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。

场致双折射法测量硫系玻璃Ge__(28)Sb_(12)Se_(60)直流克尔系数

硫系玻璃是一种重要的非线性光学材料,因其具有较强的红外高透性和较高的光学非线性,使得近年来在集成光子学、超连续光源和全光开关等领域引起了广泛关注。通过分析在不同外加电场强度下光束通过硫系玻璃Ge__(28)Sb_(12)Se_(60)样品偏振态的变化得到场致双折射现象引起的相位差,进而测量了硫系玻璃Ge__(28)Sb_(12)Se_(60)的直流克尔系数,并结合该材料的非线性光学特性,对实验结果进行了分析。最终结果表明,硫系玻璃Ge__(28)Sb_(12)Se_(60)具有较高的直流克尔系数,在相关的应用中具有一定的优势。

直流电压下油中空间电场强度对油纸绝缘界面电荷特性的影响研究

直流电压下油纸绝缘界面电荷特性是换流变压器绝缘结构设计的巨大挑战。传统电阻-电容(RC)模型仅考虑由于油、纸材料的介电常数、电导率不同而引起的界面极化电荷,忽略了其他形式来源的电荷及其对空间电场的影响。本文基于Kerr电光效应原理,搭建了油纸绝缘结构油中空间电场特性非接触式、实时测量平台,针对变压器油-电工绝缘纸、变压器油-变压器纸板组成的复合绝缘结构,获得了不同极性、不同幅值直流电压下油中空间电场特性,计算并分析了界面电荷密度与RC模型计算的极化电荷密度的差异。结果表明:当油中场强较低时,油纸界面电荷以极化电荷为主;随着油中场强的增加,油纸界面电荷密度与RC模型计算极化电荷密度差异逐渐增大,出现了其他形式电荷的积聚,且其在界面总电荷量中占比逐渐增加,对电场强度的影响逐渐增大。

直流电压下油、纸绝缘结构不连续界面空间电荷积聚特性

在直流电压下,油、纸界面空间电荷的积聚会导致空间电场畸变,对直流输电设备的绝缘设计和运行有重要影响。为研究该问题,利用纸板覆盖上、下电极的油纸复合绝缘模型,研究了在不同极性直流电压下,油、纸界面空间电荷的积聚过程。试验中,搭建了基于Kerr效应法的油纸绝缘光学空间电场的测量平台,以实现变压器油中电场的在线非接触式测量。试验结果表明:不同极性的直流电压下,油中电场的暂态过程差异显著,具有明显的极性效应;油、纸界面积聚空间电荷的极性与外施电压的极性和油、纸板的空间位置直接关联:纸板覆盖上电极时油纸界面电荷极性与外施电压极性相反,纸板覆盖下电极时油、纸界面电荷极性与外施电压极性相同;与传统的电阻率-介电常数模型下界面电荷的积聚现象不同,油纸界面电荷积聚的速度具有明显的极性效应:油、纸界面负电荷的积聚速度远大于正电荷的积聚速度,导致不同极性电压下油中电场从暂态容性电场到稳态阻性电场的过渡过程差异显著。

直流电场下变压器油中电场分布特性

直流电场下油纸绝缘系统中,因油中和油/纸界面空间电荷的产生和积聚,会畸变原有电场分布。油中的电场分布特性在直流绝缘结构优化设计中非常重要,它呈现出的特性与交流下有较大的不同。采用一种基于Kerr电光效应的非接触式测量手段,实际测量了6 mm间隙平板电极结构下油中空间电场分布特性。实验结果表明：直流电场下,平板电极间油中电场为非均匀电场;空间电场测量值与施加于电极间的直流电场之比在0.87~1.05之间变化;相同的外加电压情况下,靠近正电极位置处的电场强度要高于靠近负电极位置的电场强度,并且从负电极至正电极呈单调递增趋势;按照施加于电极间的直流电场进行归一化的电场曲线大致可分为3个阶段;结合变压器油中载流子产生、迁移和扩散过程及变压器油的电导特性进行了初步的探讨。

基于电荷分段映射叠加的油纸绝缘直流电场计算方法

油纸绝缘直流电场仿真计算依赖油、纸电导率参数,而油、纸电导率在各种因素影响下存在较大不确定性,且界面电荷的存在也会使直流电场分布规律变得更加复杂。因此,该文提出将静电场与界面电荷场叠加计算油纸绝缘直流电场分布的电荷分段映射叠加法。首先,从理论角度论证方法的可行性,提出采用电荷分段赋值线性叠加的方法解决电场空间非线性问题。然后,用Kerr效应法实测获得了不同交直流复合电压下纸板交叠结构模型油纸界面的电荷分布规律,基于实测界面电荷密度利用电荷分段映射叠加法计算得到了直流电场分布,电场计算值与实测值之间最大误差为4.3%。最后,对比恒定电流场与该方法的仿真结果,可知恒定电流场不能反映电荷极性效应引起的空间非对称特征,而该方法可以有效解决这一问题。

换流变压器电荷赋值型直流电场外推计算方法

直流电场计算校核是换流变压器设计的重要环节。研究表明直流电压下油纸界面电荷积聚分布与传统阻容模型计算结果之间存在很大差异,基于理想模型的电场校核方法失效。该文提出一种基于油纸界面电荷特性、直接在换流变压器实际结构中进行电荷分段赋值的外推方法。首先,对于均匀场区域,用离子迁移模型计算出各个油纸界面的电荷密度,进行均一化赋值。其次,对于非均匀场区域,从均匀场区域向非均匀场区域推算,根据具体赋值部位的界面电荷分布曲线,划分区间并分段赋值。最后,将电荷场与外施电场叠加合成,获得全域内直流电场分布情况。在换流变压器阀侧出线结构模型中的实测验证表明,电荷分段映射叠加外推方法得到的电场计算值与电场实测值之间偏差较小。该方法解决了传统方法依赖材料宏观参数、无法准确计算和反映大尺寸油纸绝缘系统电场分布真实情况的问题。