變頻電壓下氣制油紙絕緣與礦物油紙絕緣沿面放電特性

胡曉雨 ，周遠(yuǎn)翔 ，陳健寧 ，趙云舟 ，劉俊

（1.新疆大學(xué)電氣工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830047；2.電力系統(tǒng)及大型發(fā)電設(shè)備安全控制和仿真國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室分室（新疆大學(xué)），新疆 烏魯木齊 830047；3.清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)及發(fā)電設(shè)備安全控制和仿真國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用電量隨之增長，同時(shí)也帶動了高端電力設(shè)備制造業(yè)發(fā)展[1-3]，而高端變壓器礦物絕緣油存量有限。變壓器絕緣油作為油紙絕緣系統(tǒng)中關(guān)鍵的組成部分，與絕緣紙板共同承擔(dān)電氣絕緣及散熱作用，但是目前廣泛使用的變壓器絕緣油主要是傳統(tǒng)的克拉瑪依25號絕緣油[4]。它主要產(chǎn)自天然石油，是一種不可再生資源。現(xiàn)有文獻(xiàn)表明，傳統(tǒng)礦物變壓器絕緣油預(yù)計(jì)開采年限已不足20年，這就意味著傳統(tǒng)的礦物變壓器油將不能滿足我國變壓器油的需求[5]。

現(xiàn)有的研究大多數(shù)都是基于傳統(tǒng)礦物油開展的，且有部分用于故障的診斷[6-9]。由于氣制絕緣變壓器油進(jìn)入變壓器市場不久，其研究仍處在起步階段。已有對氣制油的研究主要集中于不同類型電壓下氣制油的電導(dǎo)、介質(zhì)損耗、擊穿等特性研究，對局部放電起始及發(fā)展過程的特征圖譜及其機(jī)理研究較少。中國電力科學(xué)研究院王健一[10]等人對氣制絕緣油的電氣性能和理化性能開展了一定研究，獲取了雷電沖擊擊穿特性以及導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容等性能參數(shù)。英國曼徹斯特大學(xué)Lu W，Liu Q[11]對氣制絕緣油與傳統(tǒng)礦物絕緣油的雷電沖擊性能進(jìn)行了相關(guān)的研究，認(rèn)為氣制絕緣油芳香烴含量較低，使得其擊穿電壓高于傳統(tǒng)礦物絕緣油。Muhammad Daghrah[12]等人對礦物烴變壓器油、氣液烴變壓器油和合成酯變壓器液在鋸齒盤式繞組模型中作為冷卻劑的熱性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。華北電力大學(xué)[13]對氣制絕緣油油浸紙板的電氣性能和介電性能進(jìn)行了研究。

另外，變壓器油紙復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)的可靠性直接關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的安全運(yùn)行。已有資料證明，導(dǎo)致絕緣介質(zhì)劣化的原因主要是由油紙絕緣沿面放電引起[14]，因此對油紙沿面放電特性研究有著重要意義。目前油紙絕緣沿面放電是在工頻電壓、直流電壓或交直流復(fù)合電壓下進(jìn)行的[15-16]。當(dāng)待測試品電容量較大時(shí)，可使用低頻電壓代替工頻，有效降低對電源的無功容量需求，從而減小試驗(yàn)設(shè)備的體積和成本。因此，本文搭建工頻至超低頻下油紙絕緣局部放電試驗(yàn)平臺，采用球板電極模型開展頻率由50 Hz降至0.1 Hz交流電壓下氣制油-紙絕緣和傳統(tǒng)礦物油-紙絕緣沿面放電試驗(yàn)，獲取不同頻率下油紙絕緣沿面放電起始電壓與起始電場強(qiáng)度，繪制局部放電相位（phase-resolved partial discharge，PRPD）圖譜，對比分析兩種不同油浸絕緣紙板沿面放電特性，同時(shí)研究頻率變化對沿面放電的影響。

1 油紙絕緣沿面放電試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)平臺

為開展不同頻率下油紙絕緣沿面放電試驗(yàn)，設(shè)計(jì)并搭建了如圖1所示的試驗(yàn)平臺。平臺共包含三個(gè)部分：第一部分為高壓發(fā)生器，由高壓功率放大器Trek model（50 kV∕12 mA）對可編程信號發(fā)生器的輸出信號進(jìn)行放大后獲得滿足試驗(yàn)要求的不同頻率下的電壓；第二部分為試驗(yàn)回路的高壓部分，其中高壓輸出與電極模型、耦合電容相連，使用測量阻抗CPL 542與電極串聯(lián)獲取放電信號，根據(jù)IEC 60270標(biāo)準(zhǔn)將測試帶寬設(shè)置為300 kHz，另一個(gè)測量阻抗與耦合電容（Ck=400 pF）串聯(lián)獲取同步電壓信號。第三部分為信號采集和分析模塊，由局部放電測試儀MPD 600采集放電信號后通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。所有設(shè)備的引線端口均做了平滑設(shè)計(jì)，凈空周圍金屬器件，局部放電測試儀回傳信號使用光纖傳輸，在調(diào)整電路或缺陷模型的每次試驗(yàn)之前，均對不含待測缺陷的回路進(jìn)行工頻升壓檢測，確保背景噪聲小于5 pC。

圖1 工頻至低頻電壓下油紙絕緣沿面放電試驗(yàn)平臺Fig.1 Oil-paper insulation surface discharge test platform under power frequency to low frequency voltage

1.2 試樣制備

試驗(yàn)選用克拉瑪依KI 25X絕緣油和氣制S4絕緣油，絕緣紙板選用魏德曼T4型絕緣紙板，厚度為1 mm。

絕緣油處理流程如下：1）準(zhǔn)備儲油容器，采用無水乙醇、去離子水充分洗凈后，100℃下真空干燥48 h以上；2）真空濾油機(jī)進(jìn)行抽濾，對絕緣油進(jìn)行脫水、脫氣與雜質(zhì)濾除；3）將經(jīng)過抽濾的絕緣油真空干燥48 h以上。

油浸絕緣紙的制備流程如下：1）將絕緣紙側(cè)放，100℃下真空干燥48 h；2）在80℃環(huán)境下，將絕緣油緩慢注入放有絕緣紙的真空器皿，再轉(zhuǎn)入真空干燥箱靜置72 h以上，保證絕緣紙充分浸油。

1.3 絕緣缺陷設(shè)計(jì)

油紙絕緣沿面放電試驗(yàn)選用球-板電極模型，其中高壓球形電極直徑為25 mm，球板電極之間放置邊長為9 mm、厚度為1 mm的油浸絕緣紙，以模擬油紙交界面的放電，如圖2所示。然后基于圖1所示的試驗(yàn)平臺進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)電壓頻率分別為50 Hz，30 Hz，10 Hz，5 Hz，1 Hz和0.1 Hz。先對不同頻率下油浸絕緣紙板沿面放電起始電壓進(jìn)行測量，再施加恒定電壓獲取不同頻率下局部放電相位圖譜及統(tǒng)計(jì)特征圖譜，各頻率下獲取3～5組有效數(shù)據(jù)。

圖2 油紙絕緣沿面放電缺陷模型Fig.2 Defect model of surface discharge on oil-paper insulation

2 結(jié)果與討論

2.1 沿面放電起始電壓和電場強(qiáng)度

確定局部放電的起始電壓是局部放電試驗(yàn)的首要步驟，試驗(yàn)中以0.5 kV∕s的速度進(jìn)行升壓，當(dāng)觀察到穩(wěn)定而連續(xù)的放電信號時(shí)記錄外施電壓為起始電壓。氣制油-紙絕緣與傳統(tǒng)礦物油-紙絕緣在各頻率下的沿面放電起始電壓如圖3所示。

圖3 工頻至低頻電壓下沿面放電起始電壓Fig.3 Initiation voltage of furface discharge from power frequency to low frequency voltage

隨著頻率的下降，兩種油浸紙板沿面放電起始電壓先是緩慢上升，后在10 Hz下快速上升。氣制油-紙絕緣放電起始電壓在30 Hz，5 Hz和0.1 Hz下與工頻起始電壓相比分別上升4%，9.5%和19.3%，而傳統(tǒng)礦物油-紙絕緣與工頻電壓相比，分別上升了3.1%，8.7%和15.4%。在低頻電壓下，由于電壓變化速率變慢，導(dǎo)致兩次放電之間具有更多時(shí)間進(jìn)行電荷消散，前一次放電產(chǎn)生的殘余電荷對下一次放電電場的增強(qiáng)作用減弱，不利于放電起始，從而導(dǎo)致低頻下起始電壓增加。

氣制絕緣油分子主要為異構(gòu)鏈烴，其結(jié)構(gòu)大多為線性結(jié)構(gòu)，且電子分布也較均勻；而傳統(tǒng)礦物絕緣油同時(shí)含有環(huán)烷烴及芳香烴，分子結(jié)構(gòu)和電子分布比氣制絕緣油復(fù)雜，因此從結(jié)構(gòu)上來看傳統(tǒng)絕緣油具有更強(qiáng)的極性。另外，絕緣油的苯胺點(diǎn)也可以定性地反映不同絕緣油的相對極性。苯胺點(diǎn)指不同的絕緣油與相同體積的苯胺溶為一體所需的最低溫度。苯胺為極性物質(zhì)，根據(jù)相似相容原理，苯胺點(diǎn)越高則絕緣油的極性就越小。氣制絕緣油的苯胺點(diǎn)顯著高于傳統(tǒng)礦物絕緣油[8]，所以傳統(tǒng)礦物絕緣油的極性更大，導(dǎo)致傳統(tǒng)礦物絕緣油的相對介電常數(shù)大于氣制絕緣油的相對介電常數(shù)，進(jìn)一步使得傳統(tǒng)礦物絕緣油浸紙板的相對介電常數(shù)較氣制油浸絕緣紙板大。

變壓器內(nèi)部的主絕緣結(jié)構(gòu)是變壓器絕緣油與油浸紙板所構(gòu)成的復(fù)合絕緣。在交流電壓下絕緣油與油浸絕緣紙板所承受的電壓與兩者介電常數(shù)成反比。由于油浸絕緣紙板的相對介電常數(shù)大于變壓器絕緣油的相對介電常數(shù)，所以絕緣油中承受的電壓更大，從而使得絕緣油先發(fā)生放電。由于油浸絕緣紙板的相對介電常數(shù)大于變壓器絕緣油的相對介電常數(shù)，所以絕緣油中承受的電場強(qiáng)度更大，從而使得絕緣油先發(fā)生放電。相較于傳統(tǒng)礦物油浸紙板，氣制絕緣油浸紙板的介電常數(shù)更小，與絕緣油的相對介電常數(shù)更加接近，使得場強(qiáng)的分布更均勻，局部放電更難發(fā)生，沿面放電起始電壓更高。由此可以看出，氣制油-紙絕緣系統(tǒng)在交流電壓下的沿面放電性能優(yōu)于傳統(tǒng)礦物油-紙絕緣系統(tǒng)。

基于COMSOL Multiphysics有限元仿真軟件搭建了球板電極的油紙絕緣模型，仿真分析了在工頻起始電壓下兩種油浸絕緣紙板起始電場強(qiáng)度。由于油浸紙板的電導(dǎo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其介質(zhì)相對介電常數(shù)，二者比值所得的電荷弛豫時(shí)間很長，所以應(yīng)選用靜電場模塊求解其放電起始場強(qiáng)。仿真參數(shù)如表1所示。

表1 工頻下介質(zhì)相對介電常數(shù)Tab.1 Relative permittivity of medium at power frequency

仿真計(jì)算可得，在放電起始電壓作用下，氣制油-紙絕緣沿面放電起始電場強(qiáng)度大于傳統(tǒng)礦物油-紙絕緣沿面放電起始電場強(qiáng)度，如圖4所示。

圖4 起始放電場強(qiáng)仿真Fig.4 Simulation of initial discharge field strength

2.2 放電統(tǒng)計(jì)量

工頻至低頻電壓下，沿面放電正負(fù)半周最大放電量如圖5所示。

圖5 正、負(fù)半周最大放電量Fig.5 Maximum discharge of positive and negative half cycle

由圖5可知，隨著外施電壓頻率的降低，兩種油浸紙板沿面放電正負(fù)半周的最大放電量整體上都呈現(xiàn)為下降的趨勢，但是氣制油-紙絕緣在由30 Hz降至5 Hz頻率段，最大放電量呈現(xiàn)出上升趨勢，而傳統(tǒng)礦物油-紙絕緣由30 Hz降至10 Hz頻率段有上升趨勢。其中氣制油-紙絕緣沿面放電正半周最大放電量由50 Hz時(shí)的43.51 nC下降到30 Hz和1 Hz時(shí)的19.67 nC和17.94 nC，分別下降了54.79%和58.77%。負(fù)半周的最大放電量由50 Hz時(shí)的45.58 nC下降到30 Hz和1 Hz時(shí)的14.75 nC和21.13 nC，分別下降了67.64%和53.64%。

工頻至低頻電壓下氣制油-紙絕緣沿面放電平均放電量與最大放電量變化基本一致，整體也呈現(xiàn)為下降趨勢，在部分頻率段也有上升趨勢，這是由于在該頻率段內(nèi)，放電劇烈程度減弱了，使得小幅值放電量減少，從而使得平均放電量呈現(xiàn)上升趨勢，如圖6所示。

圖6 正、負(fù)半周平均放電量Fig.6 Average discharge in positive and negative half-cycle

由圖6可知，正半周平均放電量由50 Hz時(shí)的3.02 nC下降到30 Hz和1 Hz時(shí)的1.20 nC和1.48 nC，分別下降了60.26%和50.99%。負(fù)半周平均放電量由50 Hz時(shí)的2.77 nC下降到30 Hz和1 Hz時(shí)的1.19 nC和1.97 nC，分別下降了57.04%和28.88%。而傳統(tǒng)礦物油-紙絕緣變化趨勢與氣制油-紙絕緣相反，呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，且在10 Hz頻率下為最大值點(diǎn)。

隨著頻率的下降，兩種油紙絕緣沿面放電正、負(fù)半周的脈沖重復(fù)率呈現(xiàn)下降的趨勢，氣制油-紙絕緣在由10 Hz下降至1 Hz頻率段內(nèi)下降速率高于由50 Hz下降至10 Hz頻率段，而傳統(tǒng)礦物油-紙絕緣除由10 Hz下降至5 Hz頻率段下降速率稍緩慢外，其余頻率范圍下降速率均較快，且快于氣制油-紙絕緣，如圖7所示。

圖7 正、負(fù)半周脈沖重復(fù)率Fig.7 Positive and negative half-cycle pulse repetition rate

由圖7可知，氣制油-紙絕緣正半周脈沖重復(fù)率由50 Hz下的386.65次∕s下降至5 Hz下的98.36 次∕s，再下降至1 Hz下的9.07 次∕s，分別下降了74.56%和97.65%。負(fù)半周脈沖重復(fù)率由50 Hz下的444.6次∕s下降至5 Hz的72.45 次∕s，再下降至1 Hz下的 6.6次∕s，分別下降了83.7%和98.52%?？傮w而言，隨著頻率降低，每秒等效周期數(shù)更少，局部放電脈沖重復(fù)率更低，但是氣制油-紙絕緣脈沖重復(fù)率較低，這是因?yàn)槠渚植糠烹娦阅芨?，相同的周期?nèi)局部放電數(shù)目更少。

2.3 沿面放電統(tǒng)計(jì)圖譜

工頻至低頻電壓下氣制油及傳統(tǒng)礦物油兩種油浸紙板沿面放電PRPD圖譜如圖8所示。

圖8 工頻至低頻下PRPD圖譜Fig.8 PRPD spectrum from power frequency to low frequency

由圖8可知，工頻至低頻電壓下氣制油及傳統(tǒng)礦物油兩種油浸絕緣紙板沿面放電PRPD圖譜輪廓基本相似，圖譜均呈現(xiàn)為山峰狀，以電壓峰值為中心展開分布，尾部小放電量較為集中，各頻率下氣制油-紙絕緣沿面放電圖譜高度高于傳統(tǒng)礦物油-紙絕緣。隨著外施頻率的下降，放電脈沖的峰值和放電頻次也隨之下降，這表明放電劇烈程度隨之減弱。在工頻電壓下，兩種油浸紙板沿面放電正負(fù)半周的放電起始點(diǎn)都位于前一半周的尾部，這是由于前一半周的放電產(chǎn)生的殘余電荷增強(qiáng)電場強(qiáng)度，使得在電壓過零點(diǎn)附近觸發(fā)了新一輪的放電。隨著頻率的下降，放電圖譜侵入前半周的部分逐漸后移，表明在較低頻率下，由于周期時(shí)間的增長，正負(fù)半周間隔時(shí)間也隨著增大，使得前一半周放電產(chǎn)生的殘余電荷可以有更多的時(shí)間進(jìn)行消散，從而導(dǎo)致放電相位延后。

工頻至低頻電壓下沿面放電qmax-φ圖譜如圖9所示。

圖9 工頻至低頻下沿面放電qmax-φ圖譜Fig.9 The qmax-φ pattern of creeping discharge from power frequency to low frequency

由圖9可知，在工頻電壓下，氣制油及傳統(tǒng)礦物油下兩種油浸紙板圖譜形狀均大致為三角形。但傳統(tǒng)礦物油的圖譜高度較低，且毛刺較多，低頻30 Hz和10 Hz下的圖譜保持了這一特性。而在5 Hz下，兩種油下油浸紙板沿面放電圖譜形狀為幅值較高的毛刺所組成，沒有呈現(xiàn)出三角形，放電更為平均，這是因?yàn)樵诟皖l率下由于放電時(shí)間間隔較大，每次放電之間具有較充裕的時(shí)間使得放電初始電荷被激發(fā)，也使得上一次的放電殘余電荷能充分消散。各頻率下，正負(fù)半周圖譜輪廓和幅值大致相似。

工頻至低頻電壓下氣制油及傳統(tǒng)礦物油兩種油浸絕緣紙板沿面放電n-φ圖譜如圖10所示。由圖10可知，各頻率下圖譜呈山峰狀，且正負(fù)半周圖譜輪廓與幅值基本一致。但是在5 Hz下，氣制油-紙絕緣山峰狀趨于模糊，而傳統(tǒng)礦物油-紙絕緣山峰形狀依舊明顯。隨著頻率的下降，峰值隨之減小，傳統(tǒng)礦物油-紙絕緣圖譜高度下降尤為明顯。其中氣制油-紙絕緣正半周分布由50 Hz下的322次下降為5 Hz時(shí)的39次，下降了87.89%，負(fù)半周分布由50 Hz時(shí)341次下降為5 Hz時(shí)的35次，下降了89.74%，正負(fù)半周下降速率基本一致。低頻5 Hz電壓時(shí)的圖譜在部分位置出現(xiàn)無放電次數(shù)或放電次數(shù)較少的現(xiàn)象，從而使得圖譜輪廓出現(xiàn)毛刺形狀。

圖10 工頻至低頻下沿面放電n-φ圖譜Fig.10 The n-φ pattern of creeping discharge from power frequency to low frequency

不同頻率下沿面放電的n-q如圖11所示。由圖11可知，兩種油下浸絕緣紙板n-q圖譜在各頻率下圖譜形狀整體保持一致，即在小放電量區(qū)域幅值較高，而較大放電量區(qū)域放電分布較為平坦。在50 Hz電壓下n-q圖譜呈現(xiàn)出由峰值快速下降再緩慢下降的特點(diǎn)，30 Hz和10 Hz電壓下保持了這一特點(diǎn)。而5 Hz電壓下n-q圖譜整體輪廓呈現(xiàn)為下降趨勢，但由于放電劇烈程度減弱，使得部分放電量區(qū)域的次數(shù)較少，從而使得圖譜輪廓不連續(xù)，傳統(tǒng)礦物油-紙絕緣尤為明顯。

圖11 工頻至低頻下沿面放電n-q圖譜Fig.11 The n-q pattern of creeping discharge from power frequency to low frequency

3 頻率對沿面放電的影響分析

變壓器絕緣油以及絕緣紙板都屬于弱極性電介質(zhì)，其容性分布特性主要是由于偶極弛豫極化造成的。電壓頻率的變化會引起絕緣油和油浸絕緣紙介電常數(shù)的變化。基于COMSOL Multi?physics商業(yè)有限元仿真軟件仿真分析了頻率變化對電場分布的影響。電磁場控制方程如下：

式中：J為電流密度；σ為電導(dǎo)率；E為電場強(qiáng)度；ω為電壓角頻率；D為位電流；V為電勢。

式（1）為電流連續(xù)性方程，式（2）為全電流方程，式（3）為電場與電位關(guān)系方程。

基于寬頻介電譜儀測得工頻至低頻電壓下油浸紙板及變壓器絕緣油相對介電常數(shù)如表2所示。絕緣油電導(dǎo)率σ1=8.0×10-13S∕m，油紙電導(dǎo)率σ2=8.6×10-15S∕m。

表2 工頻至低頻下油浸紙板及絕緣油相對介電常數(shù)Tab.2 Relative permittivity of oil-impregnated paperboard and insulating oil from power frequency to low frequency

工頻與5 Hz下油紙沿面放電電極電勢和電場分布對比如圖12所示。

圖12 工頻與5 Hz下電勢與電場分布Fig.12 Electric potential and electric field distribution at power frequency and 5 Hz

由圖12可知，兩個(gè)頻率下電勢降落情況一致，三結(jié)合點(diǎn)區(qū)域降落較快，越往兩側(cè)電勢降落越慢。兩個(gè)頻率下均是三結(jié)合點(diǎn)區(qū)域電場強(qiáng)度較大，且相同位置處，工頻下電場值大于5 Hz下電場值，表明同一位置處工頻下電場強(qiáng)度較大。隨著頻率的下降，電場強(qiáng)度下降的趨勢和沿面放電起始電壓上升、最大放電量和脈沖重復(fù)率下降的趨勢相符合，造成放電各統(tǒng)計(jì)量發(fā)生變化影響到了其他機(jī)制，如下文所述。

圖13為一個(gè)周期內(nèi)放電產(chǎn)生的空間電荷對電場的影響示意圖。

圖13 一個(gè)周期內(nèi)放電產(chǎn)生的空間電荷對電場的影響示意圖Fig.13 Schematic for the effect of space charge generated by discharge on electric field in one cycle

在一個(gè)周期的正半周內(nèi)，極性為正的流注由球電極向平板電極發(fā)展，放電產(chǎn)生的電子注入正極性的球電極，而遠(yuǎn)離球電極處由于電場較低，使得漂移速率較低的正離子聚集于此。此時(shí)，空間電荷所形成的泊松電場E1與外施電壓形成的拉普拉斯電場Ep方向相反，如圖13左下方所示，于是使得合成場強(qiáng)減少。當(dāng)外施電壓在由正變負(fù)的過零點(diǎn)附近時(shí)，球電極極性變?yōu)樨?fù)，殘留的正離子形成的電場與外施電場方向相同，增強(qiáng)了電場的強(qiáng)度。隨著負(fù)半周電壓值的增大，由放電產(chǎn)生的空間電荷所形成的電場與外施電場方向相反，使得合成電場強(qiáng)度減少，如圖13右上方所示。當(dāng)外施電壓處于由正變負(fù)的過零點(diǎn)附近時(shí)，球電極又由負(fù)變?yōu)檎?，此時(shí)空間電荷產(chǎn)生的電場又將使得合成場強(qiáng)增大。

對于峰值為Um的外施交流電壓，當(dāng)電壓超過放電起始電壓Ucr且經(jīng)過一定放電時(shí)延τdelay后將發(fā)生放電，如圖14所示。

圖14 不同頻率下有效放電時(shí)間和放電熄滅時(shí)間Fig.14 Effective discharge time teffectand discharge extinguishing time textinctunder different frequencies

圖14中，從放電起始到外施電壓降為放電起始電壓Ucr+的時(shí)刻t2之間為有效放電時(shí)間teffect，計(jì)算式由下式計(jì)算：

由圖14可以看出，隨著頻率的降低，teffect隨之增大。t2到負(fù)半周放電起始時(shí)刻t4之間的時(shí)間稱為放電熄滅時(shí)間textinct，計(jì)算式下式所示：

較低頻率下半周的有效放電時(shí)間teffect增加會使得正半周內(nèi)積聚的正離子對電場的削弱時(shí)間增強(qiáng)，加劇了對正半周電場的削弱作用，從而不利于放電的發(fā)生。同時(shí)，放電熄滅時(shí)間textinct的增加使得負(fù)半周殘余負(fù)空間電荷有更多的時(shí)間進(jìn)行流逝和消散，從而減弱了對正半周電場的增強(qiáng)作用以及提供有效電子的能力。外施電壓頻率的改變會影響電場的分布以及放電產(chǎn)生的空間電荷的消散與積聚，最終使得油紙絕緣沿面放電的放電量和脈沖重復(fù)率隨外施電壓頻率的下降而降低。但是油紙絕緣沿面放電的平均放電量在部分頻率呈上升的趨勢，這是由于頻率降低導(dǎo)致沿面放電的劇烈程度變?nèi)?，使幅值較小的放電量減少，從而使得平均放電量有上升的趨勢。

4 結(jié)論

本文搭建了工頻至低頻下油紙絕緣局部放電試驗(yàn)平臺，采用球板電極模型開展了由50 Hz降至0.1 Hz交流電壓下氣制油-紙絕緣沿面放電試驗(yàn)，獲取不同頻率下油紙絕緣沿面放電起始電壓與起始電場強(qiáng)度，繪制局部放電相位（PRPD）圖譜，并與傳統(tǒng)礦物油-紙絕緣沿面放電特性進(jìn)行對比分析。

1）不同頻率下，氣制油-紙絕緣沿面放電的起始電壓高于傳統(tǒng)礦物油-紙絕緣的起始電壓，這是由于氣制油浸絕緣紙板的介電常數(shù)較小，從而導(dǎo)致放電的起始電壓較高，起始放電場強(qiáng)也較高；

2）各頻率下，兩種油浸紙板沿面放電正負(fù)半周的最大放電量整體都呈現(xiàn)下降的趨勢，但在不同頻率段有上升趨勢；相較于傳統(tǒng)礦物油-紙絕緣，氣制油-紙絕緣局部放電性能更好，相同的周期內(nèi)局部放電數(shù)目更少；

3）各頻率電壓下，兩種油-紙絕緣沿面放電正負(fù)半周的PRPD圖譜輪廓基本一致，都呈現(xiàn)為山峰狀，且氣制油-紙絕緣圖譜高度更高；隨著外施電壓頻率的降低，qmax-φ，n-φ和n-q圖譜輪廓整體保持一致，但分布范圍出現(xiàn)變化。