电压波动条件下环氧树脂内部局部放电特性研究

针对电力系统中可能出现的电压暂降/暂升现象,利用可编程电源对外施电压进行调制,分析了电压波动对环氧树脂内部局部放电特性的影响规律。结果表明:电压波动将导致空气间隙的局部放电模式发生改变,在正负半周表现出不对称特性;外施电压的波动程度越大,局部放电的不对称性则越显著。局部放电谱图发生改变的原因在于外部电场与累积在气隙内部表面电荷的共同作用,一方面,表面电荷产生的电场将与外部施加的电场叠加,对气隙内部的总电场进行调制;另一方面,随着放电的持续进行,表面电荷的消散和中和也将影响气隙内部的总电场,进而导致局部放电在外施电压的正负半周表现出不对称特性。

C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)混合气体局部放电起始电压的试验研究

研究C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)环保绝缘气体的局部放电特性,可为环保型气体绝缘电气设备的设计制造及运维提供技术支撑。为此,利用针–板电极研究了极不均匀电场中C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)混合气体的交流局部放电起始电压(partial discharge initial voltage,PDIV),并分析了O_(2)的体积分数、气压以及电场不均匀系数对其PDIV的影响。试验结果表明:在0.15~0.25 MPa气压范围内,C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中加入O_(2)体积分数不宜超过4%;而在0.35~0.65 MPa气压范围内,3种O_(2)占比中,在C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体加入体积分数为4%的O_(2)的方案相对最优。混合气体的PDIV随气压的变化会出现“驼峰效应”;O_(2)体积分数小于8%时,不均匀系数的增加能够有效减少C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)和C_(4)F_(7)N/CO_(2)这2种混合气体PDIV幅值的差别;而O_(2)体积分数高于8%时,不均匀系数的变化对2种混合气体幅值差别的改变影响很小。因此,从混合气体交流局部放电起始电压角度考虑,C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)混合气体具备应用于气体绝缘交流设备的可行性。

工频正弦和重复方波电压下间位芳纶局部放电起始电压测试

正弦及重复方波下局部放电起始电压(partial discharge inception voltage,PDIV)测量是评估工作在脉宽调制下变频电机绝缘性能的关键技术,两种电压下PDIV对比研究值得关注。因此,在相同频率正弦和重复方波电压下,该文对新能源汽车变频电机主绝缘关键材料间位芳纶PDIV进行对比实验研究。采用统计法发现球板电极结构PDIV测试中引发流注放电的初始电子主要来源及间位芳纶首次放电的分布规律。研究表明:间位芳纶PDIV取决于电压峰峰值,采用正弦或者过冲较小的重复方波测试,可获得较为保守的PDIV;重复方波电压下,局部放电能量集中在0.2~1.4GHz频段,受电荷弛豫及测试设备影响,测试频率不宜过高。结果可为脉宽调制电压下间位芳纶PDIV测试提供一定参考。

10 kV电缆接头局部放电趋势分析及预警方法研究

电缆接头是局部放电频发的位置,针对目前对局部放电趋势研究的不足和预警不及时的问题,提出了一种基于Mann-Kendall检验法和长短期神经网络(LSTM)的局部放电的趋势分析和预警方法。为了清晰地揭示局部放电数据的趋势特征,文中采用Mann-Kendall检验法对采集的暂态地电压(TEV)数据进行处理,定量计算趋势变化及突变点检测。文中提出基于Mann-Kendall检验法和LSTM算法的综合预警模型,该模型利用LSTM预测TEV序列幅值,并用Mann-Kendall计算预测值的趋势参数,通过综合考虑TEV幅值大小和趋势参数实现了电缆接头局部放电主动预警。算例结果表明,Mann-Kendall能清晰揭示局部放电变化趋势,LSTM对局部放电数据预测效果良好,基于二者构建的预警模型能较好地对局部放电进行预警。

电树枝起树后电压幅值对生长形貌和局部放电特性的影响

电树枝在XLPE电缆故障中是一种常见现象,在电缆运行过程中可能会存在电压的波动,然而鲜有报道电树枝起树后电压幅值对其生长形貌和局部放电特性的影响。本文研究了电树枝起树后不同电压幅值下电树枝生长形貌和局部放电特性的差异。结果表明:施加电压越高,电树枝的形貌趋向发展为丛状电树枝,施加电压越低,电树枝的形貌趋向发展为枝状电树枝或单枝状电树枝;在较高电压下的最大局部放电强度试验可用于预测击穿故障,而在较低电压下很难通过局部放电强度预测电树枝的生长;电树枝的放电间隔Δt最大值随着加压时间的增加而变长,放电的间歇性也更加明显,电树枝放电间隔与电树枝的生长联系紧密,当电树枝生长停滞时才有概率出现局部放电的间歇性,电树枝处于生长时局部放电几乎不会停滞。

电力变压器绝缘成型件的局部放电特性及其绝缘性能综合评价方法

本文搭建了电力变压器绝缘成型件的局部放电特性和闪络特性测试平台,获得了不同绝缘成型件的局部放电起始场强、局部放电起始放电量、局部放电熄灭场强、沿面闪络场强等4个关键绝缘指标的分布规律。结果表明:绝缘成型件的局部放电起始场强随着电极间距的增大而降低,平行分量下当电极间距从10 mm增大到25 mm时,局部放电起始场强降低了40.6%左右,不同分量下局部放电起始放电量为8.51~13.70 pC;在平行分量下,绝缘撑条和绝缘垫块的局部放电起始场强分别为2.55~2.85 kV/mm和1.43~1.78 kV/mm;在垂直分量下,绝缘撑条和绝缘垫块的局部放电起始场强分别为2.65~3.35 kV/mm和4.31~5.49 kV/mm。不同绝缘成型件表面形貌对其沿面闪络特性影响显著,表面压纹凹槽越密集,尺寸越大,阻碍沿面放电发展的效果越好。基于测试的试样数据库,提出基于熵权法的绝缘成型件综合性能评价方法,利用绝缘成型件放电特性的4个指标以及表观密度、尺寸偏差的离散程度确定不同性能指标的权重,对不同绝缘件进行了综合性能评价,验证了该评价方法的合理性。

一种级联式高压开关柜局部放电定位方法

针对高压开关柜局部放电定位技术存在误差大、效率低、难以实现定位到柜的问题,文中基于开关柜中局部放电TEV信号进行了定位技术研究,提出了TEV传感器级联式定位方法。通过分布式传感器有线级联的方式、双母线分时比较方法与TEV传感器状态开关切换策略,使单个双通道采集卡能对多面开关柜上的TEV传感器信号脉冲进行采集比较,从而快速、高效、准确地在成排高压开关柜中定位出局部放电源所在的开关柜。基于该方法设计了高压开关柜局部放电级联式定位系统,采用总线级联式的模块化设计,不需增加高速采集通道数量即可满足任意扩展TEV检测节点数量的需求,最大化地减少了系统成本。通过搭建验证平台验证了该定位方法的定位效果,证明了级联式定位系统的工作有效性,实现了局部放电定位到柜的目的。

支柱式浇注绝缘电流互感器局部放电试验分析与研究

局部放电作为干式互感器的常见问题,近年来越来越多地受到关注。为了掌握消除电流互感器局部放电缺陷的方法,本文分析了支柱式浇注绝缘电流互感器缺陷引起局部放电的典型示例,通过试验方法,结合试验实例分析了几种局部放电的典型波形和改进缺陷的方法。

脉冲电压下纤维素绝缘纸局部放电特性的综合实验设计

设计了纤维素绝缘纸在脉冲电压下局部放电特性的综合实验。利用扫描电镜、微水测试仪和高阻仪测量了绝缘纸的表面形貌、水分含量、表面及体积电导率等理化性能;参考局部放电测量标准,检测了绝缘纸的放电起始电压、放电干扰、放电次数、放电量等放电特性;对比了脉冲和交流电压下的放电特性,并分析了放电特性与理化性能之间的关联。实验设计基于教师科研成果;实验内容涉及物理、化学、材料和电气等多学科交叉;实验过程涵盖材料处理、模型制作、数据测量及结果对比分析等多环节。同时,采用类比推演的教学方法引导学生由传统实验逐步走向学科前沿。

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。

重复脉冲电压上升时间对变频电机绝缘局部放电起始电压影响研究

重复脉冲电压下绝缘局部放电起始电压(PDIV)测试是评估低压变频电机绝缘性能的主要手段。为得到客观的PDIV测试结果,必须研究重复脉冲参数对PDIV的影响规律。利用重复脉冲电压下的局部放电测试系统,研究了20 ns、40 ns、60 ns和1μs 4种上升时间下变频电机匝间绝缘PDIV的统计特性。结果表明:重复脉冲上升时间处的过电压是PDIV测试结果偏高的主要原因,20 ns上升时间下测得的PDIV比基本无过电压的重复脉冲PDIV测试结果高约30%,这是因为持续时间较短的过电压幅值虽超过了实际PDIV,但由于缺少激发电子崩的初始电子,未发生局部放电。在对变频电机绝缘进行PDIV测试时,应充分考虑重复脉冲上升时间处过电压对测试结果的影响。

电压类型对球板电极下油纸绝缘局部放电起始特性的影响

检测局部放电是监测换流变压器绝缘状态的有效手段,但是针对不同电压类型(交流、直流以及极性反转电压)对油纸绝缘起始放电特性影响的研究很少。为此,通过球板电极对油纸绝缘施加交流、直流以及交直流复合电压,借助常规脉冲电流法和宽带脉冲电流法2种检测手段,研究了油纸绝缘在不同电压类型下发生起始放电时的起始放电电压、视在放电量、放电相位以及放电波形等的差异。研究结果表明:不同电压类型时,起始放电电压按照电压升序排列为交流、正极性直流+交流、正极性直流、负极性直流+交流、负极性直流;直流下的起始放电电压比交流下高4倍;球板电极下油纸绝缘起始放电均多发生在1、3象限,且2个象限的放点次数不同。此外交流和直流电压下发生起始放电时,其放电脉冲的波形特性各不相同;正极性直流下起始放电脉冲波形最陡(脉宽为数ns),中心频率最高(42 MHz),而负极性直流下起始放电时脉冲最平坦,中心频率最低。

重复脉冲过电压对变频电机绝缘局部放电起始电压及熄灭电压的影响研究

研究重复方波电压参数对变频电机绝缘局部放电起始电压(partial discharge inception voltage,PDIV)和局部放电熄灭电压(partial discharge extinction voltage,PDEV)的影响规律,有利于I型变频电机的绝缘性能评估。利用微控制器(microcontroller unit,MCU)的可编程控制及"示波器+微控制器+高压直流电源"的信号控制反馈链路,实现了变频电机绝缘PDIV及PDEV的自动测试系统;利用该系统,在不同上升时间的重复脉冲电压下,通过大量实验研究得到了双极性重复脉冲过电压对I型变频电机匝间绝缘PDIV及PDEV的影响规律及机理解释。结果表明:无论重复脉冲电压波形是否存在过电压,PDEV均小于PDIV;当重复脉冲电压波形由无过电压变化到有过电压时,PDIV及PDEV均增大,而PDIV与PDEV的差值减小。分析放电机理,认为过电压下较高的瞬时电场强度导致的场致发射是促使第一次放电产生的主要原因;借助于重复脉冲电压下局部放电相位谱图(partial discharge phase resolved,PRPD)的测试结果,认为无过电压下单周期内较多的放电次数对表面电荷积累的影响可能是导致PDIV和PDEV变化的主要因素。研究结论有望为重复脉冲电压下变频电机PDIV及PDEV的测试结论评估提供实验依据和机理解释。

高温下电压稳定剂对交联聚乙烯电树枝化及局部放电特性的影响

为了研究高温环境下电压稳定剂对交联聚乙烯电树枝化及局部放电特性的影响,该文制备了含质量分数为1%的电压稳定剂的交联聚乙烯(XLPE)共混试样,通过设计的高温环境下电树枝实时观察与局部放电同步测量系统,研究不同试样在30℃、50℃和70℃下电树枝的引发、生长及其局部放电特性。结果表明,试样在高温下引发的电树枝呈现典型的枝状结构。随着温度的升高,试样起树电压降低,电树枝生长速度加快,分枝数量减少,局部放电量和放电重复率显著增大。电压稳定剂的添加对电树枝的引发、生长和局部放电有明显的抑制作用。利用陷阱理论和量子化学计算,研究发现电压稳定剂的加入使得试样内部陷阱能级降低,陷阱密度增加,因其特有的量子化学特性,高能电子缓冲能力增强,空间电荷积累减少,从而使得交联聚乙烯材料的耐电性能得到提升。

重复脉冲电压下油纸的局部放电损伤对其电气性能影响的实验研究

研究了重复脉冲电压下油纸的局部放电损伤对其电气性能的影响。分别采用材料分析手段和电气测量手段,分析了脉冲电压放电过程中油纸的形貌、产物和微观结构等损伤特性,以及电导、极化、损耗和击穿等电气性能;对比分析了油纸在洁净处理前后的微观结构及产物对其电气性能的影响。结果表明:重复脉冲电压下,油纸放电损伤后的产物主要为醛类或羧酸类物质,损伤产物在绝缘表面呈辐射状分布且引导电树枝走向;脉冲电压边沿突变(du/dt→0)产生的瞬时冲击电应力加剧了纤维素分子碎片的形成,脉冲电压长时延平顶区为分子碎片的重结晶提供了充裕时间;微观结构变化和放电产物生成对油纸电气性能影响的效果相反,但放电产物是决定电气性能的主导因素。

气隙缺陷局部放电起始电压估算的研究

根据汤姆森击穿理论,针对气隙缺陷模型,提出了1种基于该理论的局部放电起始电压和击穿电场的估算方法。并通过试验与仿真进行了对比,结果表明,估算公式对局部放电起始电压和击穿电场的估算具有一定的指导意义。

温度对方波电压下环氧树脂局部放电及击穿特性的影响

电力电子变压器用中频变压器环氧固封绝缘长期承受方波电压应力和变压器温升带来的热应力,是制约电力电子变压器可靠性的关键。为分析温度对方波电压下环氧固封绝缘强度的影响,对室温至110℃温度条件下环氧树脂薄片在1 kHz、50%占空比单极性方波下的局部放电和绝缘击穿特性进行了实验研究,对局部放电起始场强和击穿场强进行了Weibull分布拟合。实验结果表明,80℃以下,击穿场强随温度升高略微下降,局放起始场强略微升高,110℃温度条件下,击穿电压明显下降,局放起始场强降低至5.44 kV/mm。借助聚合物自由体积击穿理论,解释了环氧树脂绝缘强度在玻璃化温度出现转折的原因。对局部放电事件的统计表明,局放在方波上升沿和下降沿对称分布,且小幅值放电频率高、相位分布广,大幅值放电在相位上相对集中,局放最大幅值随温度升高而先降低后增加。通过建立局部放电随机仿真模型,得到了不同温度下与实验相似的局部放电幅值-相位分布规律,发现温度通过改变脱陷电子产率影响局部放电延迟,继而决定局部放电最大幅值和相位分散性。

工频和超低频交流电压下XLPE电缆局部放电特征对比分析研究

XLPE电缆局部放电实验技术能够及时发现设备绝缘缺陷,是目前电缆质量评价的重要手段。现有电缆局部放电实验多在超低频(0.1 Hz)电压和工频(50 Hz)电压下开展,为了深入挖掘两类电压下局部放电特征的关联性,本文在实验室内人工制作了四种典型XLPE电缆缺陷模型,包括断口不齐、绝缘划痕、夹层污染以及半导电层残留,开展了超低频、工频电压下XLPE电缆局部放电实验,依次从局部放电电压特征、放电活跃性、相基统计特征和放电统计时延四个维度对比分析了四种电缆缺陷的局部放电特性。结果表明,两类电压下局部放电特征有较高的一致性和等效性,且在不同放电类型下特征存在明显差异,可以较好地区分缺陷类型。此外,本文验证了超低频电压下局部放电测量的有效性和适用性,为XLPE电缆的绝缘状态评估提供了一定的技术依据。

基于深度信念网络的变频电机局部放电起始电压预测

局部放电是导致变频电机匝间绝缘过早失效的主要原因,匝间绝缘局部放电起始电压(PDIV)的预测对变频电机绝缘设计具有重要意义,因此提出一种基于深度信念网络的匝间绝缘PDIV预测方法。首先建立基于汤逊理论的局部放电仿真模型,计算不同仿真参数下匝间绝缘模型的PDIV;其次分析匝间绝缘PDIV的影响因素,建立深度信念网络提取影响因素和PDIV之间的非线性关系;然后根据仿真分析与试验测试,验证本文所提方法的有效性;最后通过平均影响值算法探究了匝间绝缘PDIV的主要影响因素。实验结果表明,该方法预测结果的最大相对误差为5.9%,为变频电机匝间绝缘设计和状态评估提供了新思路。

中压电力系统电压互感器局部放电解决方案

电压互感器局部放电的合格率直接影响生产厂家的经济效益。本文结合实验验证,详细讨论了如何降低电压互感器局部放电的有效措施,以提高其产品合格率。