隨著我國(guó)特高壓直流輸電(UHVDC)工程的不斷建設(shè),作為UHVDC核心設(shè)備的換流變壓器(簡(jiǎn)稱(chēng):換流變)對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的責(zé)任日漸重大。近年來(lái),換流變事故多發(fā),且絕緣事故比重較高。減少換流變絕緣事故的措施為優(yōu)化絕緣結(jié)構(gòu)(主動(dòng)措施)與提高絕緣狀態(tài)在線(xiàn)評(píng)估技術(shù)(被動(dòng)措施)。局部放電(簡(jiǎn)稱(chēng):局放)不僅是引起換流變絕緣失效的主要原因之一,也是檢測(cè)換流變絕緣劣化程度的重要手段之一,其特性與機(jī)理已備受關(guān)注:局放特性的研究有助于建立完善有效的局放特征數(shù)據(jù)庫(kù),推動(dòng)換流變絕緣狀態(tài)在線(xiàn)評(píng)估技術(shù)的發(fā)展;局放機(jī)理的研究有助于發(fā)現(xiàn)局放現(xiàn)象與電荷運(yùn)動(dòng)規(guī)律的內(nèi)在聯(lián)系,推動(dòng)換流變絕緣結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。換流變閥側(cè)油紙絕緣承受電壓含高比例直流分量,使其局放特性與機(jī)理更加復(fù)雜。特別是針板局放(極不均勻電場(chǎng)下局放典型代表)不僅具有更明顯的分散性、隨機(jī)性、極性效應(yīng),還極易引發(fā)突發(fā)的、難以預(yù)測(cè)的絕緣故障。因此,換流變直流分量對(duì)油紙絕緣針板局放特性影響及其放電機(jī)理需重點(diǎn)研究。本研究搭建了交流疊加直流電壓下油紙絕緣局放實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與檢測(cè)系統(tǒng),設(shè)計(jì)了有油隙針板間隙模型、無(wú)油隙針板間隙模型、針板沿面模型,運(yùn)用脈沖電流法采集局放信號(hào),采用混合粒子群優(yōu)化小波自適應(yīng)閾值估計(jì)算法進(jìn)行去噪�；诹黧w動(dòng)力學(xué)漂移-擴(kuò)散理論與雙極性載荷子理論建立了油紙絕緣電場(chǎng)與電荷分布模型,研究了換流變直流分量對(duì)油紙絕緣針板局放特性影響及其放電機(jī)理。針對(duì)各類(lèi)局放模型,對(duì)比研究交流電場(chǎng)與直流電場(chǎng)下局放特征的相似性與差異性,包括局放典型特征隨時(shí)間變化趨勢(shì)對(duì)比、局放譜圖分布特性與演變規(guī)律對(duì)比、局放脈沖波形特性對(duì)比;在此基礎(chǔ)上研究直流電壓分量的比例與極性對(duì)局放特征的影響。此外,1)針對(duì)有油隙針板模型,依據(jù)油隙放電通道形狀對(duì)直流分量作用下的正極性局放分類(lèi),并通過(guò)仿真研究油紙界面電荷對(duì)油隙流注的影響來(lái)分析分類(lèi)機(jī)理;基于流注演變規(guī)律及局放脈沖特性,建立極不均勻電場(chǎng)下的局放等效電路模型,尋找局放脈沖與油隙流注的內(nèi)在聯(lián)系。2)針對(duì)無(wú)油隙針板模型,基于模糊聚類(lèi)分析,在局放典型特征空間中對(duì)直流分量作用下的油紙絕緣電老化階段進(jìn)行劃分,并解釋階段劃分的物理意義;基于局放典型特征與譜圖特征建立有效的電老化階段識(shí)別方法;研究直流電場(chǎng)作用下的電場(chǎng)與電荷分布,解釋各電老化階段的局放模式與機(jī)理。3)針對(duì)針板沿面模型,研究電場(chǎng)垂直分量對(duì)局放特性的影響;研究直流電場(chǎng)作用下的電場(chǎng)與電荷分布,解釋各電老化階段的放電模式與機(jī)理。對(duì)于有油隙的針板模型,研究表明:1)有油隙油紙絕緣電老化過(guò)程緩慢,局放特性受電老化時(shí)間的影響較小,但極性效應(yīng)明顯。直流分量越高,平均視在放電量Qave、放電重復(fù)率Fnc、脈沖平均等效頻率Feqave越大,脈沖平均等效時(shí)間Teqave、脈沖平均上升沿Fuave、脈沖平均下降沿Tdave越小。2)直流分量引起的界面電荷對(duì)流注發(fā)展有屏蔽作用。3)直流電場(chǎng)分量作用下的正極性局放可分為電暈放電、樹(shù)狀放電、單流注放電、多流注放電,此現(xiàn)象與界面電荷量以及油中氣泡有關(guān)。4)脈沖上升沿對(duì)應(yīng)流注傳播過(guò)程,脈沖下降沿對(duì)應(yīng)界面電荷積累過(guò)程,脈沖峰值時(shí)刻對(duì)應(yīng)流注到達(dá)紙板表面的時(shí)刻。對(duì)于無(wú)油隙的針板模型,研究表明:1)基于模糊聚類(lèi)分析,任何直流分量比例作用下的油紙電老化過(guò)程可分為起始、過(guò)渡、發(fā)展、穩(wěn)定、預(yù)擊穿五個(gè)階段。2)隨直流分量的增加,TRPD譜圖中局放分層現(xiàn)象更明顯,等效時(shí)頻譜圖甚至出現(xiàn)全拱形。3)提出了基于局放雷達(dá)譜圖的可視化識(shí)別法與基于局放譜圖小波矩不變量的高精度識(shí)別法。4)Qave、Fnc與Feqave隨直流分量的增加而降低,Teqave與Tuave隨直流分量的增加而增高。局放典型特征具有明顯的極性效應(yīng)。5)起始階段以徑(橫)向沿面放電為主;過(guò)渡階段以小橋放電為主;發(fā)展階段與穩(wěn)定階段以油隙流注放電為主;預(yù)擊穿階段以軸(縱)向沿面放電為主。對(duì)于針板沿面模型,研究表明:1)強(qiáng)垂直分量下,紙板劣化痕跡分為內(nèi)部擊穿痕跡、沿面閃絡(luò)痕跡、復(fù)合痕跡;弱垂直分量下,只產(chǎn)生沿面閃絡(luò)痕跡。不同直流分量比例下,痕跡類(lèi)型占比不同。2)油紙絕緣沿面劣化過(guò)程均分為起始、發(fā)展、擊穿三個(gè)階段。直流分量對(duì)強(qiáng)垂直分量下的放電特征影響更大,對(duì)發(fā)展階段與擊穿階段的放電特征影響更大。3)直流分量作用下,TRPD譜圖出現(xiàn)分層分段分布,易出現(xiàn)殘余電荷放電現(xiàn)象。4)正極性沿面流注分為強(qiáng)自持、弱自持、穩(wěn)定三個(gè)階段。強(qiáng)垂直分量下,油紙界面產(chǎn)生滯留電荷,形成流注痕跡。弱垂直分量下,易產(chǎn)生二次流注(正極性下)和反向沿面流注(負(fù)極性下)。本研究得到的流注演變規(guī)律與局放機(jī)理可為換流變絕緣結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供理論基礎(chǔ),同時(shí)提出的高效電老化識(shí)別方法也推動(dòng)了油紙絕緣狀態(tài)評(píng)估技術(shù)的發(fā)展。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TM855
【部分圖文】：

緣更易擊穿［４４］。逡逑華北電力大學(xué)李成榕教授課題組對(duì)交直流復(fù)合電壓下油紙絕緣典型缺陷放逡逑電現(xiàn)象及特性進(jìn)行了一系列研究［４６］。課題組設(shè)計(jì)了氣隙［４７］、柱板沿面［４８］、球板逡逑［４９］、匝間模型［５Ｑ］等局放模型，討論了各類(lèi)局放模式的統(tǒng)計(jì)特性與譜圖特性，定性逡逑地描述了各類(lèi)模型空間電場(chǎng)與電荷分布規(guī)律，并基于平均視在放電量、脈沖重復(fù)逡逑率、總烴體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化趨勢(shì)將各類(lèi)局放發(fā)展過(guò)程分為起始階段、發(fā)展階逡逑段、鄰近擊穿階段［４６，５°］。另外，課題組進(jìn)一步詳細(xì)研宄了氣隙模型的局放特性：逡逑（１）建立了復(fù)合電壓下油紙絕緣氣隙結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型（圖１－４），發(fā)現(xiàn)直流分量逡逑可抑制局放重復(fù)率與視在放電量、提高局放起始電壓、改變ＰＲＰＤ譜圖的相位分逡逑布［５１］；邋（２）研究了不同電老化階段局放特性，發(fā)現(xiàn)局放發(fā)展的突變現(xiàn)象，總結(jié)各逡逑階段局放特征，為換流變絕緣故障診斷提供依據(jù)［５２］；邋（３）研宄直流分量對(duì)局放特逡逑性的影響（圖１－５），發(fā)現(xiàn)氣隙放電產(chǎn)生的空間電荷所形成的反向電場(chǎng)使起始電壓逡逑和擊穿電壓隨著直流分量的增加而增大［５３１。逡逑１邐Ｈ邐ｈ３邐ｈｉ邐Ｕ７逡逑＊

緣更易擊穿［４４］。逡逑華北電力大學(xué)李成榕教授課題組對(duì)交直流復(fù)合電壓下油紙絕緣典型缺陷放逡逑電現(xiàn)象及特性進(jìn)行了一系列研究［４６］。課題組設(shè)計(jì)了氣隙［４７］、柱板沿面［４８］、球板逡逑［４９］、匝間模型［５Ｑ］等局放模型，討論了各類(lèi)局放模式的統(tǒng)計(jì)特性與譜圖特性，定性逡逑地描述了各類(lèi)模型空間電場(chǎng)與電荷分布規(guī)律，并基于平均視在放電量、脈沖重復(fù)逡逑率、總烴體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化趨勢(shì)將各類(lèi)局放發(fā)展過(guò)程分為起始階段、發(fā)展階逡逑段、鄰近擊穿階段［４６，５°］。另外，課題組進(jìn)一步詳細(xì)研宄了氣隙模型的局放特性：逡逑（１）建立了復(fù)合電壓下油紙絕緣氣隙結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型（圖１－４），發(fā)現(xiàn)直流分量逡逑可抑制局放重復(fù)率與視在放電量、提高局放起始電壓、改變ＰＲＰＤ譜圖的相位分逡逑布［５１］；邋（２）研究了不同電老化階段局放特性，發(fā)現(xiàn)局放發(fā)展的突變現(xiàn)象，總結(jié)各逡逑階段局放特征，為換流變絕緣故障診斷提供依據(jù)［５２］；邋（３）研宄直流分量對(duì)局放特逡逑性的影響（圖１－５），發(fā)現(xiàn)氣隙放電產(chǎn)生的空間電荷所形成的反向電場(chǎng)使起始電壓逡逑和擊穿電壓隨著直流分量的增加而增大［５３１。逡逑１邐Ｈ邐ｈ３邐ｈｉ邐Ｕ７逡逑＊

度梯度對(duì)紙板內(nèi)部電荷分布的影響［ｎｓ］。武漢大學(xué)的阮江軍教授結(jié)合肖特基注入逡逑理論，提出．了一種基于瞬態(tài)上流元法的雙極性載荷子遷移方程求解方法［１１９］（求逡逑解流程見(jiàn)圖１－８），并探究了注入勢(shì)壘、載荷子擴(kuò)散率與遷移率，陷阱分布等參數(shù)逡逑對(duì)電荷分布的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型解法的有效性［１２（），１２｜］。逡逑邐求解逡逑邐（對(duì)流邐邋邋Ａ逡逑邐！邐肖特？電邐方程．邐將電＇荷密邐／＼逡逑邐！邐求解泊松邐了？發(fā)射訃邐計(jì)算邐戌代入泊邐／是否＼邐邐逡逑初始交＿邋 方程得到邐，？電極表＿．邋ｆ邐＿．松靡ｒ邋＿ｙ達(dá)到、撪．求解完成逡逑電荷分布邐初始空間Ｔ＂＊面電荷密邐時(shí)間邐５？．該時(shí)刻￣＼穩(wěn)定／￣分析結(jié)果逡逑邐邋電場(chǎng)分布邐Ｓ作為邊邐步的邐空間電場(chǎng)邐＼條件／逡逑邐１邐界條件邐空間邐強(qiáng)埯邐＼邋／逡逑邐邋電荷邐邋邋Ｙ逡逑Ｉ密度邐否逡逑圖１－８瞬態(tài)上流元法計(jì)算流程逡逑綜上所述，油浸紙板內(nèi)部電場(chǎng)與電荷分布特性的研究主要包括實(shí)驗(yàn)研究與仿逡逑８逡逑

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