變壓器振蕩型沖擊電壓下的局部放電測量

李鈺

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.07.077

摘 要：為了提高變壓器實際工作效率，提升變壓器絕緣能力，深入了解變壓器振蕩型沖擊電壓下局部放電特性，更好地掌握變壓器局部放電規律及特點，筆者對變壓器局部放電檢測方法、進而建立科學合理的變壓器局部放電檢測體系、進一步解決局部放電測量問題、落實對局部放電絕緣狀態診斷和辨識等幾方面問題進行了探討。

關鍵詞：放電測量 電氣設備 交流感應

中圖分類號：TM41 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）03（a）-0077-02

隨著變壓器局部放電系統的逐步完善，我國局部放電技術及方法已經趨近成熟，對設備絕緣缺陷的發現發揮著重要作用。因此，必須要對局部放電檢測進行深入地分析了解，爭取盡早發現設備絕緣潛伏性缺陷，提高變壓器電壓穩定性。

1 沖擊電壓下的局部放電物理過程

1.1 等值電路

為了增進變壓器振動型沖擊電壓局部放電情況的了解，掌握電場電容分布，下面就利用圖1對沖擊電壓下的局部放電過程進行簡要闡述說明（圖1）。

圖1中的Cg、Cb、Ca分別為缺點等值電容、與缺陷串聯部分絕緣介質等值電容、除Cb外其他絕緣介質等值電容。

1.2 雙指數沖擊下的局部放電過程

在雙指數沖擊電壓下，氣隙承受電壓隨著外施電壓的上升而逐漸上升，氣隙電壓達到擊穿電壓值時就會發生放電，進而產生的空間電荷在外加電場作用下產生反向運動，形成反向電場，放電停止。通常氣隙沖擊電壓很少會在短時間內出現自由電子，但是在這一沖擊電壓下，氣隙的擊穿電壓較高，會引發劇烈的放電反應，產生大量空間電荷，反向電壓較高。而當氣隙電壓隨著外施電壓下降產生負極性上升時，內部反向電壓和外加電壓差達到擊穿電壓值時，就會產生再次放電，外加電壓波尾同樣會引發若干次放電。

1.3 振蕩型沖擊電壓下的局部放電過程

振蕩型沖擊氣隙電壓要比之后各次放電都大，據該反應特性振蕩型沖擊電壓會對外加電壓產生極大影響，從而產生反向電場，達到反向擊穿條件時，就會形成反向放電情況。振蕩電壓經過波谷后，氣隙兩端外加電場不斷增加，氣隙受振蕩特性影響外加電壓迅速降低，主放電產生的自由電荷所形成的反向電場與外加電場產生正向放電。以上情況重復發生就是振蕩型沖擊電壓局部放電，只有在氣隙電壓完全達不到擊穿電壓時，局部放電情況才會停止。根據氣隙放電的特性，試驗過程中也要注意采集振蕩上升過程中的負極性放電脈沖，掌握放電規律和影響。

1.4 沖擊電壓下絕緣局部放電仿真模擬

基于蒙特-卡洛法沖擊電壓局部放電理論，許多經驗豐富的電力人員進行氣隙局部放電物理試驗，并根據已有試驗條件及相關參數確定了模型參數的初始值，進而生產了局部放電模擬圖，提高對絕緣局部放電情況的了解。具體情況如圖2。

2 沖擊電壓下局部放電檢測系統

2.1 系統總體設計

無論是施加振蕩型沖擊電壓還是交流電壓，油浸式變壓器的局部放電測量都是通過電容型套管末屏來取得的，在這一作用試驗中，位移電流產生的情況也較為常見。通常情況下，當振蕩型沖擊電壓頻率在1～15 kHz時，變壓器的交流感應耐壓頻率為100～250 Hz。當沖擊電壓幅值相同，振蕩型電壓所產生的位移電流等于150倍的交流電壓位移電流。研究人員所需要做的就是根據試驗內容和結果，提高對振蕩型沖擊電壓影響的了解，盡可能地克服位移電流產生的各種不利影響，做好局部信號的有效分析，進而獲取精確的電流脈沖信號。因此，基于寬帶測量阻抗及高頻電流傳感器的設計基礎，試驗人員搭建了局部放電測量系統，采集了局部放電測量，采用50 Ω無感電阻和帶寬為102 MHz的高頻電流傳感器對沖擊電壓下試品局部放電信號進行采集，并通過截止頻率為1 MHz的高通濾波器過濾掉采集信號中沖擊源引起的位移電流、起始時刻的干擾信號，并利用示波器進行局部放電信號的準確記錄。

2.2 測量系統的檢驗

為了增進對測量系統有效性的了解，加強變壓器放電情況管理，筆者對針板缺陷試品進行試驗，并對照無缺陷試品，經試驗驗證，分別進行兩試品雙指數雷擊電壓沖擊試驗，進而檢測無缺陷試品局部放電信號測量后發現，沖擊電壓局部放電測量系統具有一定的可行性。超聲波檢測對于沖擊電壓檢測并不適用，超聲波持續時間較長，由位移電流產生的信號會逐漸淹沒在沖擊電壓作用時間內，難以檢測到有效的放電信號。由于特高頻檢測是根據振蕩信號進行測量的，難以判別極性，不利于后續情況分析，綜合各種放電情況而言，脈沖電流局部檢測更為符合局部放電情況檢測。

2.3 振蕩型沖擊電壓下油紙絕緣典型缺陷局部放電特性

由于變壓器絕緣結構較為復雜，引發局部放電的原因是多種多樣的，局部放電類型也較為多樣，但放電機理卻是萬變不離其宗，局部放電大體可分為油紙板沿面放電、油中尖端放電及絕緣紙板內部氣隙放電3種，氣隙模型內部采用了雙層紙板，利用厚度一定，模擬內部扁平氣隙。該模型完成后，首先要進行烘干處理，去除紙板內部水分，并對牛皮紙進行絕緣牛皮紙浸油處理。反向電場分量與變壓器實際結構較為接近，而沿面放電模型正是具有這一特點，其局部放電電壓與閃絡電壓差距較大，有利于局部放電特性的研究。

3種典型缺陷隨外施電壓的升高，放電次數和幅值均會增加，而放電相位相對較為穩定。負極性振蕩型操作沖擊電壓下3種缺陷的統計比較如表1所示。

通過上述數據可以看到，在3種缺陷中，紙板內部氣隙的局放沖擊比最低，也就是說在該種缺陷中，沖擊電壓的檢測靈敏度是最高的，且從放電次數上來看，在相同的外加電壓下，內部氣隙的放點數量也是最多的。

3 結語

變壓器振蕩型沖擊電壓更易引發局部放電，想要改進設備的絕緣性能，就必須從其特性出發，提升絕緣考核要求，實行局部放電測量是整體形勢發展要求，采用有效的振蕩沖擊電壓局部檢測手段，盡可能地消除沖擊源的影響，營造較為穩定的變壓器放電環境。應當始終保持謹慎的態度，不斷進行振蕩沖擊電壓下局部放電測量手段研究，努力提升變壓器的絕緣性能。

參考文獻

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