交直流复合电压下直流预压诱发老化油纸绝缘沿面闪络现象

长期运行换流变压器中老化油纸绝缘界面处的沿面闪络现象将危及设备和电网的安全。在研究交直流复合电压作用下老化油纸绝缘的闪络特性时,发现老化油纸试样在较高幅值直流电压预压的过程中突然出现沿绝缘纸板表面闪络的现象。为此针对直流电压分量和老化程度对交直流复合电压下油纸绝缘的闪络特性影响进行了研究,并基于电子触发极化松弛理论,结合空间电荷特性、老化油纸绝缘的表面形貌、老化产物对产生该现象的机理进行了探究。研究认为诱发直接闪络的主要是由于在直流电场作用下老化后绝缘纸板中空间电荷总量急剧增加,同时老化绝缘纸板表面形貌畸变电场,弱极性及酸性老化产物等因素的综合影响致使载流子迁移运动加快,进而加剧了对老化油纸绝缘空间电荷平衡状态的扰动和破坏,最终引发直流预压过程中沿绝缘纸板表面的闪络现象。

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。

交直流复合电压下变压器油中电弧放电及产气特性

换流变压器是直流输电工程重要设备之一,其阀侧绕组承受的电压较为复杂,包括直流、交流、交直流叠加以及极性反转等多种电压形式。因此在构建交直流复合电压系统的基础上,采用典型针板电极模型,对变压器油在交流、直流和交直流复合电压条件下的电弧放电和产气特性进行研究。试验表明变压器油在交直流复合电场和直流电场下的绝缘性能较交流电压下差。交直流复合电压下油隙的击穿电压与其纹波因数有关,纹波因数越小击穿电压越低。引入小桥理论的极化过程很好地解释了这一物理现象。同时,不同类型的电压作用下放电产生的油中溶解气体体积分数(每种气体与总气体的体积比)一致,说明判断交流变压器的改良三比值法故障类型判断方法对交直流叠加电压和直流电压下的电弧放电故障仍然适用。但是由于直流和含有直流分量的电压更容易产生油中放电,换流变压器的油中溶解气体体积分数(换算后每升油中所溶解气体的体积)的注意值和气体增长率注意值应有别于传统交流变压器。

交直流复合电压下油纸绝缘内部气隙缺陷局部放电特性

为了研究换流变压器油纸绝缘的局部放电特性,制作了典型的油纸内部气隙缺陷放电模型,设计了交流和直流电压叠加的实验回路,模拟换流变压器绝缘承受的电压类型。针对实验模型施加不同分量的交流电压和直流电压,用脉冲电流法分别检测该模型局部放电的各个特征参数,进行比较研究。总结了复合电压下油纸气隙放电模型的局部放电脉冲特征规律,并分析了其放电机理。结果表明,交直流复合电压下的油纸绝缘气隙放电具有不同于交流和直流下局部放电新的特点。为实现换流变压器的绝缘状态在线监测与综合评估积累了经验数据。

交直流复合电压作用下油纸绝缘典型缺陷放电现象及特征

为实现换流变压器油纸绝缘故障诊断,搭建了一套交直流复合电压作用下油纸绝缘缺陷局部放电和油中溶解气体检测平台,选取针板模型、沿面模型和悬浮模型作为研究对象,得到每个模型不同发展阶段的局部放电和产气特性,对比了3种典型缺陷模型的特征区别。研究结果表明:1)根据3种典型缺陷模型的脉冲重复率、平均放电量和总烃体积分数变化趋势中的变化现象可以将放电过程划分为起始阶段、发展阶段和邻近击穿阶段;2)针板模型的脉冲重复率最低,沿面模型起始脉冲重复率较低但是放电后期较大,悬浮模型放电脉冲重复率最高;针板模型起始时放电量为97.5 pC,邻近击穿时超过900 pC,沿面模型起始时只有7.1 pC,随后增长到18.2 pC,而邻近击穿时也只有45.6 pC;悬浮模型起始阶段的平均放电量很大,发展阶段迅速减小到1 000 pC,邻近击穿阶段大于1 500 pC;3)针板模型在放电发展阶段总烃中以CH4为主,沿面模型在放电发展阶段中C2H2占到总烃体积分数的60.6%,悬浮模型在放电发展阶段4类烃类气体都有产出,其中C2H2气体最多。

交直流复合电压下老化油纸绝缘针板模型局部放电特性

为研究换流变压器阀侧实际运行老化的油纸绝缘局部放电特性,提高交直流复合电压下油纸绝缘局部放电研究的工程实际意义,取运行5 a的换流变油纸样本,建立典型针板电极油纸绝缘缺陷模型,对交直流复合电压下老化油纸绝缘局部放电从起始阶段到击穿的整个过程进行了实验模拟并记录放电时域信号。随着局部放电发展,放电幅值逐渐提高,出现放电的相位分布扩大,相应相位出现的放电次数增加,当临近击穿时,负周期放电量超正周期数倍。基于时域放电信号建立了多个放电周期的H_(umax)(φ)、H_(umean)(φ)、H_n(φ)和H_n(u)等PRPD谱图。分析谱图特性,并计算各个谱图的偏度(Sk)等统计参量因子,基于自适应阈值模糊聚类分析方法,将统计参量因子分为10类,分类之后可看出一定的时间延续性。结合分类结果和局部放电发展的不同时刻的信息,将放电模型的发展过程划分为初始放电阶段、放电发展阶段、放电稳定阶段和预击穿阶段。划分结果可为交直流复合电压下油纸绝缘局部放电在线监测和模式识别提供参考。

交直流复合电压下油纸绝缘气隙放电模型油中溶解气体诊断

换流变压器作为直流输电工程的核心设备,其运行可靠性直接影响整个电网安全运行的稳定性,但直流电压的加入是否会导致油纸绝缘产气特性变化,影响故障诊断结果还需进一步确认。针对该问题搭建了模拟换流变压器实际运行工况的平台并进行试验。试验分别在交流电压和不同比例交直流复合电压下,采用气隙放电模型,对油纸绝缘局部放电油中溶解气体进行了研究。研究结果表明:气隙放电模型在交流电压下油中溶解气体主要以H_2为主,在交直流电压复合电压下则以C_2H_6和CH_4为主;局部放电起始阶段的诊断中,交流电压下通过油中溶解气体可以诊断得到低能放电故障,但交直流复合电压下无法得到故障结果;局部放电临近阶段交流电压下诊断结果均为电弧放电,而交直流复合电压下50%的诊断结果为低能放电。气隙模型在交流和交直流复合电压下油中溶解气体存在明显区别,导致诊断结果不同。因此运用改良三比值法对换流变压器故障诊断还需要进一步优化。

交直流复合电压下油纸绝缘针板缺陷局部放电发展过程研究

通过搭建一套交直流复合电压油纸绝缘针板缺陷局部放电试验平台,对交直流复合电压下油纸绝缘针板缺陷局部放电发展过程中的局部放电参数及谱图变化进行研究分析。结果表明:根据局放特征参数随时间的变化规律,局放发展过程可分为起始阶段、发展阶段、严重阶段及预击穿阶段。平均周期放电次数在发展阶段与严重阶段增加,在预击穿阶段减少;平均放电幅值在发展阶段增加,在严重阶段与预击穿阶段下降,脉冲平均等效时间与频率在严重阶段与预击穿阶段呈现相反的变化趋势。局放特征谱图的形状变化规律可成为识别局放发展阶段的重要依据。

交直流复合电压下油纸绝缘典型缺陷局部放电发展阶段评估

随着特高压直流输电工程的持续推进,直流局部放电试验技术对换流变压器绝缘状态评价的实用性问题一直备受关注。为形成有效的状态评价依据,提高换流变压器绝缘状态考核的准确性,本文研究了模拟典型放电类型的4种绝缘缺陷模型(油纸复合绝缘针板电极、变压器油隙针板电极、油隙平行板电极与沿面放电电极)在交直流复合电压下的局部放电特性。研究结果表明,各种缺陷模型在局部放电的不同发展阶段均有可作为判断依据的明显差异特征。本文从三方面给出了局部放电类型和放电发展前期、中期与后期的评估依据:(1)基于放电图谱Q-Δtpr e、Qmean-Δtpre、n-Q、n-Δtpre图谱特点的评估依据;(2)基于放电图谱偏斜度Sk、峭度Ku、不对称度Asy与相关度Cc等18项指纹特征参数的评估依据;(3)基于产气特性的评估依据。

交直流复合电压下热老化油纸绝缘空间电荷特性

换流变压器阀侧绝缘长期承受交直流复合电压的作用。为了研究油纸绝缘在交直流复合电压下空间电荷特性,该文开展了油纸绝缘加速热老化试验,搭建复合电压下电声脉冲法空间电荷测量系统,测量交流、直流以及交直流复合电压下油纸绝缘内部空间电荷积聚和消散情况,并进一步计算得到油纸绝缘陷阱深度。研究结果表明,不同老化状态的油纸绝缘在交直流复合电压下均出现铝电极附近的负极性空间电荷积聚,老化的油纸绝缘由于正负电荷不同的注入迁移特性,在交流电压下同样出现负极性空间电荷积聚;随着老化时间的增加,油纸绝缘中积聚的空间电荷先减少后增加;与直流极化相比,交直流复合电压极化后老化油纸绝缘的平均陷阱深度更大。

交直流复合电压下油纸绝缘针板缺陷的预击穿阶段局部放电特性

交直流复合电压下油纸绝缘针板缺陷局部放电分散性大、随机性强,绝缘预击穿阶段产生的大量气泡进一步增加了局部放电特性的复杂性。因此,文中利用脉冲电流法对交直流复合电压下油纸绝缘针板缺陷预击穿过程中局部放电参数随时间的变化规律和放电随机性的具体表现进行了实验研究。平均放电幅值和平均周期放电次数总体上随加压时间的增加而减小。但各组试验的变化规律并不相同,大致可以分为波动型变化和单调型变化两类。两类预击穿特性的不同主要与放电过程中气泡在纸板表面的聚集有关。从等效时频谱图看,大部分放电随着预击穿的发展向拱顶区域集中。拱顶对应的等效时间为1 300~1 600 ns,等效频率为7.5~10 MHz。等效时频谱图在预击穿末期可能呈现半拱形或全拱形两种不同的形状。

交直流复合电压叠加谐波电压下的绝缘纸电老化特性研究

换流变压器是特高压直流输电系统中的关键设备,而绝缘纸是换流变压器中重要的绝缘与散热材料。由绝缘设计与缺陷导致的绝缘问题占据了换流变压器故障的绝大多数,因此研究换流变压器绝缘纸的电老化特性具有重要意义。根据换流变压器阀侧绕组绝缘承受的电压类型,采用典型的油浸绝缘纸作为模拟换流变压器纸绝缘的试验材料,开展了绝缘纸在交直流复合电压叠加谐波电压下的长时耐压试验,研究了绝缘纸的电老化特性。试验结果表明,谐波电压对绝缘纸的电老化特性影响显著,随着谐波含量的增加,绝缘纸的电老化失效时间减小,且5次谐波对绝缘纸电老化失效时间的影响比3次谐波的影响更大。

交直流复合电压下铜颗粒在油中的分布及对绝缘油击穿特性的影响

为了研究交直流复合电压下固体颗粒在绝缘油中的运动分布特性及对油绝缘性能影响机理,对比分析了两种电极下,绝缘油中微米级铜颗粒在交流、直流及交直流复合电压1:1、1:3下的运动分布状态,测量了不同颗粒浓度绝缘油在四种电压类型下的击穿电压,并结合颗粒运动分布特性分析了铜颗粒对绝缘油击穿电压的影响规律。研究表明:提高施加电压直流分量和颗粒浓度均会加速"铜颗粒小桥"的形成并显著增大油隙间的传导电流;含铜颗粒绝缘油在交直流复合电压下的击穿电压均近似符合Weibull分布规律,绝缘油的击穿电压随施加电压直流分量的提高而降低,击穿电压与颗粒浓度的对数lg N呈线性关系。

交直流复合电压下油纸绝缘典型缺陷产气特性

目前国内换流变压器依旧使用改良三比值法进行故障诊断,而改良三比值法未考虑交直流复合电压下油纸绝缘局部放电产气特性,但直流电压的加入是否会导致油纸绝缘产气特性变化,影响故障诊断结果还需进一步确认。针对该问题搭建了模拟换流变压器实际运行工况的平台并进行试验。试验分别在交流电压和不同比例交直流复合电压下,采用柱板、匝间、气隙和沿面4种典型放电模型,对油纸绝缘局部放电油中溶解气体进行了研究。研究结果表明：直流电压的加入,柱板放电模型的H2含量最大降低97.2%,C2H2和总烃含量最大增加分别为499.4%和150%;匝间放电模型的H2、C2H2和总烃含量最大增加分别为1620%、982%和102%;气隙放电模型C2H2气体含量最大减小100%;沿面放电模型总烃气体含量最大增加219%。随着直流电压比例的增加,同样油纸绝缘临近击穿的条件下,改良三比值诊断结果由电弧放电变为低能放电。因此,直流电压的引入改变了油纸绝缘产气特性,改良三比值法在用于交直流复合电压下故障诊断时可能出现误诊断的情况。

交直流复合电压中直流分量对油纸绝缘针板缺陷局部放电特性的影响

换流变压器阀侧绕组绝缘承受交直流复合电压的作用,其中直流电压分量对油纸绝缘的影响相比纯交流电压更为复杂。针对复合电压中直流分量对极不均匀电场下油纸绝缘局部放电特性的影响,采用基于脉冲电流法的局部放电测量系统,着重对比了不同直流分量交直流复合电压下油纸绝缘针板缺陷在起始放电和预击穿阶段的局部放电特性。实验结果表明:直流电场作用下的空间电荷积聚形成的反向电场使得起始放电电压和击穿电压随着直流分量的升高而逐渐增大;在整个局部放电发展过程中,直流分量增加时放电脉冲重复率与放电量会降低,而平均脉冲等效时间和等效频率与直流分量间没有表现出直接关系;随着直流分量的增加,局部放电分布相位开始向正半周期移动。实验结果可作为含不同直流分量交直流复合电压下局部放电模式识别的参考。

水分对交直流复合电压下油纸绝缘沿面放电特性影响研究

换流变压器阀侧绕组绝缘同时承受交流和直流电压作用,水分是导致围屏爬电的重要原因之一,开展水分含量对油纸绝缘沿面放电特性影响的研究具有重大意义。文中利用基于脉冲电流法的局部放电测量系统,在含不同直流分量的交直流复合电压下,使用典型球—板电极对不同水分含量油纸绝缘试品的沿面放电特征参量和统计谱图变化规律开展了实验研究,并与纯交流电压下的结果进行了对比。研究结果表明:随着纸板中水分含量的不断升高,起始放电电压和闪络电压均呈现下降趋势,放电耐受时间不断缩短;在同一水分含量下,随着复合电压中直流分量的不断增大,起始放电和闪络电压则明显升高,其中纯交流电压下的起始和闪络电压均为最低。利用典型沿面放电统计谱图可以将油纸绝缘沿面放电发展过程划分为4个阶段,分别为起始、发展、严重和临近闪络阶段;高水分含量下各阶段沿面放电量Q大幅增加,相邻两次放电的时间间隔Δt明显减少。

不同交直流复合电压下油浸绝缘纸微观结构及电气性能的变化规律分析

为了充分掌握换流变压器中油浸绝缘纸缺陷产生规律,并提出处理方法,指导新型绝缘材料的研发,需深入分析复合电压累积放电作用下绝缘纸微观结构、电气性能的变化规律。搭建交直流复合电压下油浸绝缘纸放电损伤试验平台,探究不同复合电压下材料微观结构、电气性能的变化规律及关联机制。研究结果表明:不同复合电压下,微观结构及电气性能劣化机理存在一致性,局部放电可造成绝缘纸表面结构逐步损伤,并引起表面粗糙度的增加、纤维素中糖苷键的断裂及羧基类固体物质的产生,进一步导致绝缘纸介电常数、体积电导率和介质损耗等参量增加;由于气隙及绝缘纸中复合电压、空间电荷分布规律的差异影响,直流电压比例的增加将减缓绝缘纸微观结构和电气性能的劣化。

交直流复合电压下变压器油中金属微粒聚集特性和局部放电特性研究

通过开展不同比例交直流复合电压下油中金属微粒在半球电极间的聚集试验,同步采集不同时刻的局部放电(PD)信号,对放电频率及平均放电量进行统计,最后对金属微粒的聚集行为与PD特性的关联性进行了分析。结果表明:金属微粒在直流电压下的聚集区域最大,在交、直流分量比为3∶1的复合电压下的聚集最为紧密;放电频率随时间呈下降趋势,且随着交直流复合电压中交流分量的增加,放电频率逐渐增加;金属微粒与电极间的碰撞频率及金属微粒聚集的紧密程度是影响局部放电频率及平均放电量的主要因素。

交直流复合电压中直流分量对油纸绝缘放电缺陷产气特性的影响

运行中的换流变压器内部绝缘同时承受交、直流电压的作用,其产气特性与交流变压器有一定区别。为此,采用典型柱板电极模型,对交、直流复合电压下,油纸绝缘放电缺陷各发展阶段的油中溶解气体量、产气速率和气体组分进行了试验研究。研究结果表明:交直流复合电压中直流分量比例越高,由开始放电到击穿的时间越长、放电能量、产气量、产气速率越低;可根据产气速率将放电缺陷划分为起始阶段、发展阶段和临近击穿阶段。复合电压中的直流分量越高,放电起始阶段油中分解CH4的体积分数烃类气体与总烃的体积比)越高(>50%),C2H2的体积分数越低(<45%),此特性为复合电压下油纸绝缘放电缺陷的早期故障诊断提供了依据。

交直流复合电压下变压器油中电弧放电及产气特性

直流输电工程中,换流变压器是不可缺少的一个电气设备,连接在交、直流输电系统中,主要作用是保障电力系统的发电效益,通过电力传送、交流电压变换以及交直流系统绝缘等方式来提高电力运行的质量与稳定性,保证电力系统的运行安全,针对换流变压器在交直流复合电压变换中的重要性,结合生活实际,对换流变压器的特点与作用作简要论述,并通过具体试验,着重探讨了变压器油中电弧的放电特性与产气特性,得出结论供同行参考。