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运行环境因素对交直流复合电场下油纸绝缘沿面爬电的影响

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运行环境因素对交直流复合电场下油纸绝缘沿面爬电的影响

作者：左健华北电力大学

学位级别：硕士

换流变压器是高压直流输电的重要设备,其阀侧发生的绝缘故障往往是导致事故的原因。阀侧绕组承受着交直流复合电场,直流电场会导致油纸绝缘材料的匝间、围屏中会积聚一定的空间电荷,而交流场会使得电荷一直处在入陷和脱陷这一交替状态,... 详细信息

换流变压器是高压直流输电的重要设备,其阀侧发生的绝缘故障往往是导致事故的原因。阀侧绕组承受着交直流复合电场,直流电场会导致油纸绝缘材料的匝间、围屏中会积聚一定的空间电荷,而交流场会使得电荷一直处在入陷和脱陷这一交替状态,会加速绝缘材料的老化、损伤,甚至沿面放电。并且交直流复合电场中直流成分、温度和纸板水分等会随着运行工况而发生改变,此外某些换流变压器采用的变压器油与纸板的类别也与普通变压器所采用的有着明显的区别,因此本课题将开展换流变压器运行环境因素对交直流复合场下油纸绝缘沿面爬电影响的研究,着重研究交直流复合电场中直流成分、温度、油浸纸板水分以及变压器油浸纸板的类型对沿面爬电的影响,并考虑空间电荷在其中的影响作用。利用交直流复合场下油纸绝缘试验平台和界面电荷测量平台,以极不均匀场下针板沿面电极为模型,运用常规脉冲电流法和界面电荷密度测量,研究了直流成分(正极性交直流比1：1、1：3、1：5)对沿面爬电的影响,并记录爬电碳痕的发展面积。在此基础上,对正极性交直流比1：1下,研究了温度和油浸纸板水分对沿面爬电和界面电荷密度的影响,最后对比了普通变压器油浸纸板和换流变压器的油浸纸板的放电特性。研究表明：交直流复合电场下,界面电荷的积聚会随着交流相位的变化而进行波动,并且会随着直流成分的增加而增加。而当直流成分增加时,油纸绝缘的沿面爬电的局部放电起始电压较高,并且发展过程中放电量和放电次数也较少,碳痕面积也较少。交直流比例从1：1到1：5的沿面放电起始电压随从复合电压峰值29.9kV提高到了36.4kV,并且放电重复率1：1条件下明显大于1：3和1：5条件下的,1：1下的碳痕面积达到整幅图片的54%。而当交直流比达到1：3、1：5时,由于放电能量较低,油浸纸板上并没有出现交直流比1：1下碳痕的发展。由此可见直流成分越大,沿面爬电越难发生并且程度也较小,这与界面电荷对针尖电场的削弱作用致使电场强度下降致使放电难以产生的分析是一致的。这表现了相同极性的界面电荷密度对沿面放电的抑制作用。温度越高,沿面爬电的起始电压越低,并且放电过程中放电量和次数明显较多,碳痕也较大。20℃下沿面放电起始电压为复合电压峰值44.3kV,80℃下则下降到12.1kV,下降幅度为72.6%,并且80℃下起始时的放电重复率要比20℃闪络前的放电重复率大。而碳痕面积30℃达到图片的54%,而10℃仅为1.5%。温度较高的情况下,界面电荷密度积累较少,这体现了界面电荷对沿面爬电抑制作用的减弱。当油浸纸板水分,从0.61%增加到4.68%时,油纸绝缘的界面电荷密度也会呈现下降的变化。与此同时,当纸板水分从0.6%增加到3%时,沿面放电起始电压从复合电压峰值43.4kV下到24.2kV,下降幅度为44.24%,放电重复率也相应的增大。高水分下的碳痕面积大小为低水分下的1.8倍。水分含量越高,沿面爬电的局部放电起始电压越低,放电重复率、放电量和碳痕面积也明显增加,这与界面电荷密度降低对沿面爬电抑制作用的减弱是一致的。换流变压器油浸纸板的电气绝缘性能高于普通变压器油浸纸板的,表现在闪络电压较高,并且闪络前在复合电场下并无明显的局放,闪络之后产生的碳痕面积也较小。

关键词：油纸绝缘沿面爬电交直流复合电场界面电荷沿面闪络换流变压器

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纸板老化对油纸绝缘沿面爬电特性的影响

纸板老化对油纸绝缘沿面爬电特性的影响

作者：徐剑峰华北电力大学

学位级别：硕士

传统观点认为,老化主要影响绝缘纸板的机械性能,对其电气性能的影响不大。但是,近年来在运行年限较长的变压器中发现了较多的油、纸板交界面的爬电现象。开展老化条件下沿面爬电特性的研究有助于正确认识纸板老化在沿面爬电过程中的作用... 详细信息

传统观点认为,老化主要影响绝缘纸板的机械性能,对其电气性能的影响不大。但是,近年来在运行年限较长的变压器中发现了较多的油、纸板交界面的爬电现象。开展老化条件下沿面爬电特性的研究有助于正确认识纸板老化在沿面爬电过程中的作用。论文采用加速热老化方法制备了不同老化程度的绝缘纸板,建立了沿面爬电试验现象的图像记录系统和基于脉冲电流法、特高频法、超声波法及油色谱分析法的局部放电联合检测平台,在恒压条件下试验研究了不同老化程度纸板的沿面爬电过程,分析了纸板层间和表面的微观结构,提出并验证了绝缘纸板老化对沿面爬电特性的影响机理,总结了沿面爬电过程中局部放电信息的变化规律。研究结果表明：老化会显著降低绝缘纸板纤维层间结合度,增加纤维层间孔洞数量和体积,促使爬电气体通道的形成和发展,加快爬电的平均速度和白斑的发展速度,显著降低层间方向上的爬电性能;老化对纸板表面结构的破坏不明显,只有当达到深度老化（80℃等效运行30年）时,才会形成孔洞,从而导致垂直纸板表面方向上的绝缘性能下降;爬电前期与后期的局部放电特征存在明显差异,可用于爬电严重程度的诊断。

关键词：沿面爬电老化局部放电纸板白斑

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水分对油浸绝缘纸板沿面爬电的影响

水分对油浸绝缘纸板沿面爬电的影响

作者：汪鑫华北电力大学

学位级别：硕士

沿面爬电是变压器中主要放电形式,曾导致多起变压器事故。水分是影响沿面爬电的重要因素,开展水分对绝缘纸板沿面爬电特性的研究,对于正确认识水分在沿面爬电过程中的作用、预防水分导致的变压器爬电事故具有重要意义。论文基于油纸间... 详细信息

沿面爬电是变压器中主要放电形式,曾导致多起变压器事故。水分是影响沿面爬电的重要因素,开展水分对绝缘纸板沿面爬电特性的研究,对于正确认识水分在沿面爬电过程中的作用、预防水分导致的变压器爬电事故具有重要意义。论文基于油纸间水分平衡原理制备了不同水分含量的油及纸板试样,建立了沿面爬电试验研究平台,试验研究了不同含水量的油试样、纸板试样及含游离态水的长纸板试样的沿面爬电过程。研究表明,基于空气、油、纸板间水分平衡原理制备试样符合实际变压器中情况;油中水分含量的增加会降低沿面爬电的起始放电电压,40ppm含水油样的起始电压较15ppm油样下降80%,并且油中水分会导致间歇性放电出现;绝缘纸板中水分的增加会显著降低沿面爬电的起始放电电压,水分质量为3.5%的绝缘纸板起始电压较1.2%的绝缘纸板下降35%,绝缘纸板水分的增加会加快沿面爬电速度,游离水的危害最大,其出现会导致低场强、长间隙沿面爬电的快速发展,大幅提高沿面爬电速度。利用三电极法测量了不同含水量绝缘纸板的电导,利用Ansys软件计算了试验中所用沿面爬电电极模型的电场分布。建立了沿面爬电电极模型中绝缘纸板电导、2.5mm间隙处场强E2.5、最大场强Emax、高场强区域投影面积S、可击穿场强半径r与沿面爬电特征量间的联系,并据此对不均匀水分分布绝缘纸板的爬电特性进行了仿真。研究表明,绝缘纸板中水分的增加会导致其电导率增加,游离水会显著提高绝缘纸板电导率;仿真与试验的联系证明E2.5、Emax、S、r能够准确反映沿面爬电的特性;绝缘纸板外层水分大于内层水分,高水分区域靠近电极时,沿面爬电起始电压降低,击穿通道增长,爬电速度加快。

关键词：水分变压器油纸板沿面爬电

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纳米改性变压器油浸纸板沿面爬电性能的研究

纳米改性变压器油浸纸板沿面爬电性能的研究

作者：马凯波华北电力大学

学位级别：硕士

变压器作为电力系统中的重要电气设备,它的安全稳定对整个电网的可靠运行至关重要。油纸绝缘是电力变压器的主要绝缘形式,在长期运行过程中,随着油浸纸板的老化和水分的增加,油纸界面的沿面爬电将更为严重,甚至引发变压器的内部绝缘故... 详细信息

变压器作为电力系统中的重要电气设备,它的安全稳定对整个电网的可靠运行至关重要。油纸绝缘是电力变压器的主要绝缘形式,在长期运行过程中,随着油浸纸板的老化和水分的增加,油纸界面的沿面爬电将更为严重,甚至引发变压器的内部绝缘故障。因此,提高高水分含量和老化油浸纸板的沿面爬电特性,对降低变压器的绝缘故障和提高电力变压器的安全运行具有重要意义。本文利用二氧化钛纳米改性变压器油浸渍绝缘纸板制备纳米油浸纸板,并通过恒湿和老化处理制备出了具有不同水分含量和老化程度的纳米油浸纸板和纯油浸纸板。通过测试不同电极间距工频匀速和恒定电压、以及正、负雷电冲击条件下两类油浸纸界面的沿面爬电特性,研究纳米粒子对油纸沿面爬电特性的改性作用。试验结果表明,纸板中水分含量的增加会显著降低油-纸界面的沿面爬电起始电压、闪络电压,加快沿面爬电的发展速率。纳米粒子则可以显著提高油-纸界面的耐沿面爬电特性,当纸板中水分含量为3.5%时,纳米粒子可以将油-纸界面的沿面爬电起始电压提高至纯油浸纸板的1.25～1.27倍,沿面闪络电压可提高1.11～1.15倍,正冲击条件下沿面闪络电压可提高1.20～1.28倍,截断时间则提高至纯油浸纸板的1.50～1.72倍。纸板的热老化会降低油-纸界面的沿面爬电特性,纳米油浸纸板与纯油浸纸板相比,具有更高的沿面爬电起始电压、闪络电压以及更长的截断时间,纳米粒子可以降低热老化对油纸沿面爬电特性的劣化。在此基础上,通过测量油-纸界面电荷积累和消散特性、热刺激去极化电流(TSDC),分析油浸纸板的表面电荷输运特性和陷阱特性,研究纳米粒子对油-纸界面绝缘特性的改性机理。通过对两类油纸界面电荷积累和消散特性的测试,发现纳米油浸纸板表面电荷的消散速率是纯油浸纸板的近25倍。这与油纸介电常数匹配率有关,纳米油与纸板介电常数的高匹配率不仅有利于均化油-纸界面的电场分布,而且能够降低纸板对表面电荷的吸引力,从而抑制表面电荷的积累。此外,纳米粒子不仅降低了油浸纸板的陷阱能级,而且提高了纸板的陷阱密度,这提高了纳米油浸纸板对电荷的捕获和脱附速率,从而加快了表面电荷的传输速率,进一步降低了油纸界面的电场畸变,提高了油浸纸板的沿面爬电特性。

关键词：油纸复合绝缘二氧化钛纳米粒子老化水分沿面爬电

油浸纸套管电容芯子浸渍不良缺陷的放电过程及其特征

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电工技术学报 2017年第7期32卷 181-189页

作者：戴佺民齐波卓然李成榕傅明利新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京102206 华北电力大学高电压与电磁兼容北京市重点实验室北京102206 南方电网科学研究院有限责任公司广州510080

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... 详细信息

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。

关键词：浸渍不良缺陷油浸纸套管电容芯子局部放电沿面爬电故障诊断

纳米改性技术在变压器油纸介质上应用的研究现状与未来展望

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绝缘材料 2019年第11期52卷 17-24页

作者：彭能周游隋三义周文涛王子懿杨鑫长沙理工大学清洁能源与智能电网2011协同创新中心

纳米改性绝缘油由于具有良好的散热和绝缘性能受到了广泛关注。但是作为变压器的内绝缘,绝缘油通过和绝缘纸(板)相配合才能达到最佳性能。本文概述了国内外纳米油纸复合介质的研究现状,对比介绍了两种不同制备工艺,综述了纳米改性前后... 详细信息

纳米改性绝缘油由于具有良好的散热和绝缘性能受到了广泛关注。但是作为变压器的内绝缘,绝缘油通过和绝缘纸(板)相配合才能达到最佳性能。本文概述了国内外纳米油纸复合介质的研究现状,对比介绍了两种不同制备工艺,综述了纳米改性前后油纸复合介质电气绝缘性能的变化,分析了其改性机理,最后提出了纳米改性油纸复合介质现阶段存在的问题以及未来的研究方向。

关键词：油纸介质纳米改性介电特性沿面爬电沿面流注

二氧化钛纳米粒子对变压器油浸纸板沿面流注的影响机理

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二氧化钛纳米粒子对变压器油浸纸板沿面流注的影响机理

作者：彭能长沙理工大学

学位级别：硕士

电力变压器是输配电系统中最重要和最关键的电力设备之一。油纸复合介质作为变压器内部的主要绝缘介质,其绝缘性能直接影响整个电力系统的安全可靠性。研究发现纳米粒子不仅能够提高变压器油的正极性雷电冲击击穿电压,还能同时提高油浸... 详细信息

电力变压器是输配电系统中最重要和最关键的电力设备之一。油纸复合介质作为变压器内部的主要绝缘介质,其绝缘性能直接影响整个电力系统的安全可靠性。研究发现纳米粒子不仅能够提高变压器油的正极性雷电冲击击穿电压,还能同时提高油浸纸板的正、负极性雷电冲击沿面闪络电压。目前现有的研究理论虽然能在一定程度上能够解释纳米改性变压器油击穿性能提高的现象,但是针对纳米粒子如何提高变压器油浸纸板沿面闪络性能,国内外仍缺乏相应的理论研究。首先以TiO2纳米改性变压器油浸纸板上的沿面流注传播特性为研究对象,采用湿化学法制备了半径为10nm的球状TiO2纳米粒子,并利用纳米粒子对变压器油及其油浸纸板进行改性。搭建了基于阴影法的绝缘油中流注测量系统,首次研究了纳米粒子对油浸纸板沿面流注产生和发展特性的影响规律。结果发现纳米粒子能够提高油浸纸板沿面闪络电压,延长沿面闪络时间,减小界面处流注发展长度,抑制流注发展速度。并且纳米粒子导致纸板界面处流注分支更粗,呈现出更向油中传播的现象。其次,系统研究了纳米油浸纸板和纯油浸纸板的陷阱和界面电荷输运特性,探索了纳米改性后纸板陷阱特性与电荷输运特性之间的关系。结果发现,纳米油浸纸板表面电荷密度为0.44778μC/m2,仅为纯油浸纸板的11%,其热刺激电流峰值达到31.2pA,较改性前提高2.84倍。TiO2纳米粒子会在变压器油纸绝缘系统中引入大量的极化和陷阱,从而改变油浸纸板界面的电荷输运特性。最后,结合改性前后的电荷输运特性和界面陷阱特性,提出了 TiO2纳米粒子抑制油浸纸板沿面流注发展的改性机理。纳米粒子使绝缘油纸介质的介电常数差异降低,从而削弱了极化电荷对流注头部电荷的吸引作用,使得流注更加倾向于朝着油中发展,避免了纸板对流注头部电荷的压缩作用,进而缓解了流注前端的电场强度,降低了流注发展速度,提高变压器油浸纸板的沿面闪络特性。此外,油纸界面更多的浅陷阱使得放电过程中的电荷不断地通过入陷和脱陷的形式快速消散,抑制了界面电荷的积累,从而改善了对界面电场畸变作用,降低了流注的传播特性。

关键词：二氧化钛纳米粒子沿面流注油纸绝缘沿面爬电

一起±400kV换流变压器现场局放故障分析

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装备制造技术 2014年第11期 144-146页

作者：李金库谈翀杨在葆刘东海马华辉山东电力设备有限公司山东济南250022

特高压直流输电技术具有远距离、大容量、低损耗的优势,是实施"西电东送"战略、实现我国资源优化配置的有效途径。换流变压器作为特高压直流输电系统的核心设备,其局部放电试验直接关系到整个直流输电系统的安全。针对某换流变现场的一... 详细信息

特高压直流输电技术具有远距离、大容量、低损耗的优势,是实施"西电东送"战略、实现我国资源优化配置的有效途径。换流变压器作为特高压直流输电系统的核心设备,其局部放电试验直接关系到整个直流输电系统的安全。针对某换流变现场的一次现场局部放电试验,通过超声定位和丰富的试验经验,对局部放电的原因进行了判断。换流变压器运行过程中同时接受交直流电网的考验,对其进行局部放电试验有十分重要的意义。

关键词：换流变压器局部放电超声定位测试仪沿面爬电