随着电力需求的快速增长,在全球许多国家和地区,电力负荷与发电量之间都存在不平衡的问题。特高压直流输电系统在高容量和低损耗方面具有优势,特别是在面积大、人口分布不均衡的中国,除了传统化石燃料发电外,风能、太阳能等新能源发电基地也远离负荷中心,因此,特高压直流输电系统的发展更为迅速。作为高压直流输电系统的关键设备,换流变压器承担着重要的运行责任,故其绝缘状态对系统的安全运行尤为重要。换流变压器的阀侧绕组需要承受交直流复合电压的考验。局部放电是一种能反映绝缘失效过程的放电现象,不同电压形式下不同缺陷模型的放电特性并不相同。纯交流和纯直流电压下的油纸绝缘局部放电特性已被广泛研究,但交直流复合电压下局部放电特性的研究还不够深入。因此,交直流复合电压下油纸绝缘典型缺陷的局部放电特性及反映换流变压器绝缘状态的应用方法成为重要课题。为此,本文建立了复合电压下油纸绝缘局部放电的实验平台,根据实际情况设计了四种典型缺陷的放电模型,运用脉冲电流法采集了各模型的多次实验数据。基于这些实验结果,总结了各模型局部放电的特性规律,探讨了放电机理。最后提出了适用于复合电压下油纸绝缘的局部放电发展评估方法,并对局部放电的缺陷类型进行了识别。论文主要包含以下方面的工作内容及结论:1、在复合电压下局部放电实验平台基础上,建立了四种典型的油纸绝缘缺陷模型,分别为:针板模型、球板模型、沿面模型和气隙模型。使用脉冲电流法对这四种缺陷模型在1:1交直流复合电压下的局部放电实验数据进行了采集。使用最大视在放电量(Qmax)时间趋势和放电重复率(N)时间趋势对局部放电的发展过程进行了总体展示,并使用局部放电相位分布模式(Phase Resolved Partial Discharge,PRPD)谱图对局部放电脉冲在选定时间点的相位分布做出了总结。从实验结果可以得出:基于本文的实验方法和实验条件,针板模型和球板模型的局部放电发展过程较长,而沿面模型和气隙模型放电过程时长较短;在四种模型的放电稳定时期,针板模型的放电量等级最低。四种缺陷模型的局部放电过程中,针板、球板和沿面模型均有时间占比较长的放电起始阶段,而气隙模型的放电过程在预击穿阶段之前状态变化不明显。针板模型在整个局部放电过程中,负半周的放电量和放电重复率均明显高于正半周;球板模型的局部放电过程中,负半周的放电量明显高于正半周,但进入放电稳定阶段后正半周的局部放电重复率比负半周略高;沿面模型也是整个过程中负半周的放电量和放电重复率更高;气隙模型在整个放电过程中,负半周的放电量比正半周略高,但放电重复率在正半周比负半周略高。交流电压和复合电压下的局部放电特性相比,各模型的交流局部放电起始电压均与复合电压局部放电起始电压的交流分量相似或略低。针板模型在复合电压下局部放电量和相位分布受不对称外施电压影响最为明显;球板模型在两种电压形式下,放电重复率的分布差别不大,放电幅值受到外施电压的影响差别很明显;沿面模型的局部放电受复合电压不对称波形影响较为明显,但其相位分布的位置与交流电压下相似;气隙模型在两种电压形式下下的局部放电特性整体差别不明显。2、使用ANSYS有限元软件对四种油纸绝缘缺陷模型在施加电压初期时的电场分布进行了仿真,计算了交直流复合电压下各模型中典型路径上的电场强度(模量)在1工频周期中的变化情况。使用COMSOL多物理场仿真软件对各缺陷模型在直流电压分量施加初期,无局部放电时刻的电荷注入及分布情况进行了仿真,并分析了其各自的局部放电机理:针板模型模针尖附近的电场强度极高,同时直流电压分量下针电极注入的电荷积聚明显,加剧针尖周围位置电场畸变,因此局部放电主要发生在针尖周围,针尖下方的绝缘纸板产生更多的损伤,直至在针尖下方造成击穿;球板模型在交流电压分量下球电极和绝缘纸板之间的夹角油隙电场强度最高,同时直流电压分量下球电极向油中和绝缘纸板中注入的电荷会积聚在接触位置附近,球板模型直流电压分量下空间电荷对局部放电过程的影响相比于针板模型略低,球电极和绝缘纸板之间的油隙中是局部放电的主要发生位置并最后产生放电通道;沿面模型纸板上部两端电极附近为电场强度较高的位置,同时柱电极和小型板电极向油中注入极性相反的电荷,加速油中杂质小桥的形成,最终造成沿面闪络;气隙模型交流电压分量对绝缘的影响更大,且直流分量下,上、下极板对绝缘纸板的电荷注入量等级较低,因此1:1复合电压情况下,气隙模型的局部放电特性相较于前三种模型更接近于单纯交流情况下的局部放电。3、提出了针对复合电压下的局部放电-△T-N分析模式,所建立的Hn(△T,Φ)谱图可以清楚地反映四种缺陷模型局部放电的特性,不需要对局部放电量幅值进行严格的校准或归一化处理,具有较强适应性。Hn(△T,Φ)谱图的每一个样本可得到矩阵重心C(xc,.yc)作为综合表达局部放电脉冲相位、时间间隔和重复率的特征量。变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)可以平滑地提取矩阵重心发展趋势Tr(xt,yt),降低局部放电发展过程中由随机性引起的不利影响。基于Tr(rt,yt),各缺陷模型的局部放电发展程度可以通过连续信息来进行评估,而不需要考虑传统放电阶段划分带来的边界点归属问题,非常适合在线监测和基于大数据的电气设备绝缘状态历史档案的建立。将Tr(xt,.yt)进行标准化处理后转换为无量纲指标R(X,Y),可以简便的对各缺陷模型的局部放电发展程度进行评估,且使不同缺陷模型之间的局部放电特性对比更加简洁明了。根据本文的实验基础,推荐了四种模型各自的警戒(X,Y)值。4、利用局部放电脉冲的相位信息结合波形作为输入特征量,采用补零法对特征量维数进行标准化。并针对样本量较大、特征量维数较高的情况,使用随机森林算法对局部放电缺陷类型进行识别。在两种模型局部放电脉冲混合的情况下,识别率可以达到90%以上;且四种模型的局部放电脉冲混合的情况下,识别效果也可以达到85%以上。比较随机森林和最小二乘支持向量机在局部放电缺陷模型方面的识别效果,在数据量较大的情况下,综合考虑识别率、计算时间和适应性,随机森林的性能较好。综上所述,本文对1:1交直流复合电压下四种常见油纸绝缘缺陷模型的局部放电特性进行了实验和机理研究,提出了针对复合电压下的局部放电Φ-△T-N分析模式和基于连续历史信息的放电发展程度评估方法,采用随机森林算法进行了局部放电缺陷类型识别,效果良好,可为换流变压器绝缘状态评估的缺陷诊断提供依据。