變壓器油擊穿過程光譜及電壓分析

高峰 吳國麗

摘要：變壓器的可靠運行離不開變壓器油的作用，變壓器油絕緣性能在其中的重要性不容忽視。在對變壓器油電氣性能評價過程中，需要將指標確定為擊穿電壓，通過擊穿電壓可以對變壓器油的水含量做出確定，還可以對懸浮物所引發(fā)的污染度予以判定。在進入有關(guān)設(shè)備之前，還可以對變壓器油的干燥與過濾情形進行檢測。由此可見，利用擊穿電壓指標，可以將變壓器油的絕緣性能充分體現(xiàn)出來。

關(guān)鍵詞：變壓器油;擊穿過程光譜;電壓

一、光聲光譜檢測原理

將需要檢測的氣體放入密閉光聲池之中，在該氣體表面位置處，通過一束單色光源開展相關(guān)照射，確保其能夠吸收所有光能，并促使光能朝著熱能的方向做出改變，之后確保退激的實現(xiàn)。通過釋放熱能，可以促使氣體周期性加熱情況的產(chǎn)生，這樣就會引發(fā)介質(zhì)周期性壓力波動。關(guān)于介質(zhì)周期性壓力波動方面，檢測可以直接運用微音拾音器或壓電陶瓷傳聲器來完成。在將其放大之后，就可以獲得光聲信號。氣體不同，其所運用的紅外光譜也就有所差別， 與該種特性緊密聯(lián)系起來，關(guān)于照射方面，就可以利用單色光波長來實現(xiàn)，進而對波長長度中多樣化的光聲信號圖譜予以確定，并將需要檢測氣體的分子濃度計算出來。

二、實驗設(shè)計

在該系統(tǒng)中，其包含比較多的基礎(chǔ)設(shè)備，比如：電極、暗室、脈沖電源、電荷耦合器件等。在此次實驗中，利用暗示開展了玻璃容器的放置。在進行此次實驗的過程中，需要對溫度進行科學控制，可以確保其處于22～26℃的范圍中?？梢詫χ鸩缴龎悍ㄓ枰赃x用，2kv屬于電壓單次上升值，關(guān)于擊穿中肉眼所觀測的峰值電壓方面，需要認真開展的標注，注重對有關(guān)數(shù)據(jù)信息作出系統(tǒng)整理。在完成有關(guān)工作之后，針對等待檢測的變壓器油，可以在第一時間開展均勻的攪動，在將其充分攪勻之后，在平整位置處對其進行放置，時間為2min。在完成上述實驗之后，還需要重復開展實驗，其次數(shù)為5次，最后的實驗結(jié)果就是5次擊穿實驗中所取得的平均值。

三、實驗結(jié)果分析

（一）譜線分析

在此次的放電實驗中，選取了針-針電極間隙45號變壓器油。將碳、氫兩種存在差異的元素添加至45號變壓器油中。在進行本次實驗的過程中，光譜線數(shù)屬于可觀測范圍。 在400～700nm區(qū)域內(nèi)的波長中，關(guān)于氫這一元素方面，其譜線為四條。

實驗起始處為650nm的中心波長，最為顯著的特征譜線，出現(xiàn)在656nm中心波長的附近位置處，通過重復實驗，其所具備的一致性較為良好。在5mm間隙范圍內(nèi)，以及50.4KV負直流電壓的情況下，關(guān)于所收集的光譜圖方面，譜線峰值非常突出的就是656nm波長中。與氫線譜相比較，關(guān)于該區(qū)域的656.272nm的波長方面，其所具備的相似之處比較突出。相比較于其他波長所釋放出來的光強，在656.424n m峰值中所釋放的光強要多出許多。相比較于其他區(qū)域，該類躍遷處的氫量比較多，電離中一些粒子的反應(yīng)比較突出。

（二）放電照片

通過此次實驗系統(tǒng)，可以對變壓器油對應(yīng)的放電照予以獲取。在不開展電壓施加時，也可以對一張針-針電極照開展觀測。曝光時間為5ms左右，增益則為150左右。

倘若間隙自始至終都保持在1 mm，假設(shè)該區(qū)域存有IC CD所獲取的放電圖像的情況下，那么，此處的擊穿電壓必定會大于或等于60kv，通過的實驗儀器，不能夠充分保證實驗人員所采集放電圖像的客觀性與可靠性。該間隙過于短暫，很難對放電通道進行觀測。針對擊穿強度而言，與直流情況下的加壓相比較，脈沖加壓要低出許多。其主要原因就在于，在針-針電極中，其所建構(gòu)的電場均勻性非常低，電子崩要想朝著附近空間發(fā)展，其難度系數(shù)非常高，具備較低的電極間隙，在未分叉的情形中，會擊穿放電通道。

依據(jù)10mm正直流電壓下的照片可以得出，在擊穿開始之前的某個時間點中，部分氣泡出現(xiàn)在液油面位置處。在擊穿后的第1個照片中，氣泡同樣出現(xiàn)在下方針電極位置處，并且向上沿位置處持續(xù)開展運動。其主要原因在于，在未被擊穿之前，實質(zhì)上電子屬于定向運動，電流不夠大，變壓器油的氣化不夠徹底，液面位置處通常會存在氣泡。在進行擊穿時，會將許多的熱能釋放出來，焦耳熱可以全部汽化針變液壓汽油，這樣所產(chǎn)生的氣泡就可以用肉眼觀測到。

在1 mm正脈沖電壓中，可以獲取照片，包括：在開始擊穿前，某個點位之處的圖像，以及擊穿之后的第1張照片。不管是擊穿之前，還是在擊穿之后，都未觀測到氣泡。其主要原因就在于，納秒脈沖上升所花費的時間不長，很難促使氣泡的生成。在該過程中已經(jīng)擊穿變壓器油間隙，納秒脈沖下的液體放電研究更加與液體的本質(zhì)特征相適應(yīng)。

（三）變壓器油的擊穿電壓

在變壓器油的擊穿過程中，不單單可以對擊穿光譜做出獲取，在電壓極性、間隙距離與曲率半徑環(huán)境中，也會促使擊穿電壓的生成。面對半徑針電極情況，在對電壓進行施加之后，間隙雖然有所差別，但變壓器油也會促使與之相對應(yīng)擊穿電壓的生成。

倘若間隙距離為1 mm，那么所生成的正極性擊穿電壓為20.3kv，負極性擊穿電壓則為30.5kv。倘若間隙距離為5 mm，那么所生成的正極性擊穿電壓為39.3kv，負極性擊穿電壓則為51.1kv。倘若間隙距離為10 mm，那么所生成的正極性擊穿電壓為49.9kv，負極性擊穿電壓則為不低于60kv。

通過上述數(shù)據(jù)可以得出，倘若設(shè)置的間隙有所差別，任何情況下，之前的正極性擊穿電壓都會低于負極線擊穿電壓，可以產(chǎn)生非常顯著的急性效應(yīng)。如果直接連接正極性電壓與真電極外，就會在一定程度上加大前方電場。在針電極中，就有可能導致流注的產(chǎn)生。一旦將負極性電壓接入進來，就會降低正電荷運轉(zhuǎn)速度，并加大針電極之前的電場，并在一定程度上損壞或削弱前方電場，放電流柱的推進會變得比較困難。

四、結(jié)論

要想對變壓器的運行情況進行辨別，可以通過油色譜分析法，對有色波動情況進行系統(tǒng)的觀察。在變壓器運行中，應(yīng)用范圍最廣的監(jiān)測法就是由色譜分析法。在變壓器進行油放電工作時，為了能夠?qū)Σ煌x子的情況與溫度規(guī)律等方面予以科學的研究與判定，針對當前的實驗系統(tǒng)方面，需要認真開展的改進與優(yōu)化，注重確保所采集的光譜信息，能夠與光波段的特征相對應(yīng)，這樣可以為實驗分析工作的高效開展，奠定良好的基礎(chǔ)。

參考文獻

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