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随着柔性直流输电和分布式电源的发展,高频电力变压器(High-frequency Power Transformer,HFPT)因其灵活的交、直流电压变换和能源传递,具有广阔的应用前景。为减小设备体积和提高工作效率,高频变压器绝缘结构多采用空气-固体绝缘材料。HFPT工作电压波形具有频率高(10 kHz以上)、幅值大、上升时间短等特点,同时其体积远小于常规变压器,使得HFPT较常规电力变压器电磁耦合度高,集肤效应明显,正常工况局部温升高,致使高频绝缘易于过早失效。鉴于高频变压器实际运行工况,开展高频正弦电应力下气-固绝缘放电特性研究,研究高频放电特征参量随放电发展的变化规律,并通过电荷积聚理论与微观测量技术,深入研究高频下气-固绝缘放电机理。本文搭建球-板电极高频局部放电实验平台,用来模拟稍不均匀电场的局部放电(Partial Discharge,PD)过程。利用该平台在频率为30 kHz,幅值为1.5 kV、2 kV、2.5 kV和3 kV四种电压下进行局部放电测试。使用高频脉冲电流法采集放电信号,用sym8小波基函数和阈值对放电信号进行去噪,并通过相位开窗方法准确提取放电特征量。获得了不同电压幅值下的局部放电谱图、放电幅值、放电次数和绝缘寿命。通过分析其变化规律,结果表明:高频正弦电应力下,绝缘寿命与电压幅值呈现负指数关系;不同寿命阶段,单周波平均放电次数基本不变,约等于整个寿命周期的平均放电次数;同时放电幅值在不同寿命阶段里也没有明显变化;放电次数二维相位分布呈“锥”状,且锥顶的相位随着电压幅值的升高向左移动;高频电应力下气-固绝缘在不同损伤阶段的局部放电及持续时间差异性并不明显。搭建针-板电极结构的高频沿面放电实验平台,用来模拟极不均匀电场的沿面放电过程。实验施加正弦电压的频率为30 kHz,幅值为8 kV、9 kV和10 kV三种电压用来模拟加速沿面放电过程。利用高速相机拍摄发现沿面放电发展过程经过电晕放电-流注放电-沿面闪络,沿面闪络形态呈现直线型,并没有出现工频下的火花放电现象,并且高频沿面闪络对绝缘材料的破坏远大于工频电压。对放电数据进行统计分析发现沿面放电表现出很强的极性效应,在极性反转处出现的放电次数最多,放电量大,对绝缘的破坏更严重。本文还对不同损伤阶段的材料表面放电区域进行了扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)与能谱(Energy Dispersive Spectrdmeter,EDS)测试,发现放电使材料表面有凸起和“状固体颗粒”生成。且随着材料损伤程度的加深,材料表面固体颗粒和凸起等物化缺陷增多,陷阱密度和能级增大,导致随着材料损伤的加深,放电次数和放电幅值均呈现增大趋势。