關于變壓器實驗室局部放電模型的研究

葉 濤 楊建中 劉拴勝 夏洪剛 宦 鈞 張 鵬 安盛東 肖擁軍 汪天星

1.烏蘭察布電業局 內蒙古 烏蘭察布 012000；2.北京國電迪揚電氣公司 北京 100102

一、引言

近年來，隨著檢測技術的發展，高頻局放和超聲波局放檢測和定位已經被廣泛地應用于現場的變壓器。

要在現場準確地檢測出有效的變壓器局部放電信號，首先應在實驗室研究變壓器的常見的放電模型，并研究局放特性和缺陷類型之間的關系。

二、變壓器缺陷

運行中的變壓器如果存在局部放電，變壓器的絕緣系統必然存在缺陷，主要缺陷如下：

1.絕緣脫層。

2.氣泡。高含濕量和高熱、高場強結合在一起可能產生高水蒸氣壓力并“冒氣”，影響紙板和繞組絕緣，此后這種海綿狀材料可能開始放電。放電產生的氣體可能形成氣泡和微水滴蒸汽。

3.金屬顆粒。加工過程中可能遺留自由金屬顆粒，較小的顆粒將被油流吸引，而較大的顆粒將下沉到底部，自由顆粒很容易附著在表面上，例如繞組表面，也可能產生固定金屬顆粒。

4.潮氣。老化過程可能產生潮氣，潮氣也可能在現場安裝時引入，潮氣將通過一些方式影響放電的開始和熄滅。

5.不良的連接。“不良的連接”具有固定的擊穿電壓(UBD)。因而在電壓的上升沿導致放電，靜電充電將使局部電荷沉積加重，從而導致場強增大引起放電。

三、變壓器實驗室放電模型研究

3.1 局放活動的例子 對于油浸變壓器，在對新設備或者對運行很長時間后經過改進的設備在工廠進行檢驗試驗時，可能已經開始發生局放。

3.2 一些放電模型 這里介紹在大多數情況下所用的同樣電極系統：電極為球-板電極，標準3毫米厚的壓制紙板夾在電極之間，如圖1所示。

3.2.1 火花放電 火花放電的存在是個潛在危險，因為高水平的局放能量可以引起絕緣燃燒，也可能產生氣泡。在這個實驗中，三塊壓制紙板疊加在一起放在球-板電極布置之間，持續時間30分鐘。試樣在沒有油的情況下在電場強度4kV/mm(rms)下進行實驗，這個場強水平是可以與實際的設計工作場強(對于紙3-4.5kV/mm，對于油3kV/mm)相比擬的。

3.2.2 痕跡 把兩塊壓制紙板夾在電極之間，底下的壓制紙板是新的，而上面的一塊有燒痕標記(由以前的實驗產生)，試樣在沒有油的情況下承受4kV/mm(rms)場強，其放電活動非常低，重復率＜20脈沖/秒，放電量＜30pC。然而，有時能看到變化很大(幾千pC)但時斷時續的局放信號。

然后輕微調節壓制紙板，使有燒痕標記的部分與高壓電極接觸，在2.7kV/mm的很低場強下得到放電量1200pC的大局放活動。重復率也一直很高(～4000pps)，而且，在正半周出現大量放電。

3.2.3 小金屬顆粒污染 如果有多個顆粒，則放電活動更大，而且顆粒之間也有明顯的相互影響，請見圖2。

模擬更多顆粒時，采用從其它變壓器提取的少量污染油，把它注入到油楔，并在起始場強3.7 kV/mm(rms)下進行試驗。這個試樣含有來自變壓器冷卻導管磨損的微觀金屬顆粒，記錄的放電達到170 pC。局放活動限制在接近高壓峰值的相當小的窗口。

3.2.4 濕氣 在浸油材料中經常存在濕氣，采用的未經干燥處理的壓制紙板，含濕量約4%，樣品在沒有間隙的情況下，在起始場強8kV/mm(rms)下進行試驗，這是正常工作場強的二倍。在持續時間12分鐘的實驗期間局放活動是穩定的，記錄的放電量達到3 nC，中等重復率(180pps)。在兩個半周放電量大小相似，但是模式差別很大。

3.2.5 封閉的空腔 試驗模擬放電產生的氣泡被周圍區域吸附的情況。放電時產生的氣泡在空腔中積累，雖然放電模式在試驗時保持相似，但最后放電活動的強度很小，最大強度的放電發生在45°(也發生在負半周的225°)。

四、研究總結

本文介紹了變壓器缺陷以及一些變壓器實驗室局部放電模型，通過實驗室局放模型研究，可以使變壓器檢測人員掌握變壓器局放特性和缺陷類型之間的關系，更好地完成變壓器局放檢測。