电容屏破损缺陷局部放电过程规律特征及仿真分析

油纸电容式变压器套管因性能好、成本低而被广泛采用。当电容屏存在边缘破损工艺缺陷时易发生局部放电,进而会改变油纸绝缘性能,缩短套管使用寿命,严重时危及电网设备安全运行。为研究电容屏破损局部放电过程变化规律,明确放电发展阶段,该文搭建了缺陷套管放电实验模型分析局放过程中相位谱图、放电量等参数发展规律,并基于实验规律及流体漂移扩散理论、固体双极电荷传输理论,建立了末屏缺陷针板沿面放电过程仿真模型,结合仿真中电荷形态变化、放电时间及油纸界面电荷密度分布对电容屏破损放电过程进行阶段划分:放电初始阶段,铝箔尖端电荷聚集发生电晕放电;放电发展阶段,尖端处带电粒子在电场作用下向油纸发展,小部分达到油纸界面产生沿面放电;放电破坏阶段,经过长时间沿面放电进入油纸发生预击穿,电场强度更大使带电粒子能量更高,冲击油纸表面造成油纸表面纤维素断裂炭化形成通道。仿真结果与实验结论相对应,证明了仿真的有效性。该文的研究成果进一步阐明了油纸套管电容屏工艺缺陷局部放电的过程及机理。

基于电热耦合的油纸绝缘套管内部压强变化特性

油纸绝缘套管作为目前电力系统应用最广泛的套管类型,因在运行时无法掌握内部动态压强,不能及时发现内部缺陷,严重影响套管使用寿命。为此,提出了油纸绝缘套管内部压强的解析数学算法,建立了试验用油纸绝缘套管的电热耦合分析模型,考虑了导电杆载流量和外界环境温度对油纸绝缘套管内部压强的影响,通过搭建试验用油纸绝缘套管平台对所提算法模型进行了准确性验证。结果表明:套管内部压强解析数学算法具有较高的计算精度,套管油枕处呼吸腔中空气的压缩量是影响油纸绝缘套管内部压强变化的主要因素;结合仿真分析,呼吸腔内空气压强占套管内部压强的76.9%。研究成果对于掌握油纸绝缘套管内部压强分布,及时捕捉套管异常状态有重要的指导意义。

基于局部放电影响的变压器套管优化研究

随电压等级升高,油纸电容式套管故障日益常见,其中局部放电为主要故障诱因。为保障电网稳定与安全运行,需对套管的局部放电进行有力管控。为此,研究构建了一个油纸电容型的套管结构,并采用数值模拟工具对126kV套管进行电热联合模拟,目标是了解工作条件对主隔离材料的微小电放效果。结果显示,主隔离材料的热度在轴向上呈现一个先增后减的趋势,径向持续降低,零屏位置出现最高温度89℃,最低温度72℃。综上所述,该研究提高了主隔离材料微放的触发电压,这对于理解和改善油纸电容式套管在增强电网稳定和安全方面具有显著的实际意义。

油纸电容式套管故障统计分析及模拟测试研究

油纸电容式套管广泛应用于电力系统变压器、电抗器、开关等重要电力设备中。近年来,变压器、电抗器、开关的套管事故和故障频繁发生,已经引起了有关部门的重视。文章介绍了近年来在国网电力系统运行的国产和进口变压器、电抗器的套管事故和故障情况,对国网电力系统出现的套管事故和故障案例进行了统计分析,同时通过理论计算及结构设计,提出了通过模拟套管测试研究以了解并掌握油纸电容式套管故障原因。

一起550kV油浸纸变压器套管工频闪络原因分析

对一起550 kV变压器套管的工频闪络原因进行了分析,建立了套管和试验油缸的全尺寸有限元模型并对模型进行了有限元仿真,分析了小套管外壁有无气泡对套管内部电场分布的影响。最后提出试验前应将套管充分静置等防止此类事故的建议,对实际试验具有一定的指导意义。

变压器升高座内部套管局部放电特高频信号传播特征

油纸电容式套管是广泛应用的变压器出线套管形式之一。目前,运行人员主要依据预防性试验对套管绝缘状态进行评估,无法对运行中的套管局部放电进行检测和识别。在仿真研究升高座内部套管局部放电特高频信号传播特征的基础上,提出了基于特高频法的变压器升高座内套管局部放电非接触式带电检测与定位方法。首先仿真研究了套管升高座内部局部放电激发电磁波信号的传播路径和传播特性,明确了升高座内部特高频信号通过套管外侧油道传播至外部空间;然后,搭建了套管试验平台,开展了套管顶部悬浮放电和套管升高座内部均压环附近悬浮放电试验,验证了套管外部特高频检测局部放电的可行性;最后,通过4通道特高频天线阵列对放电源进行定位试验,证明了升高座内部局部放电特高频信号的辐射途径。结果表明,该方法可以实现升高座内部的套管局部放电的非接触式不停电检测,对提高变压器出线套管维护水平具有重要意义。

潮气侵入对油浸纸套管电气特性的影响

为了研究潮气侵入对油浸纸(OIP)套管电气特性的影响,研制了油浸纸套管试验模型,并利用超声波加湿器产生的水雾来模拟套管受潮环境,研究了受潮后套管模型不同静置时间对油中水分质量浓度、局部放电起始特性、介质损耗角正切值、电容量等特征参量的影响。结果表明:受潮后油中水分质量浓度随静置时间的变化而呈现先升高后降低的趋势;根据油中水分质量浓度20 mg/L的警示值,可将潮气侵入套管后电气特性变化划分为3个阶段即低水分阶段、高水分阶段、水分向纸迁移阶段,且3个阶段中,介质损耗角正切值均随试验电压的升高而呈现增长的趋势;现行试验规程中对低水分阶段受潮套管的检测存在误判的可能;高电压下介质损耗角正切值增量对检测受潮缺陷套管较灵敏,可将阶梯升压至2Um/1.732(Um为设备最高运行电压)时介质损耗角正切值最大增量Δtanδ为0.2%作为判断指标。因此,可根据高电压介质损耗角正切值增长趋势以及局部放电情况来判断套管主绝缘的性能状况,以便及早发现受潮套管。

油纸电容式套管缺油的危害及判断

通过解析油纸电容式套管的结构,介绍了套管各组成部分的作用和原理,阐明了套管内部绝缘介质的电气性能;详尽阐述了套管缺油的原因及危害,提出了判断套管缺油的方法。通过实例阐述套管缺油的鉴别过程,论证了综合利用电容量C、介质损失角tgδ、油中溶解气体色谱分析及红外线成像对准确发现套管缺油的准确性及合理性。

特高压干式油气套管内绝缘结构的优化设计

针对使用经典解析公式设计套管电容芯子的局限性,改进了套管的传统等裕度设计方法。以特高压干式油气套管为研究对象,考虑杂散电容和温度对套管芯子电场分布的影响,建立了套管芯子改进等裕度设计方法的数学模型。在此基础上,联合有限元电热耦合计算和粒子群优化算法对该套管的内绝缘结构进行了优化设计。根据以上优化设计结构,试制了油气套管样机,并进行了全部型式试验,结果表明,提出的改进等裕度设计方法可实现油气套管芯子径向场强、轴向场强和极板间局部放电裕度的均匀分布,且芯子局部放电裕度值由0.925提升到1.155,验证了改进等裕度设计方法的实用性。

典型缺陷油浸纸套管绝缘劣化特性研究

油浸纸电容式套管是目前电力系统中应用最为广泛的套管,发生的故障也相对较多。为研究油浸纸套管缺陷发展过程及绝缘劣化规律,采用多只72.5 kV油浸纸套管分别模拟进水受潮、极板边缘尖端、极板偏差及油中气泡等典型缺陷,在60℃油温下同时对缺陷套管施加42 kV电压和630 A电流进行长时电热联合试验,测量并分析套管绝缘电阻,tanδ、电容量、局部放电特征、频域介电谱曲线等参数的变化规律。测试结果表明,tanδ及电容量对套管绝缘受潮缺陷较为敏感,通过tanδ-f曲线及C-f曲线可分析套管内部水分热扩散过程;通过局部放电测试能有效发现套管油中气泡、极板偏差和极板边缘尖端缺陷,3种缺陷的主要区别在于局部放电t-f图谱中的脉冲放电等效频率范围不同;长时电热联合作用下,油中气泡缺陷套管最早出现绝缘劣化,总体劣化速率相对平缓。极板尖端缺陷套管前期劣化速度慢,但累积效应明显,tanδ及电容量在稳定一段时间后呈阶跃式增长。极板偏差缺陷套管出现绝缘劣化的时间最晚,出现劣化后的趋势与极板边缘尖端缺陷套管类似。研究结果可为套管故障分析及绝缘诊断提供参考。

受潮对油纸电容式套管频域介电响应的影响

设计制作了10 kV油浸纸套管模型,对该模型进行电势分布仿真,得出电势沿径向路径线性分布的结论。同时,套管模型实际工频电容测量值30.197 pF与理论计算值30.172 pF接近,套管模型基本满足实际需求。测试了不同受潮程度下套管的主绝缘与绝缘油的频域介电响应特性后发现:受潮缺陷会使主绝缘的介质损耗和电容在整个频域(10^-3-10^3Hz)内明显增加;受潮后的绝缘油介质损耗在整个频域内明显增加,而电容则在10^-3-10^-1Hz频段内明显增加,10^-1-10^3Hz内基本保持不变。最后选取特征频率点(10^-3、10^-2、10^-1Hz)下的电容值与工频电容值的比值为特征量有效地实现了对套管受潮状态的评估,为频域介电响应技术应用于油纸电容式套管的状态评估提供了理论参考。

基于频域介电谱法的变压器油纸绝缘套管受潮状况分析

近年来频域介电谱法(frequency domain spectrum,FDS)作为一种无损检测方法,逐渐被尝试用来检测大型变压器、套管等油纸绝缘设备的绝缘状态。采用该方法对某500 kV变电站主变压器高中压中性点套管及低压故障套管进行了现场离线测量,然后将所测结果与实验室结果进行比对,分析其故障原因,实现了对现场实测数据的定性和定量分析,确认该批次套管存在出厂时套管芯子干燥不充分问题。研究表明,频域介电谱法不仅能够定性地反映套管内部受潮状况和受潮原因,而且还可以对其受潮程度进行定量分析,从而为该方法在实际生产中的进一步应用提供了理论和实践基础。

油浸纸套管电容芯子浸渍不良缺陷的放电过程及其特征

为了研究油浸纸套管浸渍不良缺陷的劣化机理,研制了透明的套管模型,利用良好套管模型漏油后补油不抽真空的方法,模拟浸渍不良缺陷;利用阶梯升压法,研究浸渍不良套管缺陷模型的局部放电参数、介质损耗正切值和电容量的变化情况,同时观测了放电过程中的产气部位和产气现象,并结合试验后解剖,分析油浸纸电树枝碳化通道。研究结果表明,对于油浸纸套管浸渍不良缺陷劣化过程,局部放电检测比较灵敏、特征显著,而介质损耗正切值、电容量检测不灵敏。放电位于芯子末屏极板边缘,沿极板边缘纸层表面发生电树枝沿面爬电并产生连续的气泡。放电相位呈现明显的对称分布,放电相位与放电量的φ-q散点图呈现"翼状"分布特点,可作为诊断和识别油浸纸套管电容芯浸渍不良缺陷放电严重程度的特征谱图。

油浸纸套管尾部受潮故障模拟及早期特征

为研究油浸纸套管尾部绝缘受潮的故障检测及诊断方法,设计并制作了透明护套的油浸纸套管模型,模拟水分从套管头部进入并在尾部沉积的典型受潮故障,研究额定电压和阶梯升压下套管尾部受潮的局部放电、介质损耗角正切值tanδ、电容及频域介电谱特征的变化规律。研究结果表明:额定电压下套管尾部受潮早期,电容随受潮时间呈现增长趋势,而局部放电、tanδ基本不变;1.5 Um工频电压下的局部放电试验使得套管尾部早期受潮的沉积水分运动引发放电;频域介电谱1 m Hz,tanδ随受潮时间呈现增长趋势。现有10 k V电压下测试tanδ、额定电压测局部放电的方法可能会因水分沉积状态而产生误判。建议对疑似尾部受潮套管离线试验中增加1.5 Um工频电压测局部放电试验、1 m Hz频域介电谱测试,在线监测中增加电容的检测,以便早诊断和识别尾部受潮的套管。

不均匀受潮油纸绝缘套管频域介电谱仿真研究

电容型高压套管作为变电站内极为重要的电力设备之一,其绝缘状态对电力系统的安全稳定运行至关重要。套管在生产和运行过程中,可能因干燥不充分、浸渍不充分或外部水分入侵而受潮,影响绝缘可靠性。由于套管电容芯子绝缘结构的特殊性,水分通常为非均匀分布,在外界水分侵入时尤为明显。文中通过建立油纸绝缘双单元叠层和110 kV电容型套管数值仿真模型,对其在不均匀受潮状态下的频域介电谱特性进行仿真分析。结果表明:不均匀受潮时,介质损耗因数与频率的关系曲线出现明显的介质损耗峰;水分分布不均匀程度增大时,损耗峰对应的频率随之增大;频域介电谱(FDS)对套管厚度和末屏局部的含水量变化敏感,但基本不受套管轴向不均匀受潮的影响。

不同缺陷下油纸绝缘套管中氢气生成特性研究

近年来,因变压器套管故障导致的电力事故频发,严重影响了电力网的安全稳定运行。变压器套管在制造、安装以及运行过程中都可能存在内部绝缘缺陷,并在长期电热联合作用下进一步劣化,最终导致故障的发生。鉴于此,以油中氢气含量为主要研究方向,设计并制作了含有不同缺陷套管芯子,并搭建了油纸绝缘套管中氢气生成特性实验平台开展研究。研究结果表明:当纸中含水量较低时,套管油中无明显氢气产生,但在油中水分过饱和致使套管尾部出现积水的情况下,水滴表面电场畸变并发生放电,油中氢气含量呈现出先缓慢后快速的增长趋势;当套管芯子内部存在电容屏褶皱缺陷时,油中氢气含量随电压施加时间近似呈线性增长;相对于以上两种缺陷,当套管存在金属尖端缺陷时,油中氢气生产速率显著增加,并伴有连续微小气泡产生。研究结果为利用氢气传感器开展油纸套管内部缺陷监测提供了数据支撑,提升了变压器油纸套管运维智能化水平。

变压器高压油浸纸套管与环氧浸纸套管运行情况比较

对某电厂使用的变压器高压油浸纸电容式套管和环氧浸纸电容式套管的运行情况进行了比较,并对曾出现的故障类型进行了分析。历次电气试验表明:油浸纸电容式套管介质损耗和电容量均保持稳定,变化量一直在规程允许范围内;而环氧浸纸电容式套管在投运一定时期后,出现套管介质损耗因数及电容值增大的现象。最后指出,环氧浸纸绝缘套管的介质损耗因数普遍高于同等电压等级的油浸纸绝缘套管,当发现绝缘介质损耗因数和电容值发生较明显变化时,应加大测试密度,当变化量大于10%时,必须更换套管。

油-油、油-SF_6胶浸纸电容式变压器套管的研制

介绍了额定电压为40.5kV～126kV油-油、油-SF6胶浸纸电容式变压器套管的设计原理和工艺流程;讨论了制造套管电容芯子的关键技术,给出了研制产品的技术参数并与国内外同类产品进行了水平对比,最后指出了该产品的主要性能及特点。

油浸纸套管电容芯子极板边缘电场分布的仿真及优化方法

在各电压等级的电容式套管中普遍存在极板边缘电场效应。极板边缘电场突变,形成局部强场区,引发极板边缘放电,对电容式套管安全运行构成威胁。目前常规的电容芯子设计方法中,采用电容串联分压模型计算电容芯子径向电场及轴向电场,但该模型仅适用计算芯子内部平均电场。现有的仿真计算中考虑了套管局部及整体的电场分布,但忽略了极板厚度及边缘形貌,对极板边缘的电场缺乏细致分析,进而使得极板边缘电场控制措施不明。利用Infolytica有限元软件,仿真分析了油浸纸套管电容芯子极板边缘不处理、极板边缘单折边、加半导体纸等3种情况下极板边缘区域的局部场强可视化分布情况。研究结果表明,极板边缘不处理情况下极板边缘场强远大于极板中部均匀场强,极板边缘单折边、敷设半导体纸可分别使得极板边缘场强下降19%、33%。极板边缘单折边及敷设半导体纸的方式均可降低边缘场强。在实际套管电容芯子设计及生产过程中,建议采用10~20 mm宽度的单折边或敷设半导体纸改善边缘电场的方法,以电场分布的均匀化、不增加芯子主体尺寸的方式,降低极板边缘电场效应,提升套管安全运行水平。

变压器油纸电容式套管介损试验及分析

介绍了500 kV主变220 kV中压侧三只油纸电容式套管主绝缘的介损试验,分析了其介损测量值一个远小于交接值、一个为负值的异常现象。分析表明:套管主绝缘介损测量值远小于真实值的原因是由于瓷套表面潮湿、污秽严重带来的杂散电容干扰所致。