到平衡状态,预压时间越长,去极化后油纸绝缘材料残余空间电荷数量越多;同时长时高幅值预压会使得与高压电极接触的绝缘纸板表面电荷分布均匀,从而改善油纸绝缘内部的电场分布,进而影响油纸绝缘的局部放电特性。     

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。     

不均匀电场中温度对油纸绝缘沿面放电特性的影响

采用针-板电极结构研究不均匀电场中温度对变压器油纸绝缘沿面放电特性的影响。首先,确定油纸绝缘的局部放电起始电压和闪络电压。然后,在油纸界面上施加恒定电压,研究在不同温度下施加长期电压时油纸绝缘的沿面放电特性。结果表明:局部放电起始电压和闪络电压随温度升高而增加。施加长期电压时,高油温下,油纸绝缘沿面放电现象和纸板变化情况更为复杂。纸板在高油温下更容易发生碳化。虽然碳化会对纸板造成不可逆的损坏,但仅在表面发生碳化的纸板在恒定电压下表现出更长的耐压时间和更低的局部放电量与放电重复率。然而,在内部发生严重碳化时,其局部放电重复率变得更高,最终导致纸板击穿。     

重复加压及直流预压过程对油纸绝缘局部放电特性的影响

换流变压器出厂试验过程,经常遇到直流耐压试验结束后若干h内,交流耐压试验按照GB/T 18494.2执行无法顺利通过的问题,说明直流预压对油纸绝缘交流局部放电特性产生一定影响。为此,采用球-板电极模型模拟油纸绝缘系统中的稍不均匀电场,试验探究重复加压与直流预压过程对油纸绝缘局部放电特性的影响,重点对比分析纯交流初次加压、重复加压以及直流预压3种情况下的局部放电起始电压、临界击穿电压及熄灭电压变化规律。研究结果表明:重复加压过程会大幅减少绝缘系统的局部放电起始电压(降至约33.44%),临界击穿电压下降约7.84%,熄灭电压几乎不受影响,经过高压端接地约8~9 h后,系统内的局部放电耐受水平与初次升压过程水平相当;而直流预压过程会一定程度上减小系统的局部放电起始电压(降至约82.38%)、临界击穿电压(降至约89.75%),且随着直流预压水平的提高上述两参数降幅更加明显,熄灭电压几乎不受直流预压作用的影响,一般经过4~6 h高压端接地静置,直流预压过程对于油纸系统内局部放电特性的影响消失。基于多次试验结果,提出重复加压及直流预压过程产生的空间预存电荷是对交流电压下局部放电特性造成影响的主要原因。     

电压类型对球板电极下油纸绝缘局部放电起始特性的影响

检测局部放电是监测换流变压器绝缘状态的有效手段,但是针对不同电压类型(交流、直流以及极性反转电压)对油纸绝缘起始放电特性影响的研究很少。为此,通过球板电极对油纸绝缘施加交流、直流以及交直流复合电压,借助常规脉冲电流法和宽带脉冲电流法2种检测手段,研究了油纸绝缘在不同电压类型下发生起始放电时的起始放电电压、视在放电量、放电相位以及放电波形等的差异。研究结果表明:不同电压类型时,起始放电电压按照电压升序排列为交流、正极性直流+交流、正极性直流、负极性直流+交流、负极性直流;直流下的起始放电电压比交流下高4倍;球板电极下油纸绝缘起始放电均多发生在1、3象限,且2个象限的放点次数不同。此外交流和直流电压下发生起始放电时,其放电脉冲的波形特性各不相同;正极性直流下起始放电脉冲波形最陡(脉宽为数ns),中心频率最高(42 MHz),而负极性直流下起始放电时脉冲最平坦,中心频率最低。     

阶梯电压下变压器匝间绝缘局部放电试验研究

对于变压器绕组而言,轻微匝间放电的发展可能会造成匝间短路甚至更严重的后果。因此,对变压器绕组匝间局部放电的发展进行深入研究具有重要意义。在实验室内构建了变压器匝间绝缘局部放电试验平台,参照500 k V电力变压器线圈绝缘处理工艺要求,设计并制作了匝间绝缘局部放电试验模型线圈,采用逐级升压法对模型线圈施加试验电压,利用数字式局部放电检测仪进行局部放电信号采集,在室温下对变压器匝间绝缘局部放电特征量和二维图谱信息进行了系统的研究。得出了不同加压持续时间下脉冲最大幅值、脉冲平均幅值、脉冲重复频率和脉冲功率的变化特征以及二维图谱的相位分布信息。     

直流下局部放电重复率的数学物理模型

本文基于绝缘内部气隙放电时的三电容等值和双电容简化等值两个电路分别研究了直流下局部放电重复率的数学物理模型,以及测量电阻存在时对直流局放重复率的影响。对交流下经典三电容局放模型加入电阻后的等值电路分析直流下简化局放过程得出:在局放存在条件下,直流下局放重复率与外部施加直流电压可近似为线性关系。对双电容简化等值电路的数学物理模型分析同样得出:出现局放时的直流下局放重复率与外部施加直流电压具有近似线性关系;测量电阻对直流下局放重复率的影响只是暂时的,会在局放起始放电条件不稳定的情况下对重复率有一定的影响,在到达平稳状态后,直流局放重复率仅由绝缘缺陷电气结构决定。基于宽带检测的直流平稳状态下三种基本油纸绝缘缺陷模型的试验结果则表明:在试验电压大于局放起始电压后,直流下局放重复率与一定范围内的试验电压值具有该近似线性关系。     

0.1Hz和50Hz电压下XLPE电缆局部放电比对试验

试验研究和应用研究结果证实,局部放电试验能够及时地发现电力电缆绝缘缺陷,推荐作为电力电缆绝缘品质现场或在线评价的必要手段。受现场试验设备的容量、体积和质量限制,超低频(VLF)电压下的局部放电试验、振荡波(OW)电压下的局部放电试验和工频电压下的局部放电试验在电缆线路的实际工程应用中同存并举,运行管理部门可根据实际情况合理选取。但是,由于3种试验电压下的局部放电起始电压和熄灭电压以及放电量存在数值上的差异,其表征的绝缘缺陷特征直接影响到有效地发现绝缘缺陷的概率。时至今日,人们对电力电缆线路在VLF电压下的局部放电量如何等效到工频电压下的局部放电量,仍然存在较大的分歧,试验的有效性和等效性尚在探讨之中。为此,结合现场试验和试验室试验研究积累的试验数据,采用数理统计分析的方法,比对、分析和讨论VLF(0.1Hz)电压下局部放电试验与工频(50Hz)电压下局部放电试验之间的等效关系,研究VLF(0.1Hz)电压下局部放电试验有效性和判据。研究结果表明:VLF(0.1Hz)电压下电缆试品的局部放电起始电压值和熄灭电压值与工频(50Hz)电压下电缆试品的局部放电起始电压值和熄灭电压值之差值约为-31%～69%;槡3U0的VLF(0.1Hz)电压下电缆试品的局部放电量均小于槡3U0的工频(50Hz)电压下电缆试品的局部放电量;两种电压下的局部放电量之间的数值差异与绝缘缺陷的类型密切相关。     

换流变压器油纸绝缘复合电场击穿特性及其试验方法

为了查明换流变压器油纸绝缘在交流叠加直流电场下的击穿特性,利用交流、直流及交流叠加直流等复合电场,对油隙、浸油纸板和油纸复合绝缘进行了击穿试验研究。结果表明：油隙的击穿场强几乎不随交流电压分量变化;浸油纸板击穿场强随交流电压分量增加迅速下降;受浸油纸板击穿特性影响,油纸复合绝缘击穿场强随交流电压分量减小明显提高。说明油隙的击穿场强与交流电压分量基本无关,但浸油纸板的击穿场强受交流电压分量影响严重。依据试验结果,进一步对换流变压器交流和直流电压试验项目的有效性进行了讨论。经分析发现换流变压器主绝缘的油隙与浸油纸板在运行电压下出现的最高电压仍为交流叠加直流电压。交流和直流电压试验的电压幅值能够满足要求,但电压波形与承受的运行电压相差较大。认为交流电压试验考核油隙绝缘介电强度是有效的,而直流电压试验考核浸油纸板绝缘介电强度并不充分。     

异型波电压下气隙缺陷的局部放电检测方法设计

设计了三种异型波,将其应用于含气隙缺陷的交联聚乙烯绝缘材料局部放电检测试验中,旨在探索一种便捷、无损、准确、可靠的针对气隙缺陷进行局部放电检测的方法。首先,制作了含气隙缺陷的绝缘试样模型,在工频交流电压下对气隙缺陷试样进行局部放电试验;其次,设计并制作了三种异型波,利用所设计的异型波对相同的试样进行局部放电试验;最后,对比分析了在工频交流电压及三种异型波电压下的局部放电试验结果。研究结果表明：不对称振荡波为检测含气隙缺陷绝缘试样的最佳异型波;异型波电压与交流电压下的放电等效性较好,最佳异型波电压下的局部放电起始放电电压更小、放电量更大、放电次数更多、相位分布更广。综上,异型波电压可用于提高局部放电检测的准确性,在去噪与无损检测等方面具有一定的优势。