大型油浸式电力变压器作为输变电设备中最重要和最昂贵的设备之一,其安全可靠运行对整个电网安全起着至关重要的作用。变压器内部液体绝缘(变压器油)在运行(流动)状态下出现的局部放电(Partial discharge,PD)、火花放电以及电弧放电等放电过程的机理、条件和特性与静止状态有着不一样的特点,尤其是因绝缘固件和材料吸附、油温变化、压力变化以及密封老化等因素或各种内部放电和局部过热早期故障,使得变压器油中不可避免地存在大量气泡,气泡会导致变压器油绝缘性能大幅下降,已成为影响变压器安全运行的主要问题之一,一直受到国内外学者和运行维护人员的关注。但到目前为止,相关的研究工作主要集中在静止状态的变压器油中。然而,实际运行的大型电力变压器在强迫油循环及温差热对流作用下,内部变压器油始终处于流动状态而非静止状态,而在油流作用下的气泡动力学行为明显不同于静止状态。目前,缺乏流场作用下气泡变形特性及其对电场分布影响的研究,对于流动状态下含气泡变压器油PD和击穿特性的研究更是鲜见,这些问题还是尚待深入研究的前沿课题。为此,本文搭建了变压器油循环实验装置和气泡运动观测系统,建立了基于相场方法的气液两相流模型,通过实验与仿真相结合的方法研究了流动变压器油中的气泡动力学行为特性,同时研究了油流速度、气泡含量和油温对含气泡变压器油PD和击穿特性的影响,拍摄得到了流动状态下含气泡变压器油的击穿过程,阐明了油流速度对击穿过程的影响。主要研究工作与取得的成果如下:(1)根据实际变压器油道物理模型,建立了能有效模拟不同油流速度、气泡含量以及不同油温条件的放电实验平台,同时搭建了气泡运动观测系统,为深入细致地研究气泡动力学行为特性及含气泡流动变压器油的PD和击穿特性奠定了实验基础。(2)利用变压器油循环装置及气泡运动观测系统,实验研究了流场和电场共同作用下的气泡动力学行为特性。同时,在综合考虑电场力、粘性力、表面张力和重力基础上,根据流体力学动量和质量守恒定律,建立了基于相场方法的气液两相流模型,仿真研究了流动变压器油中气泡动力行为特性。实验和仿真研究结果一致表明:在工频交流电场中,气泡沿电场方向以100Hz的频率呈周期性振动变形;外施电压越高,气泡变形越明显;油流速度越大,气泡沿竖直方向拉伸越明显;气泡含量越高,气泡群内越容易发生聚并行为;油温越高,气泡变形幅度越大。最大电场强度随油流速度的增大不断减小,随油温的升高而增大。(3)开展了不同油流速度、气泡含量和油温条件的PD实验,统计了起始放电电压、放电重复率、平均视在放电量和单位时间累积放电量等参数,并构建了放电相位分析图谱,详细分析了以上三种因素对流动变压器油中气泡PD特性的影响规律,并结合气泡动力学行为分析了各因素的作用机制。研究结果表明:静止状态下变压器油中气泡PD剧烈程度远远高于流动状态,随着油流速度的升高,PD逐渐减弱后基本保持稳定;随着气泡含量的增加,起始放电电压降低,同时PD强度显著增强;随着温度的升高,起始放电电压先升高后降低,PD剧烈程度先迅速减小后略有增大,60℃左右时的PD活动最弱。油流速度、气泡含量和油温通过改变气泡的形态、聚并行为及其电场分布影响PD强度。(4)开展了不同油流速度、气泡含量和油温条件下的工频击穿实验,并同步采集了放电信号、外施电压信号以及击穿影像信息,归纳总结得到了各因素对含气泡变压器油击穿电压的影响规律。研究发现,流动状态下含气泡变压器油的工频击穿电压始终高于静止状态,随着油流速度的增大击穿电压呈先上升后基本保持稳定的趋势。随着气泡含量的增大,工频击穿电压先减小,后趋于平稳。油温在40℃~60℃之间时,随着油温的升高,击穿电压近似呈线性增加趋势;高于60℃后,击穿电压略有下降。在搭建的变压器油循环实验研究平台上,在流动变压器油中,首次观测到由气泡破裂所形成的微气泡群触发油隙击穿的全过程,获得了预击穿阶段的放电信号特性、气泡行为影像信息及PD参量与击穿电压的关联关系,解释了油流速度、气泡含量和油温对击穿电压的影响机制,根据预击穿阶段气泡行为的差异,归纳出由气泡PD触发变压器油击穿的三种形式,通过观察气泡宏观运动规律和分析气泡微观动力学行为,揭示了含气泡流动液体电介质的击穿机理,补充完善了现有液体电介质放电的气泡击穿理论。