雷电冲击电压气质变压器油试验平台

作者： 国自电气 时间：2024-08-27 09:28:11 阅读：26

为深入研究气制变压器油在雷电冲击电压下的流注放电发展机理，文中通过搭建冲击电压放电实验平台，在流注起始电压阶段至加速电压阶段，对气制油中流注尖端电离过程和热效应引起的流注传播相关特征参量变化进行观测，以明确流注尖端电离过程和热效应在流注各个发展阶段的具体作用。研究结果表明，在流注起始阶段，流注的物理本质为局部气液相变化形成的低密度气体通道。在流注传播和击穿阶段，流注的物理本质为流注头部高场强导致的光电离过程，并在液体直接电离过程中导致气液相界面的持续产生。流注形态从光电离程度较弱的暗通道转变为光电离程度较强的亮通道是造成加速电压附近流注传播模式突变的机理原因。

关键词：流注放电；气制变压器油；击穿电压；光电离

传统变压器油，是利用对石油进行分馏获得的。由于其良好的绝缘性和稳定性，被广泛使用在现代电力系统中。传统变压器油虽然性能稳定，但是存在难以降解，含有腐蚀性硫化物及有污染环境的风险等缺点。近年来，一种基于天然气裂解制备绝缘油的技术开始逐渐兴起，通过从天然气中提取碳氢化合物，使用费托合成技术将天然气转化成液体介质。相比于传统矿物变压器油，气制油主要成分为异构链烷烃，芳香烃含量显著低于矿物变压器油，具有纯度高、可降解性以及不含腐蚀性硫化物等特点，是一种未来有望替代传统变压器油的新型绝缘油。

变压器运行过程中受到雷电冲击电压或操作冲击电压等高电压引起的击穿现象，本质上是在局部高场强作用下绝缘油电离产生导电性的流注短接油隙导致的流注放电击穿。研究绝缘油的流注放电的产生和发展特性是研究绝缘油绝缘性能和绝缘机理的重要途径。目前，国内外开展了大量的矿物变压器油和植物型变压器油中流注放电的试验与仿真研究，关于气制油中流注放电的相关研究相对较少。中国电力科学院的王健一等通过对气制油的典型绝缘性能进行了分析，发现气制油具有较高的雷电冲击击穿电压和稳定性。英国曼彻斯特大学王忠东等发现与矿物油相比，气制油具有更高的正极性雷电冲击击穿电压，但正极性加速电压更低；而负极性雷电冲击电压作用下，气制油比矿物油具有更高的击穿电压和加速电压。然而这些研究主要集中在新型的气制油的绝缘性能和放电性能的测试上，对于气制油具有更稳定放电特性的机理原因以及气制油中的放电物理机制需要进一步深入研究。

文中搭建了25 mm针—板电极系统的绝缘油流注测试试验平台，以传统矿物油为参照，使用冲击电压发生器对气制变压器油样施加正负极性下的1.2/50 μs 标准雷电冲击电压，使用高速相机对两种油样在施加不同电压等级下的流注传播速度、流注传播长度等传播特征进行观测记录，并得到相应的变化规律。结合气制油的化学成分分析，讨论了气制油中流注放电起始、传播和最终阶段的物理本质。进一步，基于流注头部电离过程和热效应在流注不同发展阶段的具体作用，对加速电压附近流注的传播模式突变机理进行了讨论。

试验平台

流注放电使用的绝缘油流注测量试验平台结构见图。使用容积为1.5 L的立方形不锈钢材质密封试验腔体。腔体盖板和腔体底座分别有接入孔用于腔体内部绝缘油的加注与排出。腔体两侧开有对称的40 mm透明石英玻璃视窗进行流注放电观测。高压电极通过陶瓷套管与不锈钢腔体进行绝缘隔离，防止高电压作用时发生沿面闪络现象，确保试验安全。