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《Defect recognition of oil‐pressboard insulation based on frequent arc reignition phenomenon under switching impulse voltage》
题目：基于操作冲击电压下电弧频燃现象的油纸绝缘缺陷识别
作者：李斯盟，张玉焜，贾云飞，汲胜昌，韩彦华，王文森
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油浸式并联电抗器在超高压（UHV）传输系统中起着至关重要的作用，在承受操作冲击电压时，电抗器中的油纸绝缘容易发生火花放电或燃弧，导致在稳态和暂态操作中存在安全隐患，因此在暂态过程中利用放电信息进行缺陷识别十分必要。然而，目前对暂态放电特性的研究主要集中在雷电冲击电压、快速暂态过电压（VFTO），以及两者与工频电压的结合， 而在操作冲击电压下的研究比较有限。
本文重点分析了典型油纸缺陷在标准操作冲击（SSI）和振荡操作冲击（OSI）电压下的电弧频燃（FAR）规律，揭示其特征和机理，构建了基于FAR现象的缺陷识别策略，为快速识别暂态过程中的乙炔过载原因，以及准确评估电抗器投切过程及其后续运行中的绝缘风险提供了理论基础和技术支撑。
1）试验电路
本文试验电路如图1所示，由冲击电压发生电路、缺陷模型和检测系统组成，使用分压比为1000：1的分压器测量施加于缺陷的冲击电压，采用的高频电流传感器（HFCT）频率范围为1-30 MHz，灵敏度37 mV/mA。为减少来自球隙G的击穿干扰，HFCT放置于屏蔽盒内，并布置在缺陷所在支路。
图1 试验电路示意图
2）缺陷模型
缺陷模型的结构和尺寸如图所示，本文使用了尖端电极来模拟极不均匀场，并构造了五类典型缺陷，即：1. 油绝缘（OPDD）。2. 无油隙的油纸绝缘缺陷（PIDD）。3. 有油隙的油纸绝缘缺陷（OPCD）。4. 具有强垂直分量的沿面缺陷（SSD）。5. 具有弱垂直分量的沿面缺陷（WSD）。
图2 缺陷模型示意图
3）试验结果
在油纸绝缘击穿或闪络过程中存在电弧频燃现象，其中在弱垂直分量的沿面缺陷处电弧频燃现象最弱，但过程中恢复电压和放电脉冲幅值减小。电弧频燃特性受电压幅值和振荡频率的影响，平均恢复电压占击穿或闪络电压的百分比和平均放电间隔随电压幅值或振荡频率的增加而减小；平均放电次数随振荡频率的增加而减小，随幅值的增大先增大后减小。
图3 电压幅值对FAR特性的影响
图4 电压频率对FAR特性的影响
4）机理分析
产生FAR现象可归因于以下因素。首先，由于电弧通道内的电阻分布不均匀，导致电压分配不均，使得电弧在电压较低的区域更容易中断。其次，表面电荷的存在会阻碍电弧或电子崩发展。最后，纸板电树通道内的气体膨胀产生“吹弧”效应，进一步影响FAR发展。
图5 纸板内部放电缺陷和油纸复合缺陷的击穿过程
本文研究了典型的油纸绝缘缺陷在操作冲击电压下的电弧频燃特性。分析了多种因素对电弧频燃特性的影响，基于对电弧频燃数目及其在幅值或放电间隔方面变化的研究，开发了一种在操作暂态过程中识别油纸绝缘缺陷的方法，并成功应用于1000 kV并联电抗器乙炔过载的案例。
Simeng Li, Yukun Zhang, Yunfei Jia, Shengchang Ji, Yanhua Han, Wensen Wang：Defect recognition of oil-pressboard insulation based on frequent arc reignition phenomenon under switching impulse voltage. High Voltage. 9(4), Pages 773-785(2024).
汲胜昌，教授，博士生导师。2003年9月至今，在西安交通大学电气工程学院高压教研室工作。电工材料电气绝缘全国重点实验室固定研究人员，全国专业标准化技术委员会SAC/TC60/SC2副秘书长，中国电工技术学会电力电容器专业委员会委员、IEEE会员，《高电压技术》、《高压电器》、《变压器》、《电力电容器与无功补偿》、《绝缘材料》、《水电与抽水蓄能》、《电工技术》等学术期刊编委。主要从事电力设备服役特性及其状态评估、直流系统及装备故障机理及诊断、交直流设备振动噪声控制与应用等方面的科研工作。先后主持国家自然科学基金智能电网联合基金重点项目、面上项目、陕西省国际合作重点项目等国家及省部级纵向项目6项，国家重点实验室开放基金2项，参与国家自然科学基金/重点项目/科技支撑计划/863等项目8项，横向开发合作项目50余项。先后获得国家科技进步二等奖1项、省部级科技进步二等奖3项。近5年来，在国内外重要学术期刊发表论文60余篇，SCI收录30余篇，授权国家发明专利20余项，参编国家团体标准3项。
李斯盟，副教授，硕士生导师，主要从事高电压绝缘及试验、电气设备智能感知与故障诊断、电力系统主动保护等方面的研究。主持国家项目、省部级项目多项，主持国家龙头企业来源项目10余项；研究成果在特高压电网等多个国家级重大工程得到应用。在国内外高水平期刊发表论文近20余篇，是多个国际及国内期刊的编委及特约主编；授权发明专利多项；获得中国电力企业联合会电力科学创新奖二等奖1项；编著学术专著1部。
西安交通大学汲胜昌教授课题组隶属西安交通大学高电压与绝缘技术二级学科、电气工程一级学科，为电工材料电气绝缘全国重点实验室固定研究人员，组建了多学科交叉背景的创新研究团队。团队创建了特殊电应力下油浸纸局放与击穿实验平台、直流系统及装备故障机理及诊断、交直流设备振动噪声控制与应用等研究平台，具备了开展高电压与绝缘技术学科相关的特殊电应力下油纸绝缘放电行为、输变电设备智能化状态检修、故障诊断以及智能感知等方面高水平科学研究的能力。团队针对超、特高压直流输电工程建设的迫切需求，围绕电力设备服役特性及其状态评估，重点进行电力设备的故障监测、电气绝缘结构优化设计及性能评估等方面的研究。近年来，团队已培养博士、硕士研究生30余人，发表相关科研论文一百余篇，获得国家发明授权专利四十余项，国家、省部级科研奖励十余项。
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