随着全球能源互联网理念的提出,特高压电网的建设和运行迈上了更高的阶层,其中大型电力变压器作为构成特高压电网的最基础设备之一,其安全可靠运行程度对整个电网存在巨大的影响。但电力变压器在制造、运输、现场加注、运行和维修等环节中会不可避免地使绝缘油中出现一定量的金属颗粒,这些金属颗粒缺陷是引发电力变压器事故的重要因素之一。因此,为了保证电力变压器的安全稳定运行,国内外对绝缘介质中金属颗粒引起的局部放电(Partial Discharge,简称PD)特性开展了大量的研究。但到目前为止,国内外学者研究的对象都是处于静止状态下的金属颗粒放电特性。而在大型电力变压器的潜油泵及温差作用下,变压器内部的绝缘油是处于流动状态而非静止,此时金属颗粒的PD特性及影响因素与静止状态下大不一样,这些问题还是尚待深入研究的前沿课题。为此,本文在分析大型电力变压器典型油道结构的同时,结合油道电场分布状况,设计反映典型油道结构的物理实验模型,构建绝缘油中金属颗粒的流动状态数学仿真模型,在理论分析流动油中金属颗粒运动轨迹及分布特点的基础上,研究了绝缘油中金属颗粒在流动状态下产生的PD特性和影响因素及作用机制。具体工作如下:(1)根据大型电力变压器内部典型油道结构的特点,同时按照实际运行条件下变压器油道中的流速大小、金属颗粒尺寸和数目、油温范围以及油道电场等情况,研究实验中各项条件选取的合理范围,设计出能模拟变压器内部典型油道结构的实验平台以及实验分析方法;采用有限元法对所研制的油道内部电场进行仿真分析。仿真和实测结果表明:所研制的绝缘油中金属颗粒在流动状态下的PD实验平台能够有效地模拟真实电力变压器典型油道中的金属颗粒PD现象,为系统研究绝缘油中金属颗粒在流动状态下的PD及影响因素奠定了实验基础。(2)在分析金属颗粒在流动油中运动时的固-液两相流基础上,对金属颗粒受到的各种力进行了详细的分析,并采用流体力学经典软件Fluent对金属颗粒的运动轨迹及分布特点进行了仿真分析,还分析了颗粒尺寸、油流速度、电场强度和颗粒数目等对金属颗粒运动轨迹及分布的影响。研究发现:油流速度的增加使金属颗粒群减少了与电极碰撞的频次,且以较短的时间通过电场区域;随着颗粒尺寸的增大,金属颗粒与下电极板的碰撞次数明显增多;油道电场强度的增强使金属颗粒群与电极板的碰撞和反弹次数明显增多,运动时在竖直方向上的振荡更加频繁;金属颗粒数目的增加使金属颗粒群与电极的碰撞次数明显增多。(3)在研制的实验系统的基础上,开展了大量的金属颗粒放电实验,分析了绝缘油处于静止和流动两种不同状态下金属颗粒引起的单次PD脉冲电流波形,同时分析了两种状态下的单次PD UHF信号及其FFT变换,接着构造了两种状态下的Φ-U-N放电三维图谱,并提取了放电次数、放电幅值、放电时间间隔、等值累积放电量和信号熵值等统计特征参数,最后总结了绝缘油中金属颗粒在流动状态下放电的四种类型。研究结果表明:由于金属颗粒放电的分散性较大,无法单纯从单次放电波形中区分两种状态下的放电特性。但在构建的Φ-U-N放电三维图谱及从中提取的统计特征参量中可以发现两者的区别,静止状态下较流动状态下,放电次数更多,放电幅值更大,放电间隔时间更短,等值累积放电能量更大,信号熵值也更大。即静止状态下更容易产生PD,油流的运动一定程度上降低了金属颗粒放电的剧烈程度。绝缘油中金属颗粒在流动状态下的放电可以归纳为球-板电荷转移、球-球电荷转移、微放电和电晕放电四种类型。(4)在采集大量实验数据的基础上,提取起始放电电压、PRPD模式及多个统计特征参数后,分别研究了油流速、颗粒尺寸、颗粒数量对金属颗粒在流动状态下PD特性的影响规律,利用上述金属颗粒运动轨迹和分布随影响因素的变化规律及总结的四种放电类型,合理解释了各个因素对金属颗粒放电的影响机制。研究结果表明:油流速的增大使金属颗粒PD减弱,而金属颗粒尺寸和数量的增大使PD变得更加剧烈。这是因为各个因素对金属颗粒运动轨迹和分布的作用机制不同,从而影响到金属颗粒放电的四种类型,最终体现到统计特征参量的变化规律。