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。

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。

典型缺陷条件下环氧胶浸纸套管绝缘特性分析

环氧胶浸纸套管具有电气性能稳定、防爆、体积小、重量轻等优点,已被广泛应用于变压器套管和穿墙套管,但其制造工艺复杂,易在生产过程中产生缺陷。为了获得套管缺陷对应的绝缘特征参数,分析了缺陷产生的原因,并在实际套管中进行缺陷模拟,包括套管内部绝缘纸干燥不良,芯体固化过程热应力集中导致的芯体微裂纹,材料脱气不良在芯体中产生气泡等。通过对比测量,研究了不同缺陷套管的绝缘电阻、介质损耗因数tanδ、电容、频域介电谱(frequency-domain dielectric spectroscopy,FDS)、极化和去极化电流(polarization and depolarization current,PDC)等绝缘参数特征。结果表明,缺陷套管tanδ值均比正常套管大,绝缘电阻则较正常套管小,不同缺陷套管的极化电流具有不同的衰减率和稳定值。通过分析不同频段的FDS曲线和PDC变化规律,可有效区分不同套管缺陷。研究成果可为套管出厂试验和现场绝缘诊断提供参考。

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。

温度对环氧胶浸纸套管FDS特性的影响

为研究温度对环氧胶浸纸套管频域谱特性的影响,以便更准确地将介电响应技术应用于套管受潮或老化状态评估,设计了不同温度下胶浸纸套管绝缘频域谱(FDS)测量试验,运用电介质极化理论对频域介电现象进行分析,并建立扩展Debye模型,利用遗传算法和内点法辨识各支路参数,通过模型参量变化分析温度对频域谱特性的影响规律。结果表明,随着温度的升高,低频区(10^(-3)~1 Hz)复电容实部随着温度的升高显著增大,介损和复电容虚部频谱曲线整体向高频方向移动;建立的6支路Debye模型与实测值基本相符,绝缘电阻R0随温度升高而减小,几何电容C_0基本不变;采用基于"频温平移因子"的主曲线技术可有效消除温度的影响,实现将已知温度下的频谱曲线折算到未知温度,扩展了频谱曲线的测量范围;频谱曲线的"平移因子"满足Arrhenius方程,利用"平移因子"计算得到的活化能约为31.92 kJ/mol。因此,利用频域介电谱法评估受潮或老化状态时必须考虑温度的影响,否则将导致评估结果失实。

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。

受潮状态下环氧胶浸纸套管频域介电谱研究

为研究环氧胶浸纸干式套管在受潮状态下的绝缘特性,建立了环氧胶浸纸套管电容芯体绝缘性能测试装置。基于频域介电谱(FDS)方法,测试分析了环氧胶浸纸套管电容芯体在空气中自然受潮、烘干及在绝缘气体微量水分条件下的FDS曲线变化规律,结合工频介质损耗因数和电容量测量结果,提出了环氧胶浸纸套管受潮特征参量及受潮诊断方法。研究结果表明:随着受潮程度的增加,FDS曲线向高频方向移动,且套管在低频段出现tanδ负值及负峰值,严重受潮时套管工频介质损耗因数会明显增大;环氧胶浸纸套管在绝缘气体中的受潮程度远低于空气中受潮,工频下的tanδ和C变化量很小,可通过分析0.1 Hz下的tanδ值及FDS曲线整体变化规律判别套管是否受潮,为环氧胶浸纸套管出厂检测及现场检修提供参考。

载流条件下环氧胶浸纸套管温度分布及绝缘特性

为研究环氧胶浸纸套管内部温度分布及对应的绝缘性能,构建了套管温升与绝缘性能同步测试回路,获得了不同电流下套管芯体温度分布及热点温度对套管绝缘性能的影响规律。结果表明:载流条件下套管油端芯体最大直径处存在由于热量累积导致的局部热点;在与套管绝缘材料接触的热点温度<100℃时,绝缘介质中松弛极化损耗现象明显,tanδ随频率变化曲线存在损耗“峰”和“谷”,曲线随着温度增加向高频方向平移,当热点温度>120℃时,绝缘介质中电导损耗作用突出,tanδ随频率变化曲线在对数坐标系中呈直线下降趋势;热点温度>140℃将损坏套管内部绝缘,恢复常温后tanδ和电容量急剧增加,绝缘电阻大幅下降;当热点温度>200℃时,套管内部将产生大量气体,芯体开裂,tanδ突增而电容量突降。该研究可为套管优化设计、试验及运行状态评估提供参考。

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。

热效应对胶浸纸套管绝缘性能的影响及温度反演方法

为研究热效应对胶浸纸(resin impregnated paper,RIP)套管绝缘特性的影响,首先搭建串联RIP套管模型温升试验平台,进行不同载流条件下RIP套管模型的频域介电谱(frequency domain spectroscopy,FDS)测试和内部温度测量,然后建立扩展德拜模型研究热效应对RIP套管模型绝缘性能的影响,最后针对套管内部温度检测的难题,提出一种基于“介质损耗”的套管内部温度反演方法。结果表明:套管模型承载的电流最终体现为内部温度的变化;复电容实部C′(ω)和虚部C″(ω)在低频段(5 mHz~5 Hz)随载流量的增加而显著增大;扩展德拜模型参数对RIP绝缘内部温度变化较为敏感,根据“介质损耗”在不同频段的表现形式,提取介质损耗面积Sp和介质损耗斜率Kp作为反演RIP套管最高温度的特征参量,该特征参量与最高温度均存在拟合优度较高的二次函数关系,据此可实现RIP套管最高温度的间接测量。该方法为检测套管内部温度提供了一条新思路。

一起500kV主变环氧树脂浸纸套管介损异常的处理

对变压器电容型套管开展介质损耗和电容量测试,可以发现套管存在的隐患,预防事故的发生,是检查套管状态的重要试验项目。介绍一起500kV环氧树脂浸纸套管介损异常增高的案例,通过分析发现极化是造成环氧树脂浸纸电容型油/SF6套管介质损耗测试结果异常的常见原因,在套管一次侧施加工频高电压去极化的方法是处理类似介损异常的有效方法。

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。

换流变压器网侧550kV环氧树脂浸纸套管关键技术与工程应用

直流输电系统作为大容量、远距离输送清洁能源的重要载体,是推动新时代我国能源清洁低碳转型、服务"四个革命、一个合作"能源安全新战略的重要手段.近年来直流工程换流变压器网侧油浸纸套管重特大事故频发,尤其是2018年先后发生油浸纸套管故障爆炸.

环氧胶浸纸套管绝缘特性的温度敏感性研究

为准确获取不同温度条件下胶浸纸套管绝缘性能变化规律,在高低温试验箱中开展了±100 kV穿墙套管在不同温度下的频域介电谱测试,获得了被测试套管的绝缘电阻、工频介损、工频电容量等绝缘特征参数。研究结果表明:胶浸纸套管各绝缘性能参量对温度变化的反应较为敏感,工频介损因数随温度的上升呈现先减小后逐渐增加的趋势;绝缘电阻随温度的升高逐渐减小,且减小幅度较大;在低频区域,胶浸纸套管的介损随温度的升高逐渐增大,高频区域相反,介损频域谱随温度的升高整体向高频方向移动;胶浸纸套管的复电容实部在高频段基本保持不变,C″-f曲线与tanδ-f曲线变化规律一致。研究结果可为胶浸纸套管现场运行绝缘状态评估、故障诊断和事故分析提供理论支撑。

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。

±800kV换流变阀侧套管温度场仿真与大电流温升试验分析

随着我国高压直流输电工程的发展,输送功率不断提升,胶浸纸(resin impregnated paper,RIP)套管的发热问题越发突出。面对±800k V特高压直流输电工程进一步提升输送容量的挑战,为避免RIP套管发热严重、温度过高带来的安全问题,提出了一种RIP换流变阀侧套管的设计方案,并通过仿真模拟与温升试验进行验证。首先,在套管设计方案中,通过引入衬管结构、增加导体直径等手段来降低热点温度;然后,提出了一种针对RIP套管温度场的改进计算方法,对套管热设计进行了仿真校核;最后,对基于该设计方案制造的套管进行了温升试验考核。仿真与温升试验结果表明:该文提出的RIP换流变阀侧套管可以满足工程要求,其载流量(等效工频电流)可达6736 A。

特高压换流变压器网侧高压套管胶浸纸技术应用研究

国内广泛应用的换流变压器网侧油浸纸(OIP)型套管多次发生漏油产气故障,一旦套管出现故障,对换流变及系统运行危害巨大,而胶浸纸(RIP)型套管不存在漏油、产气的问题,相对而言安全性能更优。基于此,考虑研究特高压换流变压器网侧胶浸纸高压套管技术。首先根据特高压换流站网侧运行技术条件,经电场分析计算、主绝缘分析计算确定了换流变压器550 kV RIP网侧套管技术参数。另外,研发过程中充分考虑现有套管的故障情况,采用多种底部连接方式,试制时克服电容绕制、环氧树脂浸渍等多重困难,采用新工艺。依据此技术参数研发的RIP套管油中绝缘长度增长约200 mm,增强了油中耐闪络放电能力,提升了套管轴向绝缘裕度;套管油中绝缘厚度增加了约15%,提升了局部放电起始电压和电容心子径向绝缘裕度。该型套管一次通过全部型式试验项目,并完成升高座处电场强度第三方校核,具备安全挂网运行条件。该产品已于2019年6月24号在天山换流站投入实际运行,各项运行指标正常。

换流变压器网侧550 kV环氧树脂浸纸套管绝缘结构设计与校核

针对在运换流变压器网侧套管的难点,研制换流变压器网侧550 kV环氧树脂浸纸套管。首先结合IEC 60137相关要求明确环氧树脂浸纸套管电气参数,提出绝缘厚度增加15%、油侧长度增加200 mm的涉及方案;然后分别用等裕度、等电容、等厚度3种方法进行电容芯体结构计算;最后对研制套管进行绝缘配合校核计算。结果表明:通过优化极板布置,简化了界面结构,使运行电压下套管油侧径向E_(max)从4.0 kV/mm降至3.2 kV/mm,轴向E_(max)由0.51 kV/mm降至0.35 kV/mm,从根本上解决了油侧轴向爬电问题;其电容芯体绝缘可以承受870 kV工频电压及1800 kV的雷电冲击电压;安装环氧树脂胶浸纸绝缘套管后,换流变压器网侧出线装置可以承受680 kV工频电压及1550 kV雷电冲击电压。

胶浸纸电容套管芯VPI技术研究

分析了胶浸纸电容套管芯用 VPI(真空压力浸胶 )工艺技术 ,比较了混胶和真空脱气的几种工艺方法 ,指出真空、压力对产品质量的影响。并通过有关技术指标说明 ,运用 VPI技术制造的无气隙绝缘制品发挥了油浸纸、胶粘纸电容套管芯的优点 ,同时又避免了两者的缺点 ,具有介质损耗低 ,介电强度高的性能。

基于多源融合的油纸绝缘套管缺陷辨识及绝缘状态评估

油浸纸绝缘套管作为变压器的关键组件,其绝缘受损会威胁变压器主设备的运行安全。针对此现状,提出一种基于多源融合的油纸绝缘套管缺陷辨识及绝缘状态评估方法。首先,根据实际运行工况制备典型缺陷试验套管,并开展频域介电响应、局部放电及红外热成像联合试验,辨识套管缺陷种类。然后,提取套管绝缘指标量,引入隶属度函数及状态得分算子,建立基于博弈论组合赋权法的套管绝缘状态评估模型。最后,分别采用组合赋权法和单一赋权法的评估模型,对正常以及缺陷套管进行算例分析。结果表明:联合试验可以准确辨识套管缺陷种类。组合赋权法弥补了单一赋权法评估结果片面的不足,且正常套管的模型评估分数均高于缺陷套管。评估结果与套管实际绝缘状态一致,验证了套管绝缘状态评估模型的正确性及有效性。