气隙放电的仿真研究

安徽华电宿州发电有限公司 于 凯

气隙放电的仿真研究

安徽华电宿州发电有限公司 于 凯

为了探究气隙放电的放电机理，结合局部放电机理和经典等值三电容模型，搭建了基于电容-电感-电阻的单气隙放电仿真模型，并在matalab中实现其仿真。通过改变电阻和电容参数的大小，分析研究电磁波波形的变化情况，从而为深入探究其放电机理以及进行气隙放电识别分析奠定一定的基础。

气隙放电；仿真模型；matalab；电磁波

0 引言

随着电压等级的升高、电网规模的爆炸式扩张、用户对电能质量要求的提高，电力系统的安全运行以及持续、稳定、优质的电力供应显得愈发重要。出现严重的故障事故时，人们的分析焦点一般停留在电网的运行调度层，由电气设备绝缘损坏造成的故障往往被忽略。而事实上重大事故往往是由输配电设备的绝缘故障所导致的，而气隙放电是引起绝缘故障的主要原因[1]。因此，对气隙放电进行模拟是分析绝缘故障的重要基础。

1 局部放电机理

对气隙局部放电使用电阻电容模型，典型的气隙局部放电电阻电容模型理想图如图1，其中绝缘介质被分解成了a、b、c三部分，c代表气隙，b为c的上下部分，电路上是串联关系，a即为c的左右两部分，电路上是并联关系。图2是气隙模型等效电路图，其中Rg、Cg分别是气隙电阻和电容，Rb、Cb是气隙上下部分电阻和电容，Ra、Ca是其余无气隙部分电阻和电容。

图1 气隙模型理想图

图2 气隙模型等效电路图

2 局部放电影响因素

根据国内外学者的研究成果，a部分的参数基本不影响局部放电，本文将不继续研究。下面将通过调整b部分参数、气隙等效电容Cg、气隙等效电阻Rg等观察波形的变化，从而探究其物理含义。

3 仿真结果分析

由文献[2]知，当Rb1=Rb2=2.174×1014Ω，

Cb1=Cb2=7.4×10-13F、Rg=6×1010Ω时，得到的气隙放电波形和放大后单次放电波形图，分别如图3中的(a)、(b)所示。由单次波形图可计算出单次放电上升时间为20ns，下降时间580ns，

图3 原始及放大后气隙放电波形

3.1 b部分参数变化

b部分是与气隙连接绝缘介质部分，主要改变Rb和Cb。本文中，Rb1和Rb2同时改变，Cb1和Cb2同时改变。

（1）改变电阻Rb1、Rb2。

改变电阻值Rb1=Rb2=10-100Ω，波形如图4(a)所示。改变电阻值Rb1=Rb2=10100Ω，波形如图4(b)所示。

图4 改变电阻的气隙放电波形

由图4中的(a)、(b)可以看出，当Rb减小时放电现象没有明显变化，Rb无限增大时放电现象减弱至几乎无放电现象。从中采集出单次放电波形上升沿时间20ns，下降沿时间580ns，与原单次放电波形上升沿时间和下降沿时间一致。由此可知，Rb不是影响单次放电波形上升下降时延的主要因素。

（2）改变电容Cb1、Cb2。

改变电容值Cb1=Cb2=3.7×10-13F，波形如图5(a)。改变电容值Cb1、Cb2=3.7×10-19F，波形如图5(b)。

图5 改变电容的气隙放电波形

由图5中的(a)、(b)可以看出，当Cb减小时放电现象减弱至甚至没有，Cb略微增大则放电现象就明显增强。从中采集出单次放电波形上升沿时间20ns，下降沿时间780ns，比原单次放电波形下降沿时间长，由此可知，Cb是影响单次放电波形上升下降时延的主要因素。

3.2 c部分参数变化

c部分是与气隙连接绝缘介质部分，主要改变Rg和Cg。

（1）改变电阻Rg。

改变电阻值Rg=6×1014Ω，波形如图6(a)。改变电阻值Rg=60Ω，波形如图6(b)。

图6 改变Rg的气隙放电波形

由图6中的(a)、(b)可以看出，当Rg增大时放电次数明显增多，当Rg减小时放电现象减弱。从中采集出单次放电波形上升沿时间20ns，下降沿时间580ns，与原单次放电波形上升沿时间和下降沿时间一致。由此可知，Rg不是影响单次放电波形上升下降时延的主要因素。

（2）改变电阻Cg。

改变电容值Cg=5.7×10-14F，波形如图7(a)。改变电容值Cg=5.7×10-16F，波形如图7(b)。

图7 改变Cg的气隙放电波形

由图7中的(a)、(b)可以看出，当Cg变大时放电现象减弱，当Cg变小时放电现象增强。从中采集出单次放电波形上升沿时间20ns，下降沿时间60ns，比原单次放电波形下降沿时间缩短。由此可知，Cg是影响单次放电波形上升下降时延的主要因素。

4 结论

本文基于matalab建立了气隙放电的仿真模型，并改变相关参数研究其对波形的影响，从仿真结果可知，Cb1、Cb2及Cg是影响气隙放电波形的主要因素。

[1]李军浩,韩旭涛,刘泽辉,等．电气设备局部放电检测技术述评[J]．高电压技术,2015,41(8):2583-2601．

[2]沈煜,阮羚,谢齐家,等．采用甚宽带脉冲电流法的变压器局部放电检测技术现场应用[J]．高电压技术,2011,37(4):937-943．

于凯（1982—），男，安徽宿州人，工程师，主要从事发电厂继电保护专业调试与维护，以及电气设备高压试验工作。