林 林陳慶國(guó)高 源何子蘭陳少杰

（1.哈爾濱理工大學(xué)工程電介質(zhì)及其應(yīng)用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 哈爾濱 150080 2.南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司科學(xué)研究院 廣州 510080）

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交流電壓下典型平板油紙絕緣結(jié)構(gòu)油流帶電特性

林 林1陳慶國(guó)1高 源1何子蘭2陳少杰2

（1.哈爾濱理工大學(xué)工程電介質(zhì)及其應(yīng)用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 哈爾濱 150080 2.南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司科學(xué)研究院 廣州 510080）

摘要為研究交流電壓作用下油紙絕緣的油流帶電特性，在實(shí)驗(yàn)室搭建了典型平板電極結(jié)構(gòu)的油紙絕緣模型，利用密閉油循環(huán)系統(tǒng)開展了油流帶電的試驗(yàn)研究，并探討了交流電壓作用下沖流電流與外施電壓幅值及溫度之間的關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果表明：無(wú)外施電壓作用時(shí)，油紙絕緣沖流電流特性與溫度及油流速度有關(guān)，低溫下沖流電流隨流速的增加呈線性增加；高溫下沖流電流與流速呈冪函數(shù)的關(guān)系。在外施交流電壓作用下沖流電流大小與外施電壓的幅值有關(guān)，當(dāng)交流電壓幅值較低時(shí)沖流電流變化較小，而當(dāng)外施電壓幅值提升超過一定值后沖流電流隨電壓幅值升高而明顯增大。溫度對(duì)沖流電流有較大的影響，隨溫度的增加沖流電流呈指數(shù)增加，且流速較高時(shí)溫度對(duì)沖流電流值影響更加明顯。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的理論分析表明：外施交流電壓下油流帶電程度的提高應(yīng)歸因于紙中離子遷移對(duì)界面處電荷產(chǎn)生速度的促進(jìn)；溫度通過影響油紙絕緣中離子遷移和擴(kuò)散速度以及電場(chǎng)分布而影響油流帶電特性。

關(guān)鍵詞：油紙絕緣 交流電場(chǎng) 油流帶電 離子遷移

國(guó)家自然科學(xué)基金（51277047），特高壓工程技術(shù)（昆明、廣州）國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室開放基金（NEL201517）和黑龍江省杰出青年基金（JC2010-09）資助項(xiàng)目。

0 引言

近年來(lái)隨著電力變壓器電壓等級(jí)和容量的提升，靠絕緣油自然冷卻方式已經(jīng)不能夠滿足變壓器的散熱要求，因此在很多場(chǎng)合，高壓大容量變壓器采用強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻方式。絕緣油流速的增加，其副作用是加劇了絕緣油與固體絕緣表面的電荷分離，并削弱了油中游離電荷的泄放能力，即加劇了油流帶電[1]。自1980年以來(lái)，我國(guó)已有數(shù)臺(tái)500kV電力變壓器發(fā)生與油流帶電有關(guān)的絕緣事故，油流帶電問題已成為威脅超高壓變壓器安全和影響電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素之一[2]。

H.Miyao等對(duì)交流電壓作用下的油流帶電進(jìn)行了研究，認(rèn)為交流電壓作用下油中離子發(fā)生振動(dòng)，使得雙電層中正離子在油中的分布變寬，絕緣油流動(dòng)帶走更多電荷，從而導(dǎo)致沖流電流增加[3]。在H.Miyao等研究的基礎(chǔ)上，I.A.Metwally等計(jì)算得到了交流電場(chǎng)下沖流電流與外加電場(chǎng)幅值和頻率的關(guān)系[4]。J.K.Nelson、S.Shimizu和R.Tamura等在試驗(yàn)中觀察到外施交流電壓下沖流電流隨溫度升高出現(xiàn)峰值[5-7]。清華大學(xué)涂愈明也對(duì)交流電壓下油流帶電進(jìn)行了研究，提出了變壓器油流帶電的數(shù)學(xué)模型[8]。但以上研究中試驗(yàn)溫度均在70℃內(nèi)，溫度變化范圍較小，不能完全反映油流帶電的規(guī)律。

鑒于以上研究現(xiàn)狀以及國(guó)內(nèi)超高壓變壓器安全運(yùn)行的實(shí)際需求，本文開展了交流電壓下典型平板油紙絕緣結(jié)構(gòu)油流帶電特性的研究，并探討流速、電壓幅值及溫度等因素對(duì)油流帶電的影響，以期為后續(xù)開展降低變壓器油流帶電、提高變壓器整體絕緣性能提供參考。

1 試驗(yàn)系統(tǒng)及材料處理工藝

1.1 試驗(yàn)系統(tǒng)及試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

本文所搭建的試驗(yàn)系統(tǒng)由緩沖器、循環(huán)泵、流量計(jì)、松弛箱、油流帶電箱、測(cè)量箱和溫控設(shè)備等部分構(gòu)成，如圖1所示。

圖1　油流帶電試驗(yàn)系統(tǒng)Fig.1 Flow electrification experiment system

圖1中，緩沖箱內(nèi)的絕緣油由循環(huán)泵泵出，流經(jīng)流量計(jì)后進(jìn)入松弛箱；松弛箱用來(lái)對(duì)油中原有電荷充分泄放以保證絕緣油在流入油流帶電箱之前呈電中性；油流帶電箱中的絕緣模型采用圖2所示的電極結(jié)構(gòu)，并在電極上施加交流高壓以建立交流電場(chǎng)；帶電箱內(nèi)油紙接觸產(chǎn)生電荷所形成的電流在帶有屏蔽的測(cè)量箱處由微電流計(jì)（Keithley 6517A）測(cè)得；而后絕緣油回到緩沖容器待進(jìn)入下一次循環(huán)。

圖2　油流帶電箱結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 The schematic diagram of oil-flow electrification chamber

圖2中，電極分為上、下兩個(gè)平行極板，電極總長(zhǎng)度1m，電極寬度180mm，電極表面覆蓋厚度為d＝0.25mm的絕緣紙。油隙寬度為2a＝5mm。電極平行放置并由聚四氟絕緣件固定于不銹鋼箱體內(nèi)部。在試驗(yàn)中，對(duì)上極板施加高壓，下極板接地。

1.2 試驗(yàn)材料及預(yù)處理

本文采用與實(shí)際變壓器相同的絕緣紙和45號(hào)礦物變壓器油作為油紙絕緣材料。試驗(yàn)前對(duì)絕緣材料進(jìn)行了預(yù)處理，處理后的變壓器油含水量小于0.01%，在溫度為90℃時(shí)介質(zhì)損耗小于0.4%，可視為工程純凈變壓器油。絕緣紙經(jīng)干燥處理后含水量小于0.3%，制作成絕緣試樣后置入試驗(yàn)箱，對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)真空注油后靜置24h，待試樣充分浸油后進(jìn)行試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)現(xiàn)象與試驗(yàn)結(jié)果

2.1 無(wú)外施電壓時(shí)油紙絕緣沖流電流特性

油流速度、溫度及外施電壓幅值對(duì)油流帶電程度均有影響，為研究絕緣油流速對(duì)油流帶電的影響及對(duì)比外施交流電壓幅值對(duì)油流帶電的提升程度，試驗(yàn)對(duì)油紙絕緣無(wú)外施電壓時(shí)的帶電特性進(jìn)行研究。

無(wú)外施電壓時(shí)，不同溫度下沖流電流值與流速及溫度的關(guān)系曲線分別如圖3和圖4所示。

圖3　無(wú)外施電壓時(shí)沖流電流與流速的關(guān)系曲線Fig.3 Relationship between streaming current and flow velocity without external voltage

圖4　無(wú)外施電壓時(shí)沖流電流與溫度關(guān)系Fig.4 Relationship between streaming current and temperature without external voltage

由圖3可知，低溫時(shí)（30～60℃）沖流電流隨流速提高而線性增加，高溫時(shí)（70～90℃）在不同的速度區(qū)間沖流電流與流速的不同次方成比例關(guān)系，流速區(qū)間為0.6～0.8m/s時(shí)沖流電流出現(xiàn)了突變現(xiàn)象。

由圖4可知，溫度對(duì)沖流電流具有較顯著的影響，無(wú)外施電壓情況下沖流電流隨溫度提高而指數(shù)增加，且流速較高時(shí)溫度對(duì)沖流電流值的影響較明顯。

2.2 外施交流電壓下油紙沖流電流特性

試驗(yàn)得到各溫度下沖流電流隨外施電壓變化具有相同趨勢(shì)，圖5給出的是溫度為80℃時(shí)不同流速下沖流電流隨電壓變化曲線。

圖5　80℃時(shí)沖流電流與外施電壓幅值的關(guān)系Fig.5 Relationship between streaming current and amplitude of applied voltage at 80℃

由圖5可以看出，在一定范圍內(nèi)隨外施電壓幅值的提高沖流電流有所提升，但外施電壓對(duì)沖流電流影響較??；當(dāng)電壓超過一定值后，沖流電流隨外施電壓幅值的升高而明顯增大。

試驗(yàn)得到?jīng)_流電流隨溫度變化具有相同趨勢(shì)，絕緣油流速為1.2m/s油流帶電量較大，不同幅值電壓下沖流電流隨溫度的變化如圖6所示。

圖6　外施交流電壓時(shí)沖流電流與溫度關(guān)系Fig.6 Relationship between streaming current and temperature under AC voltage

根據(jù)圖6可以看出，外施交流電壓下沖流電流隨溫度的升高呈指數(shù)上升。

3 試驗(yàn)結(jié)果的討論與分析

3.1 油流帶電理論模型

絕緣紙和絕緣油接觸時(shí)，由于兩種材料對(duì)電子束縛能力的差異，將會(huì)在絕緣紙和絕緣油界面處發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，形成如圖7所示的雙電層結(jié)構(gòu)[9]。在油紙絕緣雙電層中，靠近紙側(cè)為負(fù)離子層、靠近油側(cè)為正離子層。擴(kuò)散作用下會(huì)使油側(cè)的正離子層形成緊貼油紙界面處的緊密層和油中分布的分散層。

圖7　油-紙界面處離子分布Fig.7 Ions distribution at the oil-prossboard interface

3.2 絕緣模型中流速分布

油紙絕緣油流帶電與油流狀態(tài)有關(guān)，為確定本文試驗(yàn)中絕緣油的流動(dòng)狀態(tài)，根據(jù)雷諾數(shù)的臨界值Rec對(duì)絕緣油的臨界平均流速進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)雷諾數(shù)Re＜2 000時(shí)油流屬于層流流態(tài)，在Re≥2 000時(shí)油流屬于紊流流態(tài)，則對(duì)應(yīng)臨界平均流速表達(dá)式為[10]

式中，dH為油道的水力直徑；ν為絕緣油運(yùn)動(dòng)粘度。

在本文的試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭校偷赖乃χ睆綖?.73mm，絕緣油運(yùn)動(dòng)粘度與溫度的關(guān)系如圖8所示。

圖8　絕緣油運(yùn)動(dòng)粘度隨溫度變化曲線Fig.8 The curre of oil viscosity versus temperature

因此，可根據(jù)式（1）得出不同溫度下臨界平均流速的計(jì)算結(jié)果，見表1。

表1　各溫度下絕緣油的臨界平均流速Tab.1 The critical average velocity of insulating oil under different temperatures

根據(jù)臨界雷諾數(shù)計(jì)算得到的不同溫度下臨界平均流速可知，絕緣油流速度低于umc時(shí)絕緣油流動(dòng)狀態(tài)為層流、高于umc時(shí)為紊流。本文絕緣油流速范圍為0.2～1.2m/s，所以在高溫下絕緣油存在兩種流動(dòng)狀態(tài)。

3.3 無(wú)外施電壓時(shí)油紙絕緣油流帶電特性分析

當(dāng)油流達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，雙電層中油側(cè)正離子（＋q）被油流剝離帶走形成沖流電流，對(duì)應(yīng)的紙內(nèi)有等量的負(fù)離子（-q）失去庫(kù)侖力束縛成為自由離子。自由負(fù)離子在濃度梯度作用下向電極方向擴(kuò)散，離開了界面的位置。這些位置隨后再次起電產(chǎn)生新的正、負(fù)離子，補(bǔ)充了被油流帶走的正離子和擴(kuò)散離開界面的負(fù)離子。這一過程連續(xù)不斷地發(fā)生，分別在油中和絕緣紙中形成持續(xù)的沖流電流IS和擴(kuò)散電流ID，如圖9所示。

圖9　油流動(dòng)時(shí)離子穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)Fig.9 Ions motion during oil flowing in steady state

Hirotaka Muto在試驗(yàn)中得出穩(wěn)態(tài)下油流帶走的正離子數(shù)量q正比于界面處油流剪應(yīng)力[11]

式中，系數(shù)α 為與紙表面粗糙度有關(guān)的常數(shù)；τ 為界面處油流剪應(yīng)力，扁矩形油道絕緣油流動(dòng)為層流狀態(tài)時(shí)，其與油流平均流速的關(guān)系為[10]

式中，ρm為絕緣油密度；um為油流平均流速。

正離子q被油流帶走后，失去束縛的負(fù)離子在紙內(nèi)形成的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散電流ID為[12]

式中，D-為負(fù)離子擴(kuò)散系數(shù)；δ-為負(fù)離子層厚度。

考慮到絕緣油在進(jìn)入絕緣模型時(shí)呈電中性，則穩(wěn)態(tài)時(shí)絕緣模型內(nèi)的電流平衡關(guān)系為

結(jié)合式（2）～式（5）得到絕緣油流動(dòng)狀態(tài)為層流時(shí)沖流電流表達(dá)式

隨著溫度的升高絕緣油的粘度下降，導(dǎo)致絕緣油流動(dòng)時(shí)的雷諾數(shù)提高，此時(shí)絕緣油的流動(dòng)狀態(tài)將由層流向紊流轉(zhuǎn)變。由絕緣油流速分布計(jì)算可知，高溫下絕緣油的流動(dòng)包含層流和紊流兩種狀態(tài)，90℃時(shí)絕緣油的臨界平均流速為0.55m/s，與圖3中沖流突變所對(duì)應(yīng)的流速值接近。試驗(yàn)中流速區(qū)間為0.6～0.8m/s時(shí)，沖流電流出現(xiàn)了突變現(xiàn)象，此現(xiàn)象在T.Tanaka等試驗(yàn)中也有發(fā)生[13]。由于層流向紊流轉(zhuǎn)變中流體存在過渡形態(tài)，過渡形態(tài)時(shí)絕緣油的流動(dòng)更為復(fù)雜，導(dǎo)致油流帶電量增加。研究表明，在層流向紊流的過渡階段沖流電流與流速的2～4次方成比例關(guān)系，紊流下沖流電流與流速的1～2次方成比例關(guān)系[13-15]。

低溫下絕緣油的流動(dòng)狀態(tài)為層流，由式（6）可知，沖流電流隨流速線性提高；高溫下絕緣油的流動(dòng)狀態(tài)由層流向紊流轉(zhuǎn)變，根據(jù)已有的研究成果，在絕緣油不同流態(tài)下沖流電流與流速的不同次方成比例關(guān)系，這與圖3中試驗(yàn)結(jié)果相符。

式（6）表明無(wú)外施電壓時(shí)，沖流電流與紙內(nèi)負(fù)離子擴(kuò)散系數(shù)D-成正比，紙內(nèi)負(fù)離子擴(kuò)散系數(shù)可以表示為[16]

假設(shè)紙內(nèi)負(fù)離子均為一價(jià)離子，則負(fù)離子遷移率與絕緣紙電導(dǎo)率的關(guān)系為[17]

式中，γP為絕緣紙電導(dǎo)率；ρ-為絕緣紙內(nèi)總的負(fù)離子體密度。

結(jié)合式（6）～式（8）得到?jīng)_流電流的另一種表達(dá)式

式中

式（9）表明，無(wú)外施電壓時(shí)溫度通過影響絕緣紙電導(dǎo)率和油的運(yùn)動(dòng)粘度而改變沖流電流。

本文對(duì)絕緣紙電導(dǎo)率進(jìn)行了測(cè)試，得到A（T）隨溫度變化的曲線如圖10所示。

圖10　A（T）隨溫度變化曲線Fig.10 Changing curve of A（T）versus temperature

由圖10可知，A（T）隨溫度升高而指數(shù)增加，則根據(jù)式（9）可知無(wú)外施電壓時(shí)沖流電流隨溫度指數(shù)增加，提高流速會(huì)導(dǎo)致沖流電流增加，這與圖4中的試驗(yàn)結(jié)果相符。

3.4 外施電壓下的油紙絕緣油流帶電特性分析

對(duì)油紙絕緣施加交流電壓會(huì)導(dǎo)致絕緣中的離子受到電場(chǎng)力的作用，這一外施電場(chǎng)不會(huì)對(duì)界面處的束縛離子造成明顯影響，正、負(fù)離子分離仍依靠油流的剪切作用。剪切力作用下界面處正、負(fù)離子分離，油紙絕緣中離子在外施交流電壓正半周期內(nèi)（電場(chǎng)方向?yàn)橛筛邏弘姌O指向接地電極）運(yùn)動(dòng)行為如圖11所示。

圖11　外施交流電壓正半周期內(nèi)油紙絕緣中離子行為Fig.11 Ions behavior in the insulation in the positive period of external AC voltage

在外施交流電壓正半周期內(nèi)，由于電場(chǎng)方向與界面雙電層所建立內(nèi)電場(chǎng)方向的差異，外施交流電壓對(duì)高壓側(cè)和接地側(cè)油紙界面雙電層中的離子遷移將產(chǎn)生不同的影響。接地側(cè)油紙雙電層所建立的電場(chǎng)與外電場(chǎng)方向一致，正、負(fù)離子在電壓作用下都向油紙界面處遷移，造成界面處正、負(fù)電荷的集聚，不利于油紙間的電荷轉(zhuǎn)移和消散，從而抑制了油流帶電的產(chǎn)生。而高壓側(cè)的油紙雙電層電場(chǎng)方向與外電場(chǎng)方向相反，外電場(chǎng)作用下雙電層中的正離子在絕緣油中發(fā)生遷移，正離子遷移的同時(shí)被絕緣油流動(dòng)帶走形成沖流電流IS（t），絕緣紙中負(fù)離子在擴(kuò)散、遷移作用下向高壓電極運(yùn)動(dòng)，形成擴(kuò)散電流ID（t）及電場(chǎng)遷移電流IM（t），正、負(fù)離子不斷離開油紙界面為油流下油紙接觸界面處的電荷再次轉(zhuǎn)移創(chuàng)造條件，促進(jìn)了油流帶電的產(chǎn)生。所以交流電壓正半周期內(nèi)沖流電流主要取決于高壓側(cè)油紙界面雙電層的產(chǎn)生與消散。交流電壓負(fù)半周期內(nèi)沖流電流的產(chǎn)生與正半周期內(nèi)原理相同，負(fù)半周期內(nèi)沖流電流主要取決于接地側(cè)油紙界面雙電層的電荷分離。

以交流電場(chǎng)正半周期為例，雙電層中被油流剝離的正離子在電場(chǎng)作用下向接地電極方向遷移，油紙絕緣中絕緣油內(nèi)電場(chǎng)分布為[18]

式中，ω為角頻率； εP為絕緣紙相對(duì)介電常數(shù)；εoil為絕緣油相對(duì)介電常數(shù)；U為外施電壓幅值。

正半周期內(nèi)正自由離子在油中的遷移距離為[19]

試驗(yàn)最大電壓幅值為Umax＝18kV，油中正離子遷移率bi＋＝8×10-9m2/（V·s）[4]， εP＝4.4，εoil＝2.2，ω ＝314rad/s。得到電場(chǎng)作用下，油中正離子最大遷移距離為δmax＝0.174mm，遠(yuǎn)小于油隙寬度。這一關(guān)系表明，油中正自由離子不會(huì)遷移至接地電極泄放，而是全部被油流帶走形成沖流電流IS，如圖11所示。

當(dāng)絕緣油循環(huán)流動(dòng)一定時(shí)間后，絕緣紙內(nèi)自由負(fù)離子遷移電流和擴(kuò)散電流以及油流沖流電流達(dá)到穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。考慮到絕緣油在進(jìn)入絕緣模型時(shí)呈電中性，則外施交流電壓的半個(gè)周期內(nèi)絕緣模型中的電荷守恒

外施交流電壓幅值較低時(shí)，油紙界面處負(fù)離子在正半周期內(nèi)不能遷移至高壓電極，而在負(fù)半周期內(nèi)又重新遷移回油紙界面處，即低電壓下負(fù)離子在絕緣紙中發(fā)生往復(fù)遷移，此時(shí)高壓電極處遷移電流IM（t）為零，紙內(nèi)負(fù)離子運(yùn)動(dòng)至電極處仍依靠離子的擴(kuò)散行為，與未施加交流電壓情況類似，所以外施交流電壓較低情況下，沖流電流沒有發(fā)生明顯變化，與圖5低電壓下沖流電流變化情況相符。

外施交流電壓較高情況下，紙內(nèi)負(fù)離子可遷移至高壓電極處，此時(shí)由于紙內(nèi)負(fù)離子在電場(chǎng)作用下的遷移行為抑制了負(fù)離子的擴(kuò)散行為，擴(kuò)散電流ID（t）與遷移電流IM（t）相比可以忽略，因此式（13）可以簡(jiǎn)化為

在式（14）基礎(chǔ)上得到?jīng)_流電流的周期平均值為

紙中負(fù)自由離子遷移電流為[15]

式中，EP（t）為紙中電場(chǎng)強(qiáng)度。

外施交流電壓作用下紙中電場(chǎng)強(qiáng)度EP（t）與外施加交流電壓幅值U的關(guān)系為[18]

結(jié)合式（2）、式（3）及式（15）～式（17）得到?jīng)_流電流為

從式（18）可以看出，沖流電流隨外施電壓幅值升高而增大，與圖5電壓幅值較高時(shí)沖流電流變化趨勢(shì)相符。

根據(jù)式（8）及式（18）可以得到?jīng)_流電流與溫度的關(guān)系為

式中

式（19）表明在外施交流電壓作用下，溫度通過影響絕緣紙電導(dǎo)率以及油粘度而改變沖流電流。通過對(duì)油紙電導(dǎo)率以及油粘度的測(cè)量，得到B（T）隨溫度的變化曲線如圖12所示。

圖12　B（T）隨溫度變化曲線Fig.12 Changing curve of B（T）versus temperature

由圖12可知，參數(shù)B（T）隨溫度提高而指數(shù)增加，則根據(jù)式（19）可知外施交流電壓作用下，沖流電流隨溫度指數(shù)增加，這與圖6中的試驗(yàn)結(jié)果相符。

4 結(jié)論

本文結(jié)合國(guó)內(nèi)超高壓變壓器安全運(yùn)行的實(shí)際需求，開展了交流電壓下典型平板油紙絕緣結(jié)構(gòu)油流帶電特性的試驗(yàn)研究，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行理論分析，研究結(jié)果表明：

1）無(wú)外施電壓作用時(shí)，油紙絕緣沖流電流特性與溫度及油流速度有關(guān)，低溫下沖流電流隨流速的增加呈線性增加；高溫下沖流電流與流速呈冪函數(shù)的關(guān)系。

2）在外施交流電壓作用下，沖流電流大小與外施電壓的幅值有關(guān)，當(dāng)交流電壓幅值較低時(shí)沖流電流變化較小，而當(dāng)外施電壓幅值提升超過一定值后沖流電流隨電壓幅值升高而明顯增大。

3）溫度對(duì)沖流電流有較大的影響，隨溫度的增加沖流電流呈指數(shù)增加，且流速較高時(shí)溫度對(duì)沖流電流值影響更加明顯。

4）外施交流電壓下，油流帶電程度的提高應(yīng)歸因于紙中離子遷移對(duì)界面處電荷產(chǎn)生速度的促進(jìn)；溫度通過影響絕緣中離子遷移和擴(kuò)散速度以及電場(chǎng)分布而影響油流帶電特性。

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林 林 女，1988年生，碩士研究生，主要從事高電壓與絕緣技術(shù)方向研究。

E-mail:linlin_hrbust@163.com（通信作者）

陳慶國(guó) 男，1970年生，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)楦唠妷航^緣、電力設(shè)備絕緣檢測(cè)及高電壓應(yīng)用新技術(shù)。

E-mail:qgchen@263.net

Flow Electrification Characteristics of Typical Plane Oil-Pressboard Insulation under AC Voltage

Lin Lin1Chen Qingguo1Gao Yuan1He Zilan2Chen Shaojie2
（1.Key Laboratory of Engineering Dielectrics and Its Application Harbin University of Science and Technology Harbin 150080 China 2.Electric Power Research Insititute China Southern Power Grid Co.Ltd.Guangzhou 510080 China）

AbstractTo investigate the flow electrification characteristics of oil-paper insulation under AC voltage,a typical plane oil-pressboard insulation structure was built in laboratory.Experiment study on flow electrification was carried out with the closed oil circulating system,and the relationships were also discussed among streaming current,the voltage amplitude and temperature under AC voltage.The results show that the flow electrification characteristics of oil-paper insulation are related to the temperature and flow velocity in the absence of an external energizing voltage.The streaming current increases linearly with flow velocity at low temperature.At high temperature,the streaming current and flow velocity have the relationship of power function.The streaming current is associated with the amplitude of the applied voltage under AC voltage.The streaming current changes little if the amplitude of AC voltage applied on the oil-paper insulation is low.After the applied voltage amplitudebook=245,ebook=251rises to a certain value,the streaming current increases obviously with the voltage amplitude.Temperature has great influence on streaming current.That is,the streaming current increases exponentially with the increase of temperature,and the influence of the temperature is even more obvious under high velocity.The theoretical analysis demonstrate that the increase of charging tendency under AC voltage can be attributed to the enhancement of charge generation speed at oil-paper interface by ions migration in the paper.The temperature influences the flow electrification characteristics through affecting the ions migration,diffusion speed,and the electric field distribution.

Keywords：Oil-paper insulation,AC electric field,flow electrification,ions migration

作者簡(jiǎn)介

收稿日期2014-06-04 改稿日期 2014-09-09

中圖分類號(hào)：TM411