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。     

变压器油击穿电压与电场分布关联性的量化研究

为研究不同电极间隙下变压器油击穿电压与电场分布的关联性,设计了5种不同的电极,在控制变压器油中其他影响因素不变的情况下进行击穿电压试验,与现有国家标准进行对比,验证了试验结果的有效性。通过仿真得到电极间隙中变压器油的电场分布云图,定义了电极间隙内场强超过90%最大场强的变压器油的体积(V_(90))和电极表面场强超过90%最大场强的面积(S90)两个分布特征量来描述电极间隙中变压器油的电场分布,提出了高场强区域在油中的纵深程度和在电极表面上的横向宽度两个概念。结果表明:对于相同的油样和电极间隙,当纵深程度和横向宽度越大时,油样发生击穿的可能性越大,定性解释了等距离下标准板-板电极的击穿电压低于标准球-球电极的击穿电压的现象。在特定电极结构类型下变压器油击穿电压与纵深程度和横向宽度存在近似线性关系,为研究变压器油的击穿特性提供了新的思路。     

纳秒脉冲电压下变压器油预击穿特性的仿真分析

以针—球电极间隙变压器油为研究对象,基于场致电离机理,建立用于表述液体电介质流注预放电过程中载流子的产生及输运的偏微分方程,结合电场泊松方程,以及热扩散方程,仿真研究纳秒脉冲电压下变压器油预击穿特性。得到了预击穿过程中电场强度随电压幅值、极性以及脉冲上升沿时间的变化规律。仿真结果表明:流注速度随电压幅值的增大而增大;负流注相比于正流注轴向传播距离小径向传播距离大;负流注起始放电电压高于正流注,且起始速度大于正流注;正脉冲上升沿时间越短所形成流注半径越大,上升沿时间大于50 ns的负脉冲条件下产生的流注易消散。本文的研究工作和取得的结论有助于加深对变压器油中放电起始、发展过程的认识以及对液体电介质放电机制的理解。     

双极性振荡冲击电压下变压器油放电特性

当外部过电压侵入油浸式变压器绕组内部时,其匝间绝缘会承受双极性振荡冲击电压的威胁。在此通过双极性振荡冲击电压下变压器油放电特性的研究,为绕组纵绝缘的合理设计及液体放电机理的探究提供参考。首先通过可调电路元件,严格控制外施电压波形参数,实验获得了稍不均匀场与极不均匀场中变压器油在单一波形变量下的冲击放电特性,统计得到了放电电压概率分布与击穿点分布特征。然后利用分幅相机拍摄了双极性振荡电压下油中流注形貌,阐述了流注极性转换等主要发展特征。最后实验结果表明:无论电场分布是否均匀,振荡系数的增加、振荡频率的降低或波前时间的缩短均会导致变压器油50%击穿电压下降,且当振荡系数高于0.55时存在低于标准雷电耐受水平的可能;当振荡频率较低时,击穿多发生在第1或第2个正极性波峰内,而随着频率的升高,击穿点逐渐向后序波峰偏移,击穿于负极性波峰内的概率显著增加。结合光电倍增管记录的流注发光信号,从流注发展角度分析了变压器油击穿电压与击穿点变化的原因。     

正极性雷电冲击电压下流注起始特性研究

流注是长空气间隙放电的主要过程,其起始特性具有重要的理论价值与广泛的工程应用。以往对直流电压作用下流注起始特性的研究较多,对冲击电压特别是电压上升率较大的雷电冲击电压下流注起始特性研究很少。采用基于光电集成技术的高压侧电流测量系统与空间电场测量系统,对1 m棒–板间隙在正极性雷电冲击电压下流注起始特性进行研究,提出了新的流注起始观测手段,获得不同半径棒电极、不同电压上升率下的流注起始电压与场强,拟合得到考虑电压变化率的流注起始场强判据,并验证了所提出判据的广泛适用性。另外,还对正极性雷电冲击电压作用下流注起始时延的变化规律进行研究,定量测量了流注的起始时延,为研究流注起始时延的概率分布奠定基础。     

用电花图法研究正冲击流注发展规律

本文叙述了用电花图法研究棒——板间隙在正冲击电压下的流注发展规律。取得了在所研究的间隙形状和电压波形下流注发展的统计临界外场强判据;找出了流注电压与击穿电压之间的关系;应用上述结果所建立的公式,可以预测击穿电压。 为了进行外加场强的计算,文中还简介了用模拟电荷法计算棒——板间隙场强的方法。     

大气压下湿度对气隙流注放电及击穿的影响

空气中存在的水汽会使空气介电特性发生改变，严重影响输电线路外绝缘特性。为此通过理论及实验研究了湿度对流注放电的影响。理论方面通过Wieland近似法对湿空气的放电参数进行修正，对比分析了干洁空气与湿空气的放电参数，计算了不同湿度下针板气隙流注放电参数，提出了湿空气下流注起始、传播判据以及击穿电压计算方法。实验方面搭建流注放电室，进行棒板间隙流注放电实验，实验结果与理论计算结果相符。湿空气放电参数表明：低电场下(E/p<0.3V/(cm·Pa))湿度增大对电离系数影响不大，强电场情况下湿度对电离系数有着明显的促进作用；低电场时附着系数随湿度增大而增大，强电场时附着系数随湿度增大而减小；针板间隙流注计算结果表明湿度增大会使流注峰值电子密度、流注半径增大，流注传播速度加快；棒板击穿实验及击穿电压计算结果表明，当湿度较低时，湿度对击穿电压的影响不大，当相对湿度达到约94%时，湿度增大使得击穿电压明显提升。     

冲击电压下SF_6间隙临界半径现象形成机理

为探究冲击电压下SF_6气体放电特性和机理,研制了陡前沿冲击试验装置。固定电极间距,研究了电极曲率半径对SF_6间隙击穿特性的影响。结果表明:冲击电压下,SF_6间隙放电呈现出长空气间隙中所谓的"临界半径"效应,即随电极曲率半径减小,间隙50%击穿电压减小,曲率半径小于"临界半径"Rcr时,击穿电压基本不变;Rcr不仅随气压减小而增加,也随波头时间减小而增加;气压一定,负极性VFTO和雷电冲击下的临界半径值分别较正极性VFTO和雷电冲击下的大;正、负极性VFTO下临界半径分别较正、负极性雷电冲击下的大;负极性电压下,临界半径在物理上更接近于丝状流注区域,正极性电压下,临界半径更接近于均匀流注区域。"临界半径"现象与SF_6气体中流注–先驱–先导放电发展过程相关,因此提出了先导击穿的临界电荷判据来对临界半径现象进行了解释。     

TiO_2纳米改性变压器油中正流注测量与机理分析

利用纳米粒子进行绝缘改性能够提高变压器油的正极性冲击击穿性能,但是其改性机理善不清楚。为此基于阴影测试技术搭建了变压器油中流注测量平台,测量研究了正极性标准雷电冲击电压作用下TiO_2纳米改性前后变压器油中流注的产生和发展特性。研究结果表明,TiO_2纳米粒子提高了变压器油中正极性的流注起始电压,且能显著抑制正流注的发展。与纯油相比,TiO_2纳米油中正流注的直径大,流注分支多。据推测TiO_2纳米粒子引入的更多浅陷阱对电子捕获作用,以及流注分支之间的屏蔽作用导致前端电场强度降低,是TiO_2纳米油正极性冲击击穿电压提高的原因。     

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.     

不同波形参数冲击电压下油-隔板绝缘放电特性

变电站布置、绕组内部谐振等因素会使得侵入变压器内部的雷电过电压的波形参数异于标准波形;此外,GIS中隔离开关操作造成的特快速暂态过电压(VFTO)带来的危害也与日俱增。为此设计了一种油-隔板绝缘模型,研究了波前时间、振荡频率对击穿特性的影响,以及VFTO下油-隔板绝缘模型击穿特性和隔板几何位置对放电特性的影响。结果表明,油-隔板绝缘模型击穿电压随波前时间的减小而增高;振荡频率增大会提高模型击穿电压,最高提高达30%;油-隔板绝缘模型在VFTO下的击穿电压较标准雷电冲击电压下提高10%;单层隔板时模型击穿电压随纸板与球电极之间距离的增大逐渐降低。     

正极性雷电冲击电压下5m棒-板空气间隙放电特性试验研究

开展了正极性雷电冲击电压下5 m棒-板间隙的放电试验,同步测量获得了放电电压、放电电流和图像。根据放电不同阶段的电流特性,辨识了初始电流放电、二次流注放电和先导放电过程,并研究了电压幅值和电极形状对上述放电阶段的影响。试验结果表明,初始流注放电产生的空间电荷与电压幅值和电极曲率半径均正相关,其抑制作用使得流注起始时延的平均值近似为常数;二次流注的平均速度为700～1 060 cm/μs,其随着电压幅值的增加逐渐增大,而随着曲率半径的增大而减小;先导发展的平均速度为29～111 cm/μs,随电压幅值的增加线性增大,而随电极曲率半径增大有所降低。     

基于电荷累积的棒-板间隙流注放电过程仿真

棒-板间隙放电过程的建模与仿真对于长空气间隙放电机理研究及特高压输电工程的外绝缘设计具有重要意义。为此建立了棒-板间隙动态流注分形发展模型,在已有的分形流注模型的基础上,提出了基于动态边界修正的电场计算方法以及基于电荷累积的时间参数求取方法。通过对间隙空间进行网格剖分,求解电场分布方程与电荷累积方程,得出间隙电场变化以及流注步进式发展的时间及动态电荷累积。本模型针对流注起始、流注发展、放电结束和电荷累积等过程进行了建模,并运用模型对于不同电压幅值(230 k V、590 k V)1 m棒-板间隙雷电冲击(2.0/50μs)流注放电过程进行了仿真,并和试验结果进行了对比分析。结果表明,雷电冲击电压为230 k V时,流注发展长度约为20 cm,流注发展时间为5.02μs,流注发展平均速度为3.98×104 m/s,流注通道电荷累积总量达到23.2μC;雷电冲击电压为590 k V时,1 m棒-板间隙被击穿,流注发展时间为9.92μs,流注发展平均速度为1.01×105 m/s,击穿前其速度达到1.60×105 m/s,整个击穿过程流注电荷累积总量为258.3μC。新的模型在放电通道长度变化,放电过程电场波形,流注发展过程电荷粒子的累积等方面均与试验结果基本一致,具有一定合理性。     

金属颗粒对绝缘油流注发展特性的影响研究

变压器在制造、运行和维修等过程中,其内部绝缘油难免会引入金属颗粒,为探究金属颗粒对油纸绝缘性能的影响,文中搭建并调试了油纸绝缘雷电冲击放电试验平台等,开展了金属颗粒对绝缘油流注发展特性影响试验研究,研究了不同浓度金属颗粒对绝缘油流注起始电压与发展过程中形态的影响,并通过COMSOL仿真平台进行验证。结果表明,金属颗粒会促进油中流注的起始与发展过程,流注停止长度和发展速度与颗粒浓度呈正相关,而绝缘油流注起始电压与击穿电压与颗粒浓度呈负相关,金属颗粒的引入会使得流注形态更加发散。分析认为油中金属颗粒与流注的相互作用是降低流注起始电压,加速流注发展,进而降低绝缘油击穿电压的主要原因。     

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。     

TiO2纳米粒子表面修饰对变压器油冲击击穿性能的影响

采用液相法制备了乙酸、己酸和油酸修饰的TiO2纳米粒子及其改性变压器油,利用透射电子显微镜（TEM）和傅里叶红外光谱仪（FTIR）测试表征了纳米粒子的形貌和表面修饰状态,通过测试变压器油改性前后的正冲击击穿电压和流注发展形态,研究了纳米粒子表面修饰对变压器油击穿性能的影响规律。结果表明：表面修饰纳米粒子极大地提高了变压器油的正冲击击穿电压,并显著延长了击穿时间。其中,乙酸修饰纳米粒子的改性效果最佳,将冲击击穿电压从纯油的84.73 kV提高到116.42 kV,提高了37.4%,击穿时间延长至纯油的1.68倍。纳米粒子表面修饰增大了油中浅陷阱的密度,改变了油中流注的发展形态,显著抑制了流注的发展速度,从而提高了变压器油的冲击击穿性能。     

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。     

利用局部放电评价GIS典型缺陷危险性的研究

采用脉冲电流法测量局部放电PRPD谱图,4054示波器获取局部放电信号的脉冲波形,研究了针板缺陷不同间隙距离下局放的起始电压、击穿电压和放电量;针板缺陷从发生局部放电到击穿整个过程PRPD谱图、放电脉冲的变化情况。研究结果表明,间隙距离越小,针板间隙发生局部放电后越危险;局部放电从产生到击穿可分为3个阶段,即放电起始阶段、放电发展阶段和邻近击穿阶段,以上结果为利用局部放电判断GIS运行状态提供了有效的判据。     

毛刺缺陷影响下的球-板间隙流注放电特性

利用由光电倍增管和电场传感器组成的光电联合检测系统,进行正极性操作冲击电压下不同距离间隙带毛刺球-板电极间隙放电试验,并以棒-板与球-板放电试验进行对照,得到初始流注下的50%放电电压（U50%）和物理特征参数并进行对比。结果表明：在带有毛刺缺陷的球-板电极间隙中,初始流注起始时延、初始流注场强跃升幅值和光功率跃升幅值...     

多种外部因素对变压器油冲击击穿特性的影响

变压器油是保障电力变压器安全运行的重要绝缘介质,在变压器实际运行过程中,变压器油所处运行环境复杂,多种外部因素影响其绝缘性能。为了解其相互关系,设计试验研究了不同电极结构下水分、油温、油中酸值及纤维量对变压器油50%冲击击穿电压以及板-板电极下U-t特性的影响并基于流注理论针对试验结果进行了探讨。试验发现,水分、油温、油中酸值及纤维量的升高均使得变压器油50%冲击击穿电压有所下降。水分、温度、酸值及纤维量对于U-t特性曲线有不同程度的影响,其影响与流注发展模式相关。