论文部分内容阅读
空间电荷是影响液体绝缘介质耐电强度，导致电场分布畸变和电介质击穿的重要因素之一。随着超、特高压输电线路的不断发展，电力变压器逐渐向高绝缘、大容量和小型化的方向发展，致使传统的油纸复合绝缘已难以满足高绝缘强度设计和防护的需求。改进和提高变压器油绝缘性能，探讨液体中空间电荷的发展规律及其作用机理，对于提高变压器油绝缘特性和提升变压器的过电压水平具有重要的意义。本文基于新型Kerr电光测量技术，采用试验观测和理论分析相结合的技术路线，围绕液体电介质中空间电荷的分布特性以及添加纳米材料对于改善液体绝缘介质冲击绝缘特性两个方面的基础问题，开展细致深入的研究。研究了液体电介质中电场及空间电荷高速测量系统。从高Kerr常数碳酸丙烯酯液体的电场测量入手，利用高速CCD相机，开展冲击电压下平行板电极和刀板电极系统电场及空间电荷的测量研究；提出了极间电光场图的自适应移动平均二维滤波处理技术以及电场及空间电荷的反算方法；研究了碳酸丙烯酯液体在黄铜、不锈钢、铝平行板电极组合以及不锈钢刀板电极结构下的电场分布特性，分析了不同空间电荷分布对电介质绝缘性能的影响规律，为全面了解液体电介质中电场及空间电荷的微观发展机理提供参考；并进一步开展了低Kerr常数变压器油中的光探测量研究，对于变压器油中空间电荷测量系统的建立和完善具有重要意义。围绕冲击电压作用下添加纳米粒子材料对液体绝缘介质的宏观冲击绝缘特性和微观放电机理展开研究。在深入分析纳米粒子分散与团聚特性以及表面改性方法的基础上，分别采用纯净的碳酸丙烯酯和克拉玛依25号矿物变压器油为纳米流体分散介质，选取导电型Fe3O4、半导电型TiO2以及非导电型Al2O3纳米粒子作为分散相，依据不同纳米粒子的表面特性，依次选取聚乙二醇、油酸、硬脂酸、司盘80为最优表面活性剂，制备出理化特性良好的纳米改性液体。开展了操作冲击击穿试验，研究纳米改性液体在针-板电极结构下的宏观冲击击穿特性，试验结果表明：添加纳米粒子后液体正、负极性操作平均击穿电压均有提高，操作冲击击穿时间亦有一定程度的增加。通过Kerr电光效应高速CCD系统测量验证，纳米改性碳酸丙烯酯液体在操作冲击作用下由于负电荷区域的形成，使得平行板极间呈现出双极电荷分布趋势，这一趋势可有效提高液体电介质的冲击绝缘性能。