油纸绝缘层间气泡局部放电演化特性

在变压器内部电、热多重应力作用下,油纸绝缘匝间易产生气泡诱发局部放电,威胁变压器的安全运行。文中采用脉冲电流法研究油纸绝缘层间气泡局部放电的演化特性,掌握局部放电演化与气泡缺陷劣化的关联。结果表明,根据局部放电平均放电量(Q)、放电重复率(N)、局部放电相位谱图(PRPD)随时间的变化规律,气泡局部放电演化可分为起始、过渡和稳定3个阶段。通过改变加压时间和气泡位置,以及分析局部放电持续不同时间后气泡内部气体含量的变化,研究局部放电演化机制,发现起始阶段图谱特征产生的原因为绝缘纸表面电荷的积累,而过渡阶段的演化则源于以氧气为代表的电负性气体在局部放电持续作用下消耗殆尽,使得气泡内的放电模式发生改变。此外,气泡所处层间位置、气泡高度以及面积对放电量和重复率影响显著。定量结果表明:局部放电剧烈程度与气泡缺陷参数正相关,可以通过局部放电评估缺陷的劣化程度。研究揭示了层间气泡局部放电的演化规律及影响因素,能够为变压器油纸绝缘状态评估提供参考。

电气设备局部放电脉冲电流法检测技术述评

脉冲电流法是应用时间最长、理论基础最扎实的局部放电(partial discharge,PD)测量手段,在电力设备缺陷检测中发挥了不可替代的作用。文中以测量频带为依据,将脉冲电流法划分为传统脉冲电流法、高频脉冲电流法以及超宽频带脉冲电流法,分类综述了不同测量频带下脉冲电流法PD检测技术的主要研究成果及优缺点,并据此探讨了数字化转型背景下脉冲电流法PD测量技术的发展趋势,以期为基于脉冲电流法的电力设备局部放电检测研究及工程运用提供一些可预见的思路。

直流电压下油纸绝缘局部放电数值仿真研究述评

直流电压下油纸绝缘的局部放电(partial discharge,PD)关系着换流变压器等关键输变电设备的安全可靠,而计算机技术的迅猛发展则促使PD数值仿真成为了探究PD机理、评估PD威胁的重要手段。文中首先阐述了PD仿真模型的研究现状,综述了abc电容模型、感应电荷概念模型、静电场模型、电流场模型以及迁移—扩散模型的建立机制及优缺点;其次,进一步分析了PD模型在交、直流电压下的主要差异以及目前直流电压下PD仿真的研究进展;最后,从仿真参数的确定以及多物理场的耦合两方面出发,讨论了仿真工况下油纸绝缘PD行为所面临的科学问题。基于上述讨论,期望为直流电压下油纸绝缘PD数值仿真研究提供启发和思路。

轨道交通影响下上海电网直流偏磁多参量监测及治理研究

上海电网作为交直流混联特大型城市电网受直流偏磁影响较大,其中轨道交通杂散电流对电网主变的直流偏磁影响较为明显。通过建立上海电网直流偏磁监测系统开展了基于变压器中性点直流、振动和噪声的多参量监测和分析。分析结果表明上海电网轨交线路附近变压器受直流偏磁影响明显,离地铁线路愈近,周围地铁线路越多,主变的偏磁现象愈明显。在地铁运行高峰期,主变的振动加速度和噪声要明显大于地铁低谷期,地铁停运后,主变的振动和噪声明显下降。通过监测,针对受直流偏磁影响严重的主变开展了偏磁治理研究并制定了相应的治理方案。

直流电压下油纸绝缘杂质小桥的形成过程

换流变压器阀侧绕组在运行中需同时承受交流、直流电压作用,直流电压下油中固态杂质对油纸绝缘性能具有极大威胁,但一直缺乏固态杂质形成与发展机理的研究。为此,设计了油纸绝缘模型,分析了直流电压下杂质小桥的成分及产生原因,并在此基础上研究了恒定负极性直流电压作用下杂质小桥的产生、发展过程,同步获得了该过程对应的局部放电特征。研究结果表明:杂质小桥由直流电场作用下绝缘纸表面脱落的纤维丝束构成。小桥产生、生长乃至引起绝缘击穿的过程可分为3个阶段,在此过程中杂质小桥数量明显增加,小桥直径由第1阶段的100μm增长至第3阶段的1 mm,对应局部放电平均放电量由400 p C增加到1 000 p C,每分钟放电次数由几十次上升为上百次。其中,第3阶段产生的"高危小桥"是引起绝缘破坏的关键因素,最终击穿即沿"高危小桥"发生。此外,实验中后期出现了"集群放电"现象,该过程是由杂质小桥的产生、消失现象造成。

油浸纸绝缘热致气泡形成特性

工程经验表明,对运行年限较久、受潮严重的变压器而言,绕组内部的匝间纸绝缘可在一定温度条件下析出气泡,从而危害设备绝缘。鉴于此,首先制作了纸绝缘模型,以模拟实际变压器匝间结构在水分扩散和温度变化等方面的特性,并搭建实验平台来研究气泡起始的规律。然后通过改变温升速度、含水量和溶气量等条件,研究了气泡起始温度的变化规律。研究结果表明：气泡的出现依赖一定的温度条件,若将气泡形成时刻纸绝缘的温度定义为气泡起始温度,则纸绝缘温度上升速度越快,气泡起始温度越低;而在较缓慢的温度变化下,气泡起始温度较高且分散性较大;随着温升速度的进一步下降,气泡将难以形成。反复升降温实验中,气泡形成温度逐渐升高;在此过程中,气泡通常最先从纸的压边处出现,而后可从绝缘纸表面直接析出并聚集呈簇状,表明不同条件下出现的气泡在形态和位置方面可能存在差异。随着纸绝缘中含水量的减少,气泡起始温度迅速升高,且分散性逐渐增大。气体体积分数对气泡起始温度影响较大,当油-纸系统中的气体饱和度由5%增至25%时,气泡起始温度下降20～40℃;随着气体饱和度的进一步增加,气泡起始温度开始缓慢降低,且不同含水量条件下的气泡起始温度越来越接近,表明气体高度饱和的系统中水分质量分数对气泡起始温度的影响很小。本文研究结果可为评估增容运行油浸式设备绝缘状态提供一定参考。

油浸式变压器匝间纸绝缘中水分扩散特性

匝间纸绝缘是决定油浸式变压器纵绝缘水平的重要绝缘结构之一,因其常由多层绝缘纸绕制而成,故水分在其中的扩散特性与在厚纸板中的有所不同。另外,相比于其他部位的固体绝缘,匝间纸绝缘要承受更高的温度和更快的温度变化,因此其内部水分的扩散更为明显。论文首先探讨了匝间纸绝缘与厚纸板在结构方面的差异,并在已有理论的基础上对典型匝间纸绝缘中水分的扩散过程建立了数学模型;然后设计了三类相同厚度、不同层数的纸绝缘模型,通过实验研究了典型纸绝缘在厚度方向上的水分分布特征及其随时间的变化规律,并研究了温度对水分分布和扩散速度的影响;最后将实验数据转化为离散形式并代入模型求解,获得了模型中特征系数与水分、温度的函数关系,研究了绝缘纸层数对水分扩散速度的影响。实验结果表明:温度对水分在多层绝缘纸中扩散速度的影响较为显著,同等厚度纸绝缘的层数越多,水分扩散就越慢。进一步分析发现,不同层数的纸绝缘模型所对应的特征系数之间存在差异,结合典型纸绝缘的结构特征分析表明,相邻纸层间微油隙的存在是造成这一差异的主要原因。

双指数型非标准雷电冲击波形参数对油纸绝缘放电特性的影响

为探讨油浸式电力变压器基于标准雷电选取绝缘裕度的合理性问题以及现场试验中利用双指数型非标准雷电进行绝缘考核的有效性问题,实验研究了双指数型非标准雷电下波形参数对纯油间隙及油浸纸板放电特性的影响。结果表明:纯油间隙与油浸纸板的击穿电压均随波前时间的增加而增加,随波尾时间的增加而减小;波前时间对油浸纸板放电特性影响较大,而波尾时间则对纯油间隙放电特性影响较大。基于实验数据总结了相应的经验公式,并以波前、波尾时间作为时间参数建立了非标准雷电与标准雷电作用下油纸绝缘击穿电压的等效关系。该研究相关结果可为油浸式电力变压器绝缘设计及考核提供重要支撑。

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。

应用耦合电容传感器的变压器类绕组暂态电压非接触式测量方法

实验测得的变压器类绕组暂态电压分布是变压器类设备绝缘结构设计的重要参考内容。为克服扎针法、光纤测量法等现有测量方法存在的缺点,提出一种基于耦合式电容传感器的变压器类绕组暂态电压非接触式测量方法,介绍了其基本工作原理及标定方法。为提高测量系统的响应特性,设计了RC积分器和阻抗变换器相结合的外围电路,使得其测量频带可达0.64 Hz^106 MHz。通过解耦处理原始测量数据消除了相邻线饼带来的耦合效应。利用该测量系统,实验研究了不同波形冲击电压下一特高压变压器励磁调压线圈的暂态电压分布,分析了波形参数对变压器暂态电压分布的影响。通过实验结果发现,雷电波下绕组首端线饼处的峰值电压会因谐振而高于入端电压,陡前沿方波和高频振荡波下各线饼峰值电压呈指数型下降。

面向油浸式变压器类绕组暂态电压测量的耦合电容传感器优化设计

变压器类绕组暂态电位分布研究对绕组类设备的绝缘设计具有重要意义。根据浸油状态下变压器类绕组暂态电压非接触式测量的实际工程要求,对耦合电容传感器的结构及尺寸进行了优化设计。获取了电容传感器与不同信号处理电路组合时的高、低频响应特性,验证了优化后耦合电容传感器在合理选择信号处理电路的情况下具有良好的高、低频响应特性,可用于双指数波(中低频暂态电压)及高频暂态电压(very fast transient overvoltage,VFTO)的测量。实验研究了测量电缆长度对传感器输出信号的影响。结果表明,增加测量电缆长度会在增大传感器分压比的同时降低上、下限截止频率,故在实验中应尽可能采用较短的电缆来提高测量准确性。

换流变压器直流局放超宽频带检测数据处理需求分析

由于换流变压器直流试验无法用交流试验替代,为换流变压器尤其是阀侧绕组的零缺陷投运带来了不确定因素。分析了现行国家和电力行业标准规定的换流变压器直流耐压局部放电(PD)试验程序,以及与超宽频带检测用脉冲群快速智能聚类和分离技术的融合技术方案,包含剔除噪声源后与加压幅值相关的PD源放电幅值、频次等数据处理和显示技术,在满足工程应用的同时可方便试验操作人员对试验过程数据进行把控和判断,并考虑后期耐压数据追溯和对比分析的需求。

电力设备局部放电技术标准现状述评

局部放电(partial discharge,PD)检测是评估电力设备绝缘状态、消除设备内部潜在缺陷的主要手段之一,因此,出于提高电力系统安全性和可靠性的目的,国内出台了多则技术标准以规范PD检测的开展。文中首先简述了高压电力设备PD检测的常见方法,分析了各自的应用场合;其次针对不同高压电力设备,分类综述了不同PD检测手段所遵循的国内试验导则以及测试设备技术标准,讨论了中国现行标准的局限性;最后,基于现行技术标准的不足以及新兴PD检测技术的发展,对未来PD技术标准的需求进行了展望。指出随着智能感知与诊断需求的增加,应提升现行PD技术标准的级别并对同类标准进行统一、合并;同时,应加强超声波法、特高频法等成熟PD检测手段在测量系统性能和灵敏度核查方面的研究,提出结合多类局放源检测技术的综合性评价标准,以减少检测盲区;此外,应加强新兴PD光纤传感检测技术的研究并制定相应的标准规范,从而在PD检测领域取得国际领先地位。

负极性冲击电压下油-屏障绝缘的放电行为

考虑到运行过程中油浸式电力设备会承受双指数型与双极性振荡型冲击电压的作用,该文旨在通过研究两类冲击电压下油-屏障绝缘的放电行为,为油-屏障绝缘结构的优化与油纸放电机理的探究提供参考。利用搭建的油纸绝缘光电联合诊断平台,该文基于阴影成像法拍摄了负极性双指数冲击电压与双极性振荡冲击电压下油-屏障绝缘中流注的典型发展过程,并实验获得了不同波形参数冲击电压下油-屏障绝缘的放电特性。结果表明,油纸屏障使得双指数冲击电压下流注呈现“间断”发展模式,且屏障间流注的“再起始”行为受波形参数、空间电荷的影响,而波前时间的缩短会导致油-屏障绝缘击穿电压的增加;双极性振荡冲击电压下,油-屏障绝缘中的流注发展兼具“嫁接”与“间断”特征,但极性反转后首先“再起始”的流注始终为正流注,油-屏障绝缘的负极性击穿电压则随阻尼因子和振荡频率的增加而近似线性增加。

变压器油中阴极放电起始过程的气泡模型

为研究冲击电压下变压器油中阴极放电起始过程的物理模型,统计分析了不同冲击电压下稍不均匀场中变压器油的放电时延,利用Laue图获得了不同脉冲下的平均放电统计时延和放电形成时延,建立了稍不均匀场中阴极流注起始的"气泡"模型:阴极表面微凸起处的场致发射电流加热电极附近的液体;当液体达到一定过热度之后,过热液体内会产生气泡核心,气泡核心在场致发射电流的持续加热作用下会膨胀生长,直至气泡内放电产生。利用过热液体的汽化成核理论获得了成核时间的数学表达式,并结合F-N理论获得了放电统计时延和外施电场的关系式。结果表明,放电统计时延主要由电极附近过热液体的成核时间和气泡的膨胀形变时间组成,且成核时间占有主要部分;放电统计时延ts与间隙内电场E满足t_sE^3=ae^b/E。

基于多孔式敏感膜片的MEMS光纤珐珀传感器及其局部放电检测

基于微机电系统(Micro-electromechanical Systems,MEMS)的非本征光纤珐珀超声传感器具有抗电磁干扰、信号传输距离远、体积小、质量轻等特点,对电力设备中局部放电所释放的超声信号有着良好的检测与定位能力。该型传感器的敏感结构通常为圆形完整膜片,其加工方法相对简单,但是膜片的内外温度差异或压力不平衡会导致传感器性能指标的偏移,减小或消除这种影响是促进光纤珐珀超声传感器工业化应用的基本前提。提出了一种基于多孔式敏感膜片的光纤珐珀超声传感器,敏感膜片采用MEMS工艺制造,其厚度仅有5μm,加工方法简单,成本低廉;进一步地,结合3D打印技术与防水透声膜完成了敏感膜片的保护性封装。实验结果表明:该传感器在液体中具有良好的超声响应,静压灵敏度可达到1.25 V/Pa,距离衰减、方向响应与静态压力等性能与空气中保持相同规律,且通气孔避免敏感膜片内外出现气压不平衡的情况。因此,该传感器在液体中局部放电检测领域展现出较好的应用潜力。

电力变压器低压螺旋绕组导线换位结构下电流分布特性

在低压螺旋式绕组中采用换位结构未能完全消除绕组内环流,并联导线间的电流仍存在差异。分析换位结构下绕组电流分布特性是计算绕组短路电磁力的基础和前提。以往在计算短路电磁力时,往往忽略短路电流的分布特性。在考虑换位结构的基础上对两种110 k V变压器低压绕组的电流分布特性进行研究,发现低压绕组导线回路间电流差值与峰值电流平均值的比值最大可达8.67%。绕组结构变化引起的导线回路漏感抗差异是导致并联回路电流分布不均的主要原因。同时,计算获得了不同电流分布情况下低压绕组各线饼中导线受到的电磁力分布规律,发现电流分布不均匀程度越大,导线在换位前后电磁力改变量越大,最大可达5.9%。定义导线回路间电流差值与峰值电流平均值的比值为绕组电流分布不均匀系数,发现电流分布不均匀系数随高度hc、导线辐向宽度wc的增大而增大。通过比较了两种类型低压绕组中电磁力分布特点,对螺旋绕组结构设计提出了建议。该研究结果可为变压器设计过程中结构参数的选取和校核绕组短路稳定性提供参考。

球–球电极下变压器油冲击放电的尺寸效应

油浸式电力设备的冲击绝缘强度与结构尺寸有关。为得到尺寸效应对变压器油冲击放电的影响,实验研究了陡前沿冲击电压下球–球电极油间隙随电极面积、间隙距离的放电特性,并利用统计学方法对实验数据进行了分析。总结实验结果,给出了变压器油平均击穿场强关于电极面积A、间隙距离d的经验公式,同时得到三参数Weibull分布形状参数与电极直径、间隙距离之间的关系。通过计算有效作用面积Aeff并与实际放电蚀坑面积对比,结果表明利用三参数Weibull分布形状参数计算得到的有效作用面积与实际情况更为符合。最终建立了三参数Weibull分布形状参数m与电场利用系数η的关系,进而获得了电极尺寸与有效作用面积的关系,为其绝缘设计提供重要参考。

宽时域范围变压器油冲击绝缘强度经验公式

变压器油的冲击绝缘强度依赖于脉冲作用时间。为获得适用范围更广的变压器油冲击绝缘强度经验公式,实验研究了不同宽度冲击电压作用下变压器油的50%击穿场强,并给出了电场有效作用时间的统计学定义。分析实验结果,给出一新经验公式：lg Ebr=aexp（–blgteff）＋c,其中a=0.223 9,b=0.544 3,c=–0.055 84,Ebr和teff的单位分别为MV/cm和μs。与Martin经验公式相比,所提经验公式的时域适用范围更广（几十ns～几ms）。放电过程的变化导致Martin经验公式的适用范围较小。此外,利用前人的实验数据发现该经验公式可适用于多种液体不同条件下冲击绝缘强度的估算。