交直流复合电场下油纸绝缘交界面沿面爬电过程的研究

油纸绝缘的爬电许用场强是换流变压器设计的关键参数之一，但是确定和测试方法对我国保密，难以准确评估其有效性和裕度范围。目前换流变中绝缘结构的设计都是按照国外厂商给定的推荐值进行，虽然已经考虑了设计裕度，但是据此设计的换流变仍然出现不明原因的沿面爬电，现有的理论难以对此现象做出解释。这些都是由于油纸绝缘结构在交直流复合电场下沿面爬电的产生机理、发展过程及其影响因素不明朗所致。.因此，本项目拟通过模拟试验再现油纸绝缘结构的沿面爬电，探索交直流复合电场下沿面爬电的产生机制。采用Kerr效应法对沿面爬电过程中不连续介质表面的场强分布进行研究，进一步揭示交直流复合电场下沿面爬电的发生机理和发展过程。通过改变温度、微水、纸板纹理等因素，获得外部条件对交直流复合电场下沿面爬电的影响机理。据此，提出交直流复合电场下油纸绝缘不连续介质表面沿面爬电的抑制措施，为指导换流变压器绝缘的优化设计提供依据。

换流变压器是高压直流输电系统的重要设备之一，其绝缘的安全可靠对整个系统的稳定运行至关重要。阀侧绕组绝缘失效是引发换流变压器故障的最主要原因。阀侧绕组承受交流、直流电压、交直流复合、冲击、极性反转等多种电压应力以及热应力、磁应力的共同作用，油纸绝缘界面会产生界面电荷导致沿面电场发生畸变，影响绝缘性能，但是由于界面电荷对油纸绝缘沿面爬电的发生和发展机理及其影响因素尚不明朗，绝缘结构的设计以及绝缘介质的选择更为保守，严重阻碍了换流变压器等重大电力装备的自主化设计和制造。. 因此，本项目以界面电荷对油纸绝缘沿面爬电过程的影响为目标，针对交直流复合电场下油纸绝缘交界面沿面爬电的过程开展研究，搭建了交直流复合电场油纸绝缘沿面爬电试验平台，针对油纸绝缘针板沿面爬电模型，获得了交直流复合电场作用下界面电荷的积聚、消散和运动规律，提出了界面电荷对油纸绝缘沿面爬电过程的影响，揭示了温度、水分对沿面爬电过程的影响机理。主要结论如下：（1）由于正负极性电荷迁移率的不同以及纸板对正负电荷吸附能力的不同，导致油纸绝缘界面电荷的积聚和油中电场的过渡过程呈现明显的极性效应，负电荷更易于在纸板表面积累并且不易消散。（2）相对于纯交流电场，交直流复合电场作用下油纸绝缘的沿面闪络现象更难发生，这是由于油纸绝缘积聚的同极性界面电荷削弱电极附近的电场，导致沿面闪络难以发展所致。在极性反转过程中，界面电荷增强了电极附近电场，致使极性反转时的沿面闪络过程更易发生。（3）水分含量的增加将导致油、纸界面积累电荷密度的减小，油中电场衰减过程变缓，由于纸板对负电荷的吸附作用，水分含量增加对界面正、负极性电荷积聚影响程度不同，高水分下油纸界面很难积聚正电荷，但仍可保持一定量的负电荷积累。水分对界面电荷影响的机制在于油、纸水分含量增加，油、纸电阻率均减小，但纸板电阻率随水分含量增加变化更为敏感，导致纸板电阻率与变压器油电阻率之比也随之减小，油纸界面电荷捕获能力下降，导致界面电荷密度的减小。（4）油纸绝缘爬电过程中界面电荷密度温度呈现明显的负相关性，温度升高导致界面电荷迁移率增加，电荷消散速度加快，削弱了界面电荷对沿面爬电的抑制作用。