發(fā)布時間：2020-10-08 22:48

　　 隨著我國特高壓直流輸電(UHVDC)工程的不斷建設(shè),作為UHVDC核心設(shè)備的換流變壓器(簡稱:換流變)對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的責(zé)任日漸重大。近年來,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)(主動措施)與提高絕緣狀態(tài)在線評估技術(shù)(被動措施)。局部放電(簡稱: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,推動換流變絕緣狀態(tài)在線評估技術(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)動規(guī)律的內(nèi)在聯(lián)系,推動換流變絕緣結(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)測的絕緣故障。因此,換流變直流分量對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)平臺與檢測系統(tǒng),設(shè)計了有油隙針板間隙模型、無油隙針板間隙模型、針板沿面模型,運(yùn)用脈沖電流法采集局放信號,采用混合粒子群優(yōu)化小波自適應(yīng)閾值估計算法進(jìn)行去噪�；诹黧w動力學(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與電荷分布模型,研究了換流變直流分量對油紙絕緣針板局放特性影響及其放電機(jī)理。針對各類局放模型,對比研究交流電場與直流電場下局放特征的相似性與差異性,包括局放典型特征隨時間變化趨勢對比、局放譜圖分布特性與演變規(guī)律對比、局放脈沖波形特性對比;在此基礎(chǔ)上研究直流電壓分量的比例與極性對局放特征的影響。此外,1)針對有油隙針板模型,依據(jù)油隙放電通道形狀對直流分量作用下的正極性局放分類,并通過仿真研究油紙界面電荷對油隙流注的影響來分析分類機(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)針對無油隙針板模型,基于模糊聚類分析,在局放典型特征空間中對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別方法;研究直流電場作用下的電場與電荷分布,解釋各電老化階段的局放模式與機(jī)理。3)針對針板沿面模型,研究電場垂直分量對局放特性的影響;研究直流電場作用下的電場與電荷分布,解釋各電老化階段的放電模式與機(jī)理。對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程緩慢,局放特性受電老化時間的影響較小,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流注發(fā)展有屏蔽作用。3)直流電場分量作用下的正極性局放可分為電暈放電、樹狀放電、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)脈沖上升沿對應(yīng)流注傳播過程,脈沖下降沿對應(yīng)界面電荷積累過程,脈沖峰值時刻對應(yīng)流注到達(dá)紙板表面的時刻。對于無油隙的針板模型,研究表明:1)基于模糊聚類分析,任何直流分量比例作用下的油紙電老化過程可分為起始、過渡、發(fā)展、穩(wěn)定、預(yù)擊穿五個階段。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)譜圖的可視化識別法與基于局放譜圖小波矩不變量的高精度識別法。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,痕跡類型占比不同。2)油紙絕緣沿面劣化過程均分為起始、發(fā)展、擊穿三個階段。直流分量對強(qiáng)垂直分量下的放電特征影響更大,對發(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),同時提出的高效電老化識別方法也推動了油紙絕緣狀態(tài)評估技術(shù)的發(fā)展。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：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，討論了各類局放模式的統(tǒng)計特性與譜圖特性，定性逡逑地描述了各類模型空間電場與電荷分布規(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)隨時間的變化趨勢將各類局放發(fā)展過程分為起始階段、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，討論了各類局放模式的統(tǒng)計特性與譜圖特性，定性逡逑地描述了各類模型空間電場與電荷分布規(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)隨時間的變化趨勢將各類局放發(fā)展過程分為起始階段、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］（求逡逑解流程見圖１－８），并探究了注入勢壘、載荷子擴(kuò)散率與遷移率，陷阱分布等參數(shù)逡逑對電荷分布的影響，通過實(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＂＊面電荷密邐時間邐５？．該時刻￣＼穩(wěn)定／￣分析結(jié)果逡逑邐邋電場分布邐Ｓ作為邊邐步的邐空間電場邐＼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)上流元法計算流程逡逑綜上所述，油浸紙板內(nèi)部電場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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本文編號：2832864