气隙气压对绝缘劣化影响研究

江苏徐矿综合利用发电有限公司 徐文梅

气隙气压对绝缘劣化影响研究

江苏徐矿综合利用发电有限公司 徐文梅

为了提高变压器绝缘状态评估准确性，研究局放内部影响因子对局放发展进程的作用。根据气隙放电电路搭建仿真模型，得到不同气隙气压下周期性放电波形，波形通过仿真分析结果表明：气隙气压随着老化进程加深逐渐减小，为进一步研究绝缘老化状态提供工程指导。

气隙气压；仿真模型；绝缘评估

0 引言

长期的工作电压作用下，电气设备绝缘介质内发生局部放电，进一步产生复杂的物理及化学效应，绝缘内气隙气压、相对介电常数会发生变化，任一参数的改变都有可能加深局部放电放电程度，成为绝缘劣化的导火线。通过仿真可以实现改变气隙气压的改变，进而研究其对绝缘劣化的影响。

1 仿真参数设定

1.1 气隙模型

理想的气隙模型只考虑放电过程电感的影响，文献[1]采用沿面绝缘电阻半导化过程描述放电过程对气隙壁的影响，在此基础上，考虑放电过程电阻的影响重新构建了气隙等效模型，如图1 所示。

图1 气隙等效模型

其中，Ca=0.736pF、Cb1=Cb2=0.74pF、Cg=0.05659pF、Ra=2.24×1015Ω、Rg=6×1010Ω、Rb1=Rb2=2.174×1014Ω、Lg=9.07×10-5H、Rg’=4×105Ω。

1.2 外电路设置

仿真回路外加AC交流电压源电压50kV，频率50Hz；保护电阻R=5kΩ；滤波器电感L=50mH；耦合电容Ck=5×10-9F；检测阻抗Zm包含一个50Ω的电阻和一个2×10-11Ω电容；电容器极板延伸等效电阻Rk=108Ω；K增益为5×106。

1.3 起始放电及熄灭电压设置

理想设定气隙内为单一空气气体，不掺杂其他气体，忽略气隙壁电荷的影响，环氧树脂绝缘试品中气隙的击穿场强Ei和熄灭场强Ee之间的关系如下：

2 仿真结果分析

根据公式(1)和公式(2)，气隙气压会影响到起始放电电压和放电熄灭电压，所以通过SIMULINK仿真模型调整起始放电电压和放电熄灭电压幅值，可以实现探讨绝缘劣化过程中气隙气压对局部放电的影响。图3的(a)、(b)分别为0.8×105Pa和1.2×105Pa时的周期性放电波形。

图2 不同气隙气压周期性放电波形

由图2直观对比分析：气压的高低，对起始放电及熄灭电压都有很大的影响。大气压力降低，起始放电电压和放电熄灭电压都会降低，因此局部放电问题就显得更严重。大气压力上升时，起始放电电压和放电熄灭电压会升高，局部放电次数明显降低。说明随着老化的进行，气隙内气压在降低。若想对上述现象做深层次的探讨，就得结合高电压技术课程中的气体放电的机理，从微观面着手。

气隙气压升高时，迫于压力，电子的平均自由行程会缩短，电子与气体分子发生碰撞的概率会增大。碰撞的过程会加剧能量的损失，因此电子崩的形成收到阻碍，其发展为流注放电的概率也大大降低。表现在单周期放电的波形上，就是气隙放电的次数会降低。反之，气隙内气压降低时，形成电子崩最终发展成为流注放电的概率会增大，气隙放电的次数必然会增多。长期的绝缘老化可能导致气隙内气体含量的变化，进而影响到气隙内的气压。本文直观验证推测，劣化程度越严重，气隙内的气压会越低。

3 结论

从局部放电影响绝缘介质内部气隙气压这一实际情况反向思维考虑，根据气隙放电电路搭建仿真模型，改变与气隙气压相关联原始参数得到不同气隙气压下周期性放电波形，波形直观显示出气隙气压升高可以有效降低局部放电程度，从而表现出绝缘劣化程度较轻。这将为进一步开展绝缘老化评估提供了重要的理论支持。

[1]任成燕,成永红,陈小林等．基于SIMULINK的气隙局部放电仿真技术研究[J]．西安交通大学学报．2004,38(8):824-827．