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高频电力变压器是一种可以实现交、直流电压灵活变换的新型输变电设备,在分布式能源并网等领域具有广阔的应用前景。高频电力变压器主要以气-固绝缘为主,结构紧凑,所承受的高频电压波形具有上升时间短、幅值大等特点,与传统电力变压器相比其运行条件更加恶劣。研究表明,沿面放电是造成气-固绝缘系统劣化与失效的重要原因。因此有必要针对高频电力变压器实际工况,开展沿面放电发展过程的研究,了解沿面放电形态和特征参量随放电发展的变化规律,并通过探究表面电荷积聚特性及其对沿面放电发展的影响,深入研究高频下沿面放电特性的演化机理。本文搭建了针-棒电极形式的沿面放电实验平台,实验测试了 20 kHz和30 kHz高频正弦电压下聚酰亚胺的沿面放电发展特性。利用脉冲电流法对沿面放电信号进行采集,采用小波分解对采集的原始放电数据进行去噪,并通过定点开窗等技术实现放电信号的准确提取。通过对沿面放电特征参量进行统计分析,发现最大放电幅值和平均放电次数随着放电的发展不断增大,可以反映沿面放电的发展程度。根据沿面放电形态与放电特征参量的演化规律,可以将高频下沿面放电发展过程进一步分为沿面电晕放电、沿面流注发展和临近沿面闪络3个阶段。基于电容探头法测量原理,搭建了适用于薄膜材料的二维表面电荷测量平台,测量了高频正弦电压下沿面放电发展不同阶段的表面电荷分布,发现材料表面会积聚负极性电荷,且随着放电的发展积累量逐渐增大。利用扫描电镜(Scanning Electron Microscopy,S EM)和傅里叶变换红外光谱分析(Fourier Transform Infrared Spectroscopy,FTIR)对材料表面放电区域的物化特性变化进行了测试,结果表明材料表面会产生较多的物化缺陷,有利于表面电荷的持续积累。基于带电粒子的流体动力学方程,建立了高频电压针-棒电极形式下表面电荷仿真动态模型,考虑了空气中带电粒子的电离、复合、迁移和扩散等过程,并加入了材料表面电荷迁移和体传导模型;利用有限元法进行数值求解,模拟了一个周期内以及多个周期后表面电荷动态积聚过程,发展规律与实验结果具有一致性。对不同的电荷积聚途径进行对比分析,可知空气中带电粒子的漂移作用以及材料表面的电荷迁移作用是表面电荷的主要积聚途径。通过仿真分析材料表面积聚负极性电荷情况下的沿面电场,发现负电荷对正、负半波沿面场强的不同畸变作用是沿面放电相位谱图中极性效应以及沿面放电发展为闪络的重要原因。