氣隙氣壓對絕緣劣化影響研究

江蘇徐礦綜合利用發電有限公司 徐文梅

氣隙氣壓對絕緣劣化影響研究

江蘇徐礦綜合利用發電有限公司 徐文梅

為了提高變壓器絕緣狀態評估準確性，研究局放內部影響因子對局放發展進程的作用。根據氣隙放電電路搭建仿真模型，得到不同氣隙氣壓下周期性放電波形，波形通過仿真分析結果表明：氣隙氣壓隨著老化進程加深逐漸減小，為進一步研究絕緣老化狀態提供工程指導。

氣隙氣壓；仿真模型；絕緣評估

0 引言

長期的工作電壓作用下，電氣設備絕緣介質內發生局部放電，進一步產生復雜的物理及化學效應，絕緣內氣隙氣壓、相對介電常數會發生變化，任一參數的改變都有可能加深局部放電放電程度，成為絕緣劣化的導火線。通過仿真可以實現改變氣隙氣壓的改變，進而研究其對絕緣劣化的影響。

1 仿真參數設定

1.1 氣隙模型

理想的氣隙模型只考慮放電過程電感的影響，文獻[1]采用沿面絕緣電阻半導化過程描述放電過程對氣隙壁的影響，在此基礎上，考慮放電過程電阻的影響重新構建了氣隙等效模型，如圖1 所示。

圖1 氣隙等效模型

其中，Ca=0.736pF、Cb1=Cb2=0.74pF、Cg=0.05659pF、Ra=2.24×1015Ω、Rg=6×1010Ω、Rb1=Rb2=2.174×1014Ω、Lg=9.07×10-5H、Rg’=4×105Ω。

1.2 外電路設置

仿真回路外加AC交流電壓源電壓50kV，頻率50Hz；保護電阻R=5kΩ；濾波器電感L=50mH；耦合電容Ck=5×10-9F；檢測阻抗Zm包含一個50Ω的電阻和一個2×10-11Ω電容；電容器極板延伸等效電阻Rk=108Ω；K增益為5×106。

1.3 起始放電及熄滅電壓設置

理想設定氣隙內為單一空氣氣體，不摻雜其他氣體，忽略氣隙壁電荷的影響，環氧樹脂絕緣試品中氣隙的擊穿場強Ei和熄滅場強Ee之間的關系如下：

2 仿真結果分析

根據公式(1)和公式(2)，氣隙氣壓會影響到起始放電電壓和放電熄滅電壓，所以通過SIMULINK仿真模型調整起始放電電壓和放電熄滅電壓幅值，可以實現探討絕緣劣化過程中氣隙氣壓對局部放電的影響。圖3的(a)、(b)分別為0.8×105Pa和1.2×105Pa時的周期性放電波形。

圖2 不同氣隙氣壓周期性放電波形

由圖2直觀對比分析：氣壓的高低，對起始放電及熄滅電壓都有很大的影響。大氣壓力降低，起始放電電壓和放電熄滅電壓都會降低，因此局部放電問題就顯得更嚴重。大氣壓力上升時，起始放電電壓和放電熄滅電壓會升高，局部放電次數明顯降低。說明隨著老化的進行，氣隙內氣壓在降低。若想對上述現象做深層次的探討，就得結合高電壓技術課程中的氣體放電的機理，從微觀面著手。

氣隙氣壓升高時，迫于壓力，電子的平均自由行程會縮短，電子與氣體分子發生碰撞的概率會增大。碰撞的過程會加劇能量的損失，因此電子崩的形成收到阻礙，其發展為流注放電的概率也大大降低。表現在單周期放電的波形上，就是氣隙放電的次數會降低。反之，氣隙內氣壓降低時，形成電子崩最終發展成為流注放電的概率會增大，氣隙放電的次數必然會增多。長期的絕緣老化可能導致氣隙內氣體含量的變化，進而影響到氣隙內的氣壓。本文直觀驗證推測，劣化程度越嚴重，氣隙內的氣壓會越低。

3 結論

從局部放電影響絕緣介質內部氣隙氣壓這一實際情況反向思維考慮，根據氣隙放電電路搭建仿真模型，改變與氣隙氣壓相關聯原始參數得到不同氣隙氣壓下周期性放電波形，波形直觀顯示出氣隙氣壓升高可以有效降低局部放電程度，從而表現出絕緣劣化程度較輕。這將為進一步開展絕緣老化評估提供了重要的理論支持。

[1]任成燕,成永紅,陳小林等．基于SIMULINK的氣隙局部放電仿真技術研究[J]．西安交通大學學報．2004,38(8):824-827．