直流叠加谐波电压下超导直流电缆PPLP/LN2绝缘局部放电特性研究

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聚丙烯层压纸(PPLP)/液氮(LN2)复合绝缘作为超导直流电缆主绝缘系统,其绝缘的可靠性对超导输电系统的安全稳定运行起着至关重要的作用。局部放电是导致绝缘劣化、引发超导直流电缆绝缘失效的根本原因。高压直流电力系统中,电力电子设备与非线性负载引入的谐波分量,对PPLP/LN2绝缘局部放电特性影响尚不清楚。本文以超导直流电缆PPLP/LN2绝缘为研究对象,研究了直流与谐波复合电压下内部缺陷局部放电特性,探究了谐波幅值、频率对局部放电特性的影响机理;针对超导直流电缆生产、运输、敷设过程中的弯曲问题,研究了弯曲形变对直流叠加谐波电压下局部放电特性的影响规律,以期为超导直流电缆绝缘设计奠定实验和理论基础。主要研究工作和结论如下:(1)研究了正极性直流叠加工频谐波下PPLP叠层试样内部缺陷的局部放电特性,发现随着谐波幅值增大,平均视在放电量与放电重复率呈上升趋势,局部放电增强,同时陡峭度逐渐增大,而偏斜度呈先增大后减小趋势。当谐波幅值较小时,局部放电相位分布集中于第一象限,呈现明显的极性效应,分析认为内部缺陷放电产生的正负电荷形成反向电场,削弱了缺陷内部场强。随着谐波幅值增大,复合电压出现正、负极性翻转现象,负极性电压区内局部放电量与放电次数增大,相位分布向第一、三象限“双峰”形分布转变。(2)研究了谐波频率对PPLP绝缘叠层试样内部缺陷局部放电的影响特性,发现随着谐波频率增大,平均视在放电量与脉冲重复率不断增大,且局部放电相位分布偏斜度与陡峭度均呈上升趋势。当谐波频率为50 Hz且幅值较小时,局部放电主要发生在第一象限;随着谐波频率由50 Hz增大至350 Hz,第三象限局部放电次数与视在放电量不断增大,局部放电相位分布特征逐渐向一、三象限转变。分析表明,随着谐波频率增大,复合电压随时间的变化率增大,加剧内部缺陷局部放电。(3)制备了PPLP绕包超导直流电缆模型样缆,研究了弯曲形变对模型样缆局部放电特性的影响规律,通过对比未弯曲与曲率半径为8.5 cm的弯曲形变模型样缆,发现当谐波频率为350 Hz时,平均放电量和放电重复率分别增大61.42%和312%。分析表明,曲率半径的减小会导致电缆外侧绝缘对接间隙增大,导致内部缺陷等效电容增大、局部放电增强。
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