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。     

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。     

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。     

不同冲击电压下变压器油击穿特性研究

为了研究大型电力变压器绝缘油在振荡型冲击电压下极不均匀电场击穿特性,依据IEC60060-3标准搭建了能产生不同类型冲击电压波形的试验及其测量系统,在实验室利用该系统开展了振荡型冲击电压下油中极不均匀场的时域击穿和伏秒特性研究,并对实验模型电场进行了仿真分析。在实验过程中利用13.7 k Hz振荡操作波、标准雷电波、3种不同频率的振荡雷电波,研究了变压器油在各个波形下的时域击穿图形及伏秒特性,对实验波形的计算结果表明:振荡型雷电波下的击穿点分布较广,振荡波的击穿电压整体高于标准雷电,但是它们的最高耐受电压与标准雷电下的基本一致。     

正极性雷电冲击电压下天然酯绝缘油油纸沿面流注动态变化规律研究

油纸绝缘复合电介质沿面放电是电力设备内绝缘的研究基础,其在雷电冲击电压下的绝缘特性是变压器绝缘设计的重要参数之一。为了获得油纸沿面流注传播与消散过程中电学、空间电荷分布演化规律及其关联关系,以交界面平行于施加电场方向的油纸系统为研究对象,通过构建适用于绝缘油油纸沿面流注动态变化特性的试验观测系统,可同步获得正极性雷电冲击电压下流注传播和消散过程中的电压、放电电流和放电通道流注阴影图像。利用该平台还测量了油纸沿面正极性雷电冲击击穿电压。试验结果表明,在正极性雷电冲击电压下天然酯绝缘油油纸绝缘相对介电常数差异并不会促进油纸沿面流注的传播过程,而粘度对于油纸沿面流注侧向分支影响显著。粘度越低,空间电荷在迁移过程中所受到的阻力越小,流注头部空间电荷在受到表面电荷的斥力后越容易往油中扩散,空间电荷在绝缘油中所形成的空间电场使得油纸沿面流注的主分支能够在绝缘油中传播,增加了油纸沿面流注传播距离,从而使低粘度天然酯绝缘油油纸沿面正极性雷电冲击击穿电压略高于其纯油击穿电压。     

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。     

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。     

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。     

操作冲击电压下长空气间隙击穿电压特性研究

基于现有长间隙放电理论和静电场方法,建立流注-先导放电数值仿真模型,并采用该模型研究操作冲击下长空气间隙放电特性.在绝缘设计中,一般参考棒-板间隙击穿电压来确定其他电极结构击穿电压.同时,实验结果表明棒-板间隙的正极性操作冲击击穿电压低于负极性操作冲击击穿电压.因此,通过建立操作冲击下棒-板长空气间隙模型,研究其击穿电压特性.     

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。     

振荡操作冲击电压下变压器匝绝缘放电特性研究

本文中作者为研究振荡操作冲击电压下变压器匝绝缘放电特性,设计了匝绝缘等比例真型模型,搭建了匝绝缘击穿和局放试验平台,研究了匝绝缘在振荡操作冲击和双指数操作冲击电压下的击穿特性和局放特性.     

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。     

冲击电压下SF_6棒-板间隙放电极性效应的反转现象

电压等级较高的系统中,由特快速暂态过电压(VFTO)引起的气体绝缘组合电器设备(GIS)绝缘事故日益严重。为给GIS绝缘结构的优化设计提供参考,研制了陡前沿冲击实验装置,并利用其研究了SF6棒–板间隙在VFTO和雷电冲击(LI)作用下的绝缘特性。结果表明稍不均匀和极不均匀电场下,SF6间隙放电均存在极性效应。稍不均匀电场下,正极性VFTO与雷电冲击50%放电电压均高于负极性。极不均匀电场中,随着气压增加雷电冲击下SF6放电出现了极性反转现象:气压较低时,负极性雷电冲击放电电压高于正极性;当气压高于某临界气压时,正极性雷电冲击放电电压高于负极性。出现极性反转的临界气压值与间隙电场不均匀系数相关,随电场不均匀度增加而减小。极不均匀场中,VFTO作用下,负极性50%放电电压较正极性高,但在较低气压时,会出现负极性VFTO放电电压低于正极性的现象。分析表明,极性效应反转是由不同极性电压下SF6间隙中空间电荷迁移和扩散的差异而形成的。     

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。     

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。     

纳秒脉冲电压下油浸纸局部尖端缺陷击穿特性及损伤规律

配电变压器在高空电磁脉冲(high-altitude electromagnetic pulse,HEMP)早期传导环境中将遭受纳秒电应力入侵,易在绕组引线焊点处造成绝缘失效或损伤。为此,该文研究纳秒脉冲电压下油浸纸尖端缺陷的伏秒特性、击穿概率、脉冲电压幅值与绝缘击穿时脉冲累积次数之间的关系(即U-N特性),并基于放电特性、微观形貌、流注仿真探究纳秒脉冲电压下的油浸纸尖端缺陷损伤规律与机理。研究表明:伏秒特性、击穿概率分布、U-N特性均有明显极性效应,极性效应与界面屏障电荷有关;纳秒脉冲致损油浸纸可分为轻度与重度两个等级,轻度损伤易形成表面斑状缺陷,呈现多次低幅值的工频局部放电模式,重度损伤易形成龟裂缺陷,呈现少次高幅值的工频局部放电模式,损伤差异与油纸界面流注特性有关。结果可为提高配电变压器在HEMP传导环境中的生存能力与评估技术提供一定参考。     

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。     

直流和交流电压下油纸绝缘超宽频带局部放电波形比较

换流变压器阀侧绕组运行时的电压环境复杂,其阀侧绕组油纸绝缘强度的要求远高于普通电力变压器,因此对直流电压作用下油纸复合绝缘局部放电进行研究,对换流变压器绝缘优化设计具有一定的实际意义。利用超宽频带(UWB)检测系统分别采集正、负极性直流电压和交流电压作用下油纸绝缘局部放电波形,通过统计分析各波形的上升时间、半波时间和波形频谱,以找寻3者之间的差异。研究表明,交流电压作用下局部放电最易发生,其次为负极性直流电压和正极性直流电压;3种外施电压形式下的放电波形存在明显差异,可以通过其波形或频谱的形貌特征区分外施电压的种类。     

棒-板油纸复合绝缘的电场数值计算

换流变压器阀侧绕组端部属极不均匀场,承受交流电压、直流电压及极性反转等电压的作用。为此采用有限元仿真软件对棒-板油纸复合绝缘极不均匀场模型在不同参数情况时的直流场强分布、交流场强分布及极性反转场强分布进行了计算,绘制了绝缘油及绝缘纸板中最大场强与绝缘纸板厚度、纸板长度、棒直径等参数的关系曲线。棒-板油纸复合绝缘模型在交流电压及极性反转电压作用下的场强分布较为接近,但与直流电压下的场强分布有很大的不同。通过提高换流变压器阀侧绕组端部等效棒直径及油的电阻率,选择合理的油与纸空间相对位置及几何尺寸,可比较明显地提高换流变压器阀侧绕组绝缘特性。     

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。