稍不均匀场中负极性振荡型操作冲击电压下的变压器油击穿特性

操作冲击电压对电力变压器的侵袭频率高于雷电冲击电压。目前针对振荡型操作冲击电压和标准操作冲击电压下变压器油击穿特性研究较少,振荡波形更符合工况实际波形。为此采用3、6、12 kHz 3种频率的负极性振荡操作冲击电压(OSI)和标准操作冲击电压(SI),以间距2.5 mm的板-板电极构成稍不均匀电场模型,研究该电场下变压器油在操作冲击电压下的击穿特性,记录了这3种频率的振荡操作冲击电压和标准操作冲击电压的击穿波形,统计并分析了不同冲击电压下的伏秒特性以及击穿电压概率分布。结果表明:标准操作冲击电压的击穿点集中分布在波形幅值处,少量分布在波尾;振荡操作冲击电压的击穿点分布在各振荡波峰附近,且大部分集中在第1个波峰处;对比10%、50%和90%的击穿概率电压,振荡操作冲击电压高于标准操作冲击电压;对比伏秒特性曲线,振荡操作冲击电压高于标准操作冲击电压,且当振荡频率上升,伏秒特性曲线的电压水平上移;振荡操作冲击电压的Weibull分布曲线更为平缓,随着振荡频率上升,覆盖电压范围更广,在高压区域呈"分散"现象。     

振荡型雷电冲击电压下变压器绕组电压分布特性

利用振荡型冲击电压进行变压器冲击耐压试验具有波形易于调节、产生效率高的优点,为了研究振荡型类雷电冲击电压和标准雷电冲击电压波形在变压器绕组中分布特性的差异,利用能够产生不同类型冲击电压的发生装置,实际测量了变压器绕组各出线端的电压波形,研究和分析了其分布特性及影响规律。结果表明,相比标准雷电冲击电压波形,振荡型雷电冲击电压波形畸变更为明显,其对变压器绕组首端位置主绝缘和纵绝缘的考核严酷程度更高。     

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。     

振荡雷电冲击电压下气体绝缘组合电器中极不均匀场击穿特性研究

气体绝缘组合电器(GIS)是电力系统中的关键设备,冲击耐压试验是其安全可靠运行的重要保证。其中,振荡雷电冲击(OLI)和双指数雷电冲击(ALI)均适用于现场,但目前对两类波形异同的认识还不清晰,因此应首先研究OLI和ALI下绝缘缺陷的放电特性。该文针对GIS中极不均匀电场,构建高压导杆尖端缺陷,对比研究其在OLI和ALI下击穿特性。首先搭建冲击电压发生器,产生四种OLI和两种ALI;然后在363kV GIS中构建高压导杆尖端缺陷,尖端长12mm,端部曲率半径0.4mm,进而通过试验研究其50%击穿电压和伏秒特性。结果表明OLI和ALI下50%击穿电压差异极小,从检测尖端缺陷的角度而言,它们是等效的;随着波前时间的增大,50%击穿电压先降低后升高,3ms时最低,比1.2ms低1.5%,13ms时则升高约10%;OLI下击穿点集中在各波峰附近,伏秒特性呈分散状,ALI下则连续分布在波峰附近,当波前时间大于3ms时,两类波形下伏秒特性趋于重合。研究成果加深了对振荡雷电冲击下SF6中极不均匀场放电现象的认识,也为GIS现场冲击耐压试验波形参数的科学选择提供了支撑。     

振荡冲击电压下SF_6极不均匀场间隙的放电特性

根据IEC 60060-3所规定的振荡冲击电压波形,研究了在正极性振荡雷电冲击电压和振荡操作冲击电压下SF6气体极不均匀场间隙的放电特性,包括SF6压强(P)和50%起晕电压(UP50)关系、SF6压强(P)和50%击穿电压(UB50)关系等。并且比较了振荡雷电冲击和标准波雷电冲击下SF6气体极不均匀场间隙的放电特性的异同。结果表明,振荡型冲击电压因其振荡特性,使SF6极不均匀场间隙的放电次数增加,这有利用发现GIS中存在的例如导电尖刺等电极缺陷;等波头的振荡冲击波和双指数冲击波作用下SF6极不均匀场间隙的有着相似的放电特性,这对振荡型冲击波替代双指数波在较高等级的GIS现场耐压试验中的运用有重要的指导意义。     

多次双极性振荡衰减冲击电压作用下的油纸绝缘累积效应

为研究电力变压器实际遭受的雷电冲击电压波和IEC规定的标准雷电冲击电压波(SLIW)对油浸绝缘纸累积作用,基于变电站实测的雷电侵入波形,通过试验方法产生了不同波形参数的双极性振荡衰减冲击电压,采用匝间绝缘模型模拟真实状况下油纸绝缘所承受的电场,并通过测量冲击电压幅值与冲击电压累积次数之间的关系特性和不同次数冲击电压作用前后相对介电常数等电气参数,探索了多次冲击电压作用对油纸绝缘的累积效应。研究表明:多次双极性振荡衰减冲击电压作用下油纸绝缘表现出明显的累积效应,在不同波形参数的冲击电压作用下油浸绝缘纸的U-N特性曲线均呈指数变化规律;在相同电压幅值下,油浸绝缘纸对双极性振荡衰减波的累积耐受能力比标准雷电冲击电压波更好,表明相同电压幅值下标准雷电冲击电压对绝缘的要求偏严;油浸绝缘纸的相对介电常数和介质损耗角正切值均随累积次数的增加呈明显上升趋势,表明多次双极性振荡衰减冲击电压作用对油纸绝缘性能有明显的影响。     

不同类型雷电冲击电压下变压器绕组电压分布特性研究

研究表明,变压器在运行过程中所承受的雷电冲击电压在到达线端时均呈现振荡形式。为了研究不同类型雷电冲击电压在变压器绕组中分布特性的差异,本文笔者通过仿真建立变压器绕组模型,得到了不同冲击电压下绕组内部的响应。同时利用绕组分布电压测量平台,研究和分析了其分布特性及影响规律。结果表明,相比标准雷电冲击电压波形,振荡型雷电冲击对绕组端部绝缘的考核更加严格,但其对于绕组主绝缘的考核相对宽松。     

非标准雷电冲击电压下油纸绝缘击穿特性

变压器实际遭受的雷电冲击电压的波前时间及持续时间变化范围很大,传播过程中的折反射还会造成雷电波的波形振荡。雷电侵入变压器绕组后会引起内部谐振,在匝间和饼间形成较高电位梯度,从而导致匝间和饼间的击穿事故。因此设计了油-隔板和匝间绝缘模型,研究了冲击电压波前时间、振荡频率对绝缘模型击穿特性的影响。结果表明:2种绝缘模型击穿电压均随波前时间的降低而增加,波前时间0.25μs陡前沿冲击电压下的U50%比标准雷电冲击下提高了10%~17%;对于匝间绝缘模型,其放电时延受绝缘层厚度和波前时间的影响显著,并且放电时延对波前时间的敏感度随着纸层层数的增加而升高;匝间绝缘模型能够耐受幅值比标准雷电冲击电压幅值更高的振荡雷电冲击电压,模型的U50%击穿电压随振荡频率增大而增大,振荡频率335 kHz时的U50%是标准雷电下的1.25倍;此外,当匝间绝缘模型中绝缘纸总厚度保持恒定时,绝缘纸层数的增加提高了绝缘模型的击穿强度。     

基于固态开关的单级冲击电压发生器设计与实现

电力变压器在运行过程中可能遭到雷电过电压和操作过电压的作用,由于其自身电压等级、额定功率和设计布局等差异,导致入侵的电压波形通常和IEC标准有很大不同,评估其绝缘强度时有必要开展不同波形参数冲击电压下典型绝缘击穿特性试验研究。为此设计并搭建了一套基于固态开关的冲击电压发生器,通过调节回路中电容和电阻参数,可产生包括标准雷电冲击电压和标准操作冲击电压等7种不同波形参数的冲击电压。实验测试与回路仿真所得波形近似,冲击电压的波头时间和波尾时间满足标准规定允许的偏差范围。     

非标准雷电冲击电压模拟技术研究

变电站内实际遭受的雷电冲击电压与在高压设备试验中所用的标准雷电冲击电压存在很大差异。为探讨变电站内设备实际可以承受的非标准雷电冲击电压与标准雷电冲击电压(1.2/50μs)的差异,设计了一种可以产生模拟非标准雷电暂态电压波形的电路,可对电路元件参数进行调节,研究电路中不同的元件参数对产生的非标准雷电冲击电压波形的影响。非标准雷电冲击电压波形大多是振荡型冲击电压波形,通过Matlab Simulink进行电路仿真,依据仿真设计出能够产生非标准振荡型冲击电压波形的电路。研究结果表明,仿真电路产生的电压波形与实际电路测量得到的冲击电压波形相比较基本一致。该研究为进一步探讨非标准雷电振荡型冲击电压对电介质击穿特性的试验奠定了基础。     

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。     

特快速瞬态过电压和雷电冲击作用下特高压GIS绝缘特性

随着电压等级的提高,气体绝缘开关设备(GIS)的额定雷电冲击(LI)耐受电压和特快速瞬态过电压(VF-TO)水平的差异越来越小,由VFTO引起的绝缘事故也日益严重。为研究特高压GIS在VFTO下的绝缘耐受水平,设计了VFTO模拟产生装置,研究了不同气压下SF6棒-板和球-板间隙在VFTO和雷电冲击下的绝缘特性。实验结果表明:稍不均匀电场间隙在VFTO下的击穿电压高于雷电波;对于高气压下棒-板间隙,负极性VFTO下的击穿电压和伏-秒特性曲线位于雷电波之下;雷电冲击下棒-板间隙极性效应在一定的气压下会出现反转现象。分析表明:在不同冲击波前和振荡波尾的VFTO和雷电波作用下SF6气体间隙击穿特性的差异与放电过程中空间电荷行为的差异有关。     

基于先导发展法的绝缘子串伏秒特性研究

目前绝缘子串伏秒特性主要通过冲击放电试验获取,成本较高,且现有研究伏秒特性的模拟计算方法只考虑了标准雷电波的情况。针对上述问题,结合空气间隙的放电研究,基于先导发展法建立了考虑绝缘施加电压波形的伏秒特性计算方法,利用该方法计算了25片XP-160绝缘子在标准雷电波下的伏秒特性,并与实测及IEEE推荐雷电波下绝缘子的伏秒特性进行比较。结果表明本文提出的计算方法可以更加准确地模拟绝缘子的实际放电行为,可以作为模拟绝缘子串伏秒特性的1种新的计算方法。     

振荡型雷电冲击电压下油纸绝缘气隙模型局部放电特性

研究了基于IEC60060-3标准的振荡型雷电冲击电压下油纸绝缘气隙模型的局部放电特性,建立了1台符合IEC60060-3标准的振荡型雷电冲击电压发生器,它能够产生各种类型的振荡型雷电冲击电压波形,正负极性可调。利用高频电流传感器(HFCT)测量振荡型雷电冲击电压下的局部放电,结果表明,振荡型雷电冲击电压的极性和振荡频率对局部放电特性的影响很小,且其幅值与局部放电个数呈正比例关系。     

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。     

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。     

双极性振荡衰减冲击电压作用下油浸绝缘纸的绝缘累积效应特性

变压器内油纸绝缘在雷电冲击电压的重复作用下会产生累积损伤,从而对变压器的安全运行产生威胁。实际侵入变压器的雷电冲击电压波受变电站进线衰减、折反射及绕组谐振等因素的影响,具有显著的振荡特性,该波形与IEC规定的标准雷电波形有显著差异。为此基于变电站实测的雷电侵入波形,通过试验方法产生了不同波形参数的双极性振荡衰减冲击电压,采用柱–柱电极结构测量了冲击电压幅值与冲击电压累积次数之间的关系特性(U-N特性)。通过观察累积冲击作用前后油浸绝缘纸的微观形貌变化并测量其相对介电常数和介质损耗角正切,探索了多次冲击电压作用对油浸绝缘纸的累积损伤效应。研究表明,多次双极性振荡衰减冲击电压作用下油浸绝缘纸表现出明显的累积效应,随着冲击次数的增加,电极覆盖区域的试品表面会出现乳白色胶状附着物,且试品表面的纤维结构发生变化,粗糙程度逐渐增大,其相对介电常数和介质损耗角正切值均呈明显上升趋势。     

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。     

变压器套管电场强垂直分量对操作冲击放电特性的影响

为研究变压器套管电场的强垂直分量对操作冲击放电特性的影响,对3种电场分布不同的绝缘结构开展了真型试验。在2种波前时间下,获得了50%放电电压特性曲线,同时建立了110kV油纸电容式变压器套管模型,仿真研究了3种结构的电场分布情况,并通过高速摄影仪观测了3种结构操作冲击放电的过程。结果表明:垂直电场分量通过改变电场不均匀程度会影响操作冲击放电特性;去除电容芯子使垂直电场加强的结构,在操作冲击电压下发生了滑闪放电,空气间隙击穿的迎面流注–先导过程被滑闪放电取代,与标准套管相比,由于电场均匀性提高以及滑闪放电发展受伞裙阻挡,操作冲击放电电压预计升高约11.1%。     

配网设备振荡型冲击电压试验技术研究

振荡型雷电冲击电压由于具有易于调波、效率高、适合现场使用等优点而被广泛地应用于设备现场试验.当前配网设备种类繁多,数量庞大,运行可靠性难以保证,但可以通过对设备进行振荡型雷电冲击电压试验检测来提高可靠性.本文针对不同类型配网设备的结构特点和参数,研究了开关类设备和配电变压器振荡型雷电冲击电压试验波形的区别及相应的调波方...