Charge Transport in Oil Impregnated Paper Insulation Under Temperature Gradient Using Transient Upstream FEM

Charge transport in oil impregnated paper impacts the insulation performance of a transformer.This paper proposes a simulation method for the charge transport in oil impregnated paper insulation.The transient upstream finite element method(FEM)is applied to the transport equations of bipolar charges for establishing a numerical simulation model of charge transport in oil impregnated paper insulation.The method is validated by experimental results.The charge transport and electric field distribution in single-layer oil impregnated paper insulation under different temperature gradients is simulated.The trends of the simulation results are seen to agree with the corresponding experimental results.This paper conducts exploratory research into the simulation of charge transportation phenomenon in oil impregnated paper,and is of importance to the design of oil impregnated paper insulation.

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。

温度对油-纸界面处微水迁移与局部放电的影响

变压器内部温度的改变会使油-纸绝缘中水分分布和聚集位置发生改变,而局部高含水量会严重影响油-纸绝缘的电气强度。因此,有必要研究温度对油-纸绝缘界面处微水迁移与局部放电(PD)的影响。该文利用楔形-板电极,研究了升温、起泡及降温过程中不同含水量(W_(C)=3.61%和5.76%)的油-纸绝缘体系在水分瞬态作用下的PD特性。在温度变化过程中,持续监测油的温度、含水量和水活性,并采用升压及恒定电压法进行PD试验。试验结果表明,温度升高,油-纸界面处局部放电起始电压(PDIV)短时增加,随后PDIV开始逐渐降低且PD强度突然增强。两种含水量体系的油中含水量均逐渐增加。油浸纸板含水量越高,从纸板进入油中的水分越多。气泡出现,PDIV快速下降,油中含水量急剧增加。降温阶段,两个体系的PDIV呈现先减后增趋势,与之相对应,PD强度呈现先增后减趋势,且PD均保持在一个相对较高的水平。油温降至室温,PD并未完全消失。该研究成果对油浸式电力设备中水分的实时监测及其绝缘性能的评估具有重要理论价值。

汽车机油滤纸耐高温性能的研究综述

机油滤纸主要用于去除机油中的粉尘和杂质,是机油滤清器的重要组成部分,通常在高温、高压的条件下使用,需要具备良好的耐高温性能。本文综述了耐高温型机油滤纸的制备方法,总结了经常使用的耐高温纤维、阻燃剂以及浸渍树脂的特点,并且对耐高温环保型机油滤纸的发展前景进行了简要介绍。

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。

温度梯度下双层油纸绝缘系统的空间电荷分布特性

换流变压器为直流高压输电系统中的重要设备,但因其运行工况的特殊性,其内部油纸等绝缘材料往往承受较大的内外温度差异作用。针对换流变压器中双层油纸绝缘系统存在的内外温度不同的温度梯度效应对油纸绝缘中空间电荷分布的影响,利用电声脉冲法测量了不同温度梯度下(Δθ=0、20、40°C),电压分别为-3.4、-10.2、-20.4kV(即平均电场强度分别为10、30、60MV/m)时双层油纸中空间电荷在20min内随时间变化规律及电场分布。实验结果表明:在低场强下,上下电极均有明显的同极性电荷注入;温度梯度使低温侧出现异极性电荷,并且随着温度梯度的增大、电压的升高,低温侧异极性电荷越来越多,从而使低温侧的场强畸变越来越大;加压后,2层油纸界面处开始积累与上电极相同极性的电荷,并且界面处电荷量随温度梯度及电压的增大而增大,但电荷密度出现饱和现象。经分析可知,油纸界面起到阻挡正负电荷通过的作用,而温度对电极注入特性及试样电导特性的影响为温度梯度影响空间电荷分布的主要原因。

水分对变压器油和绝缘纸频域介电谱特性的影响

频域介电谱法作为一种无损的电气诊断技术,非常适用于变压器油纸绝缘状态的现场诊断。考虑到水分对变压器油纸绝缘系统的巨大危害,运用Concept80宽频介电谱测试系统,研究了水分对矿物绝缘油和不同种类油浸绝缘纸介电特性的影响规律,并对比了相同水分质量分数油浸普通绝缘纸、绝缘纸板和热稳定纸的介电性能。研究表明:矿物油-纸绝缘试品的介电性能受水分的影响极大;矿物油的直流电导率随着水分质量分数的增加呈指数规律增大,在10-3～10-1Hz范围内,油浸绝缘纸的复相对介电常数实部随其水分质量分数增加呈线性规律增大。因此,可利用油品介质损耗因数(直流电导率)和油浸绝缘纸复相对介电常数实部对变压器油、油浸绝缘纸的水分质量分数分别进行诊断。

局部放电对油浸绝缘纸表面损伤特性研究

为了提高绝缘材料的耐局部放电能力,对局部放电损伤过程中油浸绝缘纸的表面形貌、表面粗糙度、表面电导率、表面生成物和气隙气体进行了研究。根据局部放电相位分布(phase-resolved partial discharge,PRPD)模式的变化将放电损伤过程划分为5个阶段,分别利用光学显微镜、扫面电镜、原子力显微镜和高阻仪对每一损伤阶段的绝缘表面情况进行分析,并用气质联动仪分析了其气隙气体组分。研究结果表明:在5个损伤阶段中,绝缘表面相继出现"烧蚀"、"剥皮"、"裂化分丝"、"凹坑"和"树枝化"现象,且有"液滴"和晶状"固体"相继生成,电负性气体含量交替下降上升;绝缘表面三维粗糙度先下降后上升;绝缘表面电导率总体呈现增长趋势并最终趋于稳定,但在不同损伤阶段其增长速率不同。提供了判断油浸绝缘纸表面状况及缺陷发展状况的参考信息。

水分和老化对油浸绝缘纸温度介电谱和活化能的影响

为了研究老化和水分对油浸绝缘纸温度介电谱和活化能的影响,以便更准确地评估其水分含量和老化状态,利用Concept 80宽频介电谱仪测量了不同水分含量、不同老化程度下油浸绝缘纸介质损耗的频域介电谱和温度介电谱,然后利用Arrhenius方程计算得到了油浸绝缘纸的活化能。研究发现:在相同温度下,油浸绝缘纸介质损耗随着其老化程度的加深或水分含量的增大而都逐渐增大;随着温度升高,相同水分含量下不同老化程度或相同老化程度下不同水分含量的油浸绝缘纸介质损耗的差异越来越显著;利用无交互作用双因素方差分析表明,水分对活化能的影响显著,老化对活化能几乎没有影响;油浸绝缘纸活化能与水分有很好的线性关系,可用来评估油浸绝缘纸的水分含量并消除测量温度对其频域介电谱的影响。

物理改性纤维素绝缘材料亲水性行为的分子动力学模拟

为了从微观层次揭示物理改性后纤维素绝缘材料抗老化性能提高的机理,选用聚合度为3的纤维素分子链、水分子、三聚氰胺和双氰胺分别对改性前后纤维素材料的无定形区进行了建模,并用分子动力学模块对这2个模型进行了计算。分别从水分的扩散系数、体系内的氢键结合数和分子之间的相互作用能3个方面探讨了改性前后体系的变化和抗老化性能差异的作用机理。结果发现:物理改性体系中的水分子扩散系数小于天然体系;由于抗老化剂的作用,物理改性体系中的总氢键数多于天然体系。与水分子的相互作用能上,抗老化剂最大,天然纤维素分子次之,改性体系中的纤维素分子最小;抗老化剂的存在使纤维素分子与水分子的相互作用能减弱。

温度梯度效应对油纸绝缘材料空间电荷分布特性的影响

针对换流变压器及直流套管中油纸绝缘系统存在的内外温度不同的温度梯度效应对油纸绝缘中空间电荷分布的影响，利用电声脉冲法（PEA）研究了不同温度差下（△θ=0～40℃），在场强分别为10～40kV／mm时单层油纸中空间电荷特性及场强分布。实验结果表明：在各个电压及温度梯度下异极性电荷始终存在，这表明油纸绝缘中的杂质电离在空间电荷积聚中起主要作用。并且随着温度梯度的增大，低温侧异极性电荷越来越多，从而使低温侧的场强畸变越来越大。但是，随着施加场强的升高，低温侧场强畸变率却减小；该研究结果为换流变压器油纸绝缘结构优化设计提供了实验依据。

油浸绝缘纸电劣化过程中的局部放电混沌特性

为探究油浸绝缘纸板的局部放电(PD)劣化过程,在实验室中进行油浸绝缘纸的局部放电劣化实验。以实际变压器绕组绝缘纸为研究对象,通过加速电劣化实验得到试品的平均击穿时间,拟合出试品电劣化的反幂寿命模型,确定3个实验电压。采用超高频天线采集整个电劣化过程中试品的局部放电信号,并将整个劣化过程划分为10个阶段。最后,采用混沌理论分析局部放电幅值时间序列的最大Lyapunov指数、关联维数以及Komogorov熵等特征参量在油浸绝缘纸电劣化过程中的变化规律。结果表明,随着劣化的持续发展,最大Lyapunov指数不断增大,与油浸绝缘纸电劣化状态具有明显的相关性;关联维数呈一定的波动状态,但在绝缘预击穿阶段有明显下降;劣化初期的局部放电混沌特性最强,但随后迅速下降并在劣化中前期达到最小,之后呈现稳定的小幅度增加。

油浸绝缘纸局部放电损伤产物分析

文章对局部放电损伤过程中油浸绝缘纸的表面生成物及气隙气体进行了分析。利用显微镜和扫描电镜分析了绝缘表面形貌;利用红外光谱仪和X射线光电子能谱仪研究了绝缘表面生成物及其组分;同时分析了气隙气体体积变化,并利用气质联动仪研究了气体组分及其含量。研究结果表明:局部放电损伤过程中,气隙气体体积和电负性气体含量交替下降上升,放电形式在脉冲放电和亚辉光(或辉光)放电之间交替转换;绝缘表面相继出现"表面液滴"和"晶状固体","表面液滴"主要为含C=O基团化合物,"晶状固体"主要为羧酸类物质,同时纤维素链中也有羧基生成;表面产物主要是裂解产物在局部放电作用下逐渐氧化的结果。

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。

利用局部放电相位分布分析油浸绝缘纸损伤

为深入了解油浸绝缘纸损伤过程中局放统计特性的变化及其与材料损伤的关系,对局部放电二维图谱、放电统计特征量及表面损伤状况利用油浸纸内扁平气隙模型进行了试验研究。根据局部放电二维图谱的变化将损伤过程分为5个阶段,分析了5个损伤阶段中放电统计特征量的变化,并分别用显微镜和扫描电镜对绝缘的表面情况进行了分析,并提供了判断油浸绝缘纸表面状况的参考信息。研究结果表明:在5个损伤阶段中,二维图谱的不对称度和相关度逐渐稳定在1附近,放电量偏斜度在绝缘击穿前呈现负值;绝缘表面伴随有"液滴"和"晶状固体"相继生成;"液滴"的生成是不对称度和相关度趋于稳定及周期性"簇"状出现的原因,"晶状固体"畸变电场结构、影响放电的发生发展,是导致"凹坑"生成并引发"电树枝"的原因。

直流和工频电压下油浸纸绝缘系统空间电荷特性的差异

绝缘材料在交流电压下的空间电荷特性和直流电压下的空间电荷特性同等重要。输电系统中交流变压器的数量巨大,变压器内绝缘用油纸绝缘材料在交流电压下的空间电荷特性如何,尚未见研究报道。首先采用直流电声脉冲测试系统研究了油浸绝缘纸在正/负极性直流场强下的空间电荷特性,然后采用改进的基于电声脉冲法的空间电荷测试系统研究了油浸绝缘纸在工频电压下的空间电荷特性。结果表明:电场极性对油浸绝缘纸内部的空间电荷分布有决定性影响,在正极性直流场强下,积聚在靠近铝板电极侧绝缘纸-绝缘纸界面处的电荷极性是正极性,而在负极性直流场强下,其是负极性;在工频加压的正半周,铝板电极处的电荷极性为负,而在工频加压的负半周,铝板电极处的电荷极性为正,90和270相位下油浸绝缘纸内部界面处积聚的电荷极性相反;与直流电压下相比,工频电压下油浸绝缘纸内部积聚的电荷显著减少。

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。

油浸纸绝缘热致气泡形成特性

工程经验表明,对运行年限较久、受潮严重的变压器而言,绕组内部的匝间纸绝缘可在一定温度条件下析出气泡,从而危害设备绝缘。鉴于此,首先制作了纸绝缘模型,以模拟实际变压器匝间结构在水分扩散和温度变化等方面的特性,并搭建实验平台来研究气泡起始的规律。然后通过改变温升速度、含水量和溶气量等条件,研究了气泡起始温度的变化规律。研究结果表明：气泡的出现依赖一定的温度条件,若将气泡形成时刻纸绝缘的温度定义为气泡起始温度,则纸绝缘温度上升速度越快,气泡起始温度越低;而在较缓慢的温度变化下,气泡起始温度较高且分散性较大;随着温升速度的进一步下降,气泡将难以形成。反复升降温实验中,气泡形成温度逐渐升高;在此过程中,气泡通常最先从纸的压边处出现,而后可从绝缘纸表面直接析出并聚集呈簇状,表明不同条件下出现的气泡在形态和位置方面可能存在差异。随着纸绝缘中含水量的减少,气泡起始温度迅速升高,且分散性逐渐增大。气体体积分数对气泡起始温度影响较大,当油-纸系统中的气体饱和度由5%增至25%时,气泡起始温度下降20～40℃;随着气体饱和度的进一步增加,气泡起始温度开始缓慢降低,且不同含水量条件下的气泡起始温度越来越接近,表明气体高度饱和的系统中水分质量分数对气泡起始温度的影响很小。本文研究结果可为评估增容运行油浸式设备绝缘状态提供一定参考。

基于改进电声脉冲测试系统的油纸绝缘混合体系空间电荷动态行为特性

目前国内外关于油纸绝缘介质空间电荷特性的研究全部基于油浸绝缘纸,且已有的电声脉冲测试系统无法实现对油隙与油浸纸组合而成的混合体系的空间电荷特性的测试。通过采用改进的电声脉冲测试系统首次对油隙与油浸纸板组合而成的混合体系的空间电荷动态行为特性进行研究,分析空间电荷积聚对油纸混合体系内部电场分布的影响。研究发现油纸绝缘界面处及油浸绝缘纸内部积聚的空间电荷和电场畸变程度与绝缘油和油浸纸板的电导率关系很大。由绝缘油劣化导致油纸绝缘系统的电导率提升更易引起油浸纸内部场强严重畸变,油浸纸内部最大场强约达到平均场强的2.5倍。而由油浸纸电导率增大引起的油纸绝缘系统的电导率提升减轻了油浸纸内部的电场畸变程度,但电荷快速迁移会导致介质热效应显著也易诱发击穿。消除绝缘结构界面引起的空间电荷积聚效应、限制空间电荷在绝缘介质内部的快速迁移或使电荷在介质内部分布更加均匀,从三方面出发将有助于抑制空间电荷的危害。