直流电压下油中空间电场强度对油纸绝缘界面电荷特性的影响研究

直流电压下油纸绝缘界面电荷特性是换流变压器绝缘结构设计的巨大挑战。传统电阻-电容（RC）模型仅考虑由于油、纸材料的介电常数、电导率不同而引起的界面极化电荷，忽略了其他形式来源的电荷及其对空间电场的影响。本文基于Kerr电光效应原理，搭建了油纸绝缘结构油中空间电场特性非接触式、实时测量平台，针对变压器油-电工绝缘纸、变压器油-变压器纸板组成的复合绝缘结构，获得了不同极性、不同幅值直流电压下油中空间电场特性，计算并分析了界面电荷密度与RC模型计算的极化电荷密度的差异。结果表明：当油中场强较低时，油纸界面电荷以极化电荷为主；随着油中场强的增加，油纸界面电荷密度与RC模型计算极化电荷密度差异逐渐增大，出现了其他形式电荷的积聚，且其在界面总电荷量中占比逐渐增加，对电场强度的影响逐渐增大。     

极性反转电压下的油纸绝缘空间电荷特性

极性反转电压下换流变压器内部电场分布复杂，而空间电荷是引起电场畸变的重要因素。为研究极性反转电压下油纸绝缘空间电荷与电场分布特性，为此利用电声脉冲法开展了不同温度下单层油浸纸板与油-纸双层绝缘空间电荷试验研究。研究发现：不同温度下单层油浸纸板空间电荷在极性反转过程中变化很少，极性反转后电极附近电荷密度与电场畸变严重；温度通过改变反转前空间电荷分布影响极性反转过程中电场分布。双层绝缘中，温度升高导致油-纸界面电荷和纸中空间电荷密度降低；电压极性反转过程中，不同温度下纸内部空间电荷变化较少，常温时双层暂态电场符合容性电场分布；而60℃时油-纸界面电荷密度与极性快速变化，导致双层暂态电场分布不符合容性电场分布。     

大尺寸油纸绝缘结构多电压应力下空间电场特性

换流变压器油纸绝缘设计可靠性主要依靠仿真计算及简易等效模型下的电场实测校验,缺乏大尺寸复杂结构下电场实测验证,该文利用研发的基于Kerr电光效应的空间电场测量传感器,针对换流变压器阀侧出线大尺寸油纸绝缘模型,获得了直流电压、交流电压及极性反转电压下,模型不同油道内油中电场特性,试验结果表明:①正极性直流电压下,随着加压时间的延长,外侧油道的油中电场逐渐降低,内侧油道和中间油道的油中电场逐渐增加,稳态时内侧油道的电场强度比电容-电阻率(RC)模型计算值增大了2.04倍;负极性直流电压下,油道内电场特性与正极性电压下一致;②交流电压下,油中电场随加压时间基本保持不变,电场强度实测值与仿真值结果最大差异为4.08%;③极性反转电场下,极性反转时间越短,反转后油中电场越高,且不同油道内界面电荷积聚状态的不同会导致其油中电场过零点与外施电压过零点时刻不一致。该文提出了基于油纸界面电荷动态变化过程的油中电场分析方法,对直流电压及极性反转电压下油中电场及电荷特性进行了机理解释。     

交直流复合电场下油纸绝缘界面电荷对沿面闪络电压的影响

在交直流复合电场下,换流变压器的油纸界面会积聚电荷,使得油纸界面的电场发生畸变,容易引发沿面放电。为揭示交直流复合电场下油纸界面电荷对其沿面闪络电压的影响,采用针-板沿面放电模型,测量了交直流复合电场下油纸绝缘的沿面闪络特性,通过静电电容探头法测量了直流电压作用下沿面放电模型油纸界面的电荷分布。研究发现,负极性直流叠加交流电压下的油纸沿面闪络电压高于正极性直流叠加交流电压下的情况。原因是油纸界面积聚了与外施直流电压极性相同的界面电荷以及相同条件下油纸界面积聚的负极性电荷密度要大于正极性电荷密度。     

直流和工频电压下油浸纸绝缘系统空间电荷特性的差异

绝缘材料在交流电压下的空间电荷特性和直流电压下的空间电荷特性同等重要。输电系统中交流变压器的数量巨大,变压器内绝缘用油纸绝缘材料在交流电压下的空间电荷特性如何,尚未见研究报道。首先采用直流电声脉冲测试系统研究了油浸绝缘纸在正/负极性直流场强下的空间电荷特性,然后采用改进的基于电声脉冲法的空间电荷测试系统研究了油浸绝缘纸在工频电压下的空间电荷特性。结果表明:电场极性对油浸绝缘纸内部的空间电荷分布有决定性影响,在正极性直流场强下,积聚在靠近铝板电极侧绝缘纸-绝缘纸界面处的电荷极性是正极性,而在负极性直流场强下,其是负极性;在工频加压的正半周,铝板电极处的电荷极性为负,而在工频加压的负半周,铝板电极处的电荷极性为正,90和270相位下油浸绝缘纸内部界面处积聚的电荷极性相反;与直流电压下相比,工频电压下油浸绝缘纸内部积聚的电荷显著减少。     

直流电压下多层油纸绝缘介质的界面空间电荷特性

空间电荷对油纸复合绝缘结构电气性能的影响由于测量上的困难而至今尚未明了,多层复合绝缘结构使得空间电荷特性更加复杂。为此,应用电声脉冲(PEA)方法研究了电压极性对纸-纸和纸-油这2种双层绝缘结构中以及界面处空间电荷特性的影响。研究发现在2种结构的界面处积聚的空间电荷极性与施加电压的极性一致。对2种结构中空间电荷特性进行了比较,结果表明纸-油结构中空间电荷的运动速率比纸-纸结构中慢,并且具有更深的陷阱能级。通过分析认为双层介质界面处存在的势垒导致了界面电荷的积聚,其极性由电极的电荷注入、界面的陷阱、电场和介质的电导等因素协同决定;绝缘材料陷阱能级的不同是造成2种绝缘结构空间电荷运动速率不同的因素之一。     

直流和极性反转电压下石蜡基与环烷基变压器油纸界面电荷积聚特性及动态过程

以环烷基变压器油(N油)和石蜡基变压器油(P油)为研究对象,实测得到直流和极性反转电压下油纸绝缘空间电场和界面电荷动态过程。结果表明:恒定直流电压下,P油和N油纸界面电荷积聚速率和量值存在明显差别,P油油纸界面电荷积聚量为N油的0.86倍,电荷积聚速率小于N油的30%;极性反转电压下,极性反转时间对这两种油纸界面电荷动态特性影响较大,当极性反转时间1s时第一次极性反转后电场强度P油为N油的0.54倍,而当极性反转时间120s时P油为N油的1.65倍。从不同于理化特性、电气参数等传统性能指标的角度揭示了石蜡基油和环烷基油对油纸绝缘空间电场时空分布的影响机制,即不同品类变压器油中载流子迁移特性不同,导致油纸界面电荷分布形态出现不同规律。该文研究成果可为换流变压器设计时合理选用变压器油、校核优化绝缘结构提供新的思路方法和指导依据。     

油老化状态对油纸绝缘直流电场下空间电荷特性的影响

为了深入研究油老化对油纸绝缘直流电场下空间电荷特性的影响,通过加速热老化得到三组不同老化程度的绝缘油试样,并对其进行理化及电气特性分析;然后利用所得油样分别对经过真空干燥的新绝缘纸进行真空浸渍,得到3组油老化状态不同的油纸绝缘试品;进而采用电声脉冲法(pulsed electro-acoustic,PEA)在室温下分别测量了3组试品在施加直流电压和撤除电压情况下的空间电荷分布,讨论了油老化状态对油纸绝缘试品中空间电荷注入、积聚及消散等特性的影响。实验结果表明：施加直流电压下,3组油浸纸试品与电极界面处均发生了同极性电荷注入现象,油老化程度越严重,电极与介质界面处感应的电荷密度峰值越大,积聚在试品中的空间电荷总量也逐渐增大,负电荷积聚区域逐渐向阳极方向推进。撤除电压后,随着绝缘油老化程度的加重,试品中的空间电荷消散速率增大,且正电荷的消散速率大于负电荷的消散速率。     

绝缘纸中空间电荷效应的模拟研究

为明晰空间电荷对油纸绝缘纸板中电场强度的畸变效应、纸板老化状态与空间电荷的作用机制,采用双极性载流子输运模型,对不同老化状态的绝缘纸板中的空间电荷特性进行数值模拟。对于同一老化状态下的绝缘纸板施加直流电压时,纸板中会出现同极性电荷积聚现象,且正极性电荷的分布范围较负极性显著变窄;随着加压时间的增加,纸板中的电场畸变率呈增大趋势。当绝缘纸板老化程度加深时,其陷阱密度和深度均会增加,致使空间电荷在纸板的近电极侧大量积聚,进而削弱纸板和电极边界处的电场强度,加剧纸板内部的场强畸变;且绝缘纸板老化愈严重,空间电荷对电场的畸变作用愈突出,使得绝缘纸板加速老化,容易诱发绝缘击穿故障。研究结果可为变压器油纸绝缘设计提供参考。     

基于改进电声脉冲测试系统的油纸绝缘混合体系空间电荷动态行为特性

目前国内外关于油纸绝缘介质空间电荷特性的研究全部基于油浸绝缘纸,且已有的电声脉冲测试系统无法实现对油隙与油浸纸组合而成的混合体系的空间电荷特性的测试。通过采用改进的电声脉冲测试系统首次对油隙与油浸纸板组合而成的混合体系的空间电荷动态行为特性进行研究,分析空间电荷积聚对油纸混合体系内部电场分布的影响。研究发现油纸绝缘界面处及油浸绝缘纸内部积聚的空间电荷和电场畸变程度与绝缘油和油浸纸板的电导率关系很大。由绝缘油劣化导致油纸绝缘系统的电导率提升更易引起油浸纸内部场强严重畸变,油浸纸内部最大场强约达到平均场强的2.5倍。而由油浸纸电导率增大引起的油纸绝缘系统的电导率提升减轻了油浸纸内部的电场畸变程度,但电荷快速迁移会导致介质热效应显著也易诱发击穿。消除绝缘结构界面引起的空间电荷积聚效应、限制空间电荷在绝缘介质内部的快速迁移或使电荷在介质内部分布更加均匀,从三方面出发将有助于抑制空间电荷的危害。     

铅蓄电池充电技术

阐述铅蓄电池的恒流或恒压正常充电方法及欠充、过充、快速充电问题 ,VRLA贫液阀控电池在充电时防止产生热失控的方法 ,及VRLA贫液设计时解决热失控的方法与参数。     

铅酸蓄电池充电控制策略

铅酸蓄电池以其容量大、寿命长、性价比高、输出电压稳定等优点被广泛应用于各个领域。优良的充电控制策略不仅能缩短充电时间,而且能相对延长蓄电池使用寿命,因此,铅酸蓄电池充电控制策略在其应用过程中占有重要地位,并已取得了长足发展。在现有铅酸蓄电池充电控制策略基础上,对其进行分类和归纳,总结了不同充电控制策略的特点及其应用场合,为铅酸蓄电池充电控制策略研究和工程应用提供参考。     

铅酸蓄电池充电技术的研究

分析了铅酸蓄电池常规充电、快速充电和智能充电的原理及特点;阐述了初充电、补充充电、去硫充电、预防硫化过充电、锻炼循环充电和均衡充电的工艺过程及注意事项。     

固体绝缘材料空间及表面电荷测量方法

积聚电荷的测量对于研究高压绝缘材料介电及绝缘性能方面起着相当重要的作用。近年来,国内外学者对固体绝缘材料内部及表面电荷测量方法进行了大量的研究,并取得了一些有意义的进展。本文对积聚在固体绝缘介质中的空间电荷和表面电荷的测量方法以及需要解决的问题进行综述。     

脉冲放电粒子荷电机理的研究

脉冲电晕放电在脉冲期间产生大量的高能电子,形成粒子在电场中的电子荷电。依据粒子附近的电子密度Ｂｏｌｔｚｍａｎ分布和电子在粒子表面传输的速率方程,在电子的动能大于或等于粒子表面势垒能的边界条件基础上得到粒子在脉冲电晕场中粒子荷电的速率方程,并利用龙格库塔法求解荷电速率方程得到粒子在脉冲放电条件下的荷电量。计算结果表明脉冲放电下的粒子荷电量平均是直流电晕放电的离子荷电量的２０倍,最大荷电量是０５～１５μｍ范围内的粒子,荷电量是直流电晕的２６倍。这一结果不仅与Ｄａｖｉｄ的粒子自由电子荷电理论结果相似,而且与微细粒子电子荷电量测试结果基本一致。     

脉冲充电提高铅蓄电池充电效率的研究

针对目前铅蓄电池充电方法不当而大大缩短电池使用寿命这一情况,采用三电极体系模拟小容量铅蓄电池。电化学测试系统代替充电器对电极体系的充电过程作了大量的试验研究,通过比较几种充电模式的充电效率,证实脉冲充电方法是一种低析气量、高效率的充电模式。重点考察了脉冲充放电时间比以及脉冲放电电流对充电效率的影响,得到了最佳脉冲参数并探讨了脉冲充电可以提高充电效率的机理。     

密封MH-Ni电池快速充电控制方法的研究

D型MH Ni电池以 1C电流充电 ,测量电池电压和温度 ,计算不同充入容量下的充电接受率。结果表明充入容量为电池实际容量 10 5 %～ 110 %时充电接受率最大 ,采用电池表面温度变化率dθ/dt=2℃ /2min控制电池充电终止 ,可使电池 1C充电时充入容量控制在此范围。此方法优于用 -ΔV和温度控制MH Ni电池充电终止的方法。     

对阀控式铅酸蓄电池存在问题的分析

对阀控式铅酸蓄电池在使用维护方面所存在的问题进行了分析和总结，并提出了相应的要求。     

铅酸蓄电池的快速充电

研究了铅酸蓄电池的快速充电,结果表明,衡量和影响铅酸蓄电池快速充电的指标包括充电的快速性和蓄电池的出气率、出气量、温升及寿命等。充电接受率是研究快速充电的基础,它是最大起始接受电流与尚须充进容量的比值。对于任何一定的待充进容量,充电接受率愈高,最大起始接受电流愈大,充电速度就愈快,因而充电时间由蓄电池的容量和初始电流决定。目前,能够实现的快速充电方法主要有恒定出气率、电量控制、恒定电压、定电流定周期、定电流定出气率、定电流定电压、定电压定频率等方法。     

小矩型密封镉镍电池快速充电时间的研究

通过对ＧＮＦ０．４快速充电（１Ｃ５）时不同充电时间的控制,研究了不同充电时间对电池放电容量的影响。研究结果表明,以控制快速充电（１Ｃ５）时间不超过７８ｍｉｎ最为适合,能有效地提高充电效率,减少气体的析出,延长电池的循环寿命。