直流与交流复合电压下的局部放电研究

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1、36上海电力2016年第3期直流与交流复合电压下的局部放电研究朱正一，刘志龙，王和杰，苏丰(国网上海市电力公司检修公司，上海200063)摘要：交流或直流系统中设备承受的是纯粹的交流或直流电压，而换流变压器内部油纸系统、阀侧套管、换流阀等关键设备，长期需要承受一定的直流与交流相叠加的复合电压。交直流复合电压对电力设备的影响是多方面的，其中局部放电问题是引起材料老化和绝缘劣化的关键因素，但交直流复合电压下局放问题在以往的研究中较少涉及。本文以500kV直流输电系统为研究背景，通过搭建的交直流复合电压实验平台。针对空气

2、中的“针板电极”模型，进行了局部放电实验。分析在交直流复合电压下，单个放电脉冲的时域和频域特性，以及局部放电脉冲序列相对试验电压交流分量的相位分布情况。希望通过本组实验研究，让运维人员对直流系统中复合场强下设备绝缘问题有新的思考角度。关键词：交直流复合电压；换流变压器；换流阀；局部放电；绝缘中图分类号：TM391文献标志码：B于交流分量的有效值。实验表明在此复合电压作0引言用下，局放情况比单纯的交流或直流电场下都严电气设备的制造和运输过程中，会不可避免重。长期的局部放电引起部件发热、绝缘材料老地在设备内部和表面留下

3、细微的绝缘缺陷，在出化和放电通道的增长，最严重的情况可能最终引厂试验及交接试验中难以及时发现，但在长期的起套管沿面闪络甚至套管爆炸。强电场作用下，局部放电将在这些区域产生，进而实验研究表明，在交直流复合电压下的局放导致局部绝缘材料的老化和绝缘性能的劣化。换呈现出一些新的特点，其稳定放电的电压值比直流变压器油道、套管以及其他高压端的表面不平流情况下低，并且其放电脉冲序列的相位宽度和整或尖刺凸起，会导致该部位的电场畸变，引起局放电重复率(交流分量的一个工频周期内)均超部放电，本文将针对尖板放电现象展开研究。过交流电压u

4、o’。以往的交流或直流电压下局部放电实验结果1换流变阀侧对地电压仿真分析表明，在相同电压等级下，交流电压下局放脉冲的幅值(Qmax)比直流电压下的高，同时交流局放的换流变压器及换流阀承接了交流电网和直流脉冲序列存在明显的相位特性，即放电脉冲会稳电网，实现两侧的电压和能量的变换。以枫泾换定出现在每个交流电压周期中的固定相位附近。流站为例，其换流器由双极l2脉动换流阀构成，电压较低情况下，直流电压下的局放难以维持稳极1的12脉动换流阀如图1所示。每极由两组6定的放电脉冲，因为其缺陷处一次放电之后形成脉动换流阀组成，各自

5、桥壁连接的2台换流变阀稳定的电荷平衡状态，而外界场强也是稳定的，此侧分别为星形和三角形接线。平衡状态的破坏只能依靠电荷的自然扩散，不同换流变工作过程中，阀侧输出的线电压为波于交流电压下外电场会始终变化。直流电压高到形较好的正弦波，但阀侧的对地电压被抬升并包一定程度，才会引起稳定的局放脉冲，在相同缺陷含直流分量。在MATLAB软件中，搭建了单极12条件下，此电压水平远高于交流电压。但是，在直脉动换流器模型，并测量了两台换流变阀侧的星流电压上升或者下降的过程中，局放将非常显著，形及三角形输出端对地电压曲线。仿真模型如图

6、这导致直流极性反转过程中，设备缺陷处存在较2所示。高的放电风险¨J。测量对象是单极两台换流变阀侧星形的b相换流变压器的阀侧套管及换流阀长期承受交及三角形的a相对地电压，其波形如图3所示。直流复合场强，其中直流分量比重相当高，甚至大波形中明显含有较高的直流分量，且处于高压端2016年第3期上海电力37图4交直流复合电压试验电源仿真模型300kQ时，在样品上的到的交直流叠加电压波形与交流和直流电源输出电压的相关性如图5所示。该电源方案满足本组实验的基本要求。图1双十二脉动换流器示意图65432O}lL呻l—图5交直流复

7、合电压仿真曲线lL—一}一一—实际的试验电源及测量回路布置如图6所L——蛩——目示。试验的交流电压有效值及直流电压均可独立图2MATLAB软件中单极l2脉动换流器仿真模型在0kV～30kV范围内调节。局放脉冲的测量方桥臂的星形阀侧承受更高的直流分量。法依据IEC60270标准的规定，样品与耦合电容Ck形成高频脉冲回路，采样电阻Rm为100Q精密无感电阻，实验前通过局放校准仪对测量系统进行测试，其灵敏度和频率响应范围均满足标准的要求。图3换流变星形及三角形接线的阀侧对地电压2交直流复合电压试验电源及“针一板”模型本实

8、验需要交流和直流复合的试验电压，因图6交直流复合电压F局放试验回路。试验交流电源最高电压此搭建了工频交流电压叠加直流电压分量的试验150kV，15kVA；交流保护水阻R1阻值30kO；隔离电容器c1电电源平台，可实现交流和直流分量独立可调。试容值1．1；直流隔离水阻R2阻值4．5MO；直流电源最高电压验电源的基本模型如图4所示。其基本组成部分100kV，5m