交直流复合电场–温度场下油纸绝缘内水分暂态分布规律研究

换流变压器的稳定运行是维护电网安全的重要保证,其主绝缘承受交直流复合电场-温度场的联合作用,内部水分暂态分布规律与传统模型不同。因此,该文构建复合电场-温度场下的单、双侧水分暂态扩散模型,修正油纸界面处水分的平衡条件,并进行相关的仿真与试验验证。首先,根据仿真结果可知,油浸纸板的厚度、活化能均会对油浸纸板内部水分暂态分布情况产生影响。在复合电场-温度场作用下,纸板内部水分扩散方向与电场方向有关,纸板微元内电阻率的分布直接影响水分的迁移速率;油浸纸板内部水分的迁移速率较仅受温度场作用时更快,且在油纸界面水分平衡时,纸板内部稳态含水率更高。同时,该文根据频域介电响应曲线的“二次平衡”规律发现,随着测试温度的升高,油纸绝缘模型内水分达到第一次稳态平衡时,油浸纸板内水分变化量逐渐增大,测试温度越高,水分变化量越明显;在相同大小的电场应力作用下,高温将对油纸绝缘模型内水分的第二次稳态平衡起到一定的促进作用。

复合电场下油纸(板)绝缘击穿特性及其数学模型

为研究油纸复合绝缘在复合电场下的击穿特性,以典型油–纸绝缘结构为主要研究对象,首先通过试验方法得到了典型油–纸绝缘在复合电场下的击穿特性;又根据等效电路模型得到仿真边界条件,对变压器油和绝缘纸板中的电场分布进行了仿真分析;然后,分别对变压器油和浸油纸板的击穿特性进行了测试。根据两种介质中电场的数学表达式,得到了电场E和交流百分含量之间的关系,并将其电场分布图像与油、纸板的击穿场强进行了比对和分析,总结出油纸复合绝缘击穿电压随交流含量变化的数学表达式。据此,提出随交流含量变化两种介质中的电场强度改变和各自介电强度的差别是导致整体击穿电压呈现先升后降趋势的主要原因。

含水率对复合电场下油纸绝缘电场分布的影响

为研究含水率对换流变压器油纸绝缘电场分布的影响,以典型油纸绝缘结构为研究对象,首先根据典型油纸绝缘结构建立了其等效物理模型和电路模型,并得到了复合电场下电场分布的数学表达式。结合不同温度及含水率下变压器油和浸油纸板绝缘电阻率及相对介电常数的测量结果,通过仿真分析得出了复合电压作用下油纸绝缘中电场分布与含水率及交流含量的关系。研究结果表明,水分对复合电压作用下油纸绝缘的电场分布有着显著的影响,当水分达到平衡状态时随含水率的增加油中场强增强、浸油纸板中场强减弱;随着绝缘体系整体含水率的上升,油纸绝缘电场分布的变化呈加速趋势;水分对油纸绝缘电阻率的影响远高于其对相对介电常数的影响,从而导致水分对高直流分量复合电压下的油纸绝缘电场分布产生较大影响。

交直流复合电场下油纸绝缘沿面放电过程特性

换流变压器阀侧绕组与出线装置同时承受交流、直流、交直流叠加电压作用,其内部油纸复合绝缘材料的沿面放电特性与以往交流电力变压器存在较大差别,而相关研究又明显不足。为此使用CIGRE MethodⅡ推荐的典型球-板电极结构,利用脉冲电流法对交直流复合电场下油纸绝缘沿面放电过程中放电信号进行了统计,分析并提取了沿面放电统计特征图谱的多个典型特征参数,对油纸绝缘在交直流复合电场下的沿面放电发展过程特性进行了研究。该研究中首次使用沿面放电发展特征参数的变化规律将交直流复合电场下油纸绝缘沿面放电发展过程划分为4个阶段:爬电起始阶段、爬电发展阶段、爬电加速发展阶段以及临界击穿阶段,并对比分析了纯交流电压和交直流复合电压作用下油纸绝缘沿面放电相同阶段特征参数变化规律的差异性。结果表明:交直流复合电压作用下沿面放电对绝缘纸板的破坏强度要高于纯交流电压下,沿面放电发展速度要快于纯交流电压下,交直流复合电压中的直流电压分量对油纸绝缘沿面放电发展具有加速作用。

温度对交直流复合电场下油纸绝缘沿面放电特性的影响

换流变压器油纸绝缘的沿面放电特性受电场、温度场等多场耦合作用的严重影响,而目前相关研究又极其缺乏。为此使用典型柱–板电极模型,对70、90、100℃下油纸绝缘沿面放电发展过程中放电信号的特征谱图进行了统计分析,探索了温度对交直流复合电场下油纸绝缘沿面放电特性的影响机制。研究结果表明:随着温度的不断升高,油纸绝缘在相同交、直流复合电压作用下相邻2次放电之间的时间间隔快速缩短,放电量快速升高,沿面放电发展速度加快,沿面放电发展4个阶段中小幅值放电量的放电次数逐渐减少,大幅值放电量的放电次数逐渐增多。分析表明随着温度的升高,加速了放电前电荷的积聚和放电后残余电荷的泄放速度,小幅值放电量的"驼峰"区域向放电量增大的方向缓慢移动,大幅值放电量密集出现加剧了对绝缘纸板的表面的烧蚀破坏,加速了油纸绝缘沿面放电发展的速度。

老化对交直流复合电场下油纸绝缘沿面放电过程特性的影响

长期运行换流变压器中存在由沿面放电导致的绝缘故障的现象,而针对换流变压器中交直流复合电场下老化油纸绝缘的沿面放电发展过程特性研究又相对缺乏不足。因此,采用在130℃下加速热老化方法制备不同老化程度的油纸绝缘试样,并使用CIGRE method II推荐的典型球板电极模型对不同老化程度油纸绝缘试样在不同比例交直流复合电场下的沿面放电起始电压、闪络电压以及沿面放电发展速度等特性进行了对比分析研究,同时对老化前后油纸绝缘沿面放电发展过程中放电特征参数的变化规律展开了研究。研究结果表明,随着交直流复合电压中直流电压分量的不断增大,老化油纸绝缘沿面放电起始电压和闪络电压均呈现逐渐上升的趋势,其中纯交流电压下的沿面放电起始电压和闪络电压均最低;相同电压作用下的沿面放电起始电压随着油纸绝缘老化程度的不断加剧呈现先上升后下降的趋势;随着油纸绝缘老化程度的不断增加以及交直流复合电压中直流电压分量的不断增加,油纸绝缘沿面的爬电距离不断延长、耐受时间逐渐缩短,沿面放电发展速度逐渐加快。与未老化油纸绝缘沿面放电过程放电特征参数变化规律相比,老化后沿面放电发展特征参数幅值较大,各阶段变化起伏较少,变化趋势直接明显;同时发现交直流复合电压中的直流电压分量对老化油纸绝缘沿面放电发展具有加速的作用,而且直流电压分量越高,加速作用越明显。

基于Kerr效应法的油纸复合绝缘交直流复合电场测量

油纸复合绝缘作为换流变压器阀侧绕组的主绝缘形式,在正常工况下同时承担着交、直流复合电压,阀侧绕组的电场分布比普通电力变压器更为复杂,而目前的仿真研究均缺乏有效的试验验证。本文基于变压器油的Kerr效应,搭建了油纸绝缘结构下光学空间电场的二维测量平台,实现了变压器油中电场的在线分布式测量。针对双层纸板的交叠绝缘结构,实际测量不同交直流比例电压下,交、直流电场的分布特性。试验结果表明:①交流电场分布具有明显的结构对称特性,且油中各处交流电场与外施交流电压保持线性关系。②直流电场分布不具有对称性。在正极性直流电压下,纸板覆盖上电极的单层纸板区域电场远小于纸板覆盖下电极的单层纸板区域,且直流电场强度不随外施直流电压线性增长。不同位置处空间电荷积聚的差异是直流电场分布非对称性的主要原因。

换流变压器油纸绝缘复合电场击穿特性及其试验方法

为了查明换流变压器油纸绝缘在交流叠加直流电场下的击穿特性,利用交流、直流及交流叠加直流等复合电场,对油隙、浸油纸板和油纸复合绝缘进行了击穿试验研究。结果表明:油隙的击穿场强几乎不随交流电压分量变化;浸油纸板击穿场强随交流电压分量增加迅速下降;受浸油纸板击穿特性影响,油纸复合绝缘击穿场强随交流电压分量减小明显提高。说明油隙的击穿场强与交流电压分量基本无关,但浸油纸板的击穿场强受交流电压分量影响严重。依据试验结果,进一步对换流变压器交流和直流电压试验项目的有效性进行了讨论。经分析发现换流变压器主绝缘的油隙与浸油纸板在运行电压下出现的最高电压仍为交流叠加直流电压。交流和直流电压试验的电压幅值能够满足要求,但电压波形与承受的运行电压相差较大。认为交流电压试验考核油隙绝缘介电强度是有效的,而直流电压试验考核浸油纸板绝缘介电强度并不充分。

交直流复合电场中直流电压分量对油纸绝缘沿面放电过程的影响

换流变压器阀侧绕组与出线装置同时承受交流、直流电压作用,使得其内部油纸复合绝缘材料的沿面放电特性与以往交流电力变压器存在较大差别,而相关研究又明显不足。为此使用典型的球-板电极结构,探索了交直流复合电场下直流电压分量对油纸绝缘沿面放电起始电压、闪络电压以及发展过程的影响,并统计分析了交直流复合电场下油纸绝缘沿面放电过程中放电信号的特征图谱,提取了不同阶段特征图谱中的特征参数。首次依据沿面放电过程中特征参数的变化规律,将交直流复合电场下油纸绝缘沿面放电发展过程划分为4个阶段:爬电起始阶段、爬电发展阶段、爬电加速发展阶段以及临界击穿阶段。研究发现不同比例交直流复合电压作用下油纸绝缘沿面放电统计特征谱图反映的特征参数变化规律,虽然在沿面放电阶段划分上是相同的,但各个发展阶段由于直流分量的不同又存在明显的差异性,直流电压分量对油纸绝缘沿面放电过程有明显的加速作用,且对绝缘纸板表面破坏较为严重。

复合电场针板模型下局部放电发展过程中相位的分布

换流变压器阀侧绕组复杂的工作电压环境及其绝缘优劣情况对电力系统运行可靠性的影响,决定了研究交、直流复合场下变压器油纸绝缘局部放电发展过程的实用价值。通过对复合电场针板模型下油纸绝缘系统放电发展过程的研究,经过多次重复性实验发现复合场下局部放电相位分布在各个时间段内存在明显差异。根据交、直流电压的自身特点,从外施电压提供电能、静电场力做功实现能量转换的角度构建数学模型,得出如下结论:交流电压是放电集中于45°和225°附近的根本原因;直流电压在放电发展过程中加强了外在电能和电势能的转化,从而为各相位发生放电提供了可能。

电场分量对交直流复合电场下油纸绝缘沿面放电特性的影响

油纸绝缘沿面放电现象与绝缘纸板表面的电场分布关系密切,因而使用无背面电极和有背面电极两种结构,研究了电场分量对交直流复合电压下油纸绝缘沿面放电特性的影响机制。研究结果表明：随着直流电压分量的不断增加,油纸绝缘的沿面闪络电压逐渐上升,且交流电压下的闪络电压最低;无背面电极结构下沿面闪络电压无极性效应,有背面电极结构中存在极性效应,且负极性直流电压分量作用下,由于纤维素中羟基的强电负性影响,致使沿面闪络电压较低;无背面电极结构时的闪络电压约为有背面电极结构时闪络电压的1.5倍,分析认为由于载流子受到强垂直电场分量作用,加剧了对绝缘纸板表面的碰撞,油纸绝缘空间电荷平衡状态易在较低交流电压分量作用下受到扰动而被破坏,进而诱发沿面闪络发生,致使沿面闪络电压逐渐下降,该下降趋势具有饱和现象;沿面闪络在交流电压分量接近波峰或者波谷位置处发生。

直流陡脉冲复合电场对脏污变压器油介损的影响

变压器油是油浸电力变压器内部重要的绝缘介质,其性能优劣对变压器的电气性能和运行寿命有直接影响。传统的物理化学方法对脏污变压器油的净化效果有限,且难以满足现场在线净化的需求。直流陡脉冲复合电场在线净化变压器油能够很好地解决上述净油方法的一些不足。本文以小龙坎变电站运行17年的110kV电力变压器油为研究对象,基于正交实验方案设计了直流陡脉冲复合电场的9组不同参数组合进行脏污变压器油的净化实验,分析得出了复合电场参数主次顺序以及一组最优参数组合。接着本文在上述得出的最优参数组合基础上分别采用单一变量法对脉宽因素和脉冲电压因素进行了研究,并对处理后的变压器油的工频介质损耗因数进行测定,得出以上因素对直流陡脉冲复合电场净化变压器油效果的影响。

针板电极交直流复合电场中局部放电的发展过程

换流变压器阀侧绕组工作电压环境复杂、故障率高,所以绝缘问题突出。本文在恒压条件下,利用常规脉冲电流法实时记录交直流电压共同作用下针板模型油纸复合绝缘系统中局部放电发展的过程。从发展过程中各统计时间段放电次数相位柱状谱图特点、放电次数和放电量及油中气相色谱变化趋势所表现出的现象中,提取能够有效表征交直流复合场放电发展过程的特征量,用以初步判断绝缘介质劣化的严重程度。实验结论:伴随放电严重程度的增加,放电次数相位柱状谱图中的放电相位带拓宽;结合发展过程中放电次数、放电量演化的增减趋势特点,初步提出放电发展过程中放电阶段的划分依据;油中分解气体含量的变化"平稳激增"的特点可作为绝缘介质绝缘强度劣化的外在表征。

复合电场对可吸入气溶胶颗粒凝并的影响

在高压高频复合电场和过滤器联合作用对空气进行净化时,建立了可吸入气溶胶颗粒凝并的数学物理模型,得出了半值时间tH的表达式,同时,设计了一套试验装置对理论模型进行验证.研究结果表明,随着可吸入气溶胶颗粒初始浓度的增加,半值时间tH减少,气溶胶颗粒浓度减半所需的换气次数减少.与只有过滤器作用时的理论模型比较,高压高频复合电场和过滤器联合作用时的半值时间tH减少了,缩短了空气的净化时间.研究结果为工程设计提供了理论和试验基础.

镓基室温液态金属复合电场运动特性

镓基室温液态金属作为一种新兴的功能材料在各个领域引起了广泛的关注。利用电场驱动液态金属运动是一种简便方法,但目前对于复合电场作用下液态金属的运动特性研究较少。本文基于表面张力与电双层理论建立了液态金属驱动力模型;通过实验得到了不同液态金属颗粒大小、电极距离、电解液浓度下的阈值电压及一定范围内四者的线性回归模型;开展了水平和竖直自由空间的复杂电场作用下液态金属颗粒运动仿真和实验研究。结果表明,在一定范围内阈值电压与颗粒大小和电解液浓度成负相关,与电极距离成正相关,液态金属在复合电场中的运动轨迹与电场分布有关,通过电场的布置可实现对液态金属运动轨迹和速度的控制。

温度对油、纸介电参数及复合电场分布的影响

为研究极限运行温度（-40~100℃）内温度对换流变压器油纸复合绝缘电场分布的影响,在不同温度下对浸油纸板和变压器油的电阻率及相对介电常数进行了测试,并通过公式推导来研究复合电场下温度对油纸绝缘电场分布的影响.试验结果表明,温度对浸油纸板和变压器油相对介电常数的影响较小,且两者的比值随温度变化也较小;但温度对浸油纸板和变压器油电阻率的影响较大,虽然两者的电阻率总体上随温度的升高都呈下降趋势,但两者下降的速度不同,从而造成不同温度下两者电阻率比值的差异显著.由计算结果可知,温度对复合电压作用下油和纸电场分布有显著影响,油中的最大场强出现在高温和交流电压作用的条件下,而纸板中的最大场强出现在低温和直流电压作用的条件下.

水分对复合电场下油纸绝缘局部放电特性的影响

为研究水分对复合电场下油纸绝缘局部放电特性的影响,文章进行了不同含水率下的油纸绝缘结构典型电场下局放特性试验,得到了不同含水率下,油纸绝缘在针-板电极和平板电极中的复合电场局放特性。结果显示,直流分量对局放起始电压及局放量影响较大。不同含水率下局放量均随电压的升高而增大。极不均匀电场下,高含水率下的局放量始终大于或等于低含水率时;均匀电场下,高低含水率下的局放曲线随电压升高出现交叉。经分析得出结论,水分使变压器油电导率增大,易于油水界面空间电荷消散,导致放电量增加。液体介质中的局部放电除经典的介质中气泡缺陷模型外,还可能存在多水滴融合缺陷模型。该缺陷是导致平板电极下高低含水率的油纸绝缘放电曲线出现交叉的主要原因。

复合电场处理农作物种子的效应研究

复合电场种子处理机对水稻、油菜、棉花、芝麻、花生、玉米、大麦、小麦、蚕豆等作物种子的处理结果：发芽势和发芽率均有提高，不同作物其提高程度不尽相同；在田间表现株高普遍降低２～３ｃｍ，千粒重均有所提高，而对穗长、有效分蘖、总小穗数、结实小穗数及每穗粒数等没有明显变化；对同一作物不同品种及不同作物的增产效果不一致，处理的“湘裸大麦”增产达１０．７０％，“黑大麦”增产为３．０５％，小麦增产４．３５％，而蚕豆增产效果十分明显达２８．３０％。这是一项低投入。

交直流复合电场下油纸绝缘界面电荷对沿面闪络电压的影响

在交直流复合电场下,换流变压器的油纸界面会积聚电荷,使得油纸界面的电场发生畸变,容易引发沿面放电。为揭示交直流复合电场下油纸界面电荷对其沿面闪络电压的影响,采用针-板沿面放电模型,测量了交直流复合电场下油纸绝缘的沿面闪络特性,通过静电电容探头法测量了直流电压作用下沿面放电模型油纸界面的电荷分布。研究发现,负极性直流叠加交流电压下的油纸沿面闪络电压高于正极性直流叠加交流电压下的情况。原因是油纸界面积聚了与外施直流电压极性相同的界面电荷以及相同条件下油纸界面积聚的负极性电荷密度要大于正极性电荷密度。