直流电压对变压器油纸绝缘系统界面电荷的影响.docVIP

  直流电压对变压器油纸绝缘系统界面电荷 的影响# 王鹏* 5 10 15 20 25 30 35 （清华大学电机系） 摘要：油纸绝缘是直流高压设备常用的主绝缘，在此类设备的绝缘结构设计中，油纸界面电 荷是必须考虑的重要问题。Kerr 电光效应法是测量变压器油中电场的有效方法，对研究油 纸绝缘系统电场和界面电荷分布情况有重要的帮助。本文采用基于 Kerr 电光效应的变压器 油中直流电场测量系统，测量得到不同直流电压下油中电场分布随时间的变化曲线，并对油 纸界面空间电荷变化特性进行了探究。 关键词：绝缘系统； 直流电场; 电光效应; 电场测量; 空间电荷 中图分类号：TM854 Study on the space charge between oil/pressboard in Transformer Oil under DC Electric Field Wang Peng (Dept. of Electrical Engineering) Abstract: During the design of insulation structure of DC high voltage device, space charge accumulation between oil/pressboard is a critical problem. The DC electric field measurement method based on Kerr electro-optic effect is an effective method. Based on the Kerr electro-optic measurement sysem, this paper obtained the electric field distribution curves in transformer oil under dc voltage. Then, the space charges between the oil /pressboard were calculated. Key words: insulation system; dc electric field; electro-optic effect; electric field measurement; space charge 0 引言 换流变压器是高压直流输电系统中的重要设备，其绝缘特性对直流输电系统安全、稳定 运行具有重要意义。换流变压器的主绝缘为油纸绝缘，运行中其阀侧绕组承受交、直流复合 电场作用，油纸绝缘系统中空间电荷是其绝缘结构设计中必须考虑的关键问题之一[1]。 采用电光效应实现变压器油中电场的测量是研究油纸绝缘系统空间电荷特性的有效手 段。本文利用所搭建的基于 Kerr 电光效应的电场测量系统，实现了对实验模型中变压器油 中直流电场的在线测量，研究了不同直流电压下油纸复合绝缘结构中油中电场的变化特性。 基于电场测量结果，还进行了油纸界面空间电荷的分析与计算。 1 变压器油中电场测量与油纸界面空间电荷计算  1.1  变压器油中电场测量系统  由于变压器油的 Kerr 常数很小，实现对直流电场的测量难度非常大。为了 提高测量系统的灵敏度，通常采用一种交流调制方法[2-6]。该方法在测量过程中， 在待测直流电压上叠加一个已知幅值和频率的交流电压分量，信号测量系统中采 基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金(20100002120007);国家自然科学基金 作者简介：王鹏（1977-），男，高工，主要研究方向电气测量技术. wpeng@mail.tsinghua.edu.cn -1-   40 45  用锁相放大器测量该交流分量，进而可实现对直流电场的测量。 实验系统及电极模型如图 1 所示。有机玻璃腔体中充满变压器油，实验模型 放置于其中。激光器（10mW，632.8nm）发出的激光束通过起偏器、1/4 波片、 电极空间和检偏器，由光接收器转换为电信号后送至测量系统中。测量系统由一 台锁相放大器构成，可以得到输出信号中与叠加交流电压同频率的分量，从该分 量与待测直流电场数值有比例关系[2-6]。图 1(a)所示系统采用正交光路。 Vdc  起偏器  检偏器 激光器 1/4波片  Vac  (a) (b) 光接收器  测量系统 50 图 1 实验系统结构示意图: (a)光路结构图; (b)电极模型 Fig. 1 Test structure diagram: (a) optical loop; (b) electrode mode 实验模型见图 1(b)，其中 A 为平行板电极，B 为绝缘纸板，整个