研究氣隙對回復電壓參數(shù)的影響規(guī)律,電力論文

研究氣隙對回復電壓參數(shù)的影響規(guī)律,電力論文油紙絕緣變壓器在電力系統(tǒng)中是非常重要的樞紐設(shè)備,其安全運行直接關(guān)系到整個電力系統(tǒng)正常穩(wěn)定工作,而引起變壓器故障的主要原由于其絕緣老化或受潮,所以能夠?qū)ψ儔浩鹘^緣狀態(tài)的準確評估具有重要意義.近些年,以介質(zhì)響應理論為基礎(chǔ),涌現(xiàn)出多種新興的油紙絕緣變壓器絕緣狀態(tài)診斷方式方法,包括回復電壓測量法(RVM)、極化去極化電流法(PDC)和頻域譜法(FDS)等,華而不實RVM更易于現(xiàn)場線路布局,具有較好的抗干擾能力、單次測試獲取的信息量大等優(yōu)點,而相對于傳統(tǒng)檢測法而言,回復電壓法又可對變壓器現(xiàn)場無損絕緣狀態(tài)診斷.因而,回復電壓法仍具有很好的應用前景,且對其深切進入研究也是很有價值和意義的.國內(nèi)外對基于回復電壓的變壓器絕緣系統(tǒng)狀態(tài)診斷法作了很多研究工作,此前,基于RVM對不同變壓器的大量測試結(jié)果驗證了該法的有效性,也有不少學者研究了溫度、濕度、水分等對回復電壓特征量的影響,但根據(jù)回復電壓法對油紙絕緣系統(tǒng)氣隙(氣泡)的研究尚少.當絕緣系統(tǒng)外加電壓超過一定值后,系統(tǒng)中的氣隙將易引發(fā)局部放電,若任其發(fā)展,對變壓器的絕緣毀壞是毀壞滅亡性的,所以對油紙絕緣系統(tǒng)氣隙的準確檢測研究是很有必要的.但由于油紙絕緣變壓器詳細的介質(zhì)響應機理復雜,所以引用回復電壓法對油紙絕緣狀態(tài)的準確診斷仍需要采集更多的現(xiàn)場數(shù)據(jù)來進行分析和驗證,而實際中,能夠?qū)τ图埥^緣變壓器進行測試的時機并不多,只要當變壓器停機檢修時才可同步進行回復電壓測試,且測試時間也不充裕.因而,該文建立回復電壓模擬測試實驗平臺,在其基礎(chǔ)上,主要研究氣隙對回復電壓參數(shù)的影響規(guī)律,通過模擬實驗為深切進入探究充分應用回復電壓法對油紙絕緣狀態(tài)準確診斷打下基礎(chǔ).1、回復電壓測量原理回復電壓法以介質(zhì)響應理論為基礎(chǔ),通過在絕緣介質(zhì)兩端施加直流高壓,進行充放電處理后,由于絕緣介質(zhì)的極化特性,可獲取絕緣兩端的回復電壓,研究其與老化受潮之間的對應關(guān)系,進而建立回復電壓法對絕緣狀態(tài)診斷的相關(guān)根據(jù).回復電壓法的一次測試流程包括充電、放電、測量和松弛4個階段,其測量電路如此圖1所示.詳細測試步驟:1)首先斷開開關(guān)S2,S3,閉合開關(guān)S1,直流電源U對變壓器進行充電,絕緣介質(zhì)呈現(xiàn)極化反響,在介質(zhì)兩端束縛大量電荷;2)經(jīng)過充電時間tc后,斷開開關(guān)S1,閉合開關(guān)S2,開關(guān)S3仍保持斷開狀態(tài),對變壓器進行放電,則其處于去極化經(jīng)過,原兩極束縛電荷被釋放為自由電荷,產(chǎn)生去極化電流;3)當放電時間到達放電時間td時,斷開開關(guān)S1和S2,接通開關(guān)S3,若去極化經(jīng)過還在繼續(xù),剩余的自由電荷將在兩極構(gòu)成回復電壓,并對其回復電壓參數(shù)進行記錄;4)將變壓器殘存余留電荷徹底放電,為下次測試做準備.此經(jīng)過產(chǎn)生的回復電壓曲線如此圖2所示.一個測試周期中可獲取回復電壓的3個主要參數(shù)(回復電壓最大值Urmax、初始斜率Sr以及回復電壓峰值時間tpeak),通過調(diào)控充電時間tc,循環(huán)記錄相應充電時間tc下的各參數(shù),并生成各次的回復電壓最大值Urmax與充電時間tc之間的變化關(guān)系曲線,即回復電壓極化譜.2、回復電壓模擬實驗2.1油紙絕緣系統(tǒng)實驗模型油紙絕緣變壓器的絕緣系統(tǒng)主要由變壓器油、隔板和撐條等組成,其剖面排列構(gòu)造如此圖3所示,油紙絕緣系統(tǒng)主要位于高低壓繞組之間,由于撐條的加固作用,變壓器油與隔板交替排列.根據(jù)圖3,選取華而不實的構(gòu)造單元作為本油紙絕緣系統(tǒng)的實驗模型,如此圖4所示,而隔板和撐條的成分都為纖維素,所以在實驗中將二者簡化為一樣材料的變壓器絕緣紙.2.2實驗裝置及步驟實驗裝置主要有RVM5461回復電壓測試儀和盛樣裝置,實驗裝置及其接線方式如此圖5所示,實驗材料為0.1mm變壓器絕緣紙(單層)和25號變壓器油.實驗詳細步驟:1)清洗盛樣裝置與實驗用的電極,并進行徹底枯燥;2)將新變壓器絕緣油參加到盛樣裝置;3)將所需實驗項目的絕緣紙平坦放在油中的負電極上,為了降低裝置對試品極化效果的影響,將電極與絕緣紙放于裝置中心位置;4)待絕緣紙都被絕緣油浸透均勻時,正電極覆蓋于絕緣紙上面;5)關(guān)上盛樣裝置的密封蓋;6)分別將正、負電極的外接引線連接到RVM5461儀器的兩極探測線;7)檢查接線并確認開場實驗,打開RVM5461電源開關(guān),設(shè)置極化電壓、充放電時間比(該文取2)、充電時間范圍等量;8)依次進行各充電時間下的回復電壓測試,并保存其間獲取的回復電壓參數(shù);9)實驗結(jié)束,記錄數(shù)據(jù)以及自動生成的回復電壓極化譜;10)重新調(diào)整量,進行下一個實驗項目.3、實驗結(jié)果及分析3.1極化電壓對回復電壓曲線的影響通過RVM5461獲取回復電壓數(shù)據(jù),依次改變極化電壓(分別選取200,400和600V)和充電時間tc,并進行回復電壓測試,得到各次的回復電壓曲線,如此圖6所示.各充電時間下的回復電壓曲線與極化電壓成正比例關(guān)系,即回復電壓隨著極化電壓的增大而增大,這是由于極化電壓增大,絕緣系統(tǒng)的極化經(jīng)過更強烈,進而聚集大量電荷導致產(chǎn)生較大的回復電壓.考慮到實驗室外在干擾不大,且絕緣系統(tǒng)相對簡單并不需要太高實驗電壓,而為便于觀察,該文將極化電壓設(shè)置為400V.為將油紙絕緣系統(tǒng)中所隱含的所有極化信息完好反映出來,對各不同充電時間下的回復電壓曲線進行測試,獲取對應參數(shù),并將它們與充電時間相結(jié)合.3.2氣隙對回復電壓最大值的影響絕緣系統(tǒng)氣隙對各充電時間下的回復電壓最大值Urmax構(gòu)成的關(guān)系曲線(回復電壓極化譜)影響較大,如此圖7所示.由圖7可知,極化譜前端出現(xiàn)局部峰值,由于空氣主要成分為非極性電介質(zhì),在外電場作用下,產(chǎn)生感應偶極矩,在電介質(zhì)外表出現(xiàn)極化電荷,而該部分極化建立時間較小,當外加電場移去后,感應偶極矩快速消失,對應的極化電荷也迅速中和,同時由于界面極化引起的吸收電流也為衰減形式,所以氣隙主要對充放電時間較小情況下的回復電壓最大值產(chǎn)生影響.同時,圖7中極化譜的主時間常數(shù)并未遭到氣隙的作用而改變,這是由于隨著充放電時間增加,進行回復電壓測試時,受氣隙感應偶極矩和吸收電流的影響顯著降低.另外,極化譜末端與絕緣紙狀態(tài)相關(guān)聯(lián),講明固體絕緣狀態(tài)并未發(fā)生較大變化,與實際相符,而末端有所偏差,可能是由于后期的殘存余留電荷積累產(chǎn)生的作用.3.3氣隙對回復電壓峰值時間的影響在各次充電時間tc下,絕緣系統(tǒng)氣隙對回復電壓峰值時間tpeak的影響如此圖8所示.絕緣系統(tǒng)不管能否含有氣隙,回復電壓峰值時間與充電時間呈正比例關(guān)系,即tpeak隨著充電時間的增大而增大,且從測試數(shù)據(jù)中可發(fā)現(xiàn)小充電時間下,含有氣隙時的回復電壓峰值時間比無氣隙的小,由于氣隙極化而束縛的電荷導致去極化電流在短時增大,所對應到達回復電壓最大值的時間也有所減小.而充電時間較大后,其與tpeak呈線性關(guān)系,且相對于無氣隙時的情況,含有氣隙的斜率更大.圖9所示,氣隙并不改變初始斜率的總體趨勢,但含有氣隙使小充電時間下的初始斜率明顯增大,而最后二者都緩慢衰減為零,氣隙積累的自由電荷在感應偶極矩消失后快速釋放,回復電壓在較短的時間內(nèi)增大,則含有氣隙的絕緣系統(tǒng)的初始斜率比無氣隙時的大,而后期由于充放電時間都較大,氣隙極化產(chǎn)生的那部分電荷已釋放完全,對初始斜率的影響不大.另外,回復電壓初始斜率與極化電導率的關(guān)系為dUr/dt=E/ε0.(1)式中E為外加直流電場;為極化電導率;ε0為真空介電常數(shù).根據(jù)式(1)可知,氣隙的引入使得絕緣系統(tǒng)的極化電導率增大,即系統(tǒng)的絕緣狀態(tài)將越差,反之,回復電壓初始斜率越小,表示絕緣系統(tǒng)狀態(tài)良好.而實際中,變壓器若存在氣隙可對絕緣產(chǎn)生嚴重毀壞,引起局部擊穿等,與實驗分析結(jié)果相一致.4、結(jié)束語筆者通過實驗室模擬回復電壓測試,定性研究分析了氣隙對絕緣系統(tǒng)回復電壓特性的影響,得到具體的實驗結(jié)果,表示清楚氣隙與回復電壓參數(shù)之間有較好的相關(guān)性.綜合考量回復電壓最大值Urmax、回復電壓峰值時間tpeak以及初始斜率Sr與充電時間tc間的關(guān)系變化,可對油紙絕緣系統(tǒng)中能否含有氣隙進行有效診斷.除此之外,筆者后續(xù)將對氣隙進行定量以深切進入研究氣隙量的不同與回復電壓參數(shù)的影響規(guī)律.以下為參考文獻:[1]李元龍.變壓器故障綜合診斷及工程應用研究[J].電力科學與工程,2018,25(12):66-68.[2]IslamSM,JotaPRS,StaceM.Detectionofoil-papere-quilibriummoisturecontentinpowertransformersusinghybridintelligentinterpretationofpolarisationspec-trumsfromrecoveryvoltagemeasurements[C].IEEEInternationalSymposiumonElectricalInsulation,Ar-lington,USA,1998.[3]李明華,董明,嚴璋.一種新的絕緣測試方式方法-回復電壓法[J].高電壓技術(shù),2002,28(8):43-45.[4]宋偉,KachlerAJ.變壓器老化評估的極化去極化電流分析法[J].變壓器,2005,42(7):28-33.[5]BlennowJ,EkanayakeC,WalczakK,etal.Fieldexperi-enceswithmeasurementsofdielectricresponseinfre-quencydomainforpowertransformerdiagnostics[J].IEEETransactionsonPowerDelivery,2006,21(2):681-688.[6]EkanayakeC,GubanskiSM,GraczkowskiA,etal.Fre-quencyresponseofoilimpregnatedpressboardandpa-persamplesforestimatingmoistureintransformerinsu-lation[J].IEEETransactionsonPowerDelivery,2006,21(3):1309-1317.[7]董明,張瑞剛,張冠軍,等.回復電壓法在變壓器故障診斷中的應用[J].電網(wǎng)與水力發(fā)電進展,2007,23(7):21-25.[8]SahaTK,PurkaitP.Understandingtheimpactsofmoistureandthermalageingontransformersinsula-tionbydielectricresponseandmolecularweightmeas-urements[J].IEEETransactionsonDielectricsandE-lectricalInsulation,2008,15(2):568-582.[9]LiMH,DongM,QuYM,etal.Returnvoltagemeas-urementsofoilimpregnatedpaperinsulatedtransform-ers[C].IEEEInternationalSymposiumonElectricalIn-sulatingMaterials,Japan,2005.[10]廖瑞金,孫會剛,袁泉,等.采用回復電壓法分析油紙絕緣老化特征量[J].高電壓技術(shù),2018,37(1):136-142.[11]江修波,李功新,張濤,等.基于多峰回復電壓曲線診斷變壓器絕緣狀態(tài)[J].電力科學與技術(shù)學報,2018,26(3):46-51.[12]楊治業(yè).變壓器試驗技術(shù)[J].變壓器,2001,38(3):45-46.[13]張濤,蔡金錠.應用極化譜分析油紙變壓器絕緣紙板水分含