油纸绝缘复合电介质的空间/界面电荷特性及其抑制方法综述

聚合物电介质的空间/界面电荷问题一直是国内外绝缘领域研究的前沿和热点。换流变压器是超/特高压直流输电工程中的关键设备,其内部油纸绝缘系统空间/界面电荷的产生、输运、积聚等过程会直接导致局部电场分布的畸变,易诱发绝缘介质的击穿、沿面闪络、老化加速等,是影响换流变压器安全稳定运行的重要因素。文中总结了国内外近20年来油纸绝缘电介质空间/界面电荷方面的研究成果,首先介绍了油纸绝缘复合电介质的空间/界面电荷测量和仿真研究新进展;然后分析了不同电压类型(直流、交流、交直流复合、极性反转)、场强大小、温度梯度、油纸本体状态等对油纸绝缘电介质空间/界面电荷演化的影响规律;最后分析了油纸绝缘介质空间/界面电荷的抑制方法。国内外在油纸绝缘电介质空间/界面电荷研究方面取得的大量有价值的研究成果,为换流变压器绝缘结构设计、绝缘性能提升提供了理论支撑。未来仍需在大尺寸油纸绝缘结构空间/界面电荷的测量及仿真方法、空间/界面电荷与材料绝缘性能的关联机制,以及优异绝缘性能先进电工绝缘材料等方面进一步开展研究。

交流与交直流复合电压下“液–固”油纸绝缘体系界面电荷分布的仿真及推演模型研究

空间电荷/界面电荷问题是影响换流变压器阀侧出线装置绝缘性能的关键因素。研究并掌握"液–固"油纸绝缘在交流以及交直流复合电压下的界面电荷特性将有助于中国特高压输电系统的发展。该文利用数值仿真方法,对"液–固"油纸绝缘在交流和交直流复合电压下的界面电荷特性进行研究。首先对交流和交直流复合电压下"液–固"油纸绝缘体系的空间/界面电荷仿真方法进行研究,然后聚焦交流电压下空间/界面电荷随相位存在动态变化的特点,开展交流和交直流复合电压下"液–固"油纸绝缘体系空间/界面电荷分布仿真分析及推演计算模型研究。研究结果表明:采用该文所提出的多层"液–固"油纸绝缘体系空间/界面电荷仿真方法计算的结果与电声脉冲法实测电荷密度值相比,误差小于1%;界面电荷密度随场强和温度的增大呈指数规律增加;稳态界面电荷密度随交直流复合比例(直流电压与交流幅值之比)的增大而增大并逐渐达到稳定值;在此规律基础上,建立了一种适用于交流与交直流复合电压下多层"液–固"油纸绝缘体系界面电荷分布的推演计算模型。

直流电压下界面电荷积聚对“液-固”油纸绝缘电场分布影响的仿真分析及试验验证

界面电荷积聚引起的电场畸变给换流变压器的绝缘性能带来巨大挑战,因此迫切需要针对“液–固”油纸绝缘介质界面电荷对电场分布的影响进行深入研究。首先联合双极性载流子模型、Maxwell-Wagner方程和Poole-Frenkel方程,建立了“液–固”油纸绝缘体系在直流电压下的空间/界面电荷仿真模型,并采用二分迭代法确定了仿真参数。然后在此基础上分别仿真分析了“油隙+油浸纸板+油隙”结构、换流变阀侧出线装置缩比结构的空间/界面电荷分布特性,分析了电荷积聚效应对电场分布的影响,并将考虑了空间/界面电荷影响的电场强度仿真结果与利用克尔效应实际测得的结果进行了对比。结果表明:所提模型及参数适用于直流电压下多层“液–固”油纸绝缘体系的空间/界面电荷分布特性研究;在典型平板多层“液–固”油纸绝缘体系中,电场强度的仿真结果与实测结果基本一致,证明了电荷积聚导致电场发生严重畸变;在换流变出线装置缩比结构中,不同油道的电场强度的仿真结果与实测结果之间的相对误差在3%~7%之间,不仅进一步表明了该仿真方法的有效性,也表明了电荷积聚对电场分布的严重畸变。研究成果为直流电压下考虑电荷积聚效应后多层“液–固”油纸绝缘体系的电场分布计算提供了参考。

北碚供电公司 提高服务民营企业水平

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