交流电场下变压器油中贴壁气泡形变特性

气泡是油纸绝缘系统的典型缺陷,会显著地降低变压器油的绝缘性能。为了明晰气泡对油纸绝缘系统的危害,搭建了油中贴壁气泡动力学观测平台,研究吸附于电极表面的气泡在交流电场中的形变特性及影响规律。结果发现:油中贴壁气泡沿电场方向拉伸并以100 Hz的频率进行脉动变形;随着电场强度、气泡半径和温度的增大,气泡的变形程度也逐渐增大。基于相场方法搭建了气液两相流仿真模型,仿真与实验结果相互验证,揭示了气泡变形的本质为电场力和表面张力作用的平衡。气泡会影响油隙电场分布,其内部场强随气泡沿电场方向的拉伸而降低。该文研究可为深入评估气泡对液体绝缘的危害和变压器的绝缘设计提供参考。

冲击振动激励下GIS内自由金属微粒运动及其诱发间隙击穿特性

大量GIS故障案例表明,断路器带电操作后的一段时间内,气室中常突发由金属微粒引起的间隙击穿故障。断路器操作产生的冲击振动可以有效地激励GIS中多个潜伏性微粒的起跳,但多个微粒起跳后在运动过程中诱发间隙击穿的过程尚不明确。针对于此,本研究在252kV真型GIS实验平台上进行了多微粒共存时的断路器带电操作实验,以复现GIS运行过程中微粒在冲击振动激励下的运动过程,并探究多微粒被激励起跳后诱发GIS放电故障的机理。研究表明,在带电实验中未操作断路器时,耐压期间自由金属微粒存在较大的概率可运动至气室的末端,并保持静止,形成了多微粒的聚集;在带电操作断路器后,多微粒受到壳体冲击振动的激励而起跳,并在起跳后的运动过程中于气隙间形成了多微粒串联击穿现象,而且断路器带电操作时多微粒引起的击穿电压总是低于耐压期间的击穿电压。基于流注放电理论,研究认为相较于耐压期间分散性的多微粒,带电操作前已形成聚集的多微粒彼此靠近,在操作后的运动过程中对电场的畸变能力更强,因此形成多微粒的串联击穿电压更低。

大功率高频变压器绝缘问题研究综述

高频变压器是电力电子变换系统中负责电气隔离和电压变换的关键器件。大功率高频变压器紧凑化的结构使其复合绝缘或浇注绝缘承受严苛的电、热和机械应力,给绝缘设计带来很大挑战。该文首先回顾了高频变压器的应用背景和结构形式,然后分析了高频变压器主绝缘和纵绝缘承受的电压应力,指出变压器局部介电损耗的问题,从优化设计的角度表明了功率密度与绝缘可靠性之间的矛盾,并阐明了高频变压器绝缘承受机械应力。提取了近年来高频变压器样机的绝缘设计中常用的绝缘材料、绝缘形式、绝缘等级,分析了绝缘设计对变压器体积、电场分布及寄生参数等的影响,提出绝缘设计流程的改进方向。高频电压下聚合物绝缘的介电损耗、局部放电和空间电荷特性是目前相关研究的关注重点,而这些因素之间通常互相耦合。分析归纳了高频方波波形参数和温度等条件对局部放电、绝缘寿命、空间电荷和电树枝发展规律的影响,指出研究领域的空白。最后,对高频变压器应力特点、绝缘设计和绝缘问题研究现状进行了总结。

油纸绝缘水分迁移特性研究综述

油纸绝缘作为电力变压器的主要绝缘形式,其绝缘性能与水分含量密切相关,准确获得油纸绝缘的水分含量对变压器故障预警至关重要。在油浸式变压器内部电场、温度场等多物理场梯度的驱动下,水分始终处于动态迁移过程中,时空分布复杂,难以直接测量,因此需深入研究水分迁移特性。文中综述了油纸绝缘水分迁移机理、模型及特性研究上取得的成果:水分迁移是不同存在形式的水分子与绝缘油纸微观结构相互作用的过程,受多物理场的影响显著。现有油纸绝缘水分迁移研究多基于Fick定律,利用扩散系数表征水分梯度及温度对水分扩散速度的影响,但未能深入耦合多物理场的作用,不能获得温度梯度下的水分不均匀分布特性。研究获得了材料性质、温度、电场等多因素作用下扩散系数的变化规律及相应水分迁移过程,但将影响因素耦合于扩散系数的方式不能准确描述多物理场对水分迁移的作用,且缺少电场作用下的宏观水分迁移规律研究。根据驱动势平衡原理建立的热湿耦合模型能够描述水分的时空分布,量化电场对水分动态迁移特性的影响。进一步需推进基于水分时空分布无损测量的实验研究,深化多物理场耦合下水分迁移建模,构建多物理场下理论体系,以准确表征油浸式变压器中油纸绝缘水分迁移的时空分布。

CVT铁磁谐振过电压的抑制与不同故障下二次电压特征分析

针对220 kV CVT(电容式电压互感器)因铁磁谐振故障产生的过电压问题与3U0监测装置误报警的问题,结合实际参数建立仿真模型,分析了各个参数对于过电压的影响,给出了最佳参数配置并对电路拓扑结构进行优化,有效地抑制了铁磁谐振过电压。建立仿真模型对比了各个工况下的二次电压数据。仿真结果表明:二次侧接地再恢复和一次侧合闸操作均会引发铁磁谐振,同时伴随着1/3次谐波的产生,但前者引发的铁磁谐振较为严重;采用速饱和阻尼器对铁磁谐振进行抑制,阻尼电阻为5Ω时有最佳的抑制效果;阻尼器两端并联定值电阻可以有效提高抑制效果,且当电阻阻值为5Ω时效果最佳;3U_0在不同工况下对应不同的频谱特征,可据此区分不同故障。

放电电压形式对空心阴极甲烷放电等离子体组分及离子能量的影响研究

为了优化空心阴极结构中有机气体放电制备类金刚石薄膜的放电电压形式,掌握放电等离子体组分及能量特性,采用直流和重复频率脉冲两种外施电压形式,运用发射光谱诊断法结合数值仿真研究了不同放电电压形式下空心阴极甲烷放电等离子体组分特性。研究结果显示,放电平均电流接近时,直流电压作用下的甲烷分子解离程度比重复频率脉冲电压作用下更高。升高直流电压或脉冲电压幅值,增加脉冲宽度,提高脉冲频率,均可促进甲烷分子解离。不同放电电压形式下甲烷放电等离子体中的单碳离子比例差异较大,重复频率脉冲电压作用下,放电等离子体未充分发展,且电子能量更高,利于单碳离子的生成,使单碳离子比例更高。同时,利用减速电场法获得了不同放电电压形式下到达基底的离子能量分布情况,发现重复频率脉冲电压作用下的离子能量更高,并呈双峰分布,直流电压作用下离子能量呈单峰分布。离子能量与外施直流电压或脉冲电压幅值呈正相关性。

氩气中长丝电爆炸沉积能量特性与演化过程分析

为研究氩气中长丝电爆炸沉积能量特性与空间形态演化过程,设计并搭建了铝丝电爆炸实验系统与光-电联合诊断平台。结果表明,丝长增加使电爆炸过程由直接击穿模式转变为电流暂停模式,电流暂停阶段磁压力消失是导致过热系数随丝长增加而减小的根本原因。丝长增加将导致残留丝核、弥散蒸汽层等径向不均匀现象以及分层结构等轴向不均匀现象的出现。提出了长丝电爆炸沉积能量提升措施与空间形态均匀性调控方法:增加充电电压可改善电爆炸模式、提升过热系数,是消除残留丝核的有效措施;增加气压可有效改善空间形态均匀性。研究结果对电爆炸法高效制备纳米粉体具有重要工程价值,对深入理解电爆炸物理机制具有重要学术意义。

污秽条件下±800kV直流输电线路电晕特性

±800 kV特高压直流输电线路起晕特性是影响其线路结构和建设费用的重要因素。起晕特性与导线表面状态相关,而直流电压下导线表面更容易积污,更严重影响输电线路的电晕特性。为了深入研究特高压直流输电线路污秽电晕问题,利用电晕笼研究了导线表面分别附有不同表面密度的模拟污秽和碳粉时的起晕特性并分析了污秽对±800 kV特高压直流输电线路电晕特性的影响。结果表明:当导线表面分别附有模拟污秽和碳粉时,在实际特高压直流输电线路表面场强附近,随污秽度的增加,电晕电流的增加趋势不同。起晕电压随污秽度的增加呈负指数下降,有饱和趋势,其中碳粉污秽对负极性电晕起始电压影响最大。根据实验结论和仿真研究,初步得出了±800 kV特高压直流输电线路导线电晕起始电压与表面污秽度之间的函数关系。

磁场-结构场双向耦合作用对变压器绕组轴向振动过程的影响

变压器绕组振动过程中电磁力与绕组位移之间存在双向耦合作用。该文首先分别给出了考虑磁场-结构场双向耦合作用和单向耦合作用的轴向振动计算模型。其次,结合变压器绕组轴向失稳事故给出了轴向振动过程中影响绕组失稳的特征参量,并以这些振动参量的变化为基础建立了双向耦合作用的评价指标。最后,针对某典型110 kV变压器,计算获得了考虑有无双向耦合作用时变压器绕组轴向振动过程,并获得了各线饼振动参量最大值的变化曲线。结果表明,由于磁场-结构场的双向耦合作用,线饼振动强度变大1.1~1.55倍,中部线饼电磁力最大值变大3.5倍。同时,中部线饼电磁力最大值的出现时间不是在第1个峰值处,而是后移至第2个峰或第3个峰。因此,考虑磁场与结构场双向耦合作用可全面有效分析绕组振动动态过程,避免薄弱点漏判。所得研究成果可为变压器抗短路能力动态评估提供参考。

温度对方波电压下环氧树脂局部放电及击穿特性的影响

电力电子变压器用中频变压器环氧固封绝缘长期承受方波电压应力和变压器温升带来的热应力,是制约电力电子变压器可靠性的关键。为分析温度对方波电压下环氧固封绝缘强度的影响,对室温至110℃温度条件下环氧树脂薄片在1 kHz、50%占空比单极性方波下的局部放电和绝缘击穿特性进行了实验研究,对局部放电起始场强和击穿场强进行了Weibull分布拟合。实验结果表明,80℃以下,击穿场强随温度升高略微下降,局放起始场强略微升高,110℃温度条件下,击穿电压明显下降,局放起始场强降低至5.44 kV/mm。借助聚合物自由体积击穿理论,解释了环氧树脂绝缘强度在玻璃化温度出现转折的原因。对局部放电事件的统计表明,局放在方波上升沿和下降沿对称分布,且小幅值放电频率高、相位分布广,大幅值放电在相位上相对集中,局放最大幅值随温度升高而先降低后增加。通过建立局部放电随机仿真模型,得到了不同温度下与实验相似的局部放电幅值-相位分布规律,发现温度通过改变脱陷电子产率影响局部放电延迟,继而决定局部放电最大幅值和相位分散性。

GIS中SF6绝缘系统缺陷放电的“0-1”现象

气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)在电力系统中广泛应用,而SF6绝缘系统缺陷放电是影响GIS安全可靠运行的关键因素之一。文中主要从SF6气体绝缘系统的特点和缺陷放电特征两方面进行综述。首先介绍了SF6气体绝缘的特点,并从电子碰撞截面的角度揭示了'缺陷敏感'的原因。其次,综述了电极凸起、绝缘子附着微粒、绝缘子内部气隙、绝缘子裂纹、自由金属微粒这5类GIS常见缺陷在工频电压下的局部放电特征,发现GIS运行气压下缺陷放电的'0-1'现象,即外施工频电压(Ua)低于击穿电压(Ub)时,缺陷诱发的局部放电量(Q)极小且增长缓慢,呈状态'0';但当Ua逼近Ub时,Q骤增且立即发生贯穿性放电,呈状态'1';状态'0'和'1'之间的转变在很窄的电压区间完成,Q随Ua的变化呈阶跃状。最后,通过'驼峰曲线'、放电形态等揭示了SF6绝缘系统中缺陷放电'0-1'现象的形成机理,即高气压SF6氛围中的缺陷放电的'无晕'击穿机制。

复合绝缘子表面不同状态时的放电特征

复合绝缘子不同表面状态会出现不同放电现象,为此根据复合绝缘子表面放电的剧烈程度将复合绝缘子表面放电分为微弱性放电、间隙性电弧放电、持续性电弧放电3种类型。经过大量试验,统计分析了不同放电类型下泄漏电流的谐波特征和相角特征,建立了放电类型与泄漏电流谐波和相角的关系,并研究了复合绝缘子不同污秽和憎水性对表面放电类型的影响。结果表明:通过分析泄漏电流的谐波特性和相角特性,可以得出绝缘子不同表面状态所对应的放电类型及其特征。复合绝缘子表面憎水性变差时,微弱放电比例略有减少,部分间隙性电弧放电转变成持续电弧放电,持续电弧放电比例增加;复合绝缘子表面污秽度变高时,部分微弱性放电转变成间隙性电弧放电及持续性电弧放电,间隙性电弧放电及持续电弧放电比例增大。通过对泄漏电流的特性分析,可以判断出复合绝缘子表面的状态。

气体绝缘系统电极表面覆膜时金属导电微粒带电原因分析

在施加直流或交流电压的表面覆涂绝缘介质的楔形电极结构条件下 ,讨论了SF6 中自由金属导电微粒在电场梯度力存在时的运动特性 .通过实验测得的自由导电微粒运动起始时的电压 ,计算得到微粒所带电荷量 ,该结果与采用法拉第筒测得的结果吻合 ,即当电极表面覆以 10 0 μm厚的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜时 ,微粒带电量约为未覆膜时的 30 %～ 6 0 % .通过对微粒与介质间局部放电导致发光现象的实验观测研究 ,表明表面覆涂绝缘介质的非平行平板电极间自由金属导电微粒的带电机理在直流电压下为电导电流或薄膜表面极化带电 。

直流电压下SF6中自由线形导电微粒运动特性

在大量工程和实验中发现,相对于自由球形导电微粒而言,自由线形导电微粒对于设备绝缘性能威胁更大,且直流下微粒更容易进行起跳。为此利用搭建的自由微粒实验装置和观测平台,研究了直流电压下自由线形导电微粒在SF_6气体中的运动特性。结果表明：微粒起跳场强随气压无明显变化;随着微粒长度的增加,微粒起跳场强有略微增大的趋势;随着微粒直径的增大,微粒起跳场强呈现指数增长趋势;当微粒长度较短时,随着微粒直径的增加,微粒起跳场强实验值与计算值较为接近;当微粒长度〉3 mm时,随着微粒直径的减小,微粒起跳场强实验值与计算值相差较为明显。此外,还研究了线形微粒在SF_6气体中特有的两种现象：随着微粒长度增加、半径减小或气压降低,微粒产生飞萤现象和竖立现象的概率均增大,且上极板为正极性时更容易产生这两种现象。最后,文中从空间电荷角度对实验现象做出了解释。

基于混合式光电电流互感器技术的脉冲微小电流信号测量系统

为满足高电位脉冲电流微小信号测量对抗干扰性能及保护人身安全方面的要求,设计了一套基于混合式光电电流互感器(HOCT)原理工作的宽带模拟光电检测系统。介绍了其工作原理和实测性能,并提出了改善系统频带的方法。该系统测量精度高,工作稳定,-3dB带宽为50kHz～22MHz,非线性度<0.5%,输出噪声峰值<1mV。测试结果表明该系统可用于复杂电磁环境下高电位脉冲电流信号的测量。

雷电冲击下SF_6气体放电击穿电压分散性的实验研究

一般应用升降法进行冲击下SF_6气体放电击穿特性实验时,要求击穿电压的分散性小于3%,以保证测得数据的可靠性。但是在实验过程中发现,SF_6气体相对于其他气体而言,击穿电压的分散性普遍偏大,一些情况下甚至超过了5%,而国内外针对SF_6气体放电击穿电压的分散性仍缺乏系统的研究。为此,在正、负标准雷电冲击(LI)作用下,实验研究了SF_6气体放电击穿电压的分散性随电极尺寸、气压和间隙距离的变化规律。结果表明:当间隙距离d=33 mm,电极曲率半径r=40、15、8 mm时击穿电压的分散性随气压增长而均呈现减小趋势;正LI下击穿电压的分散性随电场不均匀系数的增大而呈现先下降后上升的"U"曲线趋势,负LI下击穿电压的分散性随电场不均匀系数的增大而呈现先上升后下降的倒"U"曲线趋势;当电极曲率半径r=8 mm,间隙距离d=7、15、33 mm时击穿电压的分散性随着气压的增长而均呈现下降趋势。由此可得结论:正、负LI下SF_6气体放电击穿电压的分散性随着间隙距离的增加而均呈现线性增大的趋势。

陡波作用下SF_6气体的绝缘特性

用尖－板电极研究了极不均匀场中ＳＦ６气体在陡坡作用下的绝缘特性，并和球－板间隙进行了比较。

大容量GIS现场冲击试验问题探讨

受制于传统冲击试验设备技术瓶颈,现场冲击试验,尤其是标准雷电冲击试验难以开展。为此,结合气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated metal-enclosed switchgear,GIS)现场雷电冲击试验现状,研究了不同冲击电压波形参数对SF_6气体间隙放电特性的影响,发现冲击电压波前时间对GIS绝缘缺陷检测有效性有显著影响,在一定范围内,波前时间越短,绝缘缺陷检测有效性越高。分析了冲击试验回路参数对冲击电压波形的影响规律,发现负载电容和回路电感是影响冲击电压波前时间的主要因素,提出了2种提高冲击试验缺陷检测有效性的方法:现场试验时可采用隔离开关操作将GIS分成若干段,以减小负载电容;减小冲击电压发生器本体电感,以减小回路电感。

亚纳秒前沿高压脉冲信号发生器

提出了一种新型亚纳秒前沿脉冲信号发生器。该机采用了亚纳秒脉冲放电管，全部充放电回路进行同轴安装。整机抗干扰能力强，能产生幅值不低于２ｋＶ、上升时间小于０．８ｎｓ、脉冲宽度达１５０ｎｓ的矩形脉冲。

冲击电压上升率对SF_6放电由流注向先导转变的影响

以尖－板ＳＦ６间隙为研究对象，建立了空间电荷对间隙电场畸变的模型．通过分析和数学推导，给出了冲击电压上升率与流注向先导转变时延的关系，并进行了相应的计算．实验结果验证了所建立的模型的合理性．