基于改进变分模态分解去噪的高频电应力下聚酰亚胺局部放电温-频特性研究

局部放电是导致高频电力变压器中聚酰亚胺(PI)绝缘劣化的重要原因。为研究高频电压下聚酰亚胺局部放电机理,探索温度、频率因素对局部放电特性的影响,建立了高频局部放电测试平台。针对使用脉冲电流传感器采集局部放电信号容易受噪声干扰的问题,采用变分模态分解(VMD)对局部放电原始信号进行去噪。其中,针对VMD难以自适应选取分解参数的问题,使用平衡优化器(EO)算法获得最优模态分解个数K与惩罚因子α。实验获取了25~100℃四个温度点与10~50kHz五个频率点下的聚酰亚胺局部放电情况,并分析其变化规律。实验结果表明,温度越大放电起始电压越小,而频率与局部放电起始电压无关;最大放电幅值、总放电幅值和单周波平均放电次数与温度、频率呈正相关;频率越高,温度对局部放电特征量的影响越大,而温度越高,频率对局部放电特征量的影响也更为显著,两者呈现一种耦合促进关系。

高频电应力下聚酰亚胺沿面放电演化特性

聚酰亚胺(PI)薄膜被广泛应用在固态变压器(SST)的绝缘设计中,而沿面放电是导致SST绝缘失效的重要原因之一。该文使用COMSOL Multiphysics软件为针电极实验装置建立了二维自洽等离子体仿真模型,通过耦合等离子体化学反应、粒子输运方程和泊松方程来分析高频电应力下的沿面放电发展过程;并建立了一个简化模型,用于验证等离子体模型中的空间电荷密度。实验结果表明,沿面放电会使电介质表面碳化并增加PI表面电导率。当电压频率为50Hz时,表面放电呈树枝状,放电出现在该阶段正半周期的上升和下降沿,最大放电幅度为0.013V,放电次数为2180。在高频下,随着绝缘老化,放电幅度从0.009V增加到0.015V,最后阶段记录的放电总数为3610,高频电应力下的沿面放电造成的损伤比工频更为显著。通过仿真模拟,该文获取了空间电荷、电子密度、反应速率和电子温度等微观量。高频电应力下PI薄膜沿面放电轨迹近似线性,在176×10^(-6)s时电子密度达到1.1×10^(19)m^(-3),随着电场强度的增加,电子密度和电子温度分布呈现上升趋势;正负离子密度分布范围与电子密度分布有很大的相似性。对电子密度和反应速率的分析表明,背景气体中的化学反应分析是正确的。