脉冲电弧离子镀工艺参数对氧化锌压电涂层结构与电阻的影响

为了给探索、提升ZnO压电薄膜的制备工艺提供一定的科学参考及依据,通过脉冲电弧离子镀的方法在不锈钢基底上沉积结合力强的纳米氧化锌(ZnO)压电涂层,并系统研究工作气压及靶基距这2个关键制备工艺参数对ZnO压电传感涂层的晶体结构及电阻性能的影响。结果表明:工作气压降低则涂层结晶度提高,而随靶基距增大,结晶度先增加后降低,电阻随之降低。这一结果为新型永久薄膜压力传感器(PMTS)在高压及超高压智能套管的压力监测领域的应用提供了一定的科学参考及依据。

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。

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。

35kV油浸式变压器准分布式测温系统的研究

对光纤光栅测温技术进行了研究,针对35kV油浸式变压器设计了光纤光栅测温系统方案,研制了适用于现场应用的调解系统,并设计了内置光纤光栅的特殊电磁线结构。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

一种基于FRP材料的新型输电杆塔研究

针对当前输电杆塔存在的诸多问题,提出了用FRP材料制作杆塔的思想。介绍了国内外FRP材料及其在电力建设中应用的情况,设计了适用于110kV输电线路的FRP材料杆塔。根据导线排列方式,该杆塔可分为上字型和门型杆塔两种。以上字型杆塔为例,设计了FRP杆塔的结构和尺寸,分析了该杆塔的机械力学性能,对可能出现的破坏形式进行了校验。采用场域分解的方法将三维无界场域分解成有界子区域,利用AnSoft软件,建立了常规杆塔和FRP杆塔三维仿真模型,分析了两种杆塔的对地1m处场强和导线表面最大场强。仿真结果表明FRP杆塔的导线表面最大场强要远小于对应钢管杆的值。对杆塔尺寸进行了多种改变,分析了相应情况下"上"字型FRP杆塔的机械性能和电气性能,得到了电杆最小截面宽度为37.6cm,最小壁厚为3.06cm,建议杆塔呼高为11m,下横担宽度为4m。

特高压换流变压器现场局部放电检测抗干扰技术

本文中笔者以云广±800kV直流输电工程楚雄换流站特高压换流变现场局部放电试验为例,详细研究了特高压换流变局部放电试验过程中的干扰源,如空间电磁波、电晕、脉冲型干扰和检测阻抗带来的干扰及所采取的抗干扰措施。

直流局部放电试验系统的研制及应用

随着中国特高压直流输电工程的发展,换流变压器等电力设备的安全可靠性问题显得尤为重要。由于直流局部放电试验能够提早发现绝缘缺陷、有效预防直流输电设备绝缘击穿事故的发生,根据直流局部放电机理,研制出一套可用于换流变压器直流耐压过程的局部放电检测的试验系统。该系统具有抗干扰能力强,高速、持续、实时采集的特点,能够保证系统检测的直流局部放电信号的有效性和完整性,并通过典型油纸复合绝缘模型验证了其性能。实践结果表明,它能有效、便捷地测量油纸绝缘直流局部放电的时域信号。对时域信号进行的时频分析和统计分析结果表明:同一电极模型中,统计特征参量的数值上随加压时间变化明显,可实现局部放电发展严重程度的预测;不同电极模型中,统计特征参量分布规律一致,可有效判断缺陷类型,该系统有望广泛地应用于直流输电设备检测。

特高压换流变压器局部放电超声波检测及定位

介绍了局部放电超声波检测和定位的方法,并采用基于小波变换的信号压缩处理方法对包含振动噪声干扰的超声波信号进行处理,排除振动干扰信号的影响,精确识别超声波信号到达时刻。

操作冲击电压下油纸绝缘局部放电抗干扰及缺陷辨识技术研究

对油纸绝缘缺陷在操作冲击电压下的局部放电检测、干扰辨识及缺陷识别进行了研究。构建了模型,有效提取了由缺陷激发出的冲击电压下的局部放电信号。

操作冲击电压下油纸绝缘气隙局部放电特性

针对电力设备在操作冲击电压下产生局部放电现象,构建了油纸绝缘气隙模型,基于局部放电发展过程特征变化,分析了放电重复率和放电量。

雷电冲击电压下油纸绝缘气隙局部放电特性

针对变压器在雷电冲击试验中出现局部放电却无法有效诊断分析的现状,构建油纸绝缘多尺度气隙缺陷模型,探究冲击电压条件下局部放电特征。基于油纸绝缘气隙缺陷在雷电冲击电压下的放电特点,将雷电冲击电压作用时间划分为波前时间、半峰值时间、延迟时间和去电荷时间四个阶段,详细阐述了去电荷阶段局部放电驱动机制。结果表明,半峰值时间和去电荷时间内局部放电脉冲极性相反,且在去电荷阶段内脉冲放电无过冲振荡现象,随着气隙高度的增大,延时放电时间延长,平均放电量增加,累积放电量减小,且放电重复率减小。