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高频变压器绝缘材料的环氧预浸处理对放电特性的影响

时间:2021/5/19  来源:许昌市众诚绝缘材料有限公司  查看次数:68

 近年来,电力电子变压器以其体积小、重量轻、功率因数可调等显著优势,被逐渐应用于智能电网、能源互联网当中。作为电力电子变压器的核心器件,高频变压器起着电气隔离和功率传输的重要作用,其绝缘性能决定着电力电子变压器性能的优劣,也成为限制其大容量化、高频化发展的重要因素。绝缘材料长期工作在上升时间短、幅值大、频率高的非正弦电压下,承受着高频电应力冲击,电-热耦合效应也会加剧绝缘劣化,发生击穿、闪络的概率大幅增加。目前,环氧预浸绝缘材料以其优异的电气性能、机械性能以及耐热性能被广泛应用于工频变压器层间绝缘当中,然而绝缘材料在预浸处理前、后的高频放电特性变化规律仍有待研究。据此,本文以双极性高频方波电压模拟高压高频变压器的实际运行工况,对环氧预浸处理前、后的层间绝缘材料开展放电特性对比实验,利用高频热击穿机理、二次电子发射雪崩模型分别解释环氧预浸处理对层间绝缘材料高频击穿、沿面放电特性的影响,这可为高频变压器层间绝缘材料的合理化选取提供参考。

AIYS-20kV/100mA型高频电源以充分模拟高频变压器实际运行工况,可输出峰-峰值为0~40kV、频率为1~20kHz连续可调的双极性高频方波电压,信号幅值过冲低于±5%,占空比50%,最小方波宽度为25μs,上升、下降沿时间小于5μs,无死区时间或直流偏置。在放电电极的高压输入端接入分压比为1000、带宽为75MHz的泰克P6015A型高压探头,采集输出电压波形,利用罗氏线圈检测击穿瞬间电流。电压、电流测试信号被送至带宽300MHz的泰克MSO3034型示波器对应监测通道,与计算机配合完成信号采集和存储。

通过对比6641F型DMD绝缘纸和N650型GHG绝缘纸在环氧预浸处理前、后的击穿场强,发现在环氧预浸处理之后,GHG绝缘纸与DMD绝缘纸内部及表层气隙被填充,虽然工频、常温下耐压性能得到提升,但在热效应较为严重的高频条件下,环氧预浸处理之后材料的击穿场强值下降至预浸处理前的85.5%~89.2%。       通过层间绝缘材料的沿面放电特性实验,一方面发现当频率由1kHz提升至20kHz时,起始放电电压基本不变,而闪络电压下降至原值的79.8%,高频下介质表面状况是闪络电压的主要影响因素。另一方面,DMD纸在预浸处理前后,闪络电压变化较小,预浸处理后GHG纸表层状况发生明显变化,电子陷阱俘获行为受到抑制,其闪络电压下降0.88~1.18kV,下降幅度为DMD经预浸处理后降幅的8倍以上。因此,高频变压器绕组绝缘材料选取时,应综合考虑高频电-热耦合效应、介质表面状况对击穿、沿面放电特性的影响,同一种预浸处理方法未必适用于不同运行工况下材料绝缘性能的提升。后续有望通过预浸处理方法的改进或材料表面改性技术的应用,使介质表层状况向预期目标改善,从而实现高频电压下击穿、沿面绝缘性能的提高。

 

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