振荡冲击及交流电压下绝缘子表面金属微粒放电特性研究

近年来由于绝缘子沿面放电引起的绝缘故障较为多见,冲击耐压及冲击下局部放电检测是绝缘考核和诊断的有效手段。文中采用IEC 60060-3推荐的振荡型雷电及操作冲击和工频交流电压,针对110 k V气体绝缘组合开关设备(GIS)真型绝缘子金属微粒缺陷模型进行了局部放电特性研究。在工频交流(AC)电压下,局部放电起始电压和闪络电压的差值小于2种振荡型冲击电压,其随气压增大而增加;在冲击电压下,局部放电大多发生在振荡周期的上升沿处,在电压波谷处会出现相反极性的局部放电脉冲;金属颗粒位置对放电量、放电重复率等影响较大。结论表明,相比于工频交流电压,GIS绝缘子表面金属颗粒缺陷在外施电压为振荡型冲击电压时易产生局部放电,说明了振荡型冲击电压局部放电检测具有较高缺陷检出能力。     

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.     

SF6气体中绝缘材料高频沿面放电特性的实验研究

为解决干式高频变压器存在的绝缘劣化和散热性能较差的缺陷,拟采用SF6气体作为高频变压器的绝缘材料与冷却媒介,而沿面放电通常是导致变压器绕组匝间绝缘失效的主要原因之一.通过搭建气-固沿面放电实验平台,选取聚酯薄膜及聚酰亚胺薄膜作为研究对象,研究高频方波下SF6气体中绝缘薄膜的沿面放电特性,分析电压频率以及气体压强对闪络电...     

频变电应力下高频电力变压器绝缘沿面放电形态及发展过程

沿面放电是导致绝缘失效的主要原因之一。为研究高频电力变压器绝缘在频变电应力下的沿面放电形态及发展过程,搭建了高频沿面放电实验平台。首先在10~40 k Hz正弦电压下,测试了不同频率下的沿面放电起始、闪络电压及沿面寿命,然后采用恒压法开展沿面放电实验,记录了放电起始、发展至闪络的整个过程,获得了不同阶段的放电特征参量和放电相位谱图,并结合二次电子发射雪崩模型和陷阱理论,对沿面放电的发展演化过程进行了分析。实验及分析结果表明,电压频率的升高会导致沿面闪络电压的降低和沿面寿命的缩短;高频下聚酰亚胺的沿面放电形态为直线型,在放电的不同阶段,放电幅值、次数、相位谱图及其统计量均呈现出特定的变化规律,可作为沿面放电发展程度的评估指标;绝缘表面电荷分布和陷阱参数对沿面放电特性有重要影响,是进一步揭示沿面闪络机理的关键。     

冲击电压下SF6气体绝缘中局部放电及其检测技术研究现状及展望

阐述了开展冲击电压下SF6气体绝缘中局部放电及其检测技术研究的意义,以及冲击电压下局部放电的研究手段和设备现状,包括振荡冲击电压发生器、典型绝缘缺陷模型和冲击电压下局部放电的检测方法等方面。介绍了现阶段冲击电压下SF6气体绝缘中局部放电的研究仍处于实验室阶段,重点仍在于冲击电压下典型绝缘缺陷模型（针板电极和绝缘气泡）局部放电的发展机理和特征,在实际生产中应用仍需要进一步研究;最后提出了该项研究目前存在的问题及以后的研究方向。     

基于3D打印建模的变压器典型局部放电模型研究

局部放电是造成电力变压器绝缘劣化、沿面闪络或绝缘击穿的重要原因。为了对变压器内部局部放电类型进行模式识别,基于3D打印技术设计加工了4种典型变压器内部局部放电绝缘缺陷模型,并搭建局部放电模拟试验平台对各模型进行测量,通过对比分析各模型的n-q-φ谱图,总结出不同谱图的特点,对变压器的局部放电类型识别具有一定的指导意义。     

GIS绝缘子表面固定金属颗粒沿面局部放电发展的现象及特征

为研究气体绝缘全封闭式组合电器(gas insulated switchgear,GIS)设备中绝缘子表面固定金属颗粒沿面局部放电发展的现象及其特征,搭建了一套220 kV GIS设备沿面放电缺陷发展实验平台,采用逐步升压法对绝缘子表面固定金属颗粒的沿面局部放电进行长期试验,观察到了放电起始、发展直至沿面闪络的现象。利用测量到的局部放电随时间变化的趋势图、散点图、二维柱状图、灰度图,描述了沿面局部放电发展的现象并获得了相应的图谱特征。试验结果表明:GIS设备绝缘子表面固定金属颗粒沿面局部放电发展现象呈现出电晕放电、电晕放电和沿面流注放电共存、沿面流注放电3个主要阶段。     

交流叠加冲击电压下环氧绝缘内部气隙局部放电特性

GIS设备在运行过程中时常会受到各类瞬态冲击的作用,交流叠加冲击将严重威胁设备的绝缘安全。为掌握交流叠加冲击电压下环氧绝缘子的绝缘特性,构建叠加电压实验平台,研究分析SF6中环氧绝缘内部气隙缺陷在工频交流与操作冲击叠加电压下的局部放电特性,记录冲击过后的局部放电时域波形,统计最大放电量与放电次数,总结分析交流电压不同相位叠加冲击时的局部放电激发特性和规律。结果表明,操作冲击电压的叠加相位对绝缘内部气隙缺陷的局部放电起始特性具有显著的影响。在交流电压45°、90°与135°叠加操作冲击时可激发气隙缺陷发生局部放电,但放电剧烈程度存在差异;冲击叠加在其他相位时未能激发环氧绝缘内部气隙缺陷产生局部放电;冲击所激发的局部放电持续时间均不超过5个工频周期。     

温度对油纸绝缘沿面放电发展过程的影响

为了研究温度对油纸绝缘沿面放电发展过程的影响,构建了一个模拟变压器沿面放电的试验平台,其中包括沿面放电模型、变压器内部环境模拟系统和局部放电检测系统。在此试验平台上,模拟了变压器内部60、90、100°C温度,采用逐步升压法来加速沿面放电的发展。使用常规脉冲电流(CIC)测量方法检测局部放电的信息,采用照相方法记录沿面放电在纸板上产生的炭化痕迹,观测了3个温度下油纸绝缘系统中沿面放电的发生、发展、直至沿面闪络的过程和现象。结果表明:随着油温的升高,沿面放电模型的局部放电起始电压和闪络电压在不断降低;高油温下,沿面放电对纸板的破坏程度更加严重。这些结果为评价温度对油纸绝缘沿面放电的影响提供了依据。     

高频电压下油纸绝缘系统的局部放电及产气特性研究

高频变压器在提升电能传输效率的同时,也会加速油纸绝缘系统缺陷的劣化进程。为研究油纸绝缘系统在高频电压下的劣化特性,采用柱板模型模拟油纸绝缘的沿面放电缺陷,搭建高频局部放电试验平台,在10、20、30 k Hz电压下采用恒压法进行多组局部放电试验。利用摄像机和罗氏线圈分别记录试验现象和放电信号,分析高频电压下局部放电图谱和产气特性,并与工频局部放电试验的结果进行对比。结果表明:随着频率的提高,油纸绝缘系统的局部放电起始电压显著降低,单位时间内关键气体的产气量明显提高;但在高频电压下,绝缘油的劣化比绝缘纸板的劣化更为严重,因此提高了关键气体中H2的比例。由于空间电荷效应,放电相位集中于电压极性反转相位附近,且高频电压下的放电相位比工频电压下的放电相位宽;同时,在高频电压下,电压的上升速率、单周波内的有效放电时延受到频率的影响,使单周波内的平均放电幅值、平均放电次数在20 k Hz附近出现极大值。     

SF6气体绝缘开关设备典型绝缘缺陷的局部放电发展规律及诊断方法研究

我国110 kV及以上电压等级的输电网中大量采用SF_6气体绝缘开关设备(Gas Insulation Switchgear—GIS),特别是GIS设备在电网中的的应用越来越广泛。随着电压等级和系统容量的提高,电网中GIS设备内部绝缘故障概率趋于上升,设备缺陷检测及其状态判断是亟待解决的关键问题之一。针对此问题,本文主研究了应用特高频与超声波局部放电方法检测SF_6气体绝缘开关设备典型缺陷的相关技术,通过大量实验缺陷检测数据总结典型缺陷的发展机理及其不同发展阶段的信号特征,重点论述了GIS局部放电的检测方法,并对GIS的典型缺陷放电及其发展过程进行了试验检测与发展规律研究,给出了基于特高频和超声波检测法的检测特征谱图发展规律及诊断方法,最后引用一个GIS局部放电的典型案例进行了分析论证。     

SF6压力对GIS典型缺陷局部放电检测灵敏度的影响

气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)内部气压是影响局部放电检测灵敏度的重要因素。在局部放电实验平台中构建尖端、悬浮、气隙与沿面缺陷模型,基于特高频法、高频电流法与超声法开展气压0.2~0.5 MPa下局部放电信号特征的检测实验,并对比了高频电流法和超声法局部放电检测的灵敏度。实验结果表明：气压是影响尖端、悬浮与沿面缺陷放电的关键参数,3种缺陷放电起始电压与气压成正比,同一电压下的放电幅值和脉冲次数与气压成反比;气隙缺陷放电源于绝缘层内部气泡,因此设备气压对气隙缺陷放电影响不大。高频电流法可实现不同气压下的悬浮缺陷有效检测,但未测得气隙和尖端缺陷局部放电信号;SF₆压力降低,高频电流对沿面缺陷的检测灵敏度有所提升,但仍低于特高频法。超声法可实现不同气压下的悬浮和尖端缺陷有效检测,但未测得气隙和沿面缺陷局部放电信号;SF₆压力降低,超声法对尖端缺陷的检测灵敏度提高(当气压为0.2 MPa时,超声法对尖端缺陷的检测灵敏度与特高频法相当)。     

基于超声波飞行图的GIS自由金属微粒缺陷诊断研究

自由金属微粒是气体绝缘开关设备(GIS)中最常见的缺陷之一,极易引起绝缘子闪络等绝缘故障。建立了自由金属微粒的典型缺陷模型并进行大量局部放电试验,对信号的工频相位相关性进行判断,确定了不同缺陷类型、不同试验电压下放电超声波飞行图的特征差异,为GIS中自由金属微粒缺陷的识别和诊断提供了一种有效的方法。     

Impulse insulation characteristics of a composite insulation system having a wedge gap in SF6 gas

Impulse insulation characteristics were investigated in a composite insulation system having a wedge gap in SF₆ gas. The partial discharge inception voltages of wedge gaps with various types of film were measured and compared with the calculated breakdown voltages estimated from Paschen's curve of SF₆ gas. Also discussed is how the charge accumulated on the film surface due to a partial discharge had an effect on the creepage breakdown voltage. Partial discharge inception voltages in wedge gaps were higher with higher SF₆ gas pressures and with lower film permittivities. Creepage breakdown voltages depended little on gas pressures or on creepage distances. The dependency of breakdown voltages on gas pressures and the effect of polarity on the breakdown voltage differed with the types of film. This may be partly because the charge on the film due to partial discharge had an effect on the discharge propagation, and that charging of the film differed with the types of film.     

基于纳秒脉冲电压的固体绝缘材料缺陷检测

文中搭建了重复频率纳秒脉冲电压下局部放电检测平台,输出电压幅值30 k V、脉冲前沿100 ns,半高宽120 ns,重复频率最大10 kHz。在纳秒脉冲电压激励下,试品中的缺陷产生局部放电,局部放电的次数与所施加脉冲数一致,放电重复性好,放电量和局部放电起始电压易于统计,局部放电参量便于提取;连续脉冲下,可以通过试品放电量的变化过程来判断试品缺陷的发展情况。因此,纳秒脉冲电压可用于试品的绝缘缺陷检测,有助于开展固体绝缘材料在局部放电作用下破坏过程和机理的研究。     

基于SF6混合气体绝缘性能的设备补气策略研究

随着电力需求的增长和环境保护要求的提高,SF₆气体的使用逐渐受到限制。SF₆混合气体在一定程度上减少了SF₆气体用量,目前已经在电气设备中应用。文中针对SF₆混合气体在220 kV气体绝缘组合电器（GIS）中发生泄漏引起的绝缘变化展开研究,通过改变微量的气压值和混合比,探究混合气体的绝缘性能变化,分析气压、混合比因素对工频击穿电压的影响规律,获取各气压下各比例混合气体的绝缘强度曲线图,从而得到保证设备安全稳定运行的补气策略。研究发现,混合气体击穿电压的变化规律呈现出随着压强和混合比的提高,非线性程度增大的特点,并且得到了设备安全运行的混合比和气压的边界值。文中的研究可以为SF₆/N₂混合气体绝缘设备提供运维规程和技术标准,同时为制定混合气体的检测技术标准奠定基础。     

一起35 kV开关柜局部放电缺陷检测及分析

文中分析了一起35 kV开关柜局部放电缺陷案例,采用暂态地电压、超声波及特高频等多种局部放电带电检测技术进行分析诊断,利用电磁波时差法对局部放电源进行定位,结合开关柜内部结构给出局部放电源位置范围,停电检查发现A相避雷器引线与绝缘板间存在明显放电痕迹,验证了缺陷分析诊断及定位的正确性。结果表明,局部放电带电检测技术可以有效发现开关柜内绝缘缺陷,案例为类似开关柜缺陷处理提供经验。     

热氧老化EPR电缆绝缘局部放电特性及劣化机理

为了探究热氧老化后乙丙橡胶电缆绝缘的局部放电特性及劣化机理,文中通过典型柱–板电极对不同老化程度的乙丙橡胶试样进行了局部放电试验,并对其放电发展特性和材料理化性质进行了分析。结果表明:放电起始电压和闪络电压均随绝缘老化程度的提高而降低;根据放电过程中放电特征量的变化规律,可将放电过程划分为4个阶段:起始阶段、发展阶段、持续阶段、预闪络阶段,且不同老化程度试样的PRPD谱图在各阶段呈现出特定形状;老化后的试样表面气化或气体解吸附、内部添加剂成分析出导致试样表面出现"沟壑区"、白色块状物和"微孔",分子结构中的羰基等含氧基团、聚乙烯和聚丙烯等自由基数量的增加是乙丙橡胶绝缘在热氧老化后更易出现局部放电的关键原因。     

Effect of lightning impulse prestress on AC partial discharge characteristics in cast resin transformer

It is crucial for cast resin transformer to detect void and delamination existing in the cast resin because these defects reduce insulation performance of cast resin equipment. Furthermore, defects are likely to be mixed in cast resin because of several surface boundaries between resin and conductor. It is considered that detecting partial discharge (PD) is effective to diagnose equipment of power equipment. However, it is reported that withstand lightning impulse voltage test may give influence on AC partial discharge test, especially partial discharge inception voltage. This paper deals with accumulated charge in a void under AC voltage to investigate the effect of the impulse voltage prestress on subsequent AC PD characteristics in cast resin transformer. AC PD characteristics were compared before and after impulse application. In addition, recovery of PD characteristics was measured to investigate charge decay. As a result, the mechanism of prestress effect is revealed and surface charge density is estimated quantitatively in cast resin transformer.     

无机纳米颗粒抑制中压电缆终端气隙缺陷局部放电的有效性

针对中压电缆终端气隙缺陷中的局部放电(PD)导致终端绝缘迅速劣化的问题,提出了一种在气隙缺陷处填充TiO_2复合涂料抑制终端PD的方法,从终端PD特征及缺陷表面的微观形貌特征两方面研究了TiO_2复合涂料填充对缺陷处绝缘的影响。通过在10k V电缆终端中设计典型的气隙缺陷,并在缺陷处填充复合涂料进行电热老化对比试验,测试分析了不同老化时刻下终端的PD特征,并对老化后期缺陷的表面形貌特征进行分析。通过建立气隙缺陷的有限元模型,结合电场仿真进一步阐述复合涂料填充对终端PD及缺陷表面形貌特征的影响机制。研究结果表明:填充TiO_2复合涂料后终端PD放电能量得到大幅减小,随着老化时间的增加,终端放电重复率及放电相位分布差异较小;气隙缺陷表面较平整,填充后团聚物中碳含量降低了31%,验证了气隙缺陷处填充TiO_2复合涂料可以抑制终端PD发展,并减缓终端绝缘的劣化。