摘要：冲击电压下油纸绝缘结构的电场特性和电荷特性是变压器绝缘设计中需要考虑的关键环节,目前主要依靠仿真计算获得,其结果不仅难以体现电场作用下产生的空间电荷对电场的影响,而且缺乏实测手段的支撑和验证。该文利用基于光学克尔效应的油纸绝缘空间电场非接触式测量方法,对冲击电压下变压器油中的电场特性开展了实测研究,获得了电极材质、电压幅值、波前时间对空间电场及电荷特性的影响规律,并且基于实测结果建立了冲击电压下变压器油中电荷运动模型。试验结果表明:在冲击电压作用下,铝电极对纯变压器油中的电荷注入量最大,不锈钢次之,铜最少,这是由不同电极中金属元素的功函数不同所导致;随着电压幅值的增大,空间电荷对油隙中间电场的作用是先增强后削弱再增强;随着波前时间的延长,变压器油中电场的峰值呈现逐渐减小的趋势,波前时间40μs时间时比500ns时降低了17.6%,其原因在于波前时间较长时注入电荷量较大、削弱作用较强所致;在冲击电压过程中,电荷存在动态运动过程,不同时刻电荷位置不同导致对电场的作用不同,负电荷由阴极运动到阳极的平均运动速率为1.1×10-3m2/(V?s),负电荷达到相对稳定状态所需时间至少为2μs。用场致发射和场致电离理论分别解释了变压器油中负、正电荷的来源,建立了电荷运动模型,阐释了电荷运动机制。

关键词：变压器油 克尔效应 冲击电压 电极材质 波前时间 

单位：新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学); 中国电力科学研究院