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。

交直流复合电压下气固复合绝缘的击穿特性

在新型电力系统发展阶段下,交直流混联电网系统的格局正在形成,交直流叠加作用下电气设备的绝缘性能迎来新的挑战。在气体绝缘间隙中引入聚合物隔板,能够提高气体的绝缘性能,有利于电气设备的小型化。本文基于并联回路,搭建了气固复合绝缘间隙下交直流复合电压击穿试验平台,通过改变直流电压分量、电极半径和隔板位置,研究了复合击穿电压幅值和电压分量特性。在本文试验条件范围内,当直流电压分量在20kV至62kV时,直流电压分量对复合击穿电压的影响不显著。随着隔板与高压电极距离的减小和电极半径的增大,复合击穿电压都增大。交流电压分量与直流电压分量为负线性相关。棒-板结构下隔板的作用效果最好,复合击穿电压最大提升1.81倍。

GIS内部金属微粒运动规律与复合电压调控检测方法

项目由国网陕西省电力公司电力科学研究院牵头,与西安交通大学共同完成。开发了GIS中金属微粒运动状况模拟及监测试验平台,采用机器视觉识别技术,获得GIS中典型金属微粒外形、尺寸、质量等参量的统计特征和交直流电场作用下的运动规律。基于获得的微粒运动时间与质量、带电特性的相关性统计规律及局部放电分频图谱,提出不同形状金属微粒及其运动区域的辨识方法和GIS金属微粒的交直流复合电压调控方法,使金属微粒运动并做周期振荡,达到金属微粒易于检测的目的。

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。

交直流复合电压下油纸绝缘沿面局部放电特性研究

换流变压器结构复杂,在其中的某些油、纸板和电极的三结合点处极易发生沿面局部放电,运行过程中沿面局部放电导致的沿面闪络是导致换流变压器事故的主要原因。换流变压器阀侧绕组承受的是交直流等多种电压的复合电压,研究复合电压作用下沿面放电的放电特性,对于换流变压器的绝缘试验、击穿机理研究均具有重要意义。文中构建了油纸绝缘典型的沿面放电模型,研究了交直流复合电压下油纸绝缘沿面局部放电特性,通过调节不同的直流电压分量幅值,研究了复合电压中直流电压分量对局部放电特性的影响规律。

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。

直流及复合电压作用下油纸绝缘局部放电研究综述

总结了直流和复合电压下油纸绝缘的局部放电检测技术,包括传统的基于脉冲峰值-时间序列的局部放电检测技术,以及能够检测直流下局部放电的基于脉冲电流波形的宽带/超宽带检测技术。深入分析了直流下油纸绝缘的局部放电机理和影响因素,介绍了目前直流局部放电检测与分析技术的研究现状。还分析了±500 k V直流输电系统中整流变压器阀侧绕组绝缘承受的电压波形,讨论了复合电压作用下局部放电呈现出的特性。

基于配电网的复合电压暂降源分类与识别新方法

为了对配电网含有谐波情况下的复合电压暂降源进行分类与识别,提出了一种基于特征值综合法的复合电压暂降源分类与识别新方法。首先根据不同复合电压暂降源所引起的电压暂降波形特征的不同,定义三相电压不平衡度,将含单相接地类的复合电压暂降源与感应电机启动和变压器投入相复合的电压暂降源进行区别。然后定义交叉不平衡度并结合二次谐波电压含量对含单相接地类故障中的各类复合电压暂降源进行区分。最后利用马氏距离与概率神经网络相结合的方法对各类复合电压暂降源的故障顺序进行识别,进而形成完整的复合电压暂降源种类和故障顺序识别新方法。通过仿真实验对所提方法进行了验证,结果表明该方法能够很好地对复合电压暂降源的种类和故障顺序进行分类识别,且识别正确率高于96%。此外,所提出的分类方法还与EMD能谱熵和概率神经网络相结合的方法进行了对比分析,对比结果表明,所提方法的识别效果明显优于后者。

气压和湿度对复合电压下换流阀高压电极起晕电压影响试验

柔性直流换流阀在运行时,其内部尖端以及钳制电位差较大的相邻屏蔽罩可能由于承受过高的交直流复合电压和局部场强过大而产生电晕放电现象。而气压和湿度因素对起晕电压具有一定的影响。因此根据换流阀内部电极电场的特点设计了换流阀高压电极(棒–板电极和屏蔽罩缩比电极)。采用串联加压的复合加压方式和紫外成像技术,在实验室内搭建了气压和湿度可调的交直流复合电压电晕试验平台。之后基于试验平台研究了气压和湿度对复合电压下换流阀高压电极起晕电压的影响。试验结果表明:随着气压的下降,复合电压下和单一电压下棒–板电极的起晕电压均线性下降;复合电压下屏蔽罩缩比电极起晕电压逐渐下降;单一电压下屏蔽罩缩比电极的起晕电压线性下降。随着相对湿度的增大,正直流–交流复合电压下棒–板电极的起晕电压基本不变;负直流–交流复合电压下棒–板电极的起晕电压逐渐减小;单一电压下棒–板电极的起晕电压均逐渐线性减小。随着相对湿度的增大,正直流–交流复合电压下屏蔽罩缩比电极的起晕电压先减小后增大;负直流–交流复合电压下屏蔽罩缩比电极的起晕电压则逐渐减小;纯正直流电压下,屏蔽罩缩比电极的起晕电压先增大后减小;纯交流和纯负直流电压下,屏蔽罩缩比电极的起晕电压逐渐减小。

不同比例复合电压下油纸绝缘针板电极模型的局部放电特性研究

作为直流输电系统最重要的设备之一,换流变压器的绝缘状态对直流输电系统的安全稳定运行起着至关重要的作用。其阀侧绕组不同位置需要承受不同交直流分量比例的复合电压。而现有研究主要针对1:1复合电压比例,其他电压比例研究较少。文中基于脉冲电流法与恒定电压法,建立了复合电压下油纸绝缘局放实验平台,研究了1:1、1:3、1:5和1:7交直流比例复合电压下针板电极有油隙模型、针板电极沿面强/弱垂直分量模型的局放起始放电电压、谱图特性和放电典型特征。结果表明:沿面强垂直分量模型的起始放电电压明显低于弱垂直分量模型;PRPD谱图中局放分布范围较广,放电多位于正半周交流电压的上升沿与峰值周围;针板电极不同模型的Q_(ave)、F_(nc)与F_(eqave)随直流分量的增加有不同的增减趋势。

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。

交直流复合电压下的稍不均匀场高压电极起晕特性

为研究复合电压下阀内部屏蔽罩电极的起晕电压特性,搭建了用稍不均匀电场电极缩尺模拟阀用屏蔽罩电极,并搭建了复合电压电极电晕放电平台,基于紫外成像技术研究了稍不均匀场中阀用屏蔽罩电极缩尺模型的紫外光子数特性及起晕电压特性,并获得了不同电极尺寸下的起晕电压的变化规律。在此基础上,利用有限元方法对不同交直流配比下,电晕起始电场强度分布进行了仿真。通过分析可以得到:气隙间距在0~10 cm范围内,在固定直流改变交流的复合升压方式下,随着正直流分量的增加,电极所加交流分量会逐渐降低,若认为起晕时交直流分量直接线性叠加得到的电压为起晕电压,则起晕电压值会随正直流分量的增加呈现先增加后降低的趋势,存在一组交流和直流电压配比,使得复合电压作用下电极的起晕电压达到峰值,数值可达65 k V左右。该研究可以为换流阀内电极结构的绝缘优化设计提供参考。

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。