一种改进型混合式直流耗能装置

混合式直流耗能装置是一种技术经济性较高的抑制远海风电柔直送出系统受端交流故障直流母线过电压的技术方案。为解决典型混合式直流耗能装置投切工作过程中子模块向直流系统反馈能量问题,研究了一种投切过程具备子模块过电压可控自泄放的改进型混合式拓扑方案,分析了拓扑的工作原理,提出了控制逻辑和子模块电压均衡策略,明确了关键参数的设计方法,基于PSCAD仿真模型验证了所提控制策略和设计方法的正确性。最后研制了原理样机,搭建实验平台,验证了所提方案具备工程可实施性。

SF_6放电分解组分分析及其应用的研究现状与发展

SF6绝缘类电力设备具有体积小、安全性高、维修周期长等众多优点,随着其在电力系统中得到越来越广泛的应用,SF6气体放电分解组分分析及其应用成为近年来的一个重要研究课题。从SF6气体分解过程及机制、分解产物检测方法、不同条件下的分解特性及影响因素以及电力设备绝缘缺陷诊断应用等几个方面对其进行了归纳。SF6在放电条件下会发生分解,生成多种类型的气体产物,其分解组分的种类和含量受到电流、电极材料、微水微氧含量、气压、吸附剂等多种因素的影响。同时SF6的分解过程与放电类型及放电能量密切相关,因此可以将SF6放电分解组分分析技术应用于电力设备的状态监测之中。最后,提出了今后研究中有待进一步解决的问题和可能的发展方向。

套管故障对变压器频响曲线影响的仿真研究

用频响法在线或离线进行变压器绕组变形检测时,套管状态对频响曲线的影响往往被忽略,不仅不利于绕组故障的判定,且容易造成事故隐患。为此,建立了一种新型变压器等效电路模型,利用软件仿真和数值计算相结合的方法得到了该模型的各项参数,并以频率响应分析法(FRA)为理论基础,通过在线和离线的方式,仿真研究了套管出现阻性、容性、阻/容性故障时变压器频响曲线的变化情况。结果表明:在频率为1 kHz^1 MHz时,变压器离线测试对套管阻性、容性、阻/容性故障并不敏感,基本不会造成频响曲线的改变和绕组的误判;而在线测试时,套管的容性和阻/容性故障皆会造成频响曲线的改变,且在整个频段中套管电容的大小与频响曲线的幅值高低呈正相关,该现象在频率为10~40 kHz时最为明显,根据相关系数会误判为变压器绕组变形;但套管阻性故障并不影响在线测试频响曲线的走势,从而确定了造成在线测试变压器频响曲线变化的主要原因为套管电容因素。

局部放电作用下油浸绝缘纸板电老化特性

油纸绝缘材料被广泛地应用于电力设备中,而当电力设备存在缺陷引发局部放电时,其绝缘性能会不断劣化。本文研究了长期局部放电作用下绝缘纸板的电老化特性,建立了针板结构的油浸绝缘纸板局部放电模型。在长期恒定电压下,研究了纸板从开始局部放电到击穿的整个电老化过程中各项局部放电特征量的变化情况,并利用显微镜观察了电老化过程中针电极尖端附近区域的动态表现,得出了纸板产气的变化规律。在电老化完成后,采用扫描电镜观察了纸板的表面形态。结果表明:绝缘纸板的电老化过程可以分为3个阶段,即起始期、发展期与爆发期;其中发展期内部,局部放电会时有停滞;进入发展期后,平均放电量与脉冲重复率下降至极小值时,可以判定绝缘材料电老化将要进入末期,临近击穿。研究结果得到了局放特征量随着电老化发展的变化规律,提出了3个阶段划分的依据,为今后进一步研究油纸绝缘在局部放电作用下的电老化特性奠定了基础。

交直流复合电压下油纸绝缘针板缺陷局部放电发展过程研究

通过搭建一套交直流复合电压油纸绝缘针板缺陷局部放电试验平台,对交直流复合电压下油纸绝缘针板缺陷局部放电发展过程中的局部放电参数及谱图变化进行研究分析。结果表明:根据局放特征参数随时间的变化规律,局放发展过程可分为起始阶段、发展阶段、严重阶段及预击穿阶段。平均周期放电次数在发展阶段与严重阶段增加,在预击穿阶段减少;平均放电幅值在发展阶段增加,在严重阶段与预击穿阶段下降,脉冲平均等效时间与频率在严重阶段与预击穿阶段呈现相反的变化趋势。局放特征谱图的形状变化规律可成为识别局放发展阶段的重要依据。

针板电极下局部放电对油浸绝缘纸板表面的影响

针对油浸绝缘纸板在长期局部放电应力作用下的劣化问题,在针板电极下对油浸绝缘纸板进行了长期局部放电试验,对绝缘纸板的局部放电特性及表面形态的理化特性进行了测量和分析。其中,记录了长期局部放电发展过程中的局部放电相位分布(PRPD)图谱,对处于不同放电阶段的纸板进行了表面形貌、化学基团的观测,研究并给出了放电对纸板表面理化特性的影响机理。结果表明:油浸绝缘纸板的长期局部放电发展经历4个阶段,不同阶段放电由表面向内部发展,对纸板的损伤程度不同;局部放电会造成纸板中纤维的烧蚀及断裂,产生孔洞并不断扩大,形成气泡层;气泡层中不断发生的气体放电生成自由基,这些自由基会与纤维束表面的基团反应并改变其微观形态,促使放电向内不断发展;最终纸板内部堆积大量气泡,形成贯穿的气泡柱并导致纸板击穿。长期局放应力下绝缘纸板的微观结构破坏是导致纸板失效的重要原因,而PRPD图谱的变化是其在局部放电特性上的反映。

机械应力对油浸绝缘纸板局部放电影响

变压器中油纸绝缘材料在运行时承担着热、电、机等应力并在其作用下不断老化,然而关于机械应力下油纸绝缘材料的老化尚未引起足够重视。为研究机械应力下油纸绝缘材料性能演变规律,该文对油浸绝缘纸板进行不同机械应力下的老化实验,并对老化后的绝缘纸板进行力学性能测试、局部放电实验以及表面形态观测。研究结果表明,力学性能对绝缘纸板性能的影响以20MPa为界分为两部分。当机械应力低于20MPa时,纸板的弹性模量及剩余形变均较小,随着机械应力的升高,纸板绝缘性能有所提升;当机械应力高于20MPa时,纸板的弹性模量及剩余形变显著增大,随着机械应力的升高,纸板绝缘性能快速下降,纸板电极下局部放电模式也发生了变化。共聚焦显微镜观测结果表明,当机械应力高于20MPa后,绝缘纸板中的纤维由弹性变形转为塑性变形,纤维出现分岔、空洞及断裂,导致纸板的绝缘性能降低。该文研究结果为变压器中油纸绝缘材料在机械应力作用下老化规律的研究提供了基础,并有效地提升了判别变压器内部绝缘状态的能力。

交直流复合电压下油纸绝缘针板缺陷的预击穿阶段局部放电特性

交直流复合电压下油纸绝缘针板缺陷局部放电分散性大、随机性强,绝缘预击穿阶段产生的大量气泡进一步增加了局部放电特性的复杂性。因此,文中利用脉冲电流法对交直流复合电压下油纸绝缘针板缺陷预击穿过程中局部放电参数随时间的变化规律和放电随机性的具体表现进行了实验研究。平均放电幅值和平均周期放电次数总体上随加压时间的增加而减小。但各组试验的变化规律并不相同,大致可以分为波动型变化和单调型变化两类。两类预击穿特性的不同主要与放电过程中气泡在纸板表面的聚集有关。从等效时频谱图看,大部分放电随着预击穿的发展向拱顶区域集中。拱顶对应的等效时间为1 300~1 600 ns,等效频率为7.5~10 MHz。等效时频谱图在预击穿末期可能呈现半拱形或全拱形两种不同的形状。

110kV电压等级GIS实体缺陷设计及带电检测

为满足新疆电力公司带电检测示范工程的建设要求,通过ANSYS仿真计算和现场试验,设计了110 kV电压等级GIS中包括金属尖端和悬浮电位在内的2种实体缺陷,测定了缺陷在运行条件下的放电特性。发现与外置式传感器相比,内置式传感器测量结果不易受环境噪声的影响,缺陷识别结果准确度高。在本文研究范围内,传感器与放电源距离并未对测得信号特性有明显影响。尖端缺陷起始局放电压低,放电发生相位较分散,主要在电压极性反转时刻,放电幅值相对较小;悬浮电位缺陷下放电主要发生在峰值电压附近,放电幅值相对较大。另外,还研究对比了金属尖端缺陷在不同充装气压下的局部放电特征。

变压器典型缺陷局放特性及其带电检测技术研究

油浸式变压器绝缘故障常常起源于局部放电造成的油纸绝缘劣化及老化,因此开展局部放电带电检测技术研究对于保证变压器的安全可靠运行意义重大。笔者在实验室中对所制作的针—板、悬浮电位两种模拟缺陷引起的局部放电超高频信号进行了研究,得到了两种缺陷在外施电压升高过程中的放电谱图,并分析了其产生原因及变化规律。结果表明:在纯净干燥变压器油中,针对针—板缺陷,首先在外施电压负半周峰值附近观察到放电信号,随着电压的升高,信号最终对称分布于正负半周峰值两侧;针对悬浮电位缺陷,最先于外施电压正负半周峰值处观察到放电信号,且随着电压升高,信号最终分布在第一和第三象限中。此外,笔者在实体变压器中设计安装了两种典型绝缘缺陷,并利用带电检测技术实现了对其局部放电信号的测量及分析,为该技术在变压器绝缘缺陷诊断中的实际应用奠定了基础。

吸附剂对SF_6典型分解产物含量及变化规律的影响

选用了电力设备中常用的吸附剂KDHF-03分子筛,模拟研究了吸附剂对电力设备中SF6气体在局部放电下分解特性的影响,特别关注了SO2、SO2F2、S2OF10等几种典型分解产物添加吸附剂前后的产生规律。结果表明,添加吸附剂后,3种产物的含量均明显降低,SO2F2与S2OF10两种产物的吸附率（体积分数）分别达到79.92%和78.73%,SO2含量则始终低于气体分析系统的检测限度。此外,引入吸附剂之后,SO2F2与S2OF10的产生速率随着加压时间逐渐降低,其含量随时间延长逐渐饱和。最后,提出将φ（S2OF10）/φ（SO2F2）作为SF6类设备绝缘缺陷诊断判据,该比值在有、无吸附剂两种情况下表现出了很好的稳定性,添加吸附剂前后其值均稳定在1.5~2.0之间。

固体绝缘沿面缺陷下的SF6分解特性及机理

为了奠定气体产物检测法在固体绝缘沿面缺陷诊断中的应用基础,在实验室内的SF6放电分解实验平台上探究了SF6气体在固体绝缘沿面缺陷下的分解特性,同时利用量子化学计算方法对关键产物的生成路径进行了研究。结果显示,固体绝缘沿面缺陷下的特征产物主要包括SOF2、SO2两种含硫含氧产物以及CO、CO2、CF4、CS2等多种含碳产物。其中CO2、CO、CS2的体积分数在放电最后阶段分别从0.46×10-6、4.22×10-6、18.69×10-6快速增长至2.05×10-6、14.76×10-6、27.77×10-6,可以认为其生成速率是判断缺陷严重程度的重要表征量。固体绝缘表面发生沿面放电时会发生复杂的反应,CF4主要通过碳氢化合物CHx逐步与F、HF反应生成;CO来源于碳氢化合物的氧化脱氢反应;CO2的生成则包括碳氟化合物氧化、CO氧化分解、碳氢化合物氧化脱氢等3个路径;CS2可能经CHx与S2或H2S反应生成。现场故障案例验证了该研究结论在实际生产应用中的实用价值。

交直流复合电压中直流分量对油纸绝缘针板缺陷局部放电特性的影响

换流变压器阀侧绕组绝缘承受交直流复合电压的作用,其中直流电压分量对油纸绝缘的影响相比纯交流电压更为复杂。针对复合电压中直流分量对极不均匀电场下油纸绝缘局部放电特性的影响,采用基于脉冲电流法的局部放电测量系统,着重对比了不同直流分量交直流复合电压下油纸绝缘针板缺陷在起始放电和预击穿阶段的局部放电特性。实验结果表明:直流电场作用下的空间电荷积聚形成的反向电场使得起始放电电压和击穿电压随着直流分量的升高而逐渐增大;在整个局部放电发展过程中,直流分量增加时放电脉冲重复率与放电量会降低,而平均脉冲等效时间和等效频率与直流分量间没有表现出直接关系;随着直流分量的增加,局部放电分布相位开始向正半周期移动。实验结果可作为含不同直流分量交直流复合电压下局部放电模式识别的参考。

水分对交直流复合电压下油纸绝缘沿面放电特性影响研究

换流变压器阀侧绕组绝缘同时承受交流和直流电压作用,水分是导致围屏爬电的重要原因之一,开展水分含量对油纸绝缘沿面放电特性影响的研究具有重大意义。文中利用基于脉冲电流法的局部放电测量系统,在含不同直流分量的交直流复合电压下,使用典型球—板电极对不同水分含量油纸绝缘试品的沿面放电特征参量和统计谱图变化规律开展了实验研究,并与纯交流电压下的结果进行了对比。研究结果表明:随着纸板中水分含量的不断升高,起始放电电压和闪络电压均呈现下降趋势,放电耐受时间不断缩短;在同一水分含量下,随着复合电压中直流分量的不断增大,起始放电和闪络电压则明显升高,其中纯交流电压下的起始和闪络电压均为最低。利用典型沿面放电统计谱图可以将油纸绝缘沿面放电发展过程划分为4个阶段,分别为起始、发展、严重和临近闪络阶段;高水分含量下各阶段沿面放电量Q大幅增加,相邻两次放电的时间间隔Δt明显减少。

热机联合应力对油浸纸板绝缘及机械特性影响研究

油纸绝缘系统在热、机械等应力共同作用下所发生的绝缘老化与破坏是电力变压器发生故障的主要原因之一,文中针对热机联合应力对油纸绝缘的影响开展了实验研究。对油浸纸板进行不同时间的热老化后施加不同形式的机械应力,测量纸板产生的应变,分析不同条件对油浸纸板的耐压时间、局部放电相位分布(PRPD)谱图、平均放电量等局放特征的影响。对未经老化的油浸纸板,机械应力加载时间越长、应力幅值越高或者应力频率越低,油浸纸板受到的破坏作用越严重,机械性能和绝缘性能越差。油浸纸板经过热老化处理后,机械应力对其绝缘性能和机械性能的影响趋势与未老化时类似,但热老化后PRPD谱图形态多呈现"兔耳状"。随着热老化时间的增加,纸板的绝缘寿命先有所上升,然后一直下降。文中研究结果可为热机联合应力下油浸纸板老化模型的建立提供试验依据。

表征变压器油纸绝缘热老化程度的特征量研究

老化程度诊断和寿命预测一直是变压器绝缘诊断中的难点。通过对油纸绝缘材料进行加速热老化试验,测量不同老化阶段各化学特征量的大小,分析其随老化程度的变化规律,研究各特征量之间的关联性,最终提出一种基于特征量变化趋势的老化程度诊断方法。结果表明:随着老化程度的加深,纸的聚合度不断降低,油中糠醛、CO、CO_2、CH_4、C_2H_4、C_2H_6含量不断增加,且各特征量变化表现出特定的趋势,根据该趋势可对油纸绝缘老化程度进行初步判断,为进一步开展变压器油纸绝缘材料老化研究提供了理论和试验基础。

油纸绝缘系统针板缺陷下局部放电发展过程研究

对典型油纸绝缘针板缺陷进行了交流电压下的局部放电试验,并对其放电脉冲相位分布(phase-resolved partial disdarge,PRPD)谱图与典型脉冲波形进行了分析,并根据PRPD谱图中局部放电脉冲分布趋势将局部放电发展过程划分为3个阶段。试验结果表明,油纸绝缘交流电压下局部放电脉冲可分为两类,分别代表着油纸绝缘结构中发生的局部放电与气泡中发生的局部放电。随着电压的升高,绝缘纸表面开始出现负极性下的沿面放电,对绝缘纸造成较大损伤,导致绝缘纸性能劣化,最终导致介质击穿。研究油纸绝缘结构局部放电随着电压等级升高的发展过程有助于实现变压器在线监测。