摘要: 电力电子变压器是一种新型电力输变电装备，因其两侧电压、电流可控，可任意调节功率因数，改善电能质量的特点，具有非常广阔的应用前景。高频电力变压器是PET的核心组件，负责实现电压等级变换。聚酰亚胺(Polyimide,PI)因其优异的介电性能,被广泛地... 展开 电力电子变压器是一种新型电力输变电装备，因其两侧电压、电流可控，可任意调节功率因数，改善电能质量的特点，具有非常广阔的应用前景。高频电力变压器是PET的核心组件，负责实现电压等级变换。聚酰亚胺(Polyimide,PI)因其优异的介电性能,被广泛地应用在高频电力变压器的匝间绝缘和对地绝缘中。由于高频电压下局部温升严重，聚酰亚胺受电-热耦合应力作用的影响，将面临局部放电、绝缘过早失效等问题。本文针对高频电应力下聚酰亚胺的局部放电特性与绝缘老化失效问题开展了深入研究，为提升高频电力变压器的绝缘强度提供了理论依据，具有重要的理论意义和应用价值。 为模拟聚酰亚胺在稍不均匀电场中的局部放电过程，本文搭建了高频正弦电压下的聚酰亚胺局部放电实验平台。针对高频下局部放电易受干扰的特点，采用改进的VMD算法分解局部放电信号，基于平衡优化器算法优化了分解个数K与惩罚因子α,依据峭度准则确定了有效分量，并使用小波阈值去噪进一步去除了重构信号的残留白噪声。 基于25～100℃四个温度点与10～50kHz五个频率点下的局部放电实验数据，获取了温度、频率对聚酰亚胺局部放电的影响规律。结果表明:温度、频率与局部放电的特征量，如最大放电幅值、总放电幅值与放电次数均呈正相关，且两者呈耦合促进关系;同时随温度升高或频率增大，放电谱图的“分簇”与“分层”现象逐渐减弱。基于表面电荷积聚对气隙电场分布的影响分析，揭示了温-频协同作用的影响机理。 开展外施电压3kV、30kHz,环境温度100℃时的聚酰亚胺绝缘老化实验，获取了 5组不同寿命阶段时的试样。发现随老化进行试样的局部放电“分簇”现象逐渐明显，放电统计参量均呈现先增大后减小的趋势，存在明显拐点。对试样进行了红外光谱与纳米压痕分析，发现在老化期间酰亚胺环发生了开环反应，苯环之间的醚键也发生了氧化或断裂，材料的力学性能随之下降。对不同老化阶段试样进行了表面形貌观测，发现随老化进行聚酰亚胺横切面转变为分层结构，裂解反应产生的气体在层间析出表现为大量气泡状凸起;击穿瞬间，击穿点附近气体大量产生而使得上层表面被气体冲破发生撕裂。 基于正交实验设计方法，在幅值2～4kV、频率20～40kHz、温度20～100℃，相对湿度25～75％参数范围内，进行了电-热-湿多因子联合老化实验，并利用Weibull分布计算各实验条件下聚酰亚胺的绝缘寿命。基于极差分析法与方差分析法，确定了幅值、频率、温度、湿度四种因素对绝缘老化速率影响的主次顺序;基于单因子寿命模型与获得的Weibull寿命数据，建立了考虑四种因子作用的电-热-湿多因子联合老化寿命模型，并通过验证实验证明了模型的可靠性。 收起