温度对流动油中金属微粒放电特性的影响

摘要

大型电力变压器常用工程纯绝缘油作为其绝缘介质，但变压器在装配、运行等多个环节中，绝缘油不可避免会被金属微粒杂质所污染，它将严重影响绝缘油性能，在静止绝缘油中可用小桥理论对其放电进行解释，但大型电力变压器强迫油循环的冷却方式及温差将使绝缘油开始流动，使其放电特性与静止状态下相比有所变化。绝缘油温度会因外部气温和变压器所承载负荷差异等发生变化，而油温是影响绝缘油性能的主要因素之一。目前，温度对绝缘油性能的影响研究主要集中于静止油中，因此本文针对温度对流动油中含金属微粒放电特性的影响进行了相关仿真和实验研究。
　　本文以实验室现有设备搭建了模拟变压器流动油道的实验平台，确定了金属微粒杂质缺陷模型，得到了不同温度下流动绝缘油中含金属微粒的特高频局部放电(Partial Discharge，简称PD)信号以及击穿电压，综合考虑流场、电场和粒子运动三物理场的相互作用，利用有限元法仿真分析不同温度和不同电压下流动油中金属微粒的运动轨迹，以此对流动油中金属微粒的放电特性进行了相关解释。主要工作及成果如下：
　　1）构建了金属微粒在流动油中受电场力和油流曳力等作用力运动的三维几何模型，采用有限元法仿真得到了不同温度、不同电压下金属微粒的运动轨迹，发现金属微粒在电场方向上呈振荡状态并沿油流方向运动，随着温度的升高和极板施加电压的增加，金属微粒运动振幅越来越大，越易到达下极板并与其碰撞，碰撞后反弹高度也越来越高。
　　2）结合金属微粒运动轨迹建立了二维几何模型，仿真金属微粒处于不同位置、不同聚集程度和携带不同电荷量时对油道电场的畸变情况，发现金属微粒越靠近极板，对油道电场的畸变程度越大；金属微粒聚集越紧密，沿油道电场方向排列越多，对油道电场分布影响越大；施加在极板上的电压越大，油道电场强度越大，金属微粒感应电荷越多，对油道电场的畸变越严重。
　　3）结合仿真分析和流动油中金属微粒引发的放电类型，对流动油中因金属微粒导致的PD和击穿放电过程进行了相关分析，发现放电过程与不同温度和不同电压下金属微粒的运动轨迹密切相关，流动油中金属微粒的击穿特性还与出现PD后产生的气泡情况相关。
　　4）实验得到了不同温度下的PD信号，绘制了相应的Φ-U-N谱图、Φ-U散点图和Φ-N谱图，并提取了PD的放电幅值、放电次数等多个表征PD严重程度的特征参量。发现不同温度下PD相位主要集中在90°和270°附近，无明显极性效应，随温度升高，PD程度减弱，当温度升至80℃时，PD开始增强，结合流动油中金属微粒在不同温度下的运动轨迹对以上结果进行了相关分析。
　　5）实验得到了不同温度下的击穿电压值，发现随温度升高，击穿电压增加，当温度升至65℃时，随温度继续升高，击穿电压开始降低，这种变化规律与金属微粒在流动油中的运动轨迹，以及金属微粒引起PD后产生的气泡情况和气体溶解度有关。

目录

1 绪 论

1.1 流动绝缘油中金属微粒放电检测的意义

1.2 电力变压器放电研究现状

1.3 主要研究内容及技术路线

2 流动绝缘油中金属微粒放电的实验平台

2.1 实验装置结构

2.2 测量与控制系统

2.3 实验步骤与信号测量

2.4 本章小结

3 流动绝缘油中金属微粒的仿真分析

3.1 有限元法概述

3.2 仿真模型的建立及参数设置

3.3 金属微粒运动轨迹仿真结果分析

3.4 金属微粒对油道电场分布影响的仿真分析

3.5 本章小结

4 温度对流动油中金属微粒放电影响的实验结果及分析

4.1 流动绝缘油含金属微粒的放电过程分析

4.2 不同温度下PD UHF信号的放电谱图分析

4.3 不同温度下PD UHF信号统计特征量分析

4.4 油温对流动绝缘油中金属微粒产生击穿放电的影响

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 工作展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目