变压器油纸绝缘热老化特性及特征量研究

对25#变压器矿物油、以BIOTEMP为代表的植物绝缘油、普通牛皮纸和热稳定绝缘纸材料构成的油纸绝缘试品进行了加速热老化实验,对老化过程中绝缘纸的聚合度变化规律及老化特性进行了对比分析,并对油中水分、糠醛含量这两个重要的老化特征参量的变化规律及其与聚合度的相关性关系进行了研究。研究的主要目的是探索新型绝缘材料的老化特性,为传统的老化特征参量应用于新型油纸复合绝缘材料构成的变压器老化诊断提供依据,并为拓展变压器寿命预测理论奠定基础。

天然酯与矿物油纸绝缘的加速热老化特性研究

用天然酯和矿物油分别与普通变压器纸组成试品,在3个不同温度下分别进行加速热老化试验,研究天然酯-纸绝缘和矿物油-纸绝缘老化特征参量的时效老化规律异同。结果表明:天然酯能有效抑制绝缘纸老化;在各老化温度下,天然酯中酸值随时间变化曲线的拐点所对应的时间与酯中水分含量达到老化过程中最高点的时间相同;天然酯–纸绝缘中,糠醛含量依然可以作为反映绝缘纸老化的重要特征量,糠醛浓度对数值和绝缘纸聚合度之间也存在较好线性关系;天然酯中CO和CO2含量比矿物油中的要低,但CH4、C2H4、C2H6及总烃含量都比矿物油中的要高。

同塔双回线的并联电抗器补偿方式研究

提出了适用于同塔双回线的并联电抗器补偿方案,解决了传统的两回线独立补偿方式下存在的补偿度受限,跨线故障时跳开相恢复电压很高,不利于潜供电弧熄灭等问题。研究了传统补偿方式下的并联电抗器补偿度及中性点小电抗大小的取值范围及选择方法。基于对线路恢复电压的分析,提出了双回线综合补偿方案。理论分析和仿真表明,提出的补偿方式可以实现理想补偿度的选择,并且在各种故障类型下都能起到显著降低线路跳开相的恢复电压和加速电弧熄灭的作用,有利于成功实现重合闸。给出了各种补偿方式下并联电抗器参数选择方法和中性点小电抗的最大耐受电压计算方法。

油纸绝缘热老化特性及生成物的对比分析

对由普通25#矿物油、以Biotemp为代表的植物油和普通绝缘纸、热稳定纸组成的4种油纸绝缘试品在90、110和130℃ 3种温度下开展了热老化实验,测量并记录了老化过程中绝缘纸的聚合度、油中糠醛、CO、CO2以及油酸值和微水含量等老化特征参数和变化规律,并首次系统地对比分析了不同绝缘组合的老化特性,探索不同绝缘材料老化生成物的相关性关系,为传统的老化特征参量应用于不同油纸绝缘系统的老化诊断提供了依据,并为拓展变压器寿命预测理论奠定了基础。

采用回复电压法分析油纸绝缘老化特征量

为将回复电压法用于电力变压器绝缘老化状态的无损诊断,通过实验室加速热老化实验,研究了不同老化程度下油纸绝缘回复电压各参数(回复电压最大值、初始斜率、中心时间常数)的变化规律;考虑到水分对回复电压参数的影响,亦对比分析了老化油纸绝缘试品干燥处理前后回复电压参数的变化。在原有回复电压参数的基础上,提出了一种新的可用于评估油纸绝缘老化状态的参数—电压相对稳定值。该参数可以反映回复电压曲线的后期信息,而且与油纸绝缘老化程度和水分质量分数都有着密切的关系。研究结果表明:回复电压各参数与老化有很好的线性关系,但水分的增加会降低其线性优度;随着老化程度的增加,回复电压最大值增大,中心时间常数减小,初始斜率增大,电压相对稳定值增大;充电时间对回复电压参数也有影响。

天然酯-纸绝缘热老化速度减缓及其原因分析

研究了不同温度下天然酯-纸绝缘中绝缘纸聚合度下降速率、油中微水含量变化趋势,并与矿物油-纸绝缘的试验结果进行对比,初步分析了新型绝缘液体天然酯抑制绝缘纸老化的化学机制和物理机制。通过研究得出,老化温度每升高20℃,绝缘纸聚合度平均下降速率将变为原来的3～4倍;相同老化温度下,矿物油中绝缘纸聚合度平均下降速率是天然酯中绝缘纸聚合度平均下降速率的两倍多;天然酯能通过吸收水分、消耗水分和水解保护等方式减少绝缘纸中水分含量,减缓绝缘纸老化速度;天然酯中水分并不会无限增加,而是能够通过化学反应方式抑制自身水分增加;天然酯通过和纤维素分子中羟基发生酯交换反应抑制绝缘纸热应力下的水解作用。

初始水分含量对油纸绝缘热老化特性的影响

为探讨初始水分含量对变压器油纸绝缘老化过程的影响机制,设计了绝缘纸初始水分质量分数分别为1%、3%、5%的矿物油-纸绝缘试品在90°C下的加速热老化试验,定期取样测量了绝缘纸聚合度、油纸绝缘水分质量分数、油中糠醛质量浓度、油中酸值等特征参量。然后,在分子模拟软件内建立了不同含水量的矿物油分子、糠醛分子、水合氢离子模型,通过分子动力学模拟技术计算了糠醛分子及水合氢离子与不同水分含量油分子模型之间的扩散系数、相互作用能、径向分布函数。实验结果表明:绝缘纸和矿物油中水分含量在老化过程中均是波动的,油中糠醛和酸值在老化过程中的变化趋势未与绝缘纸聚合度的下降规律相对应,受系统水分含量的影响较大。分子模拟结果表明:水分的增加显著降低了糠醛及小分子酸的扩散能力,并与糠醛及小分子酸形成稳定的氢键;同时,水分与糠醛及小分子酸的极性作用改变了彼此的相互作用能。实验数据与分子模拟结果相互验证,为深入研究油纸绝缘的老化机理及诊断提供了理论参考。

变压器油纸绝缘老化动力学模型及寿命预测

变压器固体绝缘材料(绝缘纸)寿命决定其使用年限,温度和水分是影响绝缘纸纤维素老化降解最主要的因素。以油浸变压器内广泛应用的#25变压器油和普通牛皮纸为实验原料,模拟变压器实际生产流程,制作初始水分质量分数分别为1%、3%、5%的油纸绝缘试品,并将3个水分质量分数的油纸绝缘试品分别在90°C、110°C和130°C下进行了长期的加速热老化。细致分析了不同温度和水分条件下油纸绝缘试品老化过程中绝缘纸聚合度的变化规律以及以聚合度为参量的油纸绝缘老化动力学模型。得到结果如下:老化温度和油纸绝缘初始水分质量分数越高,油纸绝缘试品的老化速度越快,并且油纸绝缘试品在到达其老化后期,绝缘纸聚合度下降速率会减缓;绝缘纸聚合度损失累积动力学模型(式(3))能很好地描述温度和水分作用下的油纸绝缘试品老化过程中绝缘纸聚合度变化规律;温度和水分协同作用下油纸绝缘材料的表观活化能为(101±15)kJ/mol;建立了基于时温叠加理论及聚合度损失累积模型的温度和水分联合作用下普通变压器绝缘纸在矿物油中老化的寿命模型(式(9)),该模型可预测温度和水分两因子作用下油纸绝缘的老化寿命。

天然酯-普通纸(或热稳定纸)绝缘热老化特性

为研究新型绝缘油天然酯与两种绝缘纸组成的酯-纸绝缘热老化特性,将天然酯-普通纸和天然酯-热稳定纸绝缘试品,在90℃、110℃和130℃下进行了399d的热老化试验。结果表明:天然酯-纸绝缘中,相同老化条件下,热稳定纸聚合度和稳定聚合度都分别明显高于普通纸;通过热稳定纸中含有双氰胺的红外光谱分析,从官能团角度研究了热稳定纸抑制绝缘老化的两大机制。热稳定纸能吸附较多糠醛;对同一种酯-纸绝缘,糠醛仍可作为衡量变压器中酯-纸绝缘老化程度的参量;对不同绝缘纸的酯-纸绝缘,糠醛含量的差异不能表征它们之间绝缘纸老化程度的差异。研究了这两种不同酯-纸绝缘老化过程中,酯中微水含量变化规律的异同,从而建议使用天然酯的变压器,用热稳定纸作为与之匹配的固体绝缘材料,以利于酯在老化过程中保持较好绝缘性能。

同塔四回线参数解耦及故障分析方法

同塔四回输电线路参数复杂,难以进行故障分析。针对实际同塔四回线路杆塔结构和线路排布特点,采用矩阵变换理论,提出了同塔四回线参数解耦算法,将四回线线路参数矩阵解耦为四回线相关联的一组双回同向序量和三组双回反向序量。该算法计算简单,物理意义明确。以上述解耦算法为前提,提出了同塔四回输电线路复合序网故障分析方法,并给出了一回线内故障的复合序网图。本方法考虑了同塔四回线的序量特点,为其新型保护原理开发和整定计算奠定了理论基础。EMTDC仿真验证了上述算法的正确性。

基于热网络法的高压开关设备热特性分析

引入热网络技术,建立了某型号瓷柱式高压断路器主回路的仿真模型。温升试验表明,实验结果与仿真结果之差的最大值误差为7.9%,该仿真方法的准确度在工程许可范围之内。基于此仿真模型,利用3种改善措施,观察其对断路器温升的影响程度。研究结果表明,应用热网络方法可以方便快捷地修改任意参数,了解其对电力设备热特性的影响,为产品设计提供参考。

不同油纸复合绝缘老化时生成CO、CO2的规律

CO和CO2是反映油纸绝缘系统绝缘故障的重要特征气体。为了研究并比较不同绝缘组合下油中CO和CO2体积分数φ(CO)、φ(CO2)的变化规律,对#25变压器油、普通纤维素绝缘纸、BIOTEMP植物绝缘油、Munksjo热稳定纸组成的4种油纸复合绝缘在不同温度下进行约4000h的加速热老化试验,对不同油纸复合绝缘的油中CO、CO2体积分数φ(CO)、φ(CO2)及比值φ(CO2)/φ(CO)随老化时间、绝缘纸聚合度的变化规律进行了研究。结果表明:采用Munksjo热稳定纸的油纸复合绝缘时,进入老化初期(聚合度约830)后,φ(CO2)/φ(CO)可以反映绝缘纸老化程度的变化;采用普通纤维素绝缘纸的油纸复合绝缘时,推荐用进入老化中期(聚合度约600)后的φ(CO2)/φ(CO)来量度老化程度的变化;绝缘纸聚合度与φ(CO2)/φ(CO)变化的关系中,影响φ(CO2)/φ(CO)达到最大值及到达时间的主要因素是纸的类型,而油的类型影响较小;与#25变压器油进行组合时,若用新型Munksjo热稳定纸替换普通纤维素绝缘纸来提高性能,则现行的用φ(CO2)/φ(CO)判断绝缘系统故障信息的标准需要进行适当调整。

同杆双回线断线故障复合序网分析法

提出了基于正、负、零序量的同杆双回线断线故障分析方法。考虑同杆双回线可能出现两回线路参数不相等的情况,研究了各种断线故障情况下的线路电压、电流的序量关系并进行解耦,结合断线边界条件,给出了新的断线故障后电气量的求解方法。为简化计算,并明确各种断线故障类型下序网之间关系及序量特性,提出了复合序网分析方法,给出了典型断线形式下的复合序网接线图。该方法物理意义明确,计算简单,可用于同杆双回线复杂断线故障情况下的故障暂态过程研究,也是双回线非全相运行状态下保护动作行为分析的有效手段。

同杆双回线跨线故障最优跳闸方案

以六序分量法为基础,通过对同杆双回线系统在故障以及故障切除后的非全相运行状态下的最大传输容量的分析,提出了适用于同杆双回线的最优跳闸方案。与目前国内传统跳闸方式相比,该方案可以最大限度地保留系统的传输能力,抑制注入系统的不对称分量,提高系统稳定裕度,为重合闸等自动装置的成功动作创造了条件。动模实验和软件仿真结果验证了该方案的有效性。

强化集肤效应抑制快速暂态过电压

GIS隔离开关投切空载母线时能够产生特快速暂态过电压VFTO;真空开关投切电感性负载时能够产生重燃过电压。这些快速暂态过电压具有很高的变化陡度,能够在电力设备绝缘上不均匀分布,产生严重危害。提出了强化集肤效应抑制快速暂态过电压的方法,它是在导电杆上套上高频磁环串,再在磁环串外套上电阻筒,由此构成同轴结构。此结构能够产生强化的集肤效应,工频电流频率较低,主要通过导电杆,受磁环和电阻的影响很小;快速暂态过电压频率很高,受高频磁环的影响显著,被迫通过外层电阻,从而产生幅值和陡度的衰减。通过模拟试验表明,这一方法对快速暂态的抑制效果显著。

同杆双回线短路故障复合序网分析法

针对同杆双回线短路故障,提出了基于正、负、零序量的故障分析方法,结合故障边界条件,给出了新的短路故障后电气量的求解方法,并给出了各种故障类型下的复合序网图。该方法在分析问题过程中保持了两回线的独立性,可用于某些特殊架设形式下的同杆双回线的故障—跳闸—合闸过程分析。

磁环抑制真空重燃过电压的陡度

试验观测了高频磁环对真空间隙击穿所产生的陡波陡度的影响。试验显示,在导线上套上一串非晶材料磁环能够显著增加线路电感,对减小真空开关重燃过电压的陡度是有效的。

模块化多电平换流器直流双极短路特性分析

模块化多电平换流器(MMC)的直流双极短路故障特性分析是MMC故障管理、系统电气设计以及含MMC电网规划的重要研究内容之一。文中对MMC的双极短路故障特性进行了研究。首先,分析了双极短路故障脉宽调制(PWM)闭锁前后的暂态过程,定义了导通重叠角。然后,结合导通重叠角的大小分析了4种稳态短路电流通路及7种不同情况,定性分析了交流侧和直流侧稳态电流的特性,以及电抗分布系数和短路等效电阻对稳态短路电流的影响,并推导了交流侧和直流侧稳态短路电流的实用工程计算方法。最后,采用算例与仿真验证的方式验证了分析方法的有效性。

厂用电系统协调无功控制策略

提出了一种基于四象限变流技术的火电厂厂用电系统协调无功控制方案,通过对带有PWM整流单元的中压变频器和投切电容器组进行协调控制,来解决厂用电系统能耗较高及可靠性偏低的问题。基于PWM整流单元的工作原理,首先阐述了协调无功控制策略的设计思想,介绍了稳态和动态运行情况的算法设计。其次通过对300MW汽轮机组的系统建模,对协调无功控制策略进行了仿真分析。最后给出了基于"硬件在回路"实时仿真平台的测试结果,表明了算法的正确性与可行性。

智能技术 智慧跨越

ABB是全球电气自动化领域的领导企业，致力于电力、工业、交通及建筑行业，凭借全球领先的产品技术和解决方案，ABB积极帮助国内客户增效节能，并推动可再生资源发展，为实现中国电工装备制造业健康、绿色以及友好的可持续发展贡献自己的力量。