不同油流速度下油纸绝缘的局部放电特性研究
互感器局放放电解析及试验
6.3.背景噪声
在局放试验中检测到的不是由试品产生的
信号干扰：是除设备的局放信号以外的一 切信号。当噪声信号达到对测试产生不良 反应的程度时就成为干扰。
6.4电晕：
若导体附近的电场强度达到了周围大气的击穿
场强，于是就在导体附近出现电晕。电气设备 主要的特征就是在绝缘体表面且周围是气体的， 我们则称之为电晕。
七.局部放电测量方法
局部放电时会产生电、光、热、声等现象，
而这些现象都可以检测到局部放电，局部 放电测试已经有了几十年的历史，人们对 于局放仪也研究了几十年，各种各样的测 试方法也应运而生，比如说有脉冲电流法、 超声波法、超高频法、光测法、红外热像、 色谱分析等等。但目前世界上90%的局放 仪都是采用脉冲电流法（ERA），因为它 是现在灵敏度最高、最成熟的测试手段， 也是IEC和我国有关标准推荐的测试方法。
2.施加高压时才产生的干扰
这种干扰随电源电压的升高而变大，它可由各
个不同部位产生，例试验设备本身内部发生局 部放电，高压引线产生电晕，引线接触不良， 地线接地不良，试品区域内绝缘物体（悬浮电 位）与地线或接地金属物接触时，也会发生放 电而造成干扰，这种干扰的放电特征与绝缘内 部放电基本相似，不易区分，对这种干扰要注 意；这一类干扰特征也各有不同，但都有一定 相位关系，多数情况下，在正负极性上的波形 是不对称的，
基本上是相同的。但每次放电的大小，即脉冲 的高度并不相等，而且放电多是出现在试验电 压幅值绝对值的上升部分的相位上，只有在放 电很剧烈时，才会扩展到电压绝对值下降部分 的相位上，这可能是由于实际试品中往往存在 多个气泡同时放电，或者是只有一个大气泡，
气体放电是有一定的随机性，电压作用的时间 长，如升压的速度慢或用遂级升压法升压，测 得的起始电放电电压要偏低。
基于UHF技术的油浸式主变压器局部放电监测研究
基于UHF技术的油浸式主变压器局部放电监测研究【摘要】本文通过对油浸式主变压器局部放电监测研究展开讨论，采用UHF技术作为监测手段。
在介绍了研究背景、研究意义和研究目的。
正文部分包括油浸式主变压器介绍、局部放电监测技术概述、UHF技术在油浸式主变压器中的应用、局部放电监测参数分析以及监测系统设计与实现。
最后结论部分总结了基于UHF技术的油浸式主变压器局部放电监测研究成果，并提出未来研究方向。
通过本文的研究，将有助于提高油浸式主变压器的安全性和稳定性，为电力系统的运行提供更可靠的保障。
【关键词】关键词：UHF技术、油浸式主变压器、局部放电监测、监测系统、参数分析、研究成果、未来研究方向。
1. 引言1.1 研究背景油浸式主变压器作为电力系统中重要的设备，在运行过程中存在着各种故障风险，其中局部放电是主要的故障形式之一。
局部放电的发生会导致绝缘材料逐渐老化，最终导致设备损坏甚至爆炸，给电网运行带来严重的安全隐患。
对油浸式主变压器的局部放电进行及时、准确的监测具有重要意义。
传统的局部放电监测方法存在着监测范围狭窄、实时性差、监测精度低等问题，无法满足对油浸式主变压器的实时监测需求。
基于UHF技术的局部放电监测方法应运而生。
UHF技术具有监测范围广泛、响应速度快、监测精度高等优点，能够有效地解决传统监测方法存在的问题，提高油浸式主变压器的故障诊断能力和运行安全性。
开展基于UHF技术的油浸式主变压器局部放电监测研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
1.2 研究意义短。
部分的内容如下：油浸式主变压器是电力系统中非常重要的设备之一，其正常运行对电网稳定供电至关重要。
局部放电是油浸式主变压器内部最为常见的故障形式之一，如果不及时发现和处理，会导致设备损坏甚至爆炸，造成严重的安全事故和电网中断。
开展油浸式主变压器局部放电监测研究对于提高电力系统设备的安全可靠运行具有极其重要的意义。
传统的局部放电监测技术存在着监测范围窄、精度低、实时性差等问题，而基于UHF技术的油浸式主变压器局部放电监测系统具有监测范围广、精度高、响应速度快等优势，能够更准确地监测油浸式主变压器内部的放电情况，及时发现故障并进行预警，保障设备的安全运行。
变压器油纸绝缘老化特性分析及机理研究的开题报告
变压器油纸绝缘老化特性分析及机理研究的开题报告一、选题背景变压器是电力系统中不可或缺的设备，其正常运行对于保障电力系统的稳定运行以及电力供应的可靠性至关重要。
然而，变压器长期运行过程中，由于受到复杂的电磁场和热场的影响，容易出现绝缘老化现象。
其中，油纸绝缘是变压器最常见的绝缘形式，而其老化对变压器的安全运行带来严重的影响。
因此，对于变压器油纸绝缘老化特性的分析及机理研究具有重要的工程实际意义。
二、研究内容与目的本研究将针对变压器油纸绝缘老化特性进行深入探究，研究内容包括：1. 油纸绝缘老化的机理分析。
2. 不同老化阶段下油纸绝缘的物理化学性质（如介电常数、电阻率、介质损耗等）变化规律的研究。
3. 不同老化阶段下油纸绝缘局部放电特性（如放电量、放电频率及放电模式等）的观察与分析。
4. 不同老化阶段下油纸绝缘的断电强度的研究。
研究目的主要为：1. 探究变压器油纸绝缘的老化机理，为制定有效的绝缘状态评估及维护保养措施提供依据。
2. 了解油纸绝缘在老化过程中其物理化学性质以及放电性质的变化情况，为分析变压器局部放电机理以及诊断不良运行有充分了解。
3. 探究变压器油纸绝缘老化对于断电强度的影响，为提高变压器的运行安全性提供参考。
三、研究方法和实验方案本研究方法主要包括：1. 实验法：利用变压器模型，开展油纸绝缘老化实验，不断观测记录老化后油纸绝缘的物理化学性质变化、放电特性变化以及断电强度变化。
2. 理论分析法：收集相关文献资料，分析油纸绝缘老化机理及变压器局部放电诊断理论。
实验方案：1. 制备不同寿命下的油纸绝缘试样。
2. 进行试样老化实验，选择适当的老化方式和老化时间。
3. 对于老化前后，以及不同老化阶段下的油纸绝缘进行介电常数、电阻率、介质损耗等物理化学特性的测试和分析。
4. 对于老化前后，以及不同老化阶段下的油纸绝缘开展局部放电检测。
利用高频阻抗分析仪以及数字化局部放电测量仪进行振荡电压法局部放电测试。
试验方法及电极布置形式对变压器油局部放电起始电压的影响
试验方法及电极布置形式对变压器油局部放电起始电压的影响白鹭1，李冠良1，杨成鹏2，晋涛1，张来福1，李小婧1（1.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西太原030001；2.国网山西省电力公司信息通信分公司，山西太原030021）摘要：变压器内部局部放电的程度是反映变压器绝缘油老化程度、评估变压器油使用寿命的重要依据。
本文采用两种不同试验方法、4种电极布置形式对6种不同含水量的变压器绝缘油进行了局部放电试验，分析绝缘油含水量、试验方法、电极布置形式对局部放电起始电压结果的影响。
结果表明：局部放电起始电压不仅与液体电介质本身的物理和化学性质有关，也受到电极布置形式、含水量和试验方法的影响；其中试验方法影响了试验结果的分散性，水分由于改变了液体电介质本身的物理和化学性质，从宏观介电性能、微观电离过程两方面影响了局部放电起始电压，含水量越大，电极布置形式、试验方法对局部放电起始电压的影响越小。
随着含水量的增加，影响绝缘油局部放电起始电压的主要因素由电极布置形式、试验方法转变为绝缘油物化性质本身。
关键词：变压器；植物绝缘油；局部放电；含水量中图分类号：TM215.4文献标志码：A文章编号：1009-9239（2021）05-0085-07DOI:10.16790/ki.1009-9239.im.2021.05.013Influence of Test Methods and Electrode Arrangement on Partial Discharge Initiation Voltage of Transformer OilBAI Lu1,LI Guanliang1,YANG Chengpeng2,JIN Tao1,ZHANG Laifu1,LI Xiaojing1(1.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute,Taiyuan030001,China;2.State Grid Information&Telecommunication Company of SEPC,Taiyuan030021,China)Abstract:The degree of partial discharge in transformer is an important basis to reflect the ageing degree of transformer insulating oil and evaluate the service life of transformer oil.In this paper,six kinds of transformer insulating oil with different water content were conducted partial discharge tests by two different test methods and four electrode arrangements.The influence of different test methods and electrode arrangements on the partial discharge initial voltage was analyzed.The results show that the partial discharge initial voltage is not only related to the physical and chemical properties of liquid dielectric,but also affected by the electrode arrangement,water content,and test methods.The test methods affect the dispersion of test results.The water content would change the physical and chemical properties of liquid dielectric,thereby it affects the partial discharge initial voltage from the aspects of macro dielectric property and micro ionization process.With the increase of water content,the electrode arrangement and test methods have less influence on the partial discharge initial voltage.The main factors affecting the partial discharge initial voltage of insulating oil with different water contents change from electrode arrangement and test method to the physical and chemical properties of insulating oil.Key words:transformer;vegetable insulating oil;partial discharge;moisture content收稿日期：2020-04-01修回日期：2020-05-19基金项目：国网山西省电力公司科技项目（52053018000M）作者简介：白鹭（1988-），女（汉族），山西阳泉人，高级工程师，主要从事配电网故障分析及处置策略的研究。
变压器油纸绝缘的介电响应特性研究一加速热老化的介电谱
变压器油纸绝缘的介电响应特性研究一加速热老化的介电谱魏建林;王世强;彭华东;董明;张冠军;冯玉昌;于峥【摘要】为了研究变压器油纸绝缘老化的介电响应特征量，本文对油纸绝缘试品进行了加速热老化，并在老化的不同阶段开展了相同试验温度下的极化、去极化电流（PDC）和频域谱（FDS）试验。
在PDC试验数据的基础上，引入时域介电谱理论，提取其峰值和峰值时间常数作为老化特征量，研究了该特征量与绝缘老化的关系。
结果表明，绝缘老化使PDC试验的极化及去极化电流曲线均明显上移，FDS试验的复电容实部和虚部曲线在低频段均向右上平移，时域介电谱曲线则向左上方平移，这是由于老化弓I起水分、有机酸等含量的增加以及对纤维素结构的破坏，提高了油纸绝缘间夹层介质界面极化的强度和响应速度而造成的。
在本文的试验条件下，油纸绝缘的时域介电谱对其老化反应灵敏，可定量反映油纸绝缘老化程度的变化情况，其峰值和峰值时间常数可考虑用作表征油纸绝缘老化程度的特征量。
%For achieving the characteristic parameters ot dielectric response pnenomena o~ transformer oil-paper insulation aging, the oil-impregnated pressboard samples were acceleratedly thermally aged. The dielectric response tests, including polarization and depolarization current （PDC） and frequency domain spectroscopy （FDS）, were performed on the samples with different aging degree at the same temperature. The time-domain dielectric spectroscopy theory was introduced to investigate the aging characteristic parameters of dielectric response based on the PDC data. The results reveal that, with sample aging, its polarization and depolarization currents shift upwards to higher value, the real and imaginary capacitance and dissipation factor shift upwards and rightwardsat lower frequencies, and the time-domain dielectric spectroscopy shifts upwards and leftwards. It is considered that aging process induces the increment of water and organic acids content and the rapid degradation in amorphous regions of cellulose paper, which greatly impacts the oil-paper interfacial polarization and enhances its intensity and response speed. It is confirmed that time-domain spectroscopy is sensitive to the aging condition of oil-paper insulation, and can quantitatively distinguish the change of aging condition to some degree. The peak value and peak time constant of time-domain spectroscopy can be considered as the characteristic parameters to evaluate the aging condition of oil-paper insulation.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2012(027)005【总页数】7页(P56-62)【关键词】变压器;油纸绝缘;热老化;介电响应;介电谱;特征量【作者】魏建林;王世强;彭华东;董明;张冠军;冯玉昌;于峥【作者单位】西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,西安710049;西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,西安710049;西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,西安710049;西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,西安710049;西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,西安710049;西北电网有限公司,西安710048;西北电网有限公司,西安710048【正文语种】中文【中图分类】TM4111 引言大型油纸绝缘变压器是电力系统的核心设备，其运行可靠性和剩余寿命的评估对于电力系统的安全运行至关重要。
(司文荣 西安交通大学学报,EI-082111273026) 直流下油中局部放电脉冲波形测量与特性分析
第42卷 第4期2008年4月 西 安 交 通 大 学 学 报J OU RNAL O F XI′AN J IAO TON G UN IV ERSIT YVol.42 №4Ap r.2008直流下油中局部放电脉冲波形测量与特性分析司文荣,李军浩,袁鹏,黄海波,李彦明(西安交通大学电气工程学院,710049,西安)摘要:在简述直流下局部放电模型及其检测方法之后,设计了直流下局部放电试验以及具有超宽频率响应的脉冲波形测量系统.为了验证测试电路具有足够的频率响应范围,利用方波源产生的陡下降沿对测量电阻进行了校验,同时对直流下空气中电晕放电波形进行了测量,结果均表明该系统满足试验要求.在上述工作基础之上,构造了6种油纸绝缘模型以模拟换流变压器的典型缺陷,并利用该测量系统获取了缺陷模型在直流下的大量放电脉冲波形.试验结果分析表明,直流下变压器油中放电稳定,放电脉冲不存在振荡分量和过冲,放电规律与阐述的直流下局部放电模型一致,不同放电波形的特征参数均有差别.这些特性为直流下局部放电类型识别提供了试验依据.关键词:直流;局部放电;超宽带测量;脉冲波形中图分类号:TM83514 文献标志码:A 文章编号:0253Ο987X(2008)04Ο0481Ο06Measurement and Analysis for Pulse Current Shapes ofPartial Discharge in Oil under DC VoltageSI Wenrong,L I J unhao,YUAN Peng,HUAN G Haibo,L I Yanming(School of Electrical Engineering,Xi′an Jiaotong University,Xi′an710049,China)Abstract:A test system wit h wide f requency response was designed to measure p ulse current shape of partial discharge(PD)based on t he PD model and ult ra2wideband detection met hod un2 der direct current voltage.The measuring impedance was tested by square wave wit h very steep t railing edge and t he corona in air under DC voltage was detected,which confirms t he validity of t he whole system.According to t he defect analysis in oil2paper insulation of converter transform2 er,six corresponding PD defect models were constructed to gain t he PD p ulse current shapes. The result s show t hat t he PD p ulse current shapes of t he defect s in oil under DC voltage get non2 o scillatory wit hout overshoot and t he characteristic parameters of t he p ulse current shapes differ from each ot her for different defect models,which coincides wit h t he discharge model under DC voltage mentioned above.K eyw ords:direct current;partial discharge;ult ra2wideband detection;p ulse current shape 随着直流输电电压等级的不断增高,直流输电系统中的输电线路和电工设备的电晕放电、局部放电、绝缘老化等问题开始受到关注.其中,使用油纸绝缘的关键设备(如换流变压器)的绝缘状态好坏直接影响直流输电的可靠程度.电工设备中油纸绝缘结构的某些薄弱环节的局部放电随着直流输电电压等级的升高变得严重[1],对设备有一定的破坏作用,会导致设备出现故障.因此,研究油纸绝缘的直流局部放电具有非常重要的意义.直流局部放电的研究是从20世纪50年代开始的,国外在这方面研究较多,在我国则较少.国外学者主要研究了施加电压的幅值、时间及其脉动系数对放电重复率的影响[2Ο3],以及长时间条件下的放电脉冲序列分析[4Ο5].国内学者则研究了直流放电下油纸绝缘老化问题[1]、脉冲电容器[6]和地铁电缆[7]的直流局部放电脉冲序列检测与分析等,直流下的局收稿日期:2007Ο07Ο09. 作者简介:司文荣(1981-),男,博士生;李彦明(联系人),男,教授,博士生导师.部放电脉冲波形测量与分析目前还没有文献报导.本文组建了直流下局部放电试验和测试系统,对设计的6种模拟换流变压器油纸绝缘的缺陷模型进行了直流下局部放电脉冲波形测量,并对测量过程中出现的脉冲波形进行了分析.这为进一步研究直流下局部放电特性提供了实验依据.1 直流下局部放电模型在交流电压作用下,绝缘中的电场呈容性分布,与材料的介电常数成反比.在稳态直流电压下,绝缘中电场成阻性分布,与材料的电导率成反比.据此,可以使用分析绝缘内部缺陷放电的abc 三电容等效电路来分析直流局部放电[5].假设电阻是线性的(实际工况并不一定),在施加纯直流电压时,缺陷上的电压分布(本文中局部放电模型分析以及测量均在直流稳态下)V c =R c R b +R c1-exp -tτV(1)式中:V 为试品上的电压;τ是时间常数.在绝缘的缺陷两端,当电压到达u ,且放电初始电子积累到一定量时,则发生放电,新的一次放电周期开始.两次放电时间间隔Δt 等于恢复时间t r 加上放电初始化电子的等待时间t LΔt =t r +t L =-τln (1-u/V s )+t L(2)式中:u 是缺陷处的击穿电压;V s 是缺陷不被击穿时其两端最终达到的电压.由于(1-u/V s )很小,根据泰勒展开,式(2)可以简化为Δt =τ(u/V s )+t L (3)因为放电初始化电子的产生是一个累积过程,放电的触发电压是变化的,从而导致了放电时间间隔和放电幅值的变化,不同缺陷结构本身的各种因素使得放电脉冲的单个波形具有各自的波形特征参数.一般情况下,脉冲上升沿时间比下降沿小得多,即上升沿较陡而下降沿较缓.由V c 恢复到V s ,完整的单个脉冲持续时间是很长的,取决于缺陷模型系统的放电时间常数τ.2 试验与测量系统直流下局部放电检测与交流下检测原理相同[5],都可以使用IEC60270推荐的脉冲电流法测量直流下的局部放电脉冲波形.本文使用超宽带检测方法测量直流下局部放电脉冲波形.211 试验回路图1给出了试验与测量回路的原理接线图.图中直流高压源由硅堆内置的100kV 负极性直流高压发生器与大R C 负载组成(由于大R C 负载,使得直流高压发生器内部即使存在局部放电也会被硅堆阻截),其中R =200M Ω、C =30nF.电阻R 1和R 0构成10000∶1的电阻分压器,从R 0两端读取试验电压值.C k 为85p F 耦合电容,R z 为阻值数百k Ω的水电阻,C x 为试品.由于油中单次放电脉冲的持续时间一般在几十纳秒到几纳秒之间,波头可能更陡[8](几纳秒到几十纳秒).为了得到足够多的放电波形信息,必须用很高的采样频率对放电脉冲波形进行采集.试验中采用DPO4054数字示波器,500M Hz 模拟带宽,215Gs/s 的采样率(理论上可能测得的最陡脉冲前沿为017ns ).图1 直流下局放脉冲测试回路212 测量电阻脉冲检测阻抗由无感电阻R d (阻值取为100Ω)和保护单元P 并联而成,封装在一屏蔽铜管内.测量电缆C M 的波阻抗z 及首、末端接入的电阻R 50为50Ω(图1中末端匹配省略显示).为检验脉冲测量系统的频率响应特性,利用方波源信号的陡下降沿(为2ns )作为输入信号,并与经测量电阻后的信号进行比较.方波源的陡下降沿信号与经过测量电阻后的信号波形如图2所示.示波器测得方波源的下降沿为2ns ,经过测量电阻后的下降沿为3ns ,相比之下下降沿只增加了1ns ,波形无过冲和振荡现象,对比图2b 可发现振荡是方波源信号自身的(曲线上没有增加拐点).据此,可以认为无感测量电阻R d 的性能是满足使用要求的.213 空气中电晕试验为了验证试验和测量系统的稳定性,对直流下空气中电晕放电波形进行了测量.图3所示为用于连接试品的导线端部没有进行处理的情况下,在加压后示波器检测到的电晕放电波形.在整个升压过程中,放电脉冲波形稳定,放电频率随电压幅值的升284西 安 交 通 大 学 学 报 第42卷 (a )时域波形(b )频谱图2 校验脉冲和经测量系统传输后脉冲及其频谱高而增大.文中给出的脉冲波形都是使用小波消噪后的波形,其原始波形在图中均以小图显示.从图3可以得出,电晕放电脉冲波形的波头时间约为30ns ,脉冲持续时间约为300ns ,没有振荡和过冲.此试验结果表明整个系统是满足试验要求的.图3 直流下空气中电晕放电波形3 油纸绝缘模型设计作者设计了6种油纸绝缘局部放电模型以模拟换流变压器油纸绝缘的典型缺陷,试验中试品C x 分别为油纸针板、油纸平行板间隙、油纸沿面、油纸内部缺陷、油纸楔形和油纸悬浮,放电模型如图4所示.6种模型分别装于盛满变压器油的带有排气孔的密封有机玻璃筒内.4 放电脉冲波形测量与分析411 油纸针板放电直流下油纸针板放电相对非常稳定,跟以下所有缺陷模型产生的脉冲波形一样,均没有过冲和振荡.试验时,当直流高压加到一定值时,针板模型开始放电,示波器偶尔(电压较低时,需等一段时间)捕捉到图5a 所示的单个脉冲.该脉冲波形与其他缺陷模型产生波形的区别最大,为多峰脉冲,脉冲包络可图4 油纸绝缘放电缺陷模型视为单指数衰减波形,第一个峰的上升沿较陡,约为1ns ,包络下降沿约为30ns ,半峰宽约20ns ,整个脉冲持续时间约为150ns.继续升高电压,放电频率增加,放电幅值也相应增大,出现了100mV 以上的高幅值脉冲.当电压升高到一定值时,开始听到明显的放电声,油间隙频繁被击穿,出现图5b 所示的强放电脉冲群,但是单个脉冲波形没有发生变化(图5b 中I ).脉冲群有两种形式,图5b 中I 是单个脉冲没有完全发展的连续脉冲群,II 是单个脉冲发展较完整的连续脉冲群,这两种放电脉冲群的幅值都是逐渐增大的.412 油纸平行板间隙放电图4所示的平行板间隙模型,由于上下电极大小一致,可以视为均匀场,与其他5个电极模型不一样,放电点不确定,因此试验主要考核的是该模型可能存在的薄弱环节.油纸平行板间隙模型产生的单个放电波形如图6所示.试验过程中,电压加到一定值时,偶尔出现的放电波形与继续升高电压后高频率出现的脉冲波形相同,幅值上略有差异,放电一直很稳定,没有出现其他形式的放电波形.由图6中得出,油纸平行板间隙放电是单指数衰减波形,脉冲持续时间较长,可达215μs 以上,半峰宽约为40ns ,上升沿和下降沿分别约为10ns 和80ns ,与其他脉冲波形的特征参数比较来看,其上升沿和下降沿均较缓.413 油纸内部缺陷放电油纸内部间隙模型产生的单个放电波形如图384 第4期 司文荣,等:直流下油中局部放电脉冲波形测量与特性分析(a )单个脉冲(b )放电脉冲群图5 油纸针板放电脉冲图6 油纸平行板间隙单个放电脉冲7a 所示.单个脉冲出现规律与油纸平行板缺陷模型一样,只是当高压升高到一定值时,会出现小幅值的连续双脉冲.如图7b 所示,第一个放电脉冲还没有完全形成,第二个脉冲就紧接着出现,直到完全形(a )单个脉冲(b )双脉冲图7 油纸内部缺陷放电脉冲成.脉冲波形属于带次峰的单指数衰减波形,脉冲持续时间也较长,可达3μs 以上,半峰宽约为10ns ,上升沿和下降沿分别约为3ns 和30ns.414 油纸沿面放电直流下油纸沿面放电模型由于其自身结构在较低电压下就开始放电,产生的单个放电波形如图8a 所示,升高电压后也出现了小幅值的连续双脉冲(图8b ).在整个升压过程中,放电频率增加,幅值基本不变,放电波形参数也基本不变.单个脉冲波形属于单指数衰减波形,脉冲持续时间约115μs ,半峰宽约为30ns ,上升沿和下降沿约为6ns 和100ns.由上述分析结果可以看出,直流下油纸平行板间隙、内部缺陷以及油纸沿面放电脉冲的持续时间都可达1μs 以上,从波形上看,从下降沿的80%处恢复至放电初始位置需要的时间占整体脉冲持续时间的95%以上(见图8a ).这与前述基于直流下局部放电模型的放电规律一致.415 油纸楔形放电楔形放电模型在较高电压下才开始放电,出现单个脉冲,波形如图9a 所示.脉冲幅值较小,可视为双指数衰减波形,脉冲持续时间达2μs ,半峰宽约为20ns ,上升沿和下降沿分别约为4ns 和30ns.试验中升高电压,放电频率增高,幅值也变大,单个脉冲波形没有变化,波形特征参数也基本没有变化.升高电压至一定值时,除了能稳定捕捉高幅值的单个脉冲外,出现了大量其他形式的脉冲(见图9b ).图9b 中I 、II 两个脉冲峰的时间间隔以及III 前两个脉冲峰值的时间间隔均约为30ns ,IV 所示(a )单个脉冲(b )双脉冲图8 油纸沿面放电脉冲484西 安 交 通 大 学 学 报 第42卷 (a )单个脉冲(b )其他形式脉冲图9 油纸楔形放电脉冲的是时间间隔大于100ns 的两个脉冲.这可能是由于在高场强下,楔形表面单点的连续放电或是多点放电引起的.416 油纸悬浮放电油纸悬浮缺陷放电脉冲幅值较小,放电也十分稳定,升高电压只是影响放电频率,并不影响放电波形及其波形参数.如图10所示,放电波形为单指数衰减波形,脉冲持续时间约为1μs ,半峰宽约为20ns ,上升沿和下降沿分别约为3ns 和30ns.图10 油纸悬浮单个放电脉冲417 单个脉冲波形对比对6种缺陷模型在直流高压试验中的局部放电现象分别进行了描述及分析,表1为6种缺陷模型对应单个脉冲的部分特性对比,表中波形参数项依次为上升沿、下降沿和半峰宽.从波形外形来看,除楔型模型产生的脉冲为双指数衰减波形外,其他5种模型产生的脉冲均为单指数衰减波形;从脉冲波形参数整体上看,上升沿均较陡,但下降沿较缓,持续时间长(针板模型放电除外).表1 脉冲波形对比类型外形次峰多峰波形参数/ns持续时间/μs针板单衰-+1,30,20<1平行板单衰--10,80,40>1内部单衰+-3,30,10>1沿面单衰--6,100,30>1楔型双衰--4,30,20>1悬浮单衰+-3,30,20>15 结 论(1)建立了直流下局部放电试验与脉冲波形的测试系统,利用方波源的陡下降沿信号对测量电阻进行校验,并对直流下空气中电晕放电波形进行了检测,结果表明测量系统可以满足试验要求.设计了6种油纸绝缘放电模型以模拟换流变压器实际工况条件下的典型缺陷,试验结果表明,相同条件下的缺陷模型放电稳定、重复性较好.这为直流下油纸绝缘局部放电研究提供了一个试验平台.(2)直流下放电脉冲波形不存在振荡分量和过冲,部分脉冲波形呈多峰状以及下降沿带有毛刺.不同缺陷模型放电脉冲的上升沿、下降沿、半峰宽等波形参数均有差别,为直流下利用放电脉冲波形参数识别放电类型提供了可能.从波形测量结果来看,放电波形符合直流下局部放电规律,单个脉冲的完整持续时间较长,可达1μs 以上.参考文献:[1] 于钦学,邱昌容,谢恒坤,等.油纸绝缘直流局部放电的研究[J ].变压器,1998,35(5):17Ο20.YU Qinxue ,Q IU Changrong ,XIE Hengkun.Study on partial discharge in oil 2immersed insulation under DC voltage [J ].Transformer ,1998,35(5):17Ο20.[2] RENA TE S ,J O HNL L.Partial discharge testing un 2der direct voltage conditions [J ].IEEE Trans on Aer 2ospace and Electronic System ,1982,18(1):82Ο93.[3] RENA 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高文胜,王猛,谈克雄,等.油纸绝缘中局部放电的典型波形及其频谱特性[J].中国电机工程学报,2002,22(2):1Ο5.GAO Wensheng,WAN G Meng,TAN Kexiong,et al.Typical pulse shape and f requency characteristic of thePD signal in oil2paper insulation[J].Proceedings ofthe CSEE,2002,22(2):1Ο5.(编辑 杜秀杰)我校获得2007年度国家科学技术奖7项 2007年度国家科学技术奖励大会于2008年1月8日在北京召开,胡锦涛、温家宝等国家领导人参加大会,并给获奖人员颁奖.我校此次共有7个项目获奖,其中以第一完成单位获得5项,居全国第三位,也是我校连续获得国家科学技术奖第三年居全国高校前三位,获奖项目如下.奖种名称等级项目名称主要完成人国家自然科学奖二等基于认知与非欧氏框架的数据建模基础理论研究徐宗本 梁怡 张讲社 彭济根 马江洪国家自然科学奖二等复杂约束条件气液两相与多相流及传热研究郭烈锦 陈学俊 赵亮 郝小红 何银年国家技术发明奖二等数字视频时Ο空自适应处理关键技术及应用郑南宁 葛晨阳 孙宏滨 薛建儒 赵季中 王东国家科技进步奖二等电子元器件绝缘粉末包封理论、关键技术及系列产品开发陈景亮 姚学玲 刘东社 李盛涛 邢菊仙 李建英 高乃奎 赵志强 赵铁军 彭宗仁国家科技进步奖二等高性能真空开关铜铬触头材料设计、关键制造技术及其应用丁秉钧 杨志懋 王亚平 床晓平 徐晖 孙占波 张晖 张程煜 王文斌 李刚国家技术发明奖二等基于行波原理的电力线路在线故障测距技术(合作)徐丙垠 董新洲 李京 陈平 薛永端 葛耀中国家科技进步奖二等中国下一代互联网示范工程CN GI示范网络核心网CN GIΟCERN ET2/6IX(合作)吴建平 李星 张凌 汪为农 龚俭 马严 李芝棠张蓓 汪文勇 李卫(交大新闻网)684西 安 交 通 大 学 学 报 第42卷 。
油浸式变压器的局部放电问题研究
油浸式变压器的局部放电问题研究发布时间：2022-10-12T07:52:44.576Z 来源：《当代电力文化》2022年6月11期作者：史磊[导读] 油浸式变压器作为电力系统中最为常见的变压器类型之一，被广泛的应用到各电力系统中。
史磊山东电工电气集团有限公司 250002摘要油浸式变压器作为电力系统中最为常见的变压器类型之一，被广泛的应用到各电力系统中。
但是由于油浸式变压器在实际应用时会受到许多因素的影响导致其在正常运行工况下发生局部放电现象，最终降低油浸式变压器使用性能，甚至还会造成大范围停电影响。
因此本文在研究时就以油浸式变压器为例，通过对油浸式变压器局部放电现象进行分析，探究油浸式变压器局部放电检测技术和预防对策，以期能够有效降低局部放电对变压器性能的影响。
关键词：油浸式变压器；局部放电；放电原因；预防对策1 油浸式变压器局部放电现象分析局部放电就是变压器内部产生能量聚集，然后这些能量集中在变压器的绝缘表面，从而发生的一种放电现象。
对于油浸式变压器而言，在绝缘结构的边缘、气隙以及油膜等位置经常会发生局部放电现象，油浸式变压器外部结构如图1所示。
根据变压器发生放电现象时的绝缘介质进行划分，可以将油浸式变压器局部放电划分为油液放电和气泡放电两种。
根据变压器发生放电现象时的绝缘部位进行划分，可以将油浸式变压器局部放电划分为固体绝缘放电和绝缘纸板放电两种。
其中固体绝缘放电主要是在油浸式变压器内部的电极、空穴等位置，绝缘纸板放电主要是在油浸式变压器内部的油隙、固体绝缘端等位置。
图1 油浸式变压器外部结构在油浸式变压器内部存在液体、固体、气体三种不同的介质，且这三种介质的介电常数是不同的，气体的介电常数最小，固体和液体的介电常数需要根据具体介质的不同进行对比。
当油浸式变压器绝缘材料的空穴或者是内部的油液中存在大量气泡时，这样在交流电的作用下气泡所承受的电压和场强就比较大，此时再加上气泡的介电常数比较低、抗压能力差，很容易引发局部放电现象。
第三章 局部放电试验
第三章局部放电试验随着电力系统电压的不断提高，电气设备在工作电压下的局部放电是使绝缘老化并发展到击穿的重要原因。
局部放电试验是检测绝缘内部局部放电的极好的方法。
因此，局部放电试验已被定为高压设备绝缘试验的重要项目之一。
第一节局部放电特征及原理一、局部放电的特征局部放电是指发生在电极之间但并未贯穿电极的放电，它是由于设备绝缘内部存在弱点或生产过程中造成的缺陷，在高电场强度作用下发生重复击穿和熄灭的现象。
它表现为绝缘内气体的击穿、小范围内固体或液体介质的局部击穿或金属表面的边缘及尖角部位场强集中引起局部击穿放电等。
这种放电的能量是很小的，所以它的短时存在并不影响到电气设备的绝缘强度。
但若电气设备绝缘在运行电压下不断出现局部放电，这些微弱的放电将产生累积效应会使绝缘的介电性能逐渐劣化并使局部缺陷扩大，最后导致整个绝缘击穿。
局部放电是一种复杂的物理过程，除了伴随着电荷的转移和电能的损耗之外，还会产生电磁辐射、超声波、光、热以及新的生成物等。
从电性方面分析，产生放电时，在放电处有电荷交换、有电磁波辐射、有能量损耗。
最明显的是反映到试品施加电压的两端，有微弱的脉冲电压出现。
当试品中的气隙放电时，相当于试品失去电荷q，并使其端电压突然下降△U，这个一般只有微伏级的电源脉冲叠加在千伏级的外施电压上。
所有局部放电测试设备的工作原理，就是将这种电压脉冲检测出来。
其中电荷q称为视在放电量。
二、局部放电的机理1．局部放电的发生机理局部放电的发生机理可以用三电容模型来描述图3-1 电极组合的电气等值回路描述局部放电几个主要参量。
(1)视在放电电荷q。
它是指将该电荷瞬时注入试品两端时，引起试品两端电压的瞬时变化量与局部放电本身所引起的电压瞬时变化量相等的电荷量，视在电荷一般用pC(皮库)来表示。
(2)局部放电的试验电压。
它是指在规定的试验程序中施加的规定电压，在此电压下，试品不呈现超过规定量值的局部放电。
(3)局部放电能量w。
油纸电容式套管局部放电现象及分析
１ 前言
油纸电容式套管（ 以下简称套管） 是高压电站电 器的一个重要部分， 主要与变压器、电抗器和电站穿 墙配套使用， 因其具有优良的电气性能及相对低廉 的价格而得到广泛应用。在制造过程中， 套管会存在 某些缺陷， 因此， 出厂前的产品都需完成一系列的例 行试验。局部放电测量就是检测套管质量的一项重 要的非破坏性试验， 通过它不仅可以检查绝缘的局 部 放 电 特 性 ， 还 能 定 量 测 出 它 的 放 电 强 度 。 ＩＥＣ ６０１３７ 及 ＧＢ4Ｔ４１０９ 对套管 的 局 部 放 电 提 出 了 较 高 的要求， 但由于套管在试验及长期运行过程中， 不可 避免地承受各种过电压作用。因此， 部分套管生产厂 家为适应市场的需要， 在设计、工艺和新材料应用上 不断改进， 使套管局部放电水平得到大幅度提高， 并 提出了比标准更为严格的要求， 表 １ 是标准及国内 外各制造厂家的控制要求。表中产品为电压等级相 同的同年代产品， 其值为出厂控制值。
（ １．Ｎａ ｎｊｉｎｇ Ｚｈｉｄ ａ Ｅｌｅ ｃ ｔｒｉｃ Ｃｏ．， Ｌｔｄ ．， Ｎａ ｎｊｉｎｇ ２１００２８， Ｃｈｉｎａ : ２．Ｎａ ｎｊｉｎｇ Ｅｌｅ ｃ ｔｒｉｃ Ｇｒｏｕｐ ， Ｎａ ｎｊｉｎｇ ２１００３８ Ｃｈｉｎａ ）
高压变频电源作用下的油纸绝缘局部放电特性
Ｐａ ｔａ ｓ ｈａ ｇ ｒ ｉ ｌＤｉｃ ｒ ｅＣｈａ ａ ｔｒｓ ｉ ｆＯｉ— ｐｅ ｎ ｕ ａ ｉｎ ｎ ｅ ｒ ｃｅ ｉｔｃ ｏ ｌＰａ ｒ Ｉ ｓ ｌ ｔｏ ｕ ｄ ｒ Ｈｉ ｈ Ｖｏ ｔ ｇ ｅ ｅ ｙ Ｖａ ｉ ｂ ｅ Ｐｏ ｒＳ ｕ ｃ ｇ ｌａ ｅＦｒ ｑｕ ｎｃ － ｒａ ｌ ｗｅ ｏ ｒ ｅ
第 ４ ５卷
第 ４期
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Ｖ ｏ． ５ Ｎｏ ４ １４ ．
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Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＸＩＡＮ Ｉ ＪＡＯＴＯＮＧ ＵＮＩ ＶＥＲＳ ＴＹ Ｉ
＿＿＿＿
同 变 频 电源 作 用 下 的 油 纸 绝 缘 局 部 放 电特 性 压
下 绝缘 结构设 计 有指 导意 义．
关键 词 ：高压 交 流 变频 电源 ； 油纸 绝缘 ； 陷模 型 ； 部放 电 ； 流输 电 系统 缺 局 直 中 图分 类 号 ：ＴＭ８ ５ ４ 文献标 志码 ：Ａ ３． 文章 编 号 ： ２ ３９ ７ ２ １ ） ４０ ０ —６ ０ ５ －８ Ｘ（ ０ １ ０ － １ ９０
口
ｌ －
孙振 权 ，顾 朝 敏 ，赵学 风 ，李彦 明
（ 西安交通大学 电气工 程学院 ，７０ ４ ，西安） １０９
摘 要 ：为研 究直 流输 电电压 下的油 纸绝缘 特性 ， 计 并搭 建 了交流 变频 高压 试验 电 源 系统 ， 设 并设计 制 作 了典 型的 油纸 绝缘局 部放 电试 品模 型 ，属 尖 油 端 电晕放 电模 型 ， 对不 同频 率 电压 作 用下 的 同一试 品 ， 行局 部 放 电测 量 ， 针 进 通过 分 析 获得 了局 部
液压对柱板电极下绝缘油纸沿面放电的影响
液压对柱板电极下绝缘油纸沿面放电的影响发布时间：2021-06-16T11:52:43.760Z 来源：《中国电气工程学报》2021年2期作者：任毓[导读] 在溢油装置中，沿板表面相切放电至电场的漏电距离传导是常见的常见故障形式，可能导致较大的干扰。
任毓国网山西省电力公司吕梁供电公司，山西吕梁033000摘要：在溢油装置中，沿板表面相切放电至电场的漏电距离传导是常见的常见故障形式，可能导致较大的干扰。
对于工厂调查中快照和雷击较少的变压器，油纸绝缘损坏主要是通过操作局部放电引起的，引起了对闪光和振动的注意，同时研究集中在局部放电的开始和发展上。
关键词：油纸绝缘；液压；沿面放电引言植物保温是一种新型的绿色绝缘子，具有较高的电流常数、避雷针和生物降解特性，因此可应用于国内外研究人员所关注的石油基变压器。
近年来，基于电反应原理的绝缘无损评价成为研究的重点。
该方法操作简便，有助于生成丰富的绝缘信息，由于分散程度低，在变压器溢油年龄分析中广泛应用。
1变压器用绝缘液简介电气介质的绝缘性能对于电气设备的安全运行至关重要。
高压下电气设备的运行可能导致温度升高，绝缘可能导致过早老化和故障。
散热是通过当前主要由液体控制的回流循环进行的，在断路器和开关等电气设备中使用压缩空气和SF6等气体受到限制。
绝缘除了用于固定绝缘保护、灭弧、散热等的主要功能外，还可降低变压器的噪音。
此外，色谱还提供了一种简单的方法，用于对电气设备在整个生命周期内的运行情况进行总体评估。
绝缘与人体血液相似，对保持正常运行至关重要，特别是电磁特性，这对于确定设备的寿命至关重要。
测试液的化学和化学特性提供了有关电气和机械故障早期阶段的信息。
现在，许多电气变压器都在线监测隔热层的色域。
石油，也称为矿物油，自1990年代以来，由于抗老化、粘度低、可用性低、成本低，一直是电力系统的主要绝缘物。
由于配电装置必须在靠近居民生境的地方运行，因此必须在消防标准高的地方运行，而20世纪30年代初基于多氯联苯的绝缘的国外发展直到20世纪60年代才引起环境问题。
不同老化程度的油纸绝缘中气隙缺陷局部放电特性研究
Ｊ ｉ ｎ Ｘｉ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ａ ｏ ‘ ，Ｗ ａ ｎ ｇ Ｊ ｕ ｎ ｆ ｅ ｎ ｇ ，Ｌｉ ｕ Ｇｅ ｎ ｃ ａ ｉ 。 ，Ｌｉ Ｊ ｕ ｎ ｈ ａ ｏ ，Ｌｉ Ｙａ ｎ ｍｉ ｎ ｇ
（ ， ． Ｆ ｏ ｓ ｈ ａ ｎ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｓ ｕ ｐ ｐ ｌ ｙ Ｂ ｕ ｒ ｅ ａ ｕ ｆ ｏ Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｇ ｒ ｉ ｄ ， Ｆ ｏ ｓ ｈ ａ ｎ ５ ２ ８ ０ ０ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ．Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｘ ｉ ’ ａ Ｈ Ｊ ｉ ａ ｏ ｔ ｏ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｘ ｉ ’ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ４ ９ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
０ 引 言
及 不 同的 介 质 状 态 。研究 电 劣 化 过 程 中局 部放 电 的 变化 规 律及 影 响 因素 ， 对 局 部放 电 的危 险程 度评 价、 故 障类 型 的模 式 识 别及 介 质 劣化 状 态评 估 等具
有重 要 的意义 卅 。
大 型 电力 变 压 器 是 电 网 运 行 中重 要 和 关 键 的
摘要 ： 对未老化和在 １ ３ ０℃下经过 １ ０ ０ ０ ｈ 热老化的油纸绝缘试样 进行局部放电试验 ， 研究不同老化状态的油 纸绝缘在电劣化过程 中局部放电谱 图的变化情况。结果 表明 ： 在 电劣化过程 中 ， 两种试样的局部放 电相位分
变压器油色谱异常分析及故障判断
变压器油色谱异常分析及故障判断摘要：变压器的突发性事故，大多是由于绝缘劣化与不能及时排除潜伏性故障造成的，变压器正常运行时，内部本身会发生一系列的化学变化。
如绝缘油的分解、本体内部的纸板固体绝缘材料，随着运行年限增长发生老化，在运行电压的作用，绝缘介质在变压器内部产生化学反应，裂解低分子气体溶解在绝缘油中。
更主要的是当变压器运行异常时，会促进这些气体的产生。
依托色谱分析技术，针对油中溶解气体组分含量、产气速率等进行分析，可以准确评估变压器运行状态，诊断异常原因，防患于未然。
本文对变压器绝缘油色谱异常和故障判断展开探讨。
关键词：变压器油；色谱异常；故障判断变压器是电力系统的枢纽设备，保证电网安全运行与变压器的运行状态紧密相关。
因此，提高变压器的运行、维护水平，及时发现电力设备运行隐患并准确判断电力故障是保障电力系统安全、稳定、经济运行的有效手段。
1变压器油色谱分析异常原因1.1 绝缘中存在局部放电当外施电压达到一定强度，变压器固体绝缘会发生放电现象，这种现象只在绝缘结构局部发生，即所谓的绝缘结构局部放电。
这种放电现象，并不能立即对变压器造成巨大损害，是对变压器绝缘结构的一种慢慢侵蚀，当这种侵蚀达到一定程度时，就会产生质变使变压器烧毁。
1.2 导电部件局部过热变压器内部有许多金属部件，这些金属部件接触不良会严重影响变压器散热，即通常所称电阻异常型过热时间。
导电部件局部过热，会增加导电回路尾部电阻，损耗与电阻之间属正比关系，接触电阻与接触压力成反比关系，金属部件之间的接触电阻增大会使接触压力减少，从而增大接触部位的发热量，产生高温，如果这种高温状态一直持续，达到一定程度，往往会使变压器烧毁。
1.3 潜油泵故障潜油泵的主要作用是强迫变压器内的油进行冷热交替循环，潜油泵的油流主要通过油流继电器进行监视。
潜油泵用在强油循环变压器，油流继电器对潜油泵工作情况进行监视，强油循环冷却是大型变压器大多采用的冷却方式，潜油泵出现故障，变压器内油就不能完成有效循环，影响散热，造成过热故障，影响变压器主绝缘寿命。
油纸绝缘老化状态判别的局部放电特征量
油纸绝缘老化状态判别的局部放电特征量杨丽君,孙才新,廖瑞金,杜 林,李 剑(重庆大学高电压与电工新技术教育部重点实验室,重庆市400044)摘要:采用多元统计分析方法对传统的局部放电统计特征算子进行了因子分析,从24个统计算子中提取出8个公共因子作为局部放电新特征因子,从而实现数据压缩的目的。
提取的新特征因子之间不仅携带了原始统计算子的大部分方差信息,而且彼此独立,具备各自的物理意义。
对油纸绝缘扁平气隙模型开展了电—热加速老化试验,并采集不同老化阶段试品的局部放电信号样本,采用新特征因子进行了已知老化状态样本的聚类和线性判别函数构造,进而对未知样本的绝缘老化状态进行判别。
该方法基于实验室数据的分析得到了令人满意的结果,并为变压器油纸绝缘老化状态的诊断提供了一种可行的方案。
关键词:多元统计;局部放电;因子分析;油纸绝缘;电热老化中图分类号:TM835收稿日期:2006208223;修回日期:2007201204。
国家杰出青年科学基金资助项目(50425722)。
0 引言电力变压器是电能转换、传输的核心,是电网中最重要和最关键的设备。
目前,世界各地电力行业的变压器有很大一部分已经达到其设计使用寿命的晚期。
变压器的老化评估和寿命预测技术一直受到国内外众多学者的关注。
大容量电力变压器内绝缘的主要构成形式是油浸纸绝缘系统,在运行中因电、热、机械等多因素作用逐渐发生老化,加之遭受雷电、系统短路等外界因素的侵袭,使得老化程度进一步加深,随时都可能引发故障,导致大面积停电事故。
通常用于诊断油纸绝缘老化的方法包括:油中溶解气体分析(D GA ),油中呋喃(Furan )衍生物含量测量,油纸绝缘聚合度(DP )和抗拉强度(TS ),以及绝缘极化/去极化电流测量等。
文献[1]较为全面地综述了近20年来在反映变压器绝缘老化的特征量和测量手段以及基于特征量的寿命预测方法上所取得的成果。
然而,无论是化学特征量还是电气诊断技术在应用时仍然存在其局限性,对绝缘老化状态的评估以及变压器剩余寿命预测还需要开展进一步的研究。
油浸倒立式电流互感器低温介电特性研究
油浸倒立式电流互感器低温介电特性研究作者：杨代勇敖明齐朋帅于群英孙宇飞来源：《哈尔滨理工大学学报》2020年第02期摘要：油浸倒立式电流互感器因其优点突出，在电网中应用日渐广泛。
为探究油浸倒立式电流互感器主绝缘的低温介电特性，针对对一台未投运的35kV油浸倒立式电流互感器在低温环境下分别进行了频域介电谱测试和工频损耗因数及电容量测试。
测试结果表明：不同温度下的油浸倒立式电流互感器频域介电谱有先下降后上升趋势，且当温度降到-40℃以下时，出现电流互感器的频域介电谱在低频段相差很小，几乎重合的现象;油浸倒立式电流互感器工频损耗因数随试验温度降低而增大，且变化速率由慢到快，而电容量随温度的降低匀速下降。
针对测试结果，从介质物理理论角度分析了频域介电谱、工频损耗因数及电容量在低温下随温度变化的规律。
关键词：油浸倒立式电流互感器;低温;频域介电谱;工频损耗因数;介电特性DOI：10.15938/j.jhust.2020.02.015中图分类号：TM835.4文献标志码：A 文章编号：1007-2683（2020）02-0111-070引言随着国家电网的发展，大容量、远距离、高电压尤其特高压输电逐渐成为发展的方向，对电网中电气设备绝缘可靠性的要求也越来越高。
电流互感器作为电网中的重要电气设备，一次侧与母线相连，其运行状态直接决定电网的安全稳定。
从目前电流互感器的投运数量来看，倒立式电流互感器在国内外的应用越来越广泛。
该类型产品区别于传统的正立式结构，正立式电流互感器一次绕组呈U型或R型，二次线圈绕在环形铁芯上，而倒立式电流互感器一次绕组为短导杆，二次线圈绕在一次导杆上并置于设備头部，二次引线通过电容屏套管内的铝管引至设备底部的接线盒。
倒立式结构优点在于大大减小了主绝缘因受潮而被击穿的可能性，但产品的绝缘设计和工艺制造难度较大。
倒立式电流互感器根据其绝缘介质的不同又可分为SF6气体绝缘和油纸绝缘两种。
由于SF6绝缘型互感器场强分布不均匀且绝缘气体泄露影响大气等缺点，油浸倒立式电流互感器在电网中的应用更加广泛。
不同气隙尺寸的油纸绝缘气隙放电特征及发展阶段识别
不同气隙尺寸的油纸绝缘气隙放电特征及发展阶段识别陈伟根;龙震泽;谢波;凌云;陈曦【摘要】油纸绝缘作为电力变压器的主要绝缘方式,气隙放电特别是大气隙时的放电对其危害极大.为全面评估气隙放电的危害程度,制作了五种气隙尺寸的放电模型,研究气隙大小对局部放电特性的影响,并通过试验研究了其放电发展过程中不同放电阶段的局部放电信号,基于聚类-随机森林算法实现了不同气隙尺寸的气隙放电发展阶段识别.研究结果表明:相对于小气隙缺陷的放电,大气隙放电起始放电场强低,起始放电量大,起始放电相位滞后,当放电发展到后期,大气隙中正放电脉冲的相位不会发展到工频负半周;大气隙缺陷内较小的气隙表面电子脱陷概率和较小的反向电场是使其起始放电相位滞后的主要原因;聚类分析将大小气隙模型的放电分为三个阶段:初始放电阶段、微弱放电阶段和放电爆发阶段;对于发展阶段的识别,相比于径向基函数(RBF)神经网络和核函数支持向量机,随机森林的识别准确率更高,达到93.15%.试验结果为更准确地评估气隙放电的发展阶段提供了依据.%Oil-paper insulation is commonly used in power transformer. Air-gap discharge, especially the discharge in large cavity will threaten the oil-paper insulation. In order to com- prehensively evaluate the risk of air-gap discharge, five types of cavity configurations were manufactured, and the effects of their cavity sizes on partial discharge (PD) were studied. Then PD signals throughout the accelerated deterioration experiments were analyzed. In addition, based on Clustering-Random Forests, PD development stages of large and small cavities were recognized. Results show that, compared to small cavity PD, large cavity PD possesses lower inception field, higher charge magnitude and higher inception phase,moreover when air-gap PD comes to the last stage,positive PD in large cavity fails to expand to the negative half cycle and vice versa. Lower surface electron emission rate and lower reverse field in the large cavity are the main reasons of higher inception phase. Through clustering, PD development stages for large and small cavity models are both divided into three stages, i.e. initial discharge stage, weak discharge stage and outbreak discharge stage. For the development stage recognition, the accuracy of Random Forests is 93.15%, showing better performance than those of RBF Neural Network and Kernel Based Support Vector Machine. Experiment results provide reference for more precise evaluation of the air-gap PD development stage.【期刊名称】《电工技术学报》【年(卷),期】2016(031)010【总页数】10页(P49-58)【关键词】油纸绝缘;气隙尺寸;局部放电特性;聚类-随机森林;阶段识别【作者】陈伟根;龙震泽;谢波;凌云;陈曦【作者单位】重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400044;重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆 400044;国网四川省电力公司电力科学研究院成都 610072;重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆 400044;深圳供电局有限公司深圳 518001;国网重庆电力科学研究院重庆 401120【正文语种】中文【中图分类】TM855由变压器油纸绝缘系统中微小缺陷引起的局部放电会逐渐引起绝缘系统的损伤和老化，进而导致变压器绝缘的崩溃。
高频电应力下气－固绝缘局部放电研究
内的放电值基本保持不变。，不同寿命阶段单周波平均放电次数变化曲线 基本与横轴平行，表明每个寿命阶段的单周波平均放电次数也 没有明显变化，基本上等于整个寿命周期的平均放电次数。综合以上２点，可以得出施加高频正弦波形时，不同电老化阶段局部放电程度 （放电幅值和放电次数）基本不变。
一些研究者把聚酰亚胺做成单点交叉漆包线结构，施加5kHz的双极性且占空比为50%的重复方波，发现随着老化时间的增长，局部放 电幅值有较小的减小。华北电力大学程养春教授构建了针板结构的油纸绝缘局部放电实验平台，施加工频电压，研究局部放电变化过程， 发现放电量的平均值和最大值在放电发展过程仅有微小变化；但是在绝缘快要击穿时，放电量成倍增大。交直流复合电场下的局部放电发 展过程统计与本次实验的统计结果有所区别。研究发现，针板电极模型放电脉冲重复率和平均放电量在起始阶段都很小，在发展阶段和临 近击穿阶段均在不断增长。 4.结束语
高频电应力下气－固绝缘局部放电研究
发布时间：2022-04-29T09:02:50.464Z 来源：《工程建设标准化》2022年37卷第1月1期 作者： 王超
[导读] 随着柔性直流输电和分布式电源的发展
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第38卷第7期2019年7月电工电能新技术Advanced Technology of Electrical Engineering and EnergyVol.38,No.7Jul.2019收稿日期:2018-07-25作者简介:粟㊀茂(1994-),男,重庆籍,硕士研究生,研究方向为高压电气设备在线监测与状态评估;李春茂(1963-),男,四川籍,教授,博士,研究方向为高压电气设备在线监测与状态评估㊂不同油流速度下油纸绝缘的局部放电特性研究粟㊀茂1,李春茂1,夏国强1,2,吴晋媛1,高㊀波1,杨㊀雁1(1.西南交通大学电气工程学院,四川成都611756;2.南京南瑞继保电气有限公司,江苏南京211106)摘要:目前随着变压器容量的增大,大部分变压器采用增加流速的方式来加快散热,但是流速的增大对油纸绝缘局部放电也会造成一定影响㊂为此,本文搭建了油纸绝缘系统的局部放电实验平台,研究流速对油纸绝缘局部放电特性的影响机制㊂研究结果表明,通过对油流静止下的放电图谱和实验现象分析,将油纸绝缘局部放电的过程划分为5个阶段:起始㊁缓慢发展㊁过渡㊁快速发展和预击穿阶段,并发现从过渡阶段到快速发展阶段存在一个转折电压,标志局部放电发展到绝缘纸板内部㊂在此基础上开展了不同流速下的局部放电试验,发现油纸绝缘局部放电参数随油流速度呈先减小后增大的趋势,在放电初期,不同流速间对于放电的影响较小,随着放电发展阶段的增加,流速间放电的差异逐渐明显㊂通过分析发现,电场强度和流速之间存在弱耦合关系,油纸绝缘局部放电水平的提升是电场强度和流速共同作用的结果,其结果导致放电后期的放电参数较前期更易受流速的影响㊂关键词:油流速度;油纸绝缘;油流带电;转折电压;外施电场DOI :10.12067/ATEEE1807073㊀㊀㊀文章编号:1003-3076(2019)07-0047-09㊀㊀㊀中图分类号:TM8551㊀引言变压器是电力系统中的关键设备之一,其运行的安全性关系着电力系统的安全和稳定,对于电能的传输有着极其重要的意义㊂变压器在运行过程中,由于运行年限的增加和自身在制造㊁运输㊁维护过程中造成的缺陷,往往会导致局部放电的发生,若忽略这种问题,局部放电会逐步发展为闪络和击穿,导致设备绝缘系统失效㊂目前变压器中主要的绝缘结构为油纸绝缘结构,因此研究油纸绝缘的局部放电具有重要的意义[1-3]㊂变压器在不断的运行中,油纸绝缘在电㊁热㊁机械等作用下逐渐劣化,影响变压器的使用寿命㊂由于运行工况的不同,影响油纸绝缘放电的因素众多,国内外学者主要对水分㊁纸板老化㊁温度等方面做了大量的研究㊂文献[4,5]表明,绝缘纸板老化后会降低沿面放电的起始电压及闪络电压;文献[6]表明油纸绝缘的含水量越高,内部气体放电通道就越容易形成,进而使放电较易发展;文献[7]表明油温的升高会降低沿面闪络电压,温度主要影响油纸绝缘老化的内在机理以及老化后绝缘材料的击穿特性㊂上述研究大部分忽略了油流影响,而近些年油流带电带来的变压器故障问题逐渐暴露出来,油流带电已经成为影响变压器安全运行的一个重要因素[8-10]㊂J.Gavi [11]和A.J.Morin [12]分别提出流动的液体对油流带电的流动效应以及外施交流场对油流带电的电动效应,为研究油流带电奠定了一定的理论基础;哈尔滨理工大学的陈庆国等人研究了交流电压下的油纸绝缘油流带电特性,探讨了交流电压作用下冲流电流与油流带电影响因素之间的关系,结果表明,外施电压幅值㊁油流速度对油流带电具有重要影响[13,14];唐炬教授团队通过搭建真实油道模型,研究了油流动状态下金属微粒和微气泡在电场力下的变形与放电特性[15]㊂可以发现,目前针对变压器油流的研究中,国内外主要开展油流带电理论以及影响因素的相关研究,部分学者的研究已经证明油流带电对于油纸绝缘的局部放电起到了十分明显的作用,但是仍缺乏对于放电发展过程影响48㊀电工电能新技术第38卷第7期的更深一步研究㊂其中流速是改变油流带电的一个重要因素,因此研究流速对于油纸绝缘局部放电发展的影响十分有必要㊂本文搭建了可调节油流速度的局部放电试验平台,对静止油流下的局部放电进行了新的阶段划分,在此基础上研究油流速度对绝缘系统的局部放电参数的影响,最后通过油流带电和局部放电相关内容对其机理进行分析㊂本文研究可为变压器的设计和运行维护提供一定的参考依据,提高变压器的使用寿命㊂2㊀试验设计及试验装置2.1㊀样品的制备选择1mm厚的牛皮绝缘纸板和25#克拉玛依绝缘油组成试验所需油纸绝缘试样[16]㊂绝缘油在试验前放置在90ħ真空环境下进行脱气,使其满足标准GB7600-2014㊂为模拟绝缘纸板在变压器中的真实工作环境,绝缘纸板按如下步骤进行预处理:首先将厚度为1mm的绝缘纸板裁剪为直径100mm的圆形试样,对试样边缘进行打磨,消除边缘毛刺对测试结果的影响;纸板前期处理执行标准参照GB/T10580-2003,将绝缘纸板在90ħ/50Pa的真空状态下干燥48h;然后真空注入处理过的变压器油,使绝缘纸板在40ħ/50Pa的真空环境下浸油48h,得到的绝缘纸试样即可用于试验㊂2.2㊀试验平台及试验模型本文搭建的试验平台由高压控制单元㊁局部放电检测单元和测量单元三个部分组成,如图1所示㊂其中高压控制单元电源部分采用无局部放电变压器,消除电源对试样测试结果的干扰,其额定电压U N=100kV,额定功率S N=10kV㊃A,背景干扰小于5pC㊂局部放电检测单元使用欧米科朗MPD600局放仪,具有较高灵敏度,能准确捕捉到放电过程中的放电信号,满足试验要求㊂测量单元主要由循环泵㊁流量计㊁油箱㊁电极模型组成,如图2所示㊂通过循环泵使油在整个测量单元内循环流动,选用超声波流量计对管壁中的流量进行测量,通过换算得到此区间内的流速㊂目前国内部分学者[17-20]在模拟局部放电时采用柱-板模型为试验电极,取得了不错的试验效果,因此本文延用以往经验,以柱-板模型为试验电极来模拟油流条件下的变压器中局部放电情况㊂图1㊀放电检测单元Fig.1㊀Discharge detectionunit图2㊀测量单元Fig.2㊀Measurement unit2.3㊀试验方法温度为40ħ,在每一个预设流速下进行局部放电试验㊂变压器采用逐步升压的方式,升压速度为0.5kV/s(有效值),每个电压下持续5min,直至试样被击穿㊂变压器中的油道油流速度一般在1m/s以内,但为了更突显流速影响以及为设计更高等级的变压器油道提供参考,本文扩大流速区间,选取0~ 1.6m/s范围内的流速进行试验㊂为消除试验的偶然性,选取经相同试验条件处理后的试样,每个流速下进行3组测试,取其平均值作为测量结果㊂3㊀试验结果与讨论3.1㊀静止油流下的阶段划分试验测得油流静止下放电发展过程的PRPD (Phase Resolved Partial Discharge)图谱和H(q)图谱,如图3所示㊂其中PRPD图谱显示不同放电相位上出现的放电脉冲,而H(q)图谱显示在整个放电过程中不同放电量出现的放电次数㊂根据局部放电的参数和试验现象,发现可以将局部放电过程分为更为细致的五个阶段:起始阶段㊁缓慢发展阶段㊁过渡阶段㊁快速发展阶段和预击穿阶段㊂粟㊀茂,李春茂,夏国强,等.不同油流速度下油纸绝缘的局部放电特性研究[J].电工电能新技术,2019,38(7):47-55.49㊀图3㊀放电过程的PRPD 谱图和H (q )图谱Fig.3㊀PRPD and H (q )spectra of discharge process㊀㊀在起始阶段,H (q )图谱中放电频次较高的地方主要集中在100pC 附近,起始阶段放电次数少且幅值较小,PRPD 图谱除第一象限外较空白,放电主要集中在30ʎ~110ʎ之间,放电具有不对称性㊂这时外施电压较低,对绝缘破坏微弱,变压器油和纸板的绝缘性能十分良好,放电所需的局部场强较高㊂此阶段并没有气泡产生,放电主要发生在柱电极附近的绝缘油中,以油中杂质放电㊁场致电离为主㊂随着外施电压的增大,放电进入缓慢发展阶段㊂缓慢发展阶段的放电图谱逐渐呈现 ә 型,且第三象限内开始出现放电,放电逐渐向0ʎ~90ʎ和180ʎ~270ʎ扩展㊂H (q )图谱中可看出不同放电量的放电次数较起始阶段整体增大,最大放电量逐渐增大到200~300pC 之间㊂随着外施电压增大,纸板上吸附了一定的电荷,不仅畸化了电极附近的电场,并提供放电所需的一定电荷,这使放电水平增大㊂在柱电极边缘一圈,电场强度较高,首先发生放电,主要表现为绝缘纸板表面纤维素的烧灼,纸板表面出现黑色碳痕㊂到了过渡阶段,PRPD 图谱中放电相位扩展为0ʎ~120ʎ和180ʎ~320ʎ,并且放电出现了一定的对称性㊂H (q )图谱中可以看出,随着放电的发展,较高幅值放电次数逐渐增加,H (q )图像逐渐向右移动,平均放电水平逐渐增大,最大放电量上升到300~400pC 之间㊂当放电发展到该阶段时,放电逐步从纸板表面发展到纸板内部,导致纸板内部的纤维素被烧灼,有一定的气体产物出现㊂在此阶段内,绝缘介质内部的电场分布与其介电常数成反比关系,绝缘油的介电常数是气泡介电常数的两倍以上,而气泡的耐电场强度却比绝缘油低很多,因此气泡较绝缘油更容易发生放电㊂其放电粒子的强氧化性导致纤维素断裂,使绝缘纸板内部容纳更多的气泡,放电在绝缘纸板内部迅速发展㊂放电通道一旦形成,放电很快进入快速发展阶段,因此过渡阶段持续的时间很短,标志着放电从纸板表面转向绝缘纸内部㊂快速发展阶段与过渡阶段放电的PRPD 图谱相比变化十分明显,在0ʎ~150ʎ和180ʎ~330ʎ的相位内出现了放电,放电具有对称性㊂此阶段的放电量和放电重复率呈指数增加,从H (q )图可看出,最大放电量上升到纳库,高幅值放电重复率整体增加,平均放电水平较上一阶段呈指数增加㊂放电在此阶段时,绝缘纸板绝缘薄弱的位置溢出大量气泡,并伴随着放电声音㊂快速发展阶段的放电对于绝缘的破坏很强,可能造成不可逆的绝缘损伤㊂当快速发展阶段持续一段时间后,该阶段的最大放电量达到10nC 左右,放电相位从第一㊁三象限逐步向第二㊁四象限延伸,最终占满整个相位,本文称为预击穿阶段,如图3(d)所示㊂绝缘纸内部放电通道的纤维素不断被分解,产生的气体和产物会排到绝缘油中㊂试验中可以看到大量的气泡,以及绝缘油变浑浊的现象㊂在临近击穿时,通道内可供放电分解的纤维素减少,因此在放电击穿前的很短时间内,各放电参数50㊀电工电能新技术第38卷第7期没有明显增长㊂试验中可以观察到在该阶段中持续产生的大量气泡在临近击穿之前减少,当电压升至26kV时,绝缘纸板随之发生贯穿性击穿,在击穿的一瞬间产生大量气泡,彻底丧失绝缘性能㊂3.2㊀不同流速下的放电特征参数3.2.1㊀平均放电量的变化规律在不同流速下进行局部放电试验,选取0m/s㊁0.4m/s㊁0.8m/s㊁1.2m/s㊁1.6m/s等流速进行分析㊂图4为不同油流速度下放电过程中平均放电量随加压时间的变化曲线㊂基于3.1节放电阶段的划分,本节划分出平均放电量的放电发展阶段大致范围㊂从图4中可以看出,平均放电量随着流速增加呈现出先减小后增大的趋势,且随放电时间增加不同流速曲线总体走势一致㊂在起始阶段,起始放电电压(Partial Discharge Inception Voltage,PDIV)随着流速的增加同样呈现先增加后减小的趋势,如表1所示㊂其中0.8m/s为分界速度,流速小于0.8m/s时起始放电电压随着流速的增大呈增大趋势,当达到0.8m/s,PDIV开始随着流速增大而降低㊂在缓慢发展阶段,不同流速下平均放电量均缓慢增长,但该阶段持续时间受流速变化影响明显,0.8m/s下缓慢发展阶段最长,1.6m/s下缓慢发展阶段最短㊂这两个阶段平均放电量的变化趋势并不明显,但随着外施电压的持续上升,放电量的变化趋势逐渐增大㊂在过渡阶段与快速发展阶段间有一个明显的转折点,本文将该点所对应的放电电压称为转折电压㊂转折电压体现了局部放电发展到绝缘纸板内部,标志着放电进入迅速发展过程,从宏观上转折电压后放电开始涌现大量气泡并伴随着尖锐的放电声㊂图4㊀不同流速下平均放电量随时间变化图Fig.4㊀Average discharge capacity over timeat different flow rates本文提取转折电压作为表征放电发展到纸板内部的特征参量,如表1所示㊂从表1中可以看出转折电压与PDIV呈现的规律一致,同样随油流速度的增加呈现先升高后降低的趋势㊂这说明油流运动不仅对纸板表面放电具有影响,对纸板内部放电同样具有一定影响㊂油流带电等因素改变电场分布和电荷运动,导致放电过程中整个试样局部电场都发生了畸变㊂当放电进入快速发展阶段后,平均放电量呈指数增大,不同流速对于平均放电量的改变也在增大㊂由此可见,流速对于平均放电量的影响随着放电过程的发展而逐渐增强㊂表1㊀不同流速下的起始电压和转折电压Tab.1㊀Initial voltage and transition voltageat different flow rates油流速度/(m/s)00.40.8 1.2 1.6 PDIV/kV16.216.616.41615.6转折电压/kV22.223.622.921.520.6 3.2.2㊀最大放电量的变化规律图5为不同油流速度下放电过程中最大放电量随外施电压时间的变化曲线㊂从图5中可以看出,随着外施电压时间的增加,不同流速下最大放电量曲线的总体规律一致,均呈现上升趋势㊂而随着油流速度的增加,最大放电量呈现出先减小后增大的趋势㊂在起始放电阶段,流速对于最大放电量的改变较小,不同流速的最大放电量维持在200pC附近㊂随着电压的升高,油流速度为1.6m/s的最大放电量增加相较于其他流速快,在放电80min达到1000pC,在放电持续90min后进入快速发展阶段㊂最大放电量的变化曲线中也出现明显的转折点,且随着流速的变化转折电压也呈现先增大后减小的趋势,与平均放电量的变化趋势类似㊂图5㊀不同流速下最大放电量随时间变化图Fig.5㊀Maximum discharge capacity over timeat different flow rates当达到快速发展阶段时,最大放电量达到纳库级别,不同流速下最大放电量的变化也明显增大㊂粟㊀茂,李春茂,夏国强,等.不同油流速度下油纸绝缘的局部放电特性研究[J].电工电能新技术,2019,38(7):47-55.51㊀在放电预击穿阶段,不同流速下最大放电量为:10174pC㊁5423pC㊁7819pC㊁14669pC 和24360pC,流速对最大放电量的影响随着放电发展过程增加明显加强㊂在放电后期,最大放电量呈现指数增加,且放电发展程度越深,流速对最大放电量产生的影响就越大㊂3.2.3㊀放电重复率的变化规律放电重复率表征一段时间内放电的频次,可以反映发生连续放电的时间间隔和放电的密集程度㊂图6为不同油流速度下放电过程中放电重复率随加压时间的变化曲线㊂可以看出,在不同流速下,随着外施电压时间的逐步增加,放电重复率总体呈上升趋势㊂在放电发展前期,放电重复率增长幅度不大,除油流速度为1.6m /s 明显增大,其他流速下重复率变化不明显㊂这是由于起始阶段,油纸绝缘系统绝缘性能良好,所需放电的局部场强较高,而此时外施电压较低,柱电极附近纸板表面电荷堆积很少,无法持续发生放电,因此起始放电电压基本不随流速的改变而改变㊂而随着放电的发展,放电产生的气泡等产物很快被油流带走,对于下一次放电具有促进作用,因此高流速放电重复率高于低流速放电重复率㊂图6㊀不同流速下放电重复率随时间变化图Fig.6㊀Discharge repetition rate changes with timeat different flow rates随着加压时间的增加,流速对于放电重复率的影响明显增强,放电重复率较起始阶段提高了一个数量级,并随流速呈现先减小后增大的规律㊂同放电量变化趋势一致,放电重复率在放电发展过程中也存在转折点,结合3.2.1节和3.2.2节分析可知,平均放电量㊁放电重复率㊁最大放电量的转折点基本一致,这是由于转折电压标志着放电发展进入纸板内部,放电进入更为剧烈的过程,因此转折电压后的各种放电参数均呈现指数增长㊂在放电快速发展和预击穿阶段,随着电压的增加,放电重复率较之前阶段呈指数增加,迅速增大到缓慢发展阶段的两个数量级㊂不同流速下的放电重复率分别为2709次/s㊁1562次/s㊁1389次/s㊁3088次/s 和5059次/s,放电后期流速对于放电重复率的影响明显强于放电前期㊂综合上述放电参数的分析,最大放电量㊁平均放电量和放电重复率等放电参数都随油流速度呈先减小后增大的趋势,且放电后期的变化趋势明显大于放电前期的变化趋势㊂3.3㊀不同油流状态下机理分析3.3.1㊀流速的影响机理图7为未施加电压时的油纸界面电荷图,由于两种材料对电子束缚能力的差异,将会在绝缘纸和绝缘油界面处发生电子转移,在油纸绝缘中形成双电层㊂其中油流的流动作用将一部分双电层内的正离子(+q )剥离界面,形成冲流电流㊂而正离子的剥离导致界面处负离子(-q )过剩,这些负离子由于失去库仑力束缚而向内扩散形成扩散电流,界面处相应位置会再次起电形成新的正负离子对,将油流带走的绝缘油中正电荷和绝缘纸扩散负电荷进行补充㊂上述过程不断重复,最终达到平衡㊂此时在绝缘油中形成稳定的冲流电流,并在绝缘纸板内形成同等的扩散电流㊂扩散电流中带电粒子对纸板进行撞击,纸板内部出现破坏,导致电场畸变,容易产生局部放电㊂而冲流电流一方面影响扩散电流,另一方面导致导致模型内部电场畸变,促进局部放电发生㊂图7㊀油流作用下油纸界面电荷分离Fig.7㊀Oil-paper interface charge separation under oil flow冲流电流的大小和绝缘油的流动状态密切相关㊂绝缘油的流动状态主要有三种:层流㊁湍流以及层流向湍流的过渡状态㊂由于过渡状态油流更为复杂,因此产生油流带电量更大㊂当油流处于湍流时,冲流电流与流速成2次方比例关系;油流处于层流52㊀电工电能新技术第38卷第7期向湍流的过渡时,冲流电流与流速成2~5次方的比例关系[21,22]㊂本文试验的流速设置为0~1.6m/s,表2为不同绝缘油的速度区间㊂由表2可知,油流状态处于层流向湍流的过渡状态㊂表2 绝缘油的临界平均流速Tab.2㊀Critical average flow rate of insulating oil 油流状态层流过渡状态湍流平均流速/(m/s)<1.03 1.03~2.06>2.06当绝缘油从静止到流动时,由于油流速度较低,变压器油的流动状态为层流,油流对于油纸界面的剪应力较小,油流带电程度较低,对放电造成的影响很小㊂但是由于绝缘油流动,柱电极附近绝缘纸表面的电荷无法堆积,在油流曳引力作用下被带走,并且由于绝缘油的流动,导致放电流注的形成受到了阻碍㊂因此,低流速下放电量和重复率等数据较静止下减小㊂随着油流速度提升到0.8m/s,绝缘油仍处于层流阶段,流速对于冲流电流的影响呈线性,改变的幅度不大㊂但由于油流速度的增加使油流曳引力作用进一步加强,绝缘纸板表面电荷仍无法积聚,油流对于放电流注的影响也在增大㊂通过试验数据可知,流速为0.8m/s下的放电参数仍小于静止油流下的放电参数,但是相比0.4m/s和静止下的放电数据,下降的幅度在减少㊂本文认为造成低流速下放电参数减小的原因是由油流引起的放电阻碍作用在此流速区间仍大于放电增强作用,而随流速的增大,两者间的差距正逐渐减小㊂当油流速度达到1.2m/s时,超过临界平均流速1.03m/s,油流为层流向湍流的过渡状态,此时随流速的增加,油流带电量呈2~5次方的比例增长,油流带电量较0.8m/s 下明显增大㊂从试验数据可以得到,流速为1.2m/s 下的放电参数整体较0.8m/s下增大,并且高于静止下的放电参数,这说明在此流速下油流造成的增强作用已经大于其造成的阻碍作用㊂当流速达到异常流速1.6m/s时,仍处于层流向湍流的过渡状态,但相比其他流速下,此流速下的油流带电量增大幅度更大㊂这是因为虽然在较高流速下,油流对于放电的阻碍作用也在进一步增强,但是由于油流带电量的高速增长,油流所造成的增强作用已经远大于阻碍作用,因此在流速为1.6m/s下的油纸绝缘放电参数较其他流速下增大明显㊂另外,电场强度对局部放电的影响也不容忽视[23-25]㊂由于油流带电造成与电极接触油纸界面处油侧的场强产生了严重畸变,因此,高流速下的冲流电流所引起的局部电场畸变也是引起放电增强的原因之一㊂3.3.2㊀电场的影响机理当在样品两端外施电场后,绝缘油中扩散离子会受到电场力的作用㊂由于界面处分子间的束缚作用较强,电场主要影响远离界面离子的运动,正负离子的分离速率仍由绝缘油的剪切力所决定㊂当外施电压较低时,绝缘纸板内的负离子在电压的负半周期向外扩散,而由于低电压下扩散距离有限,在正半周期离子又在电场力的作用下回到油纸界面处㊂如此反复迁移,油流带电量和未施加电场下无明显变化㊂而当外施高电压时,在负半周绝缘纸板内负离子的扩散距离足够,可以扩散到地电极,为了补充被油流带走的正离子和扩散离开界面的负离子,这些位置随后再次产生新的正负离子,达到动态平衡,因此在油纸界面处会重新起电,在油流的剪切力作用下继续分离㊂因此,外施电场强度的上升增大了正负离子的扩散作用㊂在外施高电场下,纸板中负离子的扩散电流和电场的关系为:I d(t)=qδ-b-i E p(t)(1)式中,I d(t)为扩散电流;b-i为负离子的扩散速率;E p(t)为外施交流电场场强;q为负离子数量;δ-为负离子层厚度㊂外施电压的幅值U与场强E p(t)的关系为:E p(t)=εoil U sinωt2(εoil L+εp a)(2)式中,εoil为绝缘油相对介电常数;εp为绝缘纸相对介电常数;L为绝缘纸厚度;a为油隙宽度;ω为角频率㊂联立式(1)㊁式(2)可得:I d(t)=qb-iεoil U sinωt2δ-(εoil L+εp a)(3)㊀㊀从式(3)中可以看出,在外施加高电场的情况下,扩散电流和外施电场的幅值U呈线性关系,而扩散电流等于冲流电流,因此冲流电流随着外施电压的增加逐渐增大㊂但由于油纸局部放电过程中影响因素间相互促进,冲流电流随外施电压实际呈现一种指数增长的关系㊂本文中,在外施电场增大到16~20kV区间后,油纸绝缘放电参数在不同油流下造成的影响迅速增大,本文认为该区间流速对放电参数影响的增大与外施电压达到油流带电的突变值有关,即油流带电随外施电压的突变是引起后期放电增强的原因之一㊂。