电容屏破损缺陷局部放电过程规律特征及仿真分析

油纸电容式变压器套管因性能好、成本低而被广泛采用。当电容屏存在边缘破损工艺缺陷时易发生局部放电,进而会改变油纸绝缘性能,缩短套管使用寿命,严重时危及电网设备安全运行。为研究电容屏破损局部放电过程变化规律,明确放电发展阶段,该文搭建了缺陷套管放电实验模型分析局放过程中相位谱图、放电量等参数发展规律,并基于实验规律及流体漂移扩散理论、固体双极电荷传输理论,建立了末屏缺陷针板沿面放电过程仿真模型,结合仿真中电荷形态变化、放电时间及油纸界面电荷密度分布对电容屏破损放电过程进行阶段划分:放电初始阶段,铝箔尖端电荷聚集发生电晕放电;放电发展阶段,尖端处带电粒子在电场作用下向油纸发展,小部分达到油纸界面产生沿面放电;放电破坏阶段,经过长时间沿面放电进入油纸发生预击穿,电场强度更大使带电粒子能量更高,冲击油纸表面造成油纸表面纤维素断裂炭化形成通道。仿真结果与实验结论相对应,证明了仿真的有效性。该文的研究成果进一步阐明了油纸套管电容屏工艺缺陷局部放电的过程及机理。

特高压直流套管气-固界面长时闪络放电特性及其影响因素

胶浸纸(resin-impregnated paper,RIP)干式套管内部的SF_(6)气体与环氧树脂浸纸电容芯体组成的气-固界面是套管内部易发生放电的绝缘薄弱点。该文搭建闪络放电特性实验平台,测试套管环氧浸纸试样和芯体模型在不同表面状态、微粒影响下的表面电荷分布,揭示多种因素对表面电场及闪络特性的影响机制。同时,对套管芯体缺陷试样长时局部放电至闪络放电发展过程进行试验验证。结果表明:高压侧区域套管气-固界面存在高分散性的纤维凸起,运行过程中吸附微粒,在直流电压作用下电荷积聚和电场畸变引发微弱起始局部放电;长期的电压作用使电荷积聚加剧,电场畸变程度进一步增大,局部放电频次和幅值逐步增加,最终导致贯穿性闪络放电。该研究可为胶浸纸套管芯子表面处理工艺的优化,以及长期直流下闪络放电的抑制措施的制定提供理论和实验依据。

基于电热耦合的油纸绝缘套管内部压强变化特性

油纸绝缘套管作为目前电力系统应用最广泛的套管类型,因在运行时无法掌握内部动态压强,不能及时发现内部缺陷,严重影响套管使用寿命。为此,提出了油纸绝缘套管内部压强的解析数学算法,建立了试验用油纸绝缘套管的电热耦合分析模型,考虑了导电杆载流量和外界环境温度对油纸绝缘套管内部压强的影响,通过搭建试验用油纸绝缘套管平台对所提算法模型进行了准确性验证。结果表明:套管内部压强解析数学算法具有较高的计算精度,套管油枕处呼吸腔中空气的压缩量是影响油纸绝缘套管内部压强变化的主要因素;结合仿真分析,呼吸腔内空气压强占套管内部压强的76.9%。研究成果对于掌握油纸绝缘套管内部压强分布,及时捕捉套管异常状态有重要的指导意义。

基于弛豫时间分布函数的油纸绝缘老化状态研究

为减小基于扩展Debye模型的老化状态评估方法对描述套管油纸绝缘劣化过程和解释老化机理时存在的误差,本文测试分析了不同老化程度油纸绝缘样品的极化-去极化(PDC)曲线,建立了考虑弛豫支路呈概率分布的分布式Debye模型,并通过正则化方法进行求解,最终提出了油纸绝缘套管老化状态的精确评估方法。结果表明:随老化程度的增加,极化电流整体向去极化电流增大、弛豫时间减小的方向移动,曲线达到稳定值的时间缩短;分布式Debye模型能够较好地描述老化油纸绝缘样品的多弛豫过程,正则化方法则能够较好地解决求解病态线性方程组时遇到的系统不适定问题;随着老化程度的增加,样品弛豫主峰所对应的弛豫时间分布函数概率密度增大,最可几弛豫时间常数逐渐减小;本文构建的老化状态评估模型具有较高的评估精度,误差均小于1.37%。

基于局部放电影响的变压器套管优化研究

随电压等级升高,油纸电容式套管故障日益常见,其中局部放电为主要故障诱因。为保障电网稳定与安全运行,需对套管的局部放电进行有力管控。为此,研究构建了一个油纸电容型的套管结构,并采用数值模拟工具对126kV套管进行电热联合模拟,目标是了解工作条件对主隔离材料的微小电放效果。结果显示,主隔离材料的热度在轴向上呈现一个先增后减的趋势,径向持续降低,零屏位置出现最高温度89℃,最低温度72℃。综上所述,该研究提高了主隔离材料微放的触发电压,这对于理解和改善油纸电容式套管在增强电网稳定和安全方面具有显著的实际意义。

550 kV环氧树脂浸纸多出线套管抗震性能研究

为评估550 k V环氧树脂浸纸多出线套管的抗震性能,对该型套管进行了有限元分析。根据产品设计绘制三维实体模型,模态分析计算此套管的固有频率,对套管施加静态端子拉力、自重力及等效风载荷,计算静态载荷及响应谱情况下套管的最大位移,并对静力载荷与地震载荷进行工况组合,分析在静态载荷和地震载荷综合情况下套管主要零部件的位移及应力。分析数据显示,该多出线套管计算安全系数完全满足AG5地震水平要求,应力最大位置为芯体上部卷制管位置,后期设计时应充分考虑提高卷制管壁厚及刚度,提高该套管的安全系数。

特高压直流套管用环氧树脂/皱纹纸复合绝缘体系介电性能的研究

特高压直流套管是制约我国特高压直流输电设备发展的瓶颈。针对特高压直流套管用绝缘材料,分析观察了直流套管用皱纹纸的显微结构,制备了纯环氧树脂和环氧树脂/皱纹纸复合绝缘体系的试样,进行了介电性能测试,研究了不同试样介电性能随温度的变化规律。为研制特高压直流干式套管提供试验依据。

高压交流套管的油纸绝缘热老化特性及寿命模型研究

为研究高压交流套管的油纸绝缘热老化特性,用套管用绝缘油、绝缘纸及铝箔纸自制成样品并分别在90℃、100℃、130℃三种温度下进行加速热老化。对热老化过程中反映油纸绝缘材料样品老化状态的理化特征参数进行测试与分析。同时,对套管缩比模型在100℃进行电热联合老化实验,测试分析其在老化过程中相应的介电响应曲线,测试套管在绝缘失效并解体后的绝缘电气/理化参数。结果表明:对于套管的多层油纸屏障结构,最外层油纸绝缘是套管绝缘特性的薄弱点。油纸材料样品与套管缩比模型在老化过程中最外层绝缘纸的聚合度下降速率均最快,内层较慢,分析认为水分和油酸在各层间的分布规律是导致该现象的主要原因;相比传统的工频电容值,低频段对应的电容值对绝缘状态变化反映更为灵敏。以油纸绝缘材料样品最外层绝缘纸的聚合度随温度与时间变化数据为依据,建立了套管油纸绝缘热寿命模型,并初步验证了该模型的有效性。

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。

油纸电容式套管故障统计分析及模拟测试研究

油纸电容式套管广泛应用于电力系统变压器、电抗器、开关等重要电力设备中。近年来,变压器、电抗器、开关的套管事故和故障频繁发生,已经引起了有关部门的重视。文章介绍了近年来在国网电力系统运行的国产和进口变压器、电抗器的套管事故和故障情况,对国网电力系统出现的套管事故和故障案例进行了统计分析,同时通过理论计算及结构设计,提出了通过模拟套管测试研究以了解并掌握油纸电容式套管故障原因。

变压器升高座内部套管局部放电特高频信号传播特征

油纸电容式套管是广泛应用的变压器出线套管形式之一。目前,运行人员主要依据预防性试验对套管绝缘状态进行评估,无法对运行中的套管局部放电进行检测和识别。在仿真研究升高座内部套管局部放电特高频信号传播特征的基础上,提出了基于特高频法的变压器升高座内套管局部放电非接触式带电检测与定位方法。首先仿真研究了套管升高座内部局部放电激发电磁波信号的传播路径和传播特性,明确了升高座内部特高频信号通过套管外侧油道传播至外部空间;然后,搭建了套管试验平台,开展了套管顶部悬浮放电和套管升高座内部均压环附近悬浮放电试验,验证了套管外部特高频检测局部放电的可行性;最后,通过4通道特高频天线阵列对放电源进行定位试验,证明了升高座内部局部放电特高频信号的辐射途径。结果表明,该方法可以实现升高座内部的套管局部放电的非接触式不停电检测,对提高变压器出线套管维护水平具有重要意义。

特高压直流干式套管用环氧及环氧/皱纹纸复合材料介电特性研究

为研究引入皱纹纸对环氧材料介电特性的影响,通过介电谱及热刺激去极化电流(thermally stimulated depolarization current,TSDC)测量技术,对特高压直流干式套管用环氧及环氧/皱纹纸材料复介电常数、TSDC特性进行了测量分析。提出了基于相对介电常数一阶导数的改进差分进化优化算法,该方法能有效分析环氧材料内各介电弛豫过程。试验结果表明:皱纹纸的引入使环氧复合材料复介电常数实部、虚部均变大(高温中频区除外),其高温直流电导率也显著增大。与纯环氧相比,环氧/皱纹纸复合材料α(温度低于175℃时)、β、δ过程的弛豫时间均减小;δ过程弛豫强度减小、β过程弛豫强度显著增大;δ过程活化能减小,δ过程活化能增加;环氧/皱纹纸复合材料中陷阱深度较浅、但陷阱密度显著增加。以上结果,可为干式套管绝缘材料配方评估、工艺改进提供方法及理论指导。

特高压直流换流变压器阀侧套管高环温强电流下轴径向的温度分布规律

为准确评估高环温、强电流下胶浸纸换流变压器阀侧套管的热性能,通过夏季负荷高峰期?800k V特高压直金华站换流变压器的运行温度测量,及双12脉动阀组换流变压器侧电流频谱特征的仿真分析,设计了模拟90℃换流变压器油温和50℃阀厅空气温度的高环温强电流下的套管热点温度试验测量系统;利用轴径向测温法掌握了胶浸纸换流变压器阀侧套管芯体温度分布特征;建立用于热点温度暂态值计算的指数函数模型,提出了基于热时间常数的IEC套管稳态温度修正方法。该研究结果可为特高压胶浸纸换流变压器阀侧套管电热耦合优化设计及运行工况下热性能的考核和评估提供方法及理论指导。

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。

雷电冲击试验中特高压油纸电容式套管末屏电位升高原因分析

为分析某1 100kV特高压油纸电容式套管在进行雷电冲击试验后油中产生少量乙炔的原因,首先采用三比值法分析了油色谱数据,确定故障类型为套管内部低能量放电。然后对套管进行解体分析,发现套管末屏引线断股并有放电痕迹。最后进一步从套管末屏电位升高的角度分析了放电原因,并通过测量接地线高频阻抗,同时结合实测的电流波形,估算了末屏电位升高值。研究结果表明,接地线的高频阻抗远大于工频阻抗,这是套管在雷电冲击电压试验时末屏电位升高的重要原因之一;估算可得,特高压套管在进行雷电冲击截波试验时,套管末屏对地电位的升高值达到41kV。因此,特高压油纸电容式套管在进行雷电冲击试验时,为避免地电位抬高引起的类似故障,应增加接地线截面积、减小接地线长度并采取一点接地的方式。

油纸电容式套管缺油的危害及判断

通过解析油纸电容式套管的结构,介绍了套管各组成部分的作用和原理,阐明了套管内部绝缘介质的电气性能;详尽阐述了套管缺油的原因及危害,提出了判断套管缺油的方法。通过实例阐述套管缺油的鉴别过程,论证了综合利用电容量C、介质损失角tgδ、油中溶解气体色谱分析及红外线成像对准确发现套管缺油的准确性及合理性。

特高压干式油气套管内绝缘结构的优化设计

针对使用经典解析公式设计套管电容芯子的局限性,改进了套管的传统等裕度设计方法。以特高压干式油气套管为研究对象,考虑杂散电容和温度对套管芯子电场分布的影响,建立了套管芯子改进等裕度设计方法的数学模型。在此基础上,联合有限元电热耦合计算和粒子群优化算法对该套管的内绝缘结构进行了优化设计。根据以上优化设计结构,试制了油气套管样机,并进行了全部型式试验,结果表明,提出的改进等裕度设计方法可实现油气套管芯子径向场强、轴向场强和极板间局部放电裕度的均匀分布,且芯子局部放电裕度值由0.925提升到1.155,验证了改进等裕度设计方法的实用性。

基于频域介电谱分析的油纸套管状态评估仿真

采用频域介电谱法对高压油纸套管进行了受潮状态诊断。通过在COMSOL中建立110k V油纸套管模型,求解不同频率下的介质损耗得到其频域介电谱,并分析了套管频域介电谱的差异。

基于可拓云模型与综合赋权的油纸绝缘阀侧套管状态评估

作为换流变压器的关键部件之一,阀侧套管的可靠性事关重大,为精准预测其运行态势,本研究提出了一种综合赋权与可拓云模型相结合的油纸绝缘阀侧套管综合评估模型。首先,根据运行经验及技术导则确定阀侧套管典型故障,总结出有效反映其状态的评估指标集。然后,计及评估边界的模糊性与随机性,考虑采用可拓层次分析法构建判断矩阵,通过计算具有正分量的归一化特征向量确定主观常权。为规避对专家经验的过分依赖,通过改进熵权法获取客观常权,进而确定综合常权因子。同时,针对个别指标严重劣化而常权无法灵敏反映的情况,提出构造惩罚型状态变权函数,运用变权原理对常权进行修正,使权重分配更加合理。其次,基于可拓云理论建立标准云物元模型,计算待评物元与标准云间的云关联度,实现油纸绝缘阀侧套管的准确评估,并引入置信度因子检验结果的可信度。最后,基于实例进行了验证,结果表明了该方法的有效性和实用性,为油纸绝缘阀侧套管状态维修提供了合理依据。

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。