局部放電對油紙絕緣的影響

李超

摘 ?要：基于智能電網建設中變壓器的作用，文章提出做好變壓器油紙絕緣的必要性，首先分析了變壓器油紙絕緣破壞和局部放電的產生，探討了局部放電對油紙絕緣的影響，再從放電模型、試驗流程、危險等級定義、聚合度分析等方面，詳細而深入的探討了變壓器油紙絕緣中，局部放電的特征參量提取，以及發(fā)展特性分析，以服務智能電網建設，豐富領域內的理論研究內容。

關鍵詞：局部放電;油紙絕緣;聚合度;決策樹

中圖分類號：TM721 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2015）36-0046-02

我國提出建設堅強智能電網的戰(zhàn)略規(guī)劃，投入大量資金進入電網的優(yōu)化和升級，電網規(guī)模不斷擴大，特性日益復雜。變壓器是電網運行的重要元件，保障變壓器安全運行對電網穩(wěn)定有重要作用。

歷年統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，在電網內主變壓器的事故中，絕緣老化問題占有很高的比例，而油紙絕緣則是變壓器絕緣的重要形式，因此，深入探討油紙絕緣的局部放電特征和發(fā)展特性，對分析局部放電對油紙絕緣的影響有重要作用。

1 ?變壓器油紙絕緣破壞和局部放電的產生

油紙絕緣是電力變壓器內絕緣的重要形式，變壓器油紙絕緣會逐漸老化，包括電場、溫度、氧氣、水份等眾多因素都會影響到變壓器的油紙絕緣，導致變壓器的油紙絕緣性能下降，給變壓器安全穩(wěn)定運行帶來影響。

在變壓器油紙絕緣破壞的研究中，局部放電是重要的特征參量。通過局部放電特征，能夠反映不同程度上的絕緣老化特性，借助局部放電與其它特征參量，來反映真實的變壓器絕緣老化情況，因此，基于局部放電的無損檢測已經被廣泛應用。

2 ?局部放電對油紙絕緣的影響

局部放電是高分子絕緣材料老化的重要原因，根據(jù)局部放電統(tǒng)計圖譜的指紋識別技術，分布在時域和相域的24種不同圖譜，包含了上百個特征參量，這些參量都能夠應用于局部放電的信號提取和檢測中。

3 ?變壓器油紙絕緣局部放電特征和發(fā)展特性

局部放電特征是一種特殊的電氣特征量診斷方法，在對變壓器的絕緣老化和剩余壽命預測中，受到外界干擾的因素較少，一般不會受到變壓器濾油、絕緣紙、油類型等的影響，能夠較好的對繞組絕緣實現(xiàn)無損在線監(jiān)測。

3.1 ?放電模型與試驗流程

3.1.1 ?放電模型

變壓器是電網的重要電氣設備，構造相對復雜，同時運行環(huán)境惡劣，因此可能出現(xiàn)局部放電的部位很多。

總體來說，局部放電有三類對變壓器油紙絕緣損害較大的類型，分別為：沿面放電、電暈放電、絕緣內部放電。其中，內部放電對變壓器絕緣的影響最大。

根據(jù)國際電網會議精神，目前研究界多使用CIGRE Method II模型作為研究局部放電對絕緣影響的模型。

基于此，選擇固體絕緣內部扁平氣隙缺陷模型，并依此作為研究對象，用來研究絕緣破壞和發(fā)展過程中，局部放電信號的變化，固體絕緣內部扁平氣隙缺陷模型是基于國際大電網會議提出的CIGRE Method II模型制作，同時也具有一定的代表性。如圖1所示。

該模型中有三層，上層和下層油紙板的厚度均為0.5 mm，中間層則為一個圓形氣隙，該氣隙半徑為10 mm，厚度達0.2 mm。整個試驗模型浸入變壓器絕緣油中，并使用特殊的工具緊固，使用硅橡膠來密封不同層之間的結合處，嚴防變壓器的絕緣油滲透進入氣隙中。

3.1.2 ?試驗流程

首先，提取變壓器油紙絕緣的局部防電信號，并進行去噪處理，構建T-F模式的FCM聚類。

其次，根據(jù)投影和脈沖的不同，對采集到的局部放電信號進行混合放電源分離，將之分為若干個獨立的放電源。

再次，結合統(tǒng)計學原理，對這些放電源進行PRPD模式構造和模糊聚類，根據(jù)統(tǒng)計算子提取出新特征參量。

最后，將提取出的新特征參量進行模式識別，識別出若干放電類型，為變壓器油紙絕緣的決策樹提供輔助支撐。

此后，根據(jù)決策樹判別出不同放電源的嚴重程度，并進行分級。詳細流程，如圖2所示。

3.2 ?局部放電發(fā)展特性分析

3.2.1 ?危險等級定義

對試驗過程中的局部放電信號進行采集，并進行量化分析，以準確診斷變壓器的絕緣狀態(tài)，輔助變壓器檢修決策制定。并根據(jù)放電發(fā)展狀態(tài)，對放電的對應危險等級進行定義和分析，見表1。

3.2.2 ?聚合度分析

在進行油紙被試樣品的聚合度分析時，將DP（Degree of polymerization）作為判別油紙絕緣的最有效根據(jù)。

目前，根據(jù)國際統(tǒng)一的標準，新的絕緣油紙的平均聚合度應該達到1 000，如果測量到的實際絕緣油紙聚合度低于500，則變壓器的整體絕緣水平進入中期，并開始逐步衰老;如果測量到的實際絕緣油紙聚合度低于250，則變壓器的整體絕緣水平進入末期，絕緣油中的糠醛濃度非常高，將導致絕緣紙脆化變形，引發(fā)變壓器絕緣隱患，可能導致故障。

4 ?結 ?語

隨著智能電網建設的不斷深入，我國電網規(guī)模還將不斷擴大，變壓器在電網內的數(shù)量不斷增加，做好變壓器油紙絕緣重要性日益凸顯。變壓器局部放電與油紙絕緣的研究，是近年來的熱點問題，對局部放電特征參量的提取和算法分析，涉及到模糊數(shù)學、神經元理論、概率論、統(tǒng)計學等復雜內容，因此局部放電油紙放電模型的設計成為專業(yè)技術難度很強的研究領域，局部放電與油紙絕緣問題依然有待進一步深入探討。

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