發(fā)布時(shí)間：2017-08-08 00:06

  本文關(guān)鍵詞：強(qiáng)電—熱耦合應(yīng)力下高頻變壓器絕緣局部放電特性與損傷機(jī)理研究

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【摘要】：高頻變壓器作為一種高度可控的新型智能輸變電設(shè)備,在未來(lái)輸電領(lǐng)域尤其是柔性直流輸電方面具有廣闊的應(yīng)用前景。但由于高頻變壓器復(fù)雜苛刻的運(yùn)行工況,其聚酰亞胺(Polyimide, PI)絕緣在長(zhǎng)期強(qiáng)電-熱耦合應(yīng)力作用下容易產(chǎn)生放電、過(guò)熱等缺陷以致絕緣失效,嚴(yán)重威脅其運(yùn)行可靠性。在目前已有的研究中,關(guān)于強(qiáng)電-熱耦合應(yīng)力對(duì)高頻絕緣局部放電特性影響及絕緣損傷微觀機(jī)理尚不明晰。因此有必要根據(jù)高頻變壓器的實(shí)際運(yùn)行工況,研究高頻正弦電壓下PI絕緣的局部放電特性及熱應(yīng)力下的微觀裂解機(jī)理,揭示強(qiáng)電-熱耦合應(yīng)力對(duì)高頻絕緣特性的作用機(jī)制。本文建立了用于模擬頻變電-熱復(fù)合應(yīng)力的高頻電壓下電熱聯(lián)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。采用寬帶脈沖電流傳感器進(jìn)行泄漏電流測(cè)量,基于Lab View平臺(tái)的局部放電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)控制示波器將所測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞到計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)。采用小波閾值濾波法和相位開(kāi)窗取點(diǎn)法提取局部放電信號(hào),引入平均放電次數(shù)、平均放電幅值及φ-q-n放電密度譜圖表征高頻電壓下的局部放電特性。利用所建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研究了不同頻率和溫度下的局部放電特性,通過(guò)對(duì)不同工況下放電數(shù)據(jù)與放電形態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)在高頻正弦電壓下,局部放電主要發(fā)生在正／負(fù)半周的快速上升/下降沿處,波形峰值處只有少量放電,而其它相位基本沒(méi)有放電產(chǎn)生；當(dāng)溫度一定時(shí),在10kHz-40kHz頻率范圍內(nèi),隨著頻率的升高,平均放電次數(shù)、平均放電幅值和最大放電幅值均呈下降趨勢(shì)；當(dāng)頻率一定時(shí),在30℃-160℃溫度范圍內(nèi),隨著溫度的升高,平均放電次數(shù)、平均放電幅值均呈增加趨勢(shì),且溫度對(duì)高頻下局部放電特征量的影響程度大于低頻；頻率主要通過(guò)改變空氣間隙中的殘余電壓來(lái)影響局部放電參量；溫度則通過(guò)改變初始熱電子發(fā)射概率和空間電荷的耗散行為來(lái)影響局部放電特性。本文還引入基于ReaxFF (Reactive force field)的反應(yīng)分子動(dòng)力學(xué)仿真手段,研究了高頻致熱效應(yīng)對(duì)PI絕緣裂解過(guò)程的微觀作用機(jī)制。發(fā)現(xiàn)PI分子初始斷鍵類(lèi)型均為酰亞胺環(huán)上C-N鍵,而連接兩苯環(huán)的C-N鍵斷裂是PI分子主鏈斷裂的主要原因；C02和CN是PI高溫裂解的主要產(chǎn)物,同時(shí)也會(huì)生成H2O、CO、H2等小分子產(chǎn)物；C02的產(chǎn)生需要酰亞胺環(huán)中的1個(gè)C-N鍵斷裂,且(-C(=O)-O-C-)結(jié)構(gòu)有助于C02的生成；CN的形成則需要酰亞胺環(huán)中2個(gè)C-N鍵接連斷裂及苯環(huán)發(fā)生脫碳反應(yīng)。通過(guò)上述分析,本文從原子層面揭示了P1絕緣在高頻致熱作用下的劣化損傷機(jī)理。
【關(guān)鍵詞】：高頻變壓器 局部放電特性 強(qiáng)電-熱耦合應(yīng)力 反應(yīng)分子動(dòng)力學(xué) 裂解
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TM855
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 選題背景與研究意義10-11
• 1.2 研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 高頻絕緣局部放電特性方面11-14
• 1.2.2 高頻絕緣微觀損傷機(jī)理方面14-16
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容16-17
• 第2章 強(qiáng)電-熱耦合應(yīng)力下局部放電測(cè)量系統(tǒng)17-25
• 2.1 電熱聯(lián)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)17-18
• 2.2 放電數(shù)據(jù)采集和提取方法18-23
• 2.2.1 放電數(shù)據(jù)采集18-19
• 2.2.2 小波閾值去噪19-21
• 2.2.3 相位開(kāi)窗取點(diǎn)21-23
• 2.3 局部放電特性表征方法23-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第3章 強(qiáng)電-熱耦合應(yīng)力下高頻絕緣的局部放電特性25-37
• 3.1 實(shí)驗(yàn)方案25-26
• 3.2 不同電-熱耦合應(yīng)力下的局部放電特性26-30
• 3.2.1 頻率對(duì)局部放電特性的影響26-28
• 3.2.2 溫度對(duì)局部放電特性的影響28-30
• 3.3 頻率與溫度對(duì)局部放電特性的影響機(jī)理30-34
• 3.3.1 頻率對(duì)局部放電特性的影響機(jī)理30-32
• 3.3.2 溫度對(duì)局部放電特性的影響機(jī)理32-34
• 3.4 強(qiáng)電-熱耦合應(yīng)力對(duì)絕緣表面微觀形貌的影響34-36
• 3.4.1 溫度對(duì)表面形貌的影響34-35
• 3.4.2 擊穿點(diǎn)的表面形貌35-36
• 3.5 本章小結(jié)36-37
• 第4章 高頻絕緣熱裂解過(guò)程的反應(yīng)分子動(dòng)力學(xué)模擬37-51
• 4.1 仿真體系的構(gòu)建與參數(shù)優(yōu)化37-41
• 4.1.1 ReaxFF反應(yīng)力場(chǎng)37-39
• 4.1.2 PI分子仿真模型構(gòu)建39-40
• 4.1.3 PI裂解模擬細(xì)節(jié)40-41
• 4.2 高頻絕緣劣化過(guò)程41-46
• 4.2.1 高頻絕緣初始裂解規(guī)律41-44
• 4.2.2 高頻絕緣裂解產(chǎn)物規(guī)律44-46
• 4.3 高頻絕緣主要產(chǎn)物生成路徑46-49
• 4.4 聚酰亞胺裂解的動(dòng)力學(xué)分析49-50
• 4.5 本章小結(jié)50-51
• 第5章 結(jié)論與展望51-52
• 5.1 結(jié)論51
• 5.2 展望51-52
• 參考文獻(xiàn)52-57
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果57-59
• 致謝59

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