變壓器振蕩型沖擊電壓下的局部放電測(cè)量

李鈺

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

摘 要：為了提高變壓器實(shí)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(guī)律及特點(diǎn)，筆者對(duì)變壓器局部放電檢測(cè)方法、進(jìn)而建立科學(xué)合理的變壓器局部放電檢測(cè)體系、進(jìn)一步解決局部放電測(cè)量問題、落實(shí)對(duì)局部放電絕緣狀態(tài)診斷和辨識(shí)等幾方面問題進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：放電測(cè)量 電氣設(shè)備 交流感應(yīng)

中圖分類號(hào)：TM41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）03（a）-0077-02

隨著變壓器局部放電系統(tǒng)的逐步完善，我國(guó)局部放電技術(shù)及方法已經(jīng)趨近成熟，對(duì)設(shè)備絕緣缺陷的發(fā)現(xiàn)發(fā)揮著重要作用。因此，必須要對(duì)局部放電檢測(cè)進(jìn)行深入地分析了解，爭(zhēng)取盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)備絕緣潛伏性缺陷，提高變壓器電壓穩(wěn)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(jìn)變壓器振動(dòng)型沖擊電壓局部放電情況的了解，掌握電場(chǎng)電容分布，下面就利用圖1對(duì)沖擊電壓下的局部放電過程進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述說明（圖1）。

圖1中的Cg、Cb、Ca分別為缺點(diǎn)等值電容、與缺陷串聯(lián)部分絕緣介質(zhì)等值電容、除Cb外其他絕緣介質(zhì)等值電容。

1.2 雙指數(shù)沖擊下的局部放電過程

在雙指數(shù)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(dá)到擊穿電壓值時(shí)就會(huì)發(fā)生放電，進(jìn)而產(chǎn)生的空間電荷在外加電場(chǎng)作用下產(chǎn)生反向運(yùn)動(dòng)，形成反向電場(chǎng)，放電停止。通常氣隙沖擊電壓很少會(huì)在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)自由電子，但是在這一沖擊電壓下，氣隙的擊穿電壓較高，會(huì)引發(fā)劇烈的放電反應(yīng)，產(chǎn)生大量空間電荷，反向電壓較高。而當(dāng)氣隙電壓隨著外施電壓下降產(chǎn)生負(fù)極性上升時(shí)，內(nèi)部反向電壓和外加電壓差達(dá)到擊穿電壓值時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生再次放電，外加電壓波尾同樣會(huì)引發(fā)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(jù)該反應(yīng)特性振蕩型沖擊電壓會(huì)對(duì)外加電壓產(chǎn)生極大影響，從而產(chǎn)生反向電場(chǎng)，達(dá)到反向擊穿條件時(shí)，就會(huì)形成反向放電情況。振蕩電壓經(jīng)過波谷后，氣隙兩端外加電場(chǎng)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(chǎn)生的自由電荷所形成的反向電場(chǎng)與外加電場(chǎng)產(chǎn)生正向放電。以上情況重復(fù)發(fā)生就是振蕩型沖擊電壓局部放電，只有在氣隙電壓完全達(dá)不到擊穿電壓時(shí)，局部放電情況才會(huì)停止。根據(jù)氣隙放電的特性，試驗(yàn)過程中也要注意采集振蕩上升過程中的負(fù)極性放電脈沖，掌握放電規(guī)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(jīng)驗(yàn)豐富的電力人員進(jìn)行氣隙局部放電物理試驗(yàn)，并根據(jù)已有試驗(yàn)條件及相關(guān)參數(shù)確定了模型參數(shù)的初始值，進(jìn)而生產(chǎn)了局部放電模擬圖，提高對(duì)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(cè)系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

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(cè)量都是通過電容型套管末屏來取得的，在這一作用試驗(yàn)中，位移電流產(chǎn)生的情況也較為常見。通常情況下，當(dāng)振蕩型沖擊電壓頻率在1～15 kHz時(shí)，變壓器的交流感應(yīng)耐壓頻率為100～250 Hz。當(dāng)沖擊電壓幅值相同，振蕩型電壓所產(chǎn)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(jù)試驗(yàn)內(nèi)容和結(jié)果，提高對(duì)振蕩型沖擊電壓影響的了解，盡可能地克服位移電流產(chǎn)生的各種不利影響，做好局部信號(hào)的有效分析，進(jìn)而獲取精確的電流脈沖信號(hào)。因此，基于寬帶測(cè)量阻抗及高頻電流傳感器的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，試驗(yàn)人員搭建了局部放電測(cè)量系統(tǒng)，采集了局部放電測(cè)量，采用50 Ω無感電阻和帶寬為102 MHz的高頻電流傳感器對(duì)沖擊電壓下試品局部放電信號(hào)進(jìn)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(hào)中沖擊源引起的位移電流、起始時(shí)刻的干擾信號(hào)，并利用示波器進(jìn)行局部放電信號(hào)的準(zhǔn)確記錄。

2.2 測(cè)量系統(tǒng)的檢驗(yàn)

為了增進(jìn)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)有效性的了解，加強(qiáng)變壓器放電情況管理，筆者對(duì)針板缺陷試品進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)照無缺陷試品，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，分別進(jìn)行兩試品雙指數(shù)雷擊電壓沖擊試驗(yàn)，進(jìn)而檢測(cè)無缺陷試品局部放電信號(hào)測(cè)量后發(fā)現(xiàn)，沖擊電壓局部放電測(cè)量系統(tǒng)具有一定的可行性。超聲波檢測(cè)對(duì)于沖擊電壓檢測(cè)并不適用，超聲波持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，由位移電流產(chǎn)生的信號(hào)會(huì)逐漸淹沒在沖擊電壓作用時(shí)間內(nèi)，難以檢測(cè)到有效的放電信號(hào)。由于特高頻檢測(cè)是根據(jù)振蕩信號(hào)進(jìn)行測(cè)量的，難以判別極性，不利于后續(xù)情況分析，綜合各種放電情況而言，脈沖電流局部檢測(cè)更為符合局部放電情況檢測(cè)。

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(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，引發(fā)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(jī)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(nèi)部氣隙放電3種，氣隙模型內(nèi)部采用了雙層紙板，利用厚度一定，模擬內(nèi)部扁平氣隙。該模型完成后，首先要進(jìn)行烘干處理，去除紙板內(nèi)部水分，并對(duì)牛皮紙進(jìn)行絕緣牛皮紙浸油處理。反向電場(chǎng)分量與變壓器實(shí)際結(jié)構(gòu)較為接近，而沿面放電模型正是具有這一特點(diǎn)，其局部放電電壓與閃絡(luò)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(shù)和幅值均會(huì)增加，而放電相位相對(duì)較為穩(wěn)定。負(fù)極性振蕩型操作沖擊電壓下3種缺陷的統(tǒng)計(jì)比較如表1所示。

通過上述數(shù)據(jù)可以看到，在3種缺陷中，紙板內(nèi)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(cè)靈敏度是最高的，且從放電次數(shù)上來看，在相同的外加電壓下，內(nèi)部氣隙的放點(diǎn)數(shù)量也是最多的。

3 結(jié)語

變壓器振蕩型沖擊電壓更易引發(fā)局部放電，想要改進(jìn)設(shè)備的絕緣性能，就必須從其特性出發(fā)，提升絕緣考核要求，實(shí)行局部放電測(cè)量是整體形勢(shì)發(fā)展要求，采用有效的振蕩沖擊電壓局部檢測(cè)手段，盡可能地消除沖擊源的影響，營(yíng)造較為穩(wěn)定的變壓器放電環(huán)境。應(yīng)當(dāng)始終保持謹(jǐn)慎的態(tài)度，不斷進(jìn)行振蕩沖擊電壓下局部放電測(cè)量手段研究，努力提升變壓器的絕緣性能。

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