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饱和电抗器作为特高压直流换流阀中保护晶闸管的关键设备,对保证换流阀的正常运行发挥着重要作用。但是,饱和电抗器绝缘长期承受幅值大、上升沿陡峭的脉冲电压,脉冲电压引起的局部放电是造成饱和电抗器绝缘失效的主要原因。如今,饱和电抗器绝缘只能按照正弦电压下的局部放电标准进行设计,缺乏指数衰减脉冲电压下的绝缘设计准则。因此,研究饱和电抗器环氧树脂在指数衰减脉冲电压作用下的局部放电机制具有至关重要的意义。首先,本文基于双极性Marx电路和脉冲变压器的新型拓扑结构,设计了一种用于模拟饱和电抗器绝缘电气应力的指数衰减脉冲电压源。针对波形需求,对脉冲电压源的电路进行了设计。为了验证所提出的电路的可行性,利用Pspice仿真软件搭建电路模型,得到仿真结果,验证了电路的可行性。在此基础上,搭建了脉冲发生器的测试系统,并对脉冲电压源的性能进行测试。脉冲电压源可输出双极性指数衰减微秒脉冲,正极性脉冲电压幅值0~12.12kV可调,脉宽11.40μs,上升沿1.18μs,负极性脉冲电压幅值0~2.60kV可调,脉宽68.20μs,上升沿21.38μs,频率为50Hz,所有参数与设计的波形参数基本一致。其次,考虑到饱和电抗器环氧树脂在实际浇注过程中会引入缺陷,本文制作了环氧树脂气隙缺陷和针板缺陷,并搭建了局部放电实验平台。在此基础上,本文开展了环氧树脂样品在指数衰减脉冲电压下的局部放电实验,提取局部放电起始电压峰值、放电次数、平均放电幅值,并绘制局部放电相位分布谱图(PRPD)。本文同时开展了25°C和110°C下的局部放电实验,并与正弦电压下的局部放电实验结果进行对比分析。与正弦电压下的局部放电特性相比,两种缺陷在指数衰减脉冲电压下的放电次数较少,放电幅值更大;气隙缺陷在脉冲电压下的起始放电电压峰值更高,而针板缺陷在脉冲电压下的起始电压峰值更低。最后,为了阐述两种环氧树脂样品在指数衰减脉冲电压下的局部放电机理,本文从环氧树脂气隙缺陷和针板缺陷的等效电路模型和空间电荷耗散/积聚的角度解释了指数衰减脉冲电压下的局部放电机理。结合环氧树脂电导率和空间电荷随温度的变化,本文解释了25°C和110°C下局部放电行为的差别。温度的升高会增大环氧树脂的电导率,增大空间电荷的衰减速率,进而影响局部放电行为。本文还对比分析了指数衰减脉冲电压和正弦电压下的局部放电特性,可为饱和电抗器在指数衰减脉冲电压下的绝缘设计提供依据。