絕緣油中金屬顆粒在流動狀態(tài)下產(chǎn)生的局部放電特性及影響因素研究.pdf

1、隨著全球能源互聯(lián)網(wǎng)理念的提出，特高壓電網(wǎng)的建設(shè)和運行邁上了更高的階層，其中大型電力變壓器作為構(gòu)成特高壓電網(wǎng)的最基礎(chǔ)設(shè)備之一，其安全可靠運行程度對整個電網(wǎng)存在巨大的影響。但電力變壓器在制造、運輸、現(xiàn)場加注、運行和維修等環(huán)節(jié)中會不可避免地使絕緣油中出現(xiàn)一定量的金屬顆粒，這些金屬顆粒缺陷是引發(fā)電力變壓器事故的重要因素之一。因此，為了保證電力變壓器的安全穩(wěn)定運行，國內(nèi)外對絕緣介質(zhì)中金屬顆粒引起的局部放電（簡稱PD）特性開展了大量的研究。但到目前

2、為止，國內(nèi)外學者研究的對象都是處于靜止狀態(tài)下的金屬顆粒放電特性。而在大型電力變壓器的潛油泵及溫差作用下，變壓器內(nèi)部的絕緣油是處于流動狀態(tài)而非靜止，此時金屬顆粒的PD特性及影響因素與靜止狀態(tài)下大不一樣，這些問題還是尚待深入研究的前沿課題。為此，本文在分析大型電力變壓器典型油道結(jié)構(gòu)的同時，結(jié)合油道電場分布狀況，設(shè)計反映典型油道結(jié)構(gòu)的物理實驗?zāi)Ｐ停瑯?gòu)建絕緣油中金屬顆粒的流動狀態(tài)數(shù)學仿真模型，在理論分析流動油中金屬顆粒運動軌跡及分布特點的基礎(chǔ)上

3、，研究了絕緣油中金屬顆粒在流動狀態(tài)下產(chǎn)生的PD特性和影響因素及作用機制。具體工作如下：
　?、俑鶕?jù)大型電力變壓器內(nèi)部典型油道結(jié)構(gòu)的特點，同時按照實際運行條件下變壓器油道中的流速大小、金屬顆粒尺寸和數(shù)目、油溫范圍以及油道電場等情況，研究實驗中各項條件選取的合理范圍，設(shè)計出能模擬變壓器內(nèi)部典型油道結(jié)構(gòu)的實驗平臺以及實驗分析方法；采用有限元法對所研制的油道內(nèi)部電場進行仿真分析。仿真和實測結(jié)果表明：所研制的絕緣油中金屬顆粒在流動狀態(tài)下的P

4、D實驗平臺能夠有效地模擬真實電力變壓器典型油道中的金屬顆粒PD現(xiàn)象，為系統(tǒng)研究絕緣油中金屬顆粒在流動狀態(tài)下的PD及影響因素奠定了實驗基礎(chǔ)。
　?、谠诜治鼋饘兕w粒在流動油中運動時的固-液兩相流基礎(chǔ)上，對金屬顆粒受到的各種力進行了詳細的分析，并采用流體力學經(jīng)典軟件 Fluent對金屬顆粒的運動軌跡及分布特點進行了仿真分析，還分析了顆粒尺寸、油流速度、電場強度和顆粒數(shù)目等對金屬顆粒運動軌跡及分布的影響。研究發(fā)現(xiàn)：油流速度的增加使金屬顆粒

5、群減少了與電極碰撞的頻次，且以較短的時間通過電場區(qū)域；隨著顆粒尺寸的增大，金屬顆粒與下電極板的碰撞次數(shù)明顯增多；油道電場強度的增強使金屬顆粒群與電極板的碰撞和反彈次數(shù)明顯增多，運動時在豎直方向上的振蕩更加頻繁；金屬顆粒數(shù)目的增加使金屬顆粒群與電極的碰撞次數(shù)明顯增多。
　?、墼谘兄频膶嶒炏到y(tǒng)的基礎(chǔ)上，開展了大量的金屬顆粒放電實驗，分析了絕緣油處于靜止和流動兩種不同狀態(tài)下金屬顆粒引起的單次PD脈沖電流波形，同時分析了兩種狀態(tài)下的單次P

6、D UHF信號及其FFT變換，接著構(gòu)造了兩種狀態(tài)下的Φ-U-N放電三維圖譜，并提取了放電次數(shù)、放電幅值、放電時間間隔、等值累積放電量和信號熵值等統(tǒng)計特征參數(shù)，最后總結(jié)了絕緣油中金屬顆粒在流動狀態(tài)下放電的四種類型。研究結(jié)果表明：由于金屬顆粒放電的分散性較大，無法單純從單次放電波形中區(qū)分兩種狀態(tài)下的放電特性。但在構(gòu)建的Φ-U-N放電三維圖譜及從中提取的統(tǒng)計特征參量中可以發(fā)現(xiàn)兩者的區(qū)別，靜止狀態(tài)下較流動狀態(tài)下，放電次數(shù)更多，放電幅值更大，放電

7、間隔時間更短，等值累積放電能量更大，信號熵值也更大。即靜止狀態(tài)下更容易產(chǎn)生PD，油流的運動一定程度上降低了金屬顆粒放電的劇烈程度。絕緣油中金屬顆粒在流動狀態(tài)下的放電可以歸納為球-板電荷轉(zhuǎn)移、球-球電荷轉(zhuǎn)移、微放電和電暈放電四種類型。
　　④在采集大量實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，提取起始放電電壓、PRPD模式及多個統(tǒng)計特征參數(shù)后，分別研究了油流速、顆粒尺寸、顆粒數(shù)量對金屬顆粒在流動狀態(tài)下PD特性的影響規(guī)律，利用上述金屬顆粒運動軌跡和分布隨影響