氣隙放電的仿真研究

安徽華電宿州發(fā)電有限公司 于 凱

氣隙放電的仿真研究

安徽華電宿州發(fā)電有限公司 于 凱

為了探究氣隙放電的放電機理，結(jié)合局部放電機理和經(jīng)典等值三電容模型，搭建了基于電容-電感-電阻的單氣隙放電仿真模型，并在matalab中實現(xiàn)其仿真。通過改變電阻和電容參數(shù)的大小，分析研究電磁波波形的變化情況，從而為深入探究其放電機理以及進(jìn)行氣隙放電識別分析奠定一定的基礎(chǔ)。

氣隙放電；仿真模型；matalab；電磁波

0 引言

隨著電壓等級的升高、電網(wǎng)規(guī)模的爆炸式擴張、用戶對電能質(zhì)量要求的提高，電力系統(tǒng)的安全運行以及持續(xù)、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)的電力供應(yīng)顯得愈發(fā)重要。出現(xiàn)嚴(yán)重的故障事故時，人們的分析焦點一般停留在電網(wǎng)的運行調(diào)度層，由電氣設(shè)備絕緣損壞造成的故障往往被忽略。而事實上重大事故往往是由輸配電設(shè)備的絕緣故障所導(dǎo)致的，而氣隙放電是引起絕緣故障的主要原因[1]。因此，對氣隙放電進(jìn)行模擬是分析絕緣故障的重要基礎(chǔ)。

1 局部放電機理

對氣隙局部放電使用電阻電容模型，典型的氣隙局部放電電阻電容模型理想圖如圖1，其中絕緣介質(zhì)被分解成了a、b、c三部分，c代表氣隙，b為c的上下部分，電路上是串聯(lián)關(guān)系，a即為c的左右兩部分，電路上是并聯(lián)關(guān)系。圖2是氣隙模型等效電路圖，其中Rg、Cg分別是氣隙電阻和電容，Rb、Cb是氣隙上下部分電阻和電容，Ra、Ca是其余無氣隙部分電阻和電容。

圖1 氣隙模型理想圖

圖2 氣隙模型等效電路圖

2 局部放電影響因素

根據(jù)國內(nèi)外學(xué)者的研究成果，a部分的參數(shù)基本不影響局部放電，本文將不繼續(xù)研究。下面將通過調(diào)整b部分參數(shù)、氣隙等效電容Cg、氣隙等效電阻Rg等觀察波形的變化，從而探究其物理含義。

3 仿真結(jié)果分析

由文獻(xiàn)[2]知，當(dāng)Rb1=Rb2=2.174×1014Ω，

Cb1=Cb2=7.4×10-13F、Rg=6×1010Ω時，得到的氣隙放電波形和放大后單次放電波形圖，分別如圖3中的(a)、(b)所示。由單次波形圖可計算出單次放電上升時間為20ns，下降時間580ns，

圖3 原始及放大后氣隙放電波形

3.1 b部分參數(shù)變化

b部分是與氣隙連接絕緣介質(zhì)部分，主要改變Rb和Cb。本文中，Rb1和Rb2同時改變，Cb1和Cb2同時改變。

（1）改變電阻Rb1、Rb2。

改變電阻值Rb1=Rb2=10-100Ω，波形如圖4(a)所示。改變電阻值Rb1=Rb2=10100Ω，波形如圖4(b)所示。

圖4 改變電阻的氣隙放電波形

由圖4中的(a)、(b)可以看出，當(dāng)Rb減小時放電現(xiàn)象沒有明顯變化，Rb無限增大時放電現(xiàn)象減弱至幾乎無放電現(xiàn)象。從中采集出單次放電波形上升沿時間20ns，下降沿時間580ns，與原單次放電波形上升沿時間和下降沿時間一致。由此可知，Rb不是影響單次放電波形上升下降時延的主要因素。

（2）改變電容Cb1、Cb2。

改變電容值Cb1=Cb2=3.7×10-13F，波形如圖5(a)。改變電容值Cb1、Cb2=3.7×10-19F，波形如圖5(b)。

圖5 改變電容的氣隙放電波形

由圖5中的(a)、(b)可以看出，當(dāng)Cb減小時放電現(xiàn)象減弱至甚至沒有，Cb略微增大則放電現(xiàn)象就明顯增強。從中采集出單次放電波形上升沿時間20ns，下降沿時間780ns，比原單次放電波形下降沿時間長，由此可知，Cb是影響單次放電波形上升下降時延的主要因素。

3.2 c部分參數(shù)變化

c部分是與氣隙連接絕緣介質(zhì)部分，主要改變Rg和Cg。

（1）改變電阻Rg。

改變電阻值Rg=6×1014Ω，波形如圖6(a)。改變電阻值Rg=60Ω，波形如圖6(b)。

圖6 改變Rg的氣隙放電波形

由圖6中的(a)、(b)可以看出，當(dāng)Rg增大時放電次數(shù)明顯增多，當(dāng)Rg減小時放電現(xiàn)象減弱。從中采集出單次放電波形上升沿時間20ns，下降沿時間580ns，與原單次放電波形上升沿時間和下降沿時間一致。由此可知，Rg不是影響單次放電波形上升下降時延的主要因素。

（2）改變電阻Cg。

改變電容值Cg=5.7×10-14F，波形如圖7(a)。改變電容值Cg=5.7×10-16F，波形如圖7(b)。

圖7 改變Cg的氣隙放電波形

由圖7中的(a)、(b)可以看出，當(dāng)Cg變大時放電現(xiàn)象減弱，當(dāng)Cg變小時放電現(xiàn)象增強。從中采集出單次放電波形上升沿時間20ns，下降沿時間60ns，比原單次放電波形下降沿時間縮短。由此可知，Cg是影響單次放電波形上升下降時延的主要因素。

4 結(jié)論

本文基于matalab建立了氣隙放電的仿真模型，并改變相關(guān)參數(shù)研究其對波形的影響，從仿真結(jié)果可知，Cb1、Cb2及Cg是影響氣隙放電波形的主要因素。

[1]李軍浩,韓旭濤,劉澤輝,等．電氣設(shè)備局部放電檢測技術(shù)述評[J]．高電壓技術(shù),2015,41(8):2583-2601．

[2]沈煜,阮羚,謝齊家,等．采用甚寬帶脈沖電流法的變壓器局部放電檢測技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用[J]．高電壓技術(shù),2011,37(4):937-943．

于凱（1982—），男，安徽宿州人，工程師，主要從事發(fā)電廠繼電保護專業(yè)調(diào)試與維護，以及電氣設(shè)備高壓試驗工作。