特高压变压器套管局部放电试验技术分析

为了完成特高压交流变压器套管的局部放电试验并指导特高压设备的局部放电测量,研究了在1100kV电压下进行套管局部放电试验的抗干扰措施和测量方法。根据特高压交流变压器套管型式试验的要求,套管局部放电试验的最高电压为1100kV,套管的局部放电量应<10pC,这对试验能力的要求已达到国内试验条件的极限。在试验室对该套管完成的局部放电试验结果表明:试验场地布置、试验环境温湿度控制等都会对套管局部放电测量产生影响;使用紫外成像仪和红外成像仪可快速有效的排除试验场地内的悬浮放电干扰源;采用不完全平衡法的试验回路可以进一步排除干扰,从而成功进行特高压套管局部放电测量。

UHVDC换流变压器油纸绝缘缺陷直流局部放电发展过程

特高压换流变压器绝缘承受的直流电压高,绝缘缺陷劣化发展迅速,且单凭局部放电(PD)量值和放电次数无法对绝缘缺陷的发展阶段进行分析诊断。为此,研究了特高压换流变压器内部油纸绝缘缺陷直流局部放电特征及其发展过程,构建了油纸针-板等7种局部放电模型。采用阶梯式升压法研究在长期外加电压作用下,绝缘纸板从起始放电到被击穿的整个缺陷发展过程中脉冲电流信号的实时特征及其统计特性,通过拍照的方式给出各模型各发展阶段纸板表面电腐蚀状态,并给出各相应发展阶段电场的空间分布。结果表明:直流局部放电发展过程复杂,初期以大放电脉冲为主,放电频率低,等待恢复时间随机性强;中期和末期以小脉冲放电为主,等待恢复时间均匀分布;临界击穿时等待恢复时间分布集中。结合多种放电模型直流局部放电试验,可断定不同缺陷结构从起始直流局部放电到击穿的过程中,其局部放电的总体发展趋势表现一致。

操作冲击电压下油纸针板缺陷局部放电研究

操作冲击电压下油纸绝缘局部放电特性对于油浸式变压器的过电压防护具有重要意义。为此,采用油纸绝缘针板缺陷模拟油中电晕放电对其放电特性进行研究。通过试验和仿真手段研究其在标准操作波(波前时间250±20%μs,半峰值时间2 500±60%μs)下的放电特性,并对试验现象进行解释。试验结果表明:随着外施操作冲击电压幅值的升高,操作冲击电压上升时间内的主脉冲强度显著增强,下降时间内的局部放电信号无明显变化;随着外施操作冲击电压幅值的升高,油纸针板缺陷的初次放电时刻显著提前,初次放电时刻对应的冲击电压瞬时值显著上升;局部放电幅值(平均值、最大值)、平均放电重复率和放电脉冲数均随外施操作电压幅值的增加而增加。研究结果对于变压器的过电压防护及故障诊断有很大帮助,具有实际工程应用价值。

重复加压及直流预压过程对油纸绝缘局部放电特性的影响

换流变压器出厂试验过程,经常遇到直流耐压试验结束后若干h内,交流耐压试验按照GB/T 18494.2执行无法顺利通过的问题,说明直流预压对油纸绝缘交流局部放电特性产生一定影响。为此,采用球-板电极模型模拟油纸绝缘系统中的稍不均匀电场,试验探究重复加压与直流预压过程对油纸绝缘局部放电特性的影响,重点对比分析纯交流初次加压、重复加压以及直流预压3种情况下的局部放电起始电压、临界击穿电压及熄灭电压变化规律。研究结果表明：重复加压过程会大幅减少绝缘系统的局部放电起始电压（降至约33.44%）,临界击穿电压下降约7.84%,熄灭电压几乎不受影响,经过高压端接地约8-9 h后,系统内的局部放电耐受水平与初次升压过程水平相当;而直流预压过程会一定程度上减小系统的局部放电起始电压（降至约82.38%）、临界击穿电压（降至约89.75%）,且随着直流预压水平的提高上述两参数降幅更加明显,熄灭电压几乎不受直流预压作用的影响,一般经过4-6 h高压端接地静置,直流预压过程对于油纸系统内局部放电特性的影响消失。基于多次试验结果,提出重复加压及直流预压过程产生的空间预存电荷是对交流电压下局部放电特性造成影响的主要原因。

非本征F-P局部放电光纤传感器设计及灵敏度分析

为解决超声波法检测电力设备局部放电灵敏度低问题,提出一种采用石英膜片的全电介质结构的光纤法-珀超声传感器设计方法。为获得适于局放检测频响特性的法-珀传感器,根据弹性力学原理分析法-珀传感器固有频率随膜片尺寸参数变化规律,利用ANSYS有限元仿真方法设计3种不同结构尺寸的法-珀传感器。在绝缘油箱中采用信号发生器驱动压电陶瓷传感器发射50kHz^250kHz超声波,获得F-P传感器的幅频特性曲线。F-P1~F-P3对板-板电极局放声信号检测实验表明,设计传感器一阶固有频率在150kHz处可有效检测局放,且相同固有频率下F-P传感器灵敏度随膜片厚度减小而显著提高。相同结构参数下腔长为130μm和100μm的F-P传感器检测灵敏度前者是后者的2.47倍,实验结果表明增加F-P腔长可提高传感器局放检测灵敏度。

油纸绝缘直流极性反转试验及局部放电测量

对油纸绝缘缺陷模型在极性反转过程中局部放电特征图谱以及空间电荷特性进行了研究,实现了对油纸绝缘极性反转过程中局部放电信号和空间电荷的测量。

人工神经网络和信息融合技术在变压器状态评估中的应用

为满足电力系统对变压器资产管理和风险评估的需求,提出了一种基于人工神经网络和信息融合技术的变压器状态评估方法。以预防性试验数据和在线监测数据为例,选择具有代表意义的信息量作为开展评估的静态状态量,除此之外还选取部分静态状态量的变化趋势作为开展评估的渐变状态量,采用非线性指标评价函数对状态量进行归一化处理,综合应用人工神经网络(ANN)和Dempster-Shafer(D-S)证据理论构建多信息融合的变压器状态评估模型。通过对某台500 kV变压器数据的实例分析,验证了该评估模型应用于变压器状态评估中的有效性。该方法将在线监测数据与部分参数的变化趋势紧密结合,有助于提高变压器状态评估的时效性和准确性。

交直流复合电压下油中局部放电的起始过程

换流变阀侧绕组同时承受交流、直流、交直流叠加、极性反转等多种特殊电压形式,其许用场强却未得到同等关注。因此,采用针-板、板-板典型电极模型和脉冲电流法及宽频带电流传感器检测法,研究了变压器油在交流、直流、交直流复合电压条件下的局部放电起始过程;总结了该起始电压随电压类型变化的规律曲线,为换流变许用场强的提出奠定了基础。试验结果表明:针-板电极模型下局放起始电压基本只与交流、直流、复合电压的幅值有关,而与电压类型、复合电压分量所占比例无明显关系;板-板电极模型中,复合电压下交流局部放电起始电压受直流分量的影响很小。通过高速摄像仪记录复合电压下局部放电引发击穿的全过程并估算出了放电增长速率约为1.8km/s;利用扫描电镜观测放电通道表面形貌特征,进而采用表面能谱分析法检测其主要元素含量由高至低依次为C、O、Cu、Si。最后通过复合电压下油中局部放电产生随机分布气泡的仿真模型算出,气泡使局部放电场强严重畸变,不均匀系数f达1.6。

内置光纤光栅油浸式变压器的研制

为了能够直接测量油浸式变压器的内部温度,设计了绕组电磁线内置光纤光栅传感器,并制作了35 kV/4 000 kW变压器样机,在该样机绕组、铁心、撑条、油顶等处成功布置了14根光纤,共218支光纤光栅传感器。绕组电磁线预埋光纤光栅传感器制作过程中的应力较小,光纤光栅传感器保持了良好的机械强度和测温性能。该样机的绝缘性能试验结果表明,内置光纤光栅传感器对变压器本体绝缘性能无影响;温升试验和长时空载试验验证了内置光纤光栅传感器具有良好的温度传感性能,为变压器内部温度场研究提供了可靠的技术支撑,为变压器的设计验证和寿命周期预测提供了一种新的有效手段。

直流电压下变压器油纸绝缘局部放电的发展过程

研究变压器油纸绝缘局部放电(PD)的发展过程对于特高压换流变压器的运行维护十分重要。为此,对典型油纸复合绝缘缺陷模型在直流电压长期(100 h)作用下的局部放电信号进行了统计分析;根据其统计特征图谱,将直流局部放电发展过程划分为4个阶段。此外,还采用无感电阻测量直流局部放电单个脉冲波形;并对直流电压长期作用下的油浸绝缘纸板表面形貌变化进行了观测。试验结果表明,直流电压下的局部放电脉冲的上升沿在10～100 ns范围内,首脉冲持续时间约500 ns,其余振荡脉冲脉宽在600～900 ns范围内;估算得出单次直流放电脉冲能量在0.01～0.1 J范围内。此外,研究发现绝缘纸板的表面会在针电极电蚀作用下产生"凹坑",这为实现基于多信息融合的直流局部放电发展趋势预测奠定了基础。

变压器绕组测温光纤光栅传感器设计及性能测试

为实现油浸式变压器绕组温度的直接测量,设计并制作了预埋光纤光栅传感器的绕组电磁线,对电磁线结构及绕组制作工艺进行了适当的改进,对绕组电磁线预埋光纤光栅传感器制作过程中的应力状态进行了监测,并对其测温性能进行了测试。结果表明:绕组电磁线预埋光纤光栅传感器制作过程及线圈绕制过程中光纤光栅传感器受到的应力较小,光纤光栅传感器保持了良好的机械强度和测温性能,其测温线性度>0.99,灵敏度约为10pm/°C,与理论值接近,测量准确度可达到±0.5°C,可满足变压器绕组温度精确测量的要求。

直流电压作用下油纸绝缘局部放电发展不同阶段的理化特性

换流变压器阀侧绕组同时承受交流、直流电压作用,其内部油纸复合绝缘局部放电性故障与以往交流电力变压器存在较大差别,而相关研究明显不足。为研究油纸绝缘直流局部放电发展过程与绝缘材料理化特性变化规律之间的关系,对典型油纸绝缘缺陷模型在80℃环境中进行了200 h直流耐压试验,考察油纸绝缘直流局部放电发展不同阶段统计特征谱图变化规律,并利用高速摄像装置对油纸绝缘针板电极模型的局部放电发生、发展及击穿的动态过程进行观测。同时,为揭示直流局部放电对油纸绝缘的破坏作用,分别通过X射线能量色散谱分析(EDS)、傅里叶变换红外光谱分析(FTIR)研究直流局部放电相应阶段油纸绝缘的理化特征变化规律。试验结果表明:根据油纸绝缘直流局部放电脉冲的统计特征谱图,将其发展过程划分为5个阶段,此过程中伴随着绝缘纸板表面纤维氧元素的增加和羰基含量、油中酸值增加的过程,说明直流电应力对绝缘纸板的破坏作用主要表现在使绝缘纸板表面纤维素分子发生氧化反应,导致绝缘纸板的绝缘性能的逐渐下降,反之,绝缘材料在直流电应力作用下发生损伤,会促进直流局部放电的发生程度加剧。

变压器油与绝缘纸板电导特性研究

从电导特性的角度研究了变压器油在高场强下的预击穿过程及机制,将变压器油在不同电场下的电导机制分为3个阶段:①在电场低于0.44 kV mm 1时,电导电流I与外施场强E成正的线性关系,符合欧姆定律;②电场强度在0.44 1.33 kV mm 1范围内时,ln(I/E2)1/E成正比,满足Fowler-Nordheim场致发射方程,属于隧道效应电流阶段;③当油中电场强度E>1.33 kV mm 1,I与电压的二次方U2成正比,属于空间电荷限制电流阶段,载流子视在迁移率c约为2.93 10 3cm2/(V s),当外施电场为2 kV mm 1时,载流子流速v为0.586 m s 1,电流体力学迁移率h约为1.5 10 3cm2(V s)1。同时,对影响变压器油电导特性的温度、流体压强、油中含水等因素进行研究,试验结果表明,随着温度的升高、流体压强的减小以及油中含水量的增加,变压器油的电导电流均将明显增加。此外,对工程上关注的不同浸油程度的绝缘纸板的电导和介电特性及其影响因素进行研究,结果表明,随着浸油水平、温度和工作频率的提高,绝缘纸板的电导电流均将相应增加。

基于频域介电谱分析的高压套管绝缘状态评估

为了解决高压套管现场检测手段有限、诊断准确性差的问题，改善目前高压套管事故多发的现状，采用新型无损检测方法对高压套管绝缘老化和受潮状态进行评估，对提高高压套管的运行可靠性具有重要意义。笔者采用基于介电响应理论的频域介电谱法（FDS），对3支结构相同的油纸绝缘高压套管在不同温度、含水量以及热老化时间下FDS测试的介损频率曲线进行了对比和分析，通过0．01～1000Hz频段的FDS测试的介损频率曲线来评估套管纸绝缘的含水量。研究结果表明，FDS测量的套管介损频率曲线受温度、含水量和老化时间等因素的影响，介损频率曲线的低频部分对套管纸绝缘含水量更敏感。而通过FDS测试评估套管纸绝缘含水量也可定量分析套管内部纸绝缘的老化和受潮状态。相比传统工频介质损耗测量．频域介电谱测量能够更灵敏和较全面地反映套管内部绝缘老化和受潮状态，具有较好的工程应用价值。

基于免疫算法的高温超导故障限流器Pareto多目标优化配置

针对高温超导故障限流器(high temperature superconductor-fault current limiter,HTS-FCL)的全网优化配置问题,提出了一种基于免疫算法的高温超导故障限流器Pareto多目标优化配置新方法。该方法综合考虑了限流器的成本和限流效果这2个优化目标。首先介绍了HTS-FCL的基本结构和原理,分析了安装高温超导故障限流器对原系统自阻抗的影响,提出了一种基于短路电流变化率的灵敏度计算方法,该方法可以缩小搜索空间,提高算法效率。然后分别建立了限流器成本评价子函数、限流效果评价子函数和多目标评价函数,制定了基于免疫算法的多目标Pareto优化算法流程,并在传统免疫算法的基础上提出了一种改进型的等成本倒位算子,通过仿真验证表明该算子较常规的免疫算法,能更好地收敛到最优解。最后以IEEE 39标准节点系统为例,实现了HTS-FCL的全网优化配置,验证了新方法的有效性,并求得了在综合考虑限流器成本和限流效果下的Pareto最优解集,设计者可以根据自己的意愿和实际情况在所求得的Pareto最优解集中选择合适的最优方案。

油纸绝缘在直流局部放电发展不同阶段中介电特性变化规律

为研究油纸绝缘在直流电压下长期局部放电发展的过程,采用脉冲电流法对典型油纸绝缘缺陷模型在80℃环境温度中进行了200 h的直流耐压试验,根据其统计分布的明显变化将直流局部放电划分为5个阶段;利用Novocontrol宽频介电阻抗谱仪对直流局部放电发展不同阶段的绝缘纸板的介电常数、体电导率及介质损耗因数的频谱特性进行测量,并通过X射线衍射仪及红外光谱分析仪对直流局部放电发展不同阶段的绝缘纸板的聚集态及表面官能团进行测定。研究结果表明:绝缘纸板介电常数频谱随加压时间会呈现下降趋势,主要原因是绝缘纸板纤维素分子在直流电场作用下其结晶度上升,分子排列逐渐规则,导致分子间距减小,使得纤维分子转向逐渐变得困难,引起绝缘纸板极化率下降;体电导频谱随加压时间增加而逐渐增加,这是由于绝缘纸板的结晶度的增加而导致纤维素分子间电子云重叠,电子在分子间迁移率增加,在外施电场作用下电子的运动更加容易,从而致使绝缘纸板电子电导增加;介质损耗因素随加压时间增加而逐渐减小,这是由于决定绝缘纸板介质损耗因数tanδ的纤维素分子葡萄糖基上含有极性基团—CH2OH,在电场和温度场的共同作用下,其在有氧环境中逐渐被氧化生成羰基基团,进而极性基的数量明显减少造成的。

特高压变压器局部放电试验分析

1000 kV晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程的1000 kV、1000 MVA特高压交流电力变压器的局部放电试验首次在国内进行,试验电压高,局部放电量要求严,试验难度大。总结特高压变压器局部放电试验的技术特点,以特变电工沈阳变压器集团有限公司生产的荆门站A相ODFPS-1000000/1000型特高压变压器为例,分析了该变压器出厂时的局部放电试验、特高压变压器套管局部放电型式试验、国家电网公司《1000 kV晋东南-南阳-荆门特高压交流试验示范工程电气设备交接试验标准》以及该特高压变压器的交接试验,提出了特高压变压器的特殊试验要求。

基于模糊和证据理论的变压器本体绝缘状态评估方法

对电力设备运行状态进行准确可靠的评估是实施电力系统状态检修的前提和基础。以500 kV油浸式变压器为研究对象,构建了基于模糊和证据理论的变压器本体状态评估模型。选取预防性试验中具有代表性的参数为状态评估的指标,参考评价指标的出厂值和越限值进行指标归一化,利用模糊评判方法确定各个指标相对于不同状态评估等级的隶属度。将这些指标分为油中溶解气体、油化试验和电气试验三个子证据体,利用证据理论对三个子证据体进行信息合成,进而对变压器本体的运行状态进行评估。通过对某台500 kV变压器数据的实例分析验证了该评估模型应用于变压器本体状态评估中的有效性。该评估模型思路清晰,不需要大量的历史数据,为变压器状态评估提供了一种新方法。

雷电冲击电压下典型油纸缺陷局部放电特征

雷电冲击电压下变压器绝缘的局部放电特性对其过电压防护及故障诊断有重要意义,而目前相关研究较为缺乏。为此,选取油纸气隙、悬浮金属和针板油隙这3种典型油纸缺陷,通过试验分别研究它们在标准雷电冲击电压(波前时间为1.2×(1±30%)μs,半峰值时间为50×(1±20%)μs)下的局部放电特征,并结合仿真对现象进行解释。试验结果表明:1油纸气隙、悬浮金属、针板油隙这3种缺陷的局部放电电压时域波形差异显著:油纸气隙局部放电电压波形由雷电冲击电压波前时间附近产生的放电主脉冲和分布于半峰值时间后的大量小幅放电脉冲组成,悬浮金属和针板油隙的局部放电电压波形均为分布于半峰值时间内的大幅值密集簇状放电脉冲;2随着雷电冲击电压幅值的升高,3种缺陷的放电脉冲数均显著增加,油纸气隙缺陷平均放电电压幅值缓慢降低,悬浮金属和针板油隙缺陷平均放电电压幅值均有所增加。

光纤护套材料对变压器油热老化特性影响研究

为研究内置传感光纤在热老化环境下对变压器油绝缘体系的影响,设计了130℃下普通裸纤、耐温PVC紧套光纤和ETFE紧套光纤在绝缘油中的加速热老化试验,对比分析了老化过程中绝缘油的微水含量、酸值、油色谱、体积电阻率和介质损耗因数老化特征参量的变化趋势。结果表明:普通裸纤会加速油的老化,耐温PVC紧套光纤在油中稳定性较差,ETFE紧套光纤的抗老化效果明显。增加ETFE护套可有效延缓含纤油样中微水含量和酸值达到标准规定的不合格上限的时间;老化末期,含普通裸纤油样的介质损耗因数和体积电阻率分别为含ETFE油样的2.75倍和0.305倍;含ETFE油样中的总烃含量、氢气含量和CO_2与CO比值分别为含普通裸纤油样的30.5%、70.1%和60.7%。虽然增加ETFE材料使得油的微水含量、酸值和油色谱与纯油样相比略有劣化,但对油的整体绝缘性能影响并不严重,适合作为光纤护套材料应用于变压器内部安装测试。