基于内部压强响应的变压器套管在线监测装置研制

由于缺乏有效的在线监测手段,变压器套管内部的放电缺陷不能被及时发现,从而导致套管爆炸的事故时有发生。为了提供有效的在线监测装置以及时发现套管内部的放电缺陷,研究了套管内部特征气体对套管内部压强的影响;研制了基于压强响应的套管在线监测装置;分析了监测装置发现套管内部放电缺陷的灵敏度;利用真型套管的局放试验验证了监测装置的有效性。结果表明:油纸绝缘内部放电缺陷产生的氢气、甲烷和一氧化碳等特征气体能够引起内部压强的显著增加;随着缺陷的发展其内部压强也不断增加;通过监测套管的压强可以有效地发现其内部的缺陷;该在线监测装置对于套管内部初期缺陷的发现具有足够的灵敏度。因此,采用该在线监测装置可以实现油纸绝缘套管的缺陷预警,从而避免爆炸事故的发生。     

1100kV GIS用SF6气体绝缘复合套管结构有限元仿真分析

对1 100 kV高压组合开关电器(GIS)用SF_6气体绝缘复合套管内部SF_6气体压强的确定、GIS复合套管内屏蔽结构许用场强进行了讨论分析,确定了套管内部金属屏蔽和外绝缘结构设计方案。基于此,建立了1 100 kV GIS套管的三维有限元仿真计算模型,并对其内部金属屏蔽和绝缘件电场分布进行了仿真模拟,同时对套管基座进行了机械应力分布计算。结果表明:套管金属屏蔽最大电场强度约为10 k V/mm,复合绝缘子护套表面电位分布接近线性分布;当负荷加载方向垂直于GIS管道方向时,弯曲应力最大值为11.2 MPa;在1.1倍额定电流6 930 A下,套管中温度最高点位于中心导杆附近,最高温度为80℃,满足设计要求,试制的SF_6气体绝缘复合套管通过了全部型式试验。     

考虑气象环境影响的变压器套管介损监测预警策略

介损监测技术是及时发现套管缺陷、避免设备事故的重要手段,然而介损监测数据易受气象环境等因素影响而发生波动、引发误告警。为尽可能减少由于气象因素而引起的监测误告警,文中对实际在运瓷外套油纸绝缘套管的监测数据和相应气象环境数据进行了关联分析,结果表明:介损监测值与降雨呈明显正相关关系,而与环境温度、湿度的相关性不显著。为解释以上现象,笔者构建相应的变压器套管等值电路模型,并应用该模型很好的说明了套管介损受降雨影响的机制。基于降雨和介损监测值的相关特性,研究提出了相间比较法、气象综合预警法以及延时预警法等3种预警策略,以排除降雨对介损监测数据的干扰,经实测数据验证,后2种方法具有较好的排除降雨干扰的效果。     

载流条件下环氧胶浸纸套管温度分布及绝缘特性

为研究环氧胶浸纸套管内部温度分布及对应的绝缘性能，构建了套管温升与绝缘性能同步测试回路，获得了不同电流下套管芯体温度分布及热点温度对套管绝缘性能的影响规律。结果表明：载流条件下套管油端芯体最大直径处存在由于热量累积导致的局部热点；在与套管绝缘材料接触的热点温度<100℃时，绝缘介质中松弛极化损耗现象明显，tanδ随频率变化曲线存在损耗“峰”和“谷”，曲线随着温度增加向高频方向平移，当热点温度>120℃时，绝缘介质中电导损耗作用突出，tanδ随频率变化曲线在对数坐标系中呈直线下降趋势；热点温度>140℃将损坏套管内部绝缘，恢复常温后tanδ和电容量急剧增加，绝缘电阻大幅下降；当热点温度>200℃时，套管内部将产生大量气体，芯体开裂，tanδ突增而电容量突降。该研究可为套管优化设计、试验及运行状态评估提供参考。     

基于数据分析的变压器套管新型在线监测预警策略研究

套管是电力变压器的重要附件,其安全稳定运行至关重要。为此,常采用在线监测技术对其运行状态进行实时监测。在电网内部,变压器套管在线监测系统已有一定应用。然而,监测数据不仅取决于套管自身绝缘性能,而且受温度、湿度和系统运行电压等环境因素影响,且当前各套管监测厂家推荐的预警策略各异,难以满足应用要求。因此研究适宜的在线监测预警策略至关重要;文中对广东电网在运变压器套管的介损值历史监测数据进行了统计分析。研究发现变压器套管在线监测应用过程中会出现短时性、间歇性的数据异常,异常率接近1%,导致监测系统告警。剔除这些异常数据后,套管介损在线监测数据相对平均值在±15%范围内小幅波动,数据分布近似服从正态关系,进而提出在线监测时介损值相对变化应小于30%的新预警策略,优化了原有的预警策略,新的预警策略适应了不同类型变压器套管的出厂值差异,适用性更强。     

SF_6分解产物测试在高压直流套管状态诊断与分析中的应用

文中完善了带电状态下的SF_6气体监测手段,在设备带电状态下开展SF_6气体的现场分解物测试,并结合离线气相色谱检测手段对SF_6高压直流套管开展长期的运行监测。在电气试验未发现套管缺陷的情况下,文中通过SF_6气体分解物监测手段及时地发现了内部缺陷并发出预警。套管在更换后返厂解体,发现套管内表面分布有大量固体粉末并存在明显的高温过热痕迹,验证了SF_6分解产物监测手段在设备状态诊断中的有效性及可靠性。     

高压组合电器中SF6分解产物SO2F2红外吸收特性及其检测传感装置研究

特高压硫酰氟(SO_2F_2)气体作为气体绝缘全封闭组合电器(GIS)气室中六氟化硫(SF_6)分解产物的特征组分,对其进行检测分析可实现GIS设备的早期潜伏性故障识别。搭建光程池温度、压强可调的傅里叶变换红外吸收光谱仪(FTIR)系统,利用FTIR实验及HITRAN数据库得到的吸收谱线参数,对SO_2F_2气体的红外吸收谱线及其交叉干扰特性进行分析,选取中心波长2 763 cm~(-1)位置作为SO_2F_2气体的特征吸收峰,并对SO_2F_2在该波段位置附近受温度和压强影响的红外吸收特性进行研究。结果表明:HITRAN数据库模拟仿真红外光谱与实验数据吻合较好;当压强在50～300 k Pa范围内变化时,SO_2F_2气体在2 710～2 810 cm~(-1)波数范围内的峰值吸收系数随着压强的增加而增大,2 763 cm~(-1)位置吸收系数随压强的变化率为0.002 4 cm~(-1)/k Pa,增加压强可以提高气体检测灵敏度;当温度在298～338 K范围内变化时,SO_2F_2气体在2 710～2 810 cm~(-1)波数范围内的峰值吸收系数随着温度的升高而减小,2 763 cm~(-1)位置吸收系数随压强的变化率为0.002 cm~(-1)/K。分析结果对GIS设备故障SF_6分解产物SO_2F_2的红外光学检测技术研究具有重要意义。     

动力锂离子电池套管式空气冷却结构模拟

提出一种采用套管式结构的新型空气冷却电池热管理系统,空气在通道内交错逆向流动来降低电池组的温度和改善温度均匀性.采用三维传热模型,研究了冷却通道数量和入口气体流速对电池最高温度和最大温差的影响以及传热机理.结果表明,套管式冷却通道可以降低电池的最高温度,并改善温度均匀性.入口气体流速的增加,对降低电池最高温度有积极作用,但也会引起电池的局部温差增大.同时还发现气体流道数和入口流速均存在饱和值.当通道数大于4,流速大于2 m/s时,温度变化幅度均显著减小.     

发电机用温度传感器电信号在传输中受电磁干扰的分析

通过对大容量发电机内部温度在线监测的实际情况研究,分析了DCS控制系统在监测过程中受到干扰的原因及干扰的形态,提出了剔除干扰的措施和方法,从而达到减少测温元件输出信号受干扰影响的目的。     

光纤复合型110 kV油纸套管研制及内部温度分布特性

油纸电容式套管是油浸式变压器的重要部件，为实现套管内部温度监测，提出将单模光纤和多模光纤并行缠绕于电容芯子外侧，利用布里渊光时域分析和拉曼光时域反射光纤传感技术对其进行全时空温度监测的设计方案。利用有限元仿真计算得到布设光纤前后套管局部场强变化幅度较小，由0.673 kV/mm改变为0.752 kV/mm；同时对光纤进行了热老化试验，验证了方案的可行性，并研制出1根光纤复合型110 kV油纸套管。在施加电压为126 kV时，套管局部放电量为5.03 pC，局部放电试验结果满足国标要求。通过温升试验测量得到套管温度数据并进行了温度场仿真研究，实测数据表明套管表面轴向温差达到45.2℃，而内侧芯子轴向温差仅为6.7℃，结合仿真结果推理得到套管内部存在上、下油循环且油流方向相反。该套管的研制可为油纸电容式套管的状态监测提供新的思路与参考。     

天生桥二级水电厂#2变压器事故原因分析

为了查明天生桥二级水电厂发生的套管故障爆裂并引发变压器故障和事故扩大的原因,对套管进行了解体检查,判明事故原因为套管制造中的工艺缺陷,运行电压下产生局部放电,并最终导致绝缘击穿;在模拟分析计算了几种故障情况下变压器箱体内的压力分布后,确定压力释放装置设计不合理,导致故障情况下的箱体压力得不到有效释放和瓦斯继电器破裂,引发火灾,事故扩大。建议修复后的变压器加装压力释放装置,将该类型的瓷套管更换为干式套管,尽量避免采用三相油路相通的设计;对运行中的同类套管,加强电容量及介损的监测和分析。     

基于频域介电谱的油纸绝缘套管局部受潮诊断研究

套管受潮初期多为局部受潮,因此局部受潮的有效诊断可避免套管受潮过程的进一步发展。本文采用频域介电谱(FDS)对套管局部受潮诊断方法进行研究。首先制备梯度含水量油纸绝缘样品,组合形成局部受潮等效试样,并获得其FDS特性。结果表明,局部受潮会形成不同含水量油纸绝缘界面,在FDS曲线中产生界面松弛极化损耗峰,径向局部受潮程度越大,损耗峰幅值越大,并向高频方向移动,因此基于界面松弛极化损耗峰特性可对套管局部受潮进行诊断。利用变压器套管仿真模型验证了所述方法的有效性,为变压器套管早期故障预警与诊断提供了新方法。     

基于频域介电谱法的油浸式套管受潮状态评估

为了定量评估油浸式套管主绝缘受潮状态,建立了考虑直流电导的Cole-Cole双弛豫模型。对实验室制备的不同含水量(0.53%、1.78%、2.97%、3.89%、5.03%)的72.5 kV油浸式套管模型进行测试得到对应的频域介电谱,采用建立的Cole-Cole双弛豫模型对测试结果进行拟合解析,提取表征油浸式套管内绝缘含水量的特征参数,并拟合评估公式。考虑温度对现场测试结果的影响,提出了适用于现场的油浸式套管受潮状态评估方法。案例分析结果证明了所提方法的有效性。     

温度对环氧胶浸纸套管FDS特性的影响

为研究温度对环氧胶浸纸套管频域谱特性的影响,以便更准确地将介电响应技术应用于套管受潮或老化状态评估,设计了不同温度下胶浸纸套管绝缘频域谱(FDS)测量试验,运用电介质极化理论对频域介电现象进行分析,并建立扩展Debye模型,利用遗传算法和内点法辨识各支路参数,通过模型参量变化分析温度对频域谱特性的影响规律。结果表明,随着温度的升高,低频区(10^–3~1 Hz)复电容实部随着温度的升高显著增大,介损和复电容虚部频谱曲线整体向高频方向移动;建立的6支路Debye模型与实测值基本相符,绝缘电阻R₀随温度升高而减小,几何电容C₀基本不变;采用基于“频温平移因子”的主曲线技术可有效消除温度的影响,实现将已知温度下的频谱曲线折算到未知温度,扩展了频谱曲线的测量范围;频谱曲线的“平移因子”满足Arrhenius方程,利用“平移因子”计算得到的活化能约为31.92 kJ/mol。因此,利用频域介电谱法评估受潮或老化状态时必须考虑温度的影响,否则将导致评估结果失实。     

油纸套管绝缘介质老化诊断分析

分析水分、温度和放电能量3种因素对纸纤维素长链及绝缘油碳氢键的影响;对比主绝缘tanδ测定和油中溶解气体色谱分析两种诊断方法,指出单一诊断方法存在的缺陷,提出采用综合诊断对套管绝缘状态作出精确评价。     

35kV户外真空断路器绝缘击穿故障分析及处理

为查找35 kV户外真空断路器绝缘击穿故障原因,对ZW7-40.5型真空断路器进行了交流耐压、瓷套绝缘电阻试验。分析了该型号的断路器外绝缘采用真空绝缘脂,此绝缘脂属于液体绝缘介质,设备在运行及安装过程中,会增加液体介质水分含量,易导致绝缘击穿引起设备故障。通过分析交流耐压试验数据,找到了绝缘击穿故障部位。介绍了绝缘击穿事故处理的查找方法,提出了避免断路器击穿的防范措施。     

油纸电容式套管的介质损耗因数分析

国内110 kV及以上变压器套管多数采用油纸电容式,虽然这种套管的绝缘水平较以前有很大的提高,但由于内部放电、过热、受潮等引起的变压器故障占变压器故障总数的很大比例。通过一个案例说明定期进行介损测量对防止套管事故的重要性,分析了套管介质损耗因数与温度、水分、电压的规律曲线,提高试验电压对有效地发现如设备进水受潮或游离老化等缺陷的必要性。     

Practical physical and chemical diagnostics of sealed paper-oil bushings in monitoring system

An algorithm of the full-scale physical and chemical diagnostics of the state of sealed paper-oil bushing is suggested in an elementary monitoring system based on a pressure sensor, combined moisture-temperature sensor, and temperature sensor. The three simple, tiny sensors enable one to carry out a valuable check of the paper-oil bushing in the monitoring system and to offer a solution to 25 problems in the functional and diagnostic check, including monitoring pressure limits; determining the oil saturation with gases; detecting oil leakages, oil and paper humidity, and the total amount of water in the bushing; and calculating the paper tangent of losses, specific resistance, and the degree of polymerization with the estimation of the residual resource with respect to some parameters.     

A diagnostic method based on RVM (return voltage measurement) for condenser bushings with oil–paper insulation systems

The bushing of a transformer is one part of the transformer system, but is as vital as the transformer itself because it forms a part of the main circuit. Deterioration and abnormal condition of the bushing possibly cause its destruction, shortage of the main circuit to the Earth, and fire in the systems, so that diagnosis of the bushings is thus very important. At present, mainly visual inspection from outside of the bushing is carried out. Inspection of the inside condition of the bushing by dissolved gas analysis of the inside oil is done only as sampling for selected bushings because it is difficult due to the sealed construction of the bushings. Therefore, a simple diagnostic method for bushings has been expected for a long time. In Eastern Europe, the RVM (Return Voltage Measurement) method based on scanning the polarization spectra was applied to the oil–paper insulation systems inside the transformer as a diagnostic method. In this paper we investigate theoretically the principle of the RVM method applied to bushings with the same oil–paper insulation systems as the transformer by using the equivalent circuit, and the possibility of using this novel diagnostic method for condenser‐type bushings is demonstrated by a model experiment. © 1999 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 130(1): 21–29, 2000     

受潮对油纸电容式套管频域介电响应的影响

设计制作了10 kV油浸纸套管模型,对该模型进行电势分布仿真,得出电势沿径向路径线性分布的结论。同时,套管模型实际工频电容测量值30.197 pF与理论计算值30.172 pF接近,套管模型基本满足实际需求。测试了不同受潮程度下套管的主绝缘与绝缘油的频域介电响应特性后发现:受潮缺陷会使主绝缘的介质损耗和电容在整个频域(10~(-3)~10~3Hz)内明显增加;受潮后的绝缘油介质损耗在整个频域内明显增加,而电容则在10~(-3)~10~(-1)Hz频段内明显增加,10~(-1)~10~3Hz内基本保持不变。最后选取特征频率点(10~(-3)、10~(-2)、10~(-1)Hz)下的电容值与工频电容值的比值为特征量有效地实现了对套管受潮状态的评估,为频域介电响应技术应用于油纸电容式套管的状态评估提供了理论参考。