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油浸绝缘纸局部放电损伤特性研究

严家明  
【摘要】:一直以来局部放电都被认为是引起绝缘材料劣化的主要原因之一。油纸绝缘是电力变压器内绝缘的主要形式,其在生产、运输、装配和运行过程中不可避免地产生各种潜伏性缺陷,导致运行中产生局部放电,对绝缘材料造成损伤甚至引发击穿事故,严重威胁变压器安全、可靠运行;随着电压等级提高,局部放电对绝缘材料的损伤将变得愈加突出。因此,深入研究局部放电对油浸绝缘纸材料的损伤特性,对于丰富固体绝缘材料击穿理论,开发新型耐局部放电绝缘材料,提高基于局部放电的绝缘故障诊断能力,从而从根本上抑制或减缓局部放电对绝缘材料的损伤,无疑具有重要理论意义和实际应用前景。 本文根据CIGRE MethodⅡ标准设计了油浸绝缘纸内部扁平气隙模型,在实验室中展开了几百小时的局部放电损伤试验,并由局部放电相位分布模式(Phase-resolved Partial Discharge, PRPD)划分损伤阶段;采用光学显微镜、扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、气-质联动仪和气体测量模型等材料分析手段,分析了不同损伤阶段油浸绝缘纸的表面形貌、表面产物、微观结构等材料特征以及气隙气体;采用高阻仪、宽带介电谱测试系统、柱-柱电极系统以及空间电荷测试仪等电气分析手段,分析了不同损伤阶段油浸绝缘纸的极化、电导、损耗、击穿及空间电荷密度等电气性能;同时采用材料分析和电气分析相结合的方式,探讨了油浸绝缘纸损伤与电学性能之间的有机关联性。论文取得的创新性研究成果主要有: 研究获得了油浸绝缘纸损伤过程中局部放电灰度图像、二维相位分布图及其特征量的变化规律,为提取局部放电新特征信息奠定了基础。 首次研究了局部放电对油浸绝缘纸表面损伤的微观形貌,得到了局部放电损伤过程中油浸绝缘纸表面形貌和表面粗糙度的变化规律和发展趋势,分析了在局部放电作用下绝缘纸微区结构中晶区和无定形区分子链结构变化的差异以及表面损伤对缺陷电场的畸变。 首次研究了局部放电对油浸绝缘纸表面损伤的产物,确定了损伤过程中油浸绝缘纸表面“液滴”和晶状“固体”的主要成分;得到了局部放电损伤过程中气隙气体体积、组分的变化规律;分析了表面产物的形成过程以及气体变化对局部放电形式转换的影响。 首次研究了局部放电对油浸绝缘纸损伤的体相性能,得到了局部放电损伤过程中油浸绝缘纸的结晶度、取向度、晶粒尺寸等聚集态结构特征变化以及其极化、电导、损耗、击穿等电气性能变化趋势,分析了微观结构和电气性能之间的关联性。 在对局部放电信号和油浸绝缘纸损伤研究基础上,进一步分析了局部放电与绝缘损伤之间的关联性,得到局部放电灰度图像、二维相位分布图及其特征量分别与绝缘材料表面损伤和气隙气体之间所具有的相关性;得出表面电导率、表面粗糙度对放电模式形状特征的影响。为判断油浸绝缘纸表面损伤状况及气隙缺陷发展状况提供了参考信息。


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