脉动直流电压下油纸绝缘电老化特性与双变量威布尔失效模型研究

摘要

换流变压器是高压直流输电系统的关键设备。与普通电力变压器相比,换流变压器的运行工况更为严厉,导致换流变压器故障率高于普通电力变压器。作者针对换流变压器油纸绝缘可靠性评估的需要,对油纸绝缘脉动直流电压耐受特性、电老化过程中油纸绝缘空间电荷特性以及油纸绝缘失效模型三个方面的问题进行了深入研究。主要研究内容包括：
　　①对油纸绝缘的脉动直流电压耐受特性及脉动系数与温度对油纸绝缘短时耐受电压和失效时间的影响规律进行了试验研究。采用均匀升压法,在五个温度下测量了油纸绝缘在脉动直流、交流和直流电压下的短时耐受电压,结合油纸绝缘相对介电常数和体积电阻率随温度的变化规律,对脉动直流电压下油纸绝缘短时耐受电压随温度变化的规律进行了分析;采用恒压法,测量了油纸绝缘在三种电压下的失效时间,分析了油纸绝缘失效时间随电压和温度的变化规律。测量结果表明,与交流和直流电压相比,脉动直流电压下的油纸绝缘电老化特性具有显著差异。
　　②研究了油纸绝缘在脉动直流电压下电老化过程中的空间电荷变化特性。采用电声脉冲法测量了电老化油纸试品内部空间电荷密度,分析了电老化油纸试品的空间电荷注入、累积、积聚和消散过程,研究了电老化时间和温度对油纸试品空间电荷汇聚和消散特性的影响。试验与分析结果表明,电老化时间的增加和温度升高,均会导致油纸试品内部电荷密度增加,温度升高使得空间场强畸变更为严重。
　　③研究了脉动直流电压下电老化油纸绝缘的空间电荷特征量及其变化规律,探究了油纸绝缘电老化特性。通过试品内部空间电荷密度,计算并对比分析了油纸绝缘空间电荷特征量随老化时间和温度变化的规律,提出了油纸绝缘空间电荷特征量与电老化特性相结合的分析方法,探究了老化时间和温度对油纸绝缘电老化特性的影响机制。研究结果表明,电老化时间的延长加速油纸绝缘老化。温度的升高增强了电场对油纸绝缘电老化特性的影响。
　　④通过分析油纸绝缘失效时间和失效场强威布尔分布的变化规律,提出了油纸绝缘多风险失效模型的构建方法,建立了双变量威布尔失效模型,分析了脉动直流电压下油纸绝缘电老化失效率的准确性,提出了油纸绝缘失效率分布的综合检验指标反映失效模型估计正确性和精度的评估方法,验证了双变量威布尔失效模型的正确性和建模方法的有效性。结果表明,双变量威布尔失效模型更有效反映失效场强与油纸绝缘失效率之间的关系,提高了失效模型计算结果的准确性。