絕緣油中金屬顆粒在流動(dòng)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(yùn)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(yùn)行程度對(duì)整個(gè)電網(wǎng)存在巨大的影響。但電力變壓器在制造、運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)加注、運(yùn)行和維修等環(huán)節(jié)中會(huì)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(yùn)行，國(guó)內(nèi)外對(duì)絕緣介質(zhì)中金屬顆粒引起的局部放電（簡(jiǎn)稱PD）特性開(kāi)展了大量的研究。但到目前

2、為止，國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的對(duì)象都是處于靜止?fàn)顟B(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(dòng)狀態(tài)而非靜止，此時(shí)金屬顆粒的PD特性及影響因素與靜止?fàn)顟B(tài)下大不一樣，這些問(wèn)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(shí)，結(jié)合油道電場(chǎng)分布狀況，設(shè)計(jì)反映典型油道結(jié)構(gòu)的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?gòu)建絕緣油中金屬顆粒的流動(dòng)狀態(tài)數(shù)學(xué)仿真模型，在理論分析流動(dòng)油中金屬顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡及分布特點(diǎn)的基礎(chǔ)上

3、，研究了絕緣油中金屬顆粒在流動(dòng)狀態(tài)下產(chǎn)生的PD特性和影響因素及作用機(jī)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(diǎn)，同時(shí)按照實(shí)際運(yùn)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(chǎng)等情況，研究實(shí)驗(yàn)中各項(xiàng)條件選取的合理范圍，設(shè)計(jì)出能模擬變壓器內(nèi)部典型油道結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以及實(shí)驗(yàn)分析方法；采用有限元法對(duì)所研制的油道內(nèi)部電場(chǎng)進(jìn)行仿真分析。仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果表明：所研制的絕緣油中金屬顆粒在流動(dòng)狀態(tài)下的P

4、D實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠有效地模擬真實(shí)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(dòng)狀態(tài)下的PD及影響因素奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　②在分析金屬顆粒在流動(dòng)油中運(yùn)動(dòng)時(shí)的固-液兩相流基礎(chǔ)上，對(duì)金屬顆粒受到的各種力進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并采用流體力學(xué)經(jīng)典軟件 Fluent對(duì)金屬顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡及分布特點(diǎn)進(jìn)行了仿真分析，還分析了顆粒尺寸、油流速度、電場(chǎng)強(qiáng)度和顆粒數(shù)目等對(duì)金屬顆粒運(yùn)動(dòng)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(shí)間通過(guò)電場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度的增強(qiáng)使金屬顆粒群與電極板的碰撞和反彈次數(shù)明顯增多，運(yùn)動(dòng)時(shí)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?shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了大量的金屬顆粒放電實(shí)驗(yàn)，分析了絕緣油處于靜止和流動(dòng)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(shí)分析了兩種狀態(tài)下的單次P

6、D UHF信號(hào)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(shí)間間隔、等值累積放電量和信號(hào)熵值等統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)，最后總結(jié)了絕緣油中金屬顆粒在流動(dòng)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(wú)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(jì)特征參量中可以發(fā)現(xiàn)兩者的區(qū)別，靜止?fàn)顟B(tài)下較流動(dòng)狀態(tài)下，放電次數(shù)更多，放電幅值更大，放電

7、間隔時(shí)間更短，等值累積放電能量更大，信號(hào)熵值也更大。即靜止?fàn)顟B(tài)下更容易產(chǎn)生PD，油流的運(yùn)動(dòng)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(dòng)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。
　?、茉诓杉罅繉?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，提取起始放電電壓、PRPD模式及多個(gè)統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)后，分別研究了油流速、顆粒尺寸、顆粒數(shù)量對(duì)金屬顆粒在流動(dòng)狀態(tài)下PD特性的影響規(guī)律，利用上述金屬顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡和分布隨影響