关于变压器实验室局部放电模型的研究

叶 涛 杨建中 刘拴胜 夏洪刚 宦 钧 张 鹏 安盛东 肖拥军 汪天星

1.乌兰察布电业局 内蒙古 乌兰察布 012000；2.北京国电迪扬电气公司 北京 100102

一、引言

近年来，随着检测技术的发展，高频局放和超声波局放检测和定位已经被广泛地应用于现场的变压器。

要在现场准确地检测出有效的变压器局部放电信号，首先应在实验室研究变压器的常见的放电模型，并研究局放特性和缺陷类型之间的关系。

二、变压器缺陷

运行中的变压器如果存在局部放电，变压器的绝缘系统必然存在缺陷，主要缺陷如下：

1.绝缘脱层。

2.气泡。高含湿量和高热、高场强结合在一起可能产生高水蒸气压力并“冒气”，影响纸板和绕组绝缘，此后这种海绵状材料可能开始放电。放电产生的气体可能形成气泡和微水滴蒸汽。

3.金属颗粒。加工过程中可能遗留自由金属颗粒，较小的颗粒将被油流吸引，而较大的颗粒将下沉到底部，自由颗粒很容易附着在表面上，例如绕组表面，也可能产生固定金属颗粒。

4.潮气。老化过程可能产生潮气，潮气也可能在现场安装时引入，潮气将通过一些方式影响放电的开始和熄灭。

5.不良的连接。“不良的连接”具有固定的击穿电压(UBD)。因而在电压的上升沿导致放电，静电充电将使局部电荷沉积加重，从而导致场强增大引起放电。

三、变压器实验室放电模型研究

3.1 局放活动的例子 对于油浸变压器，在对新设备或者对运行很长时间后经过改进的设备在工厂进行检验试验时，可能已经开始发生局放。

3.2 一些放电模型 这里介绍在大多数情况下所用的同样电极系统：电极为球-板电极，标准3毫米厚的压制纸板夹在电极之间，如图1所示。

3.2.1 火花放电 火花放电的存在是个潜在危险，因为高水平的局放能量可以引起绝缘燃烧，也可能产生气泡。在这个实验中，三块压制纸板叠加在一起放在球-板电极布置之间，持续时间30分钟。试样在没有油的情况下在电场强度4kV/mm(rms)下进行实验，这个场强水平是可以与实际的设计工作场强(对于纸3-4.5kV/mm，对于油3kV/mm)相比拟的。

3.2.2 痕迹 把两块压制纸板夹在电极之间，底下的压制纸板是新的，而上面的一块有烧痕标记(由以前的实验产生)，试样在没有油的情况下承受4kV/mm(rms)场强，其放电活动非常低，重复率＜20脉冲/秒，放电量＜30pC。然而，有时能看到变化很大(几千pC)但时断时续的局放信号。

然后轻微调节压制纸板，使有烧痕标记的部分与高压电极接触，在2.7kV/mm的很低场强下得到放电量1200pC的大局放活动。重复率也一直很高(～4000pps)，而且，在正半周出现大量放电。

3.2.3 小金属颗粒污染 如果有多个颗粒，则放电活动更大，而且颗粒之间也有明显的相互影响，请见图2。

模拟更多颗粒时，采用从其它变压器提取的少量污染油，把它注入到油楔，并在起始场强3.7 kV/mm(rms)下进行试验。这个试样含有来自变压器冷却导管磨损的微观金属颗粒，记录的放电达到170 pC。局放活动限制在接近高压峰值的相当小的窗口。

3.2.4 湿气 在浸油材料中经常存在湿气，采用的未经干燥处理的压制纸板，含湿量约4%，样品在没有间隙的情况下，在起始场强8kV/mm(rms)下进行试验，这是正常工作场强的二倍。在持续时间12分钟的实验期间局放活动是稳定的，记录的放电量达到3 nC，中等重复率(180pps)。在两个半周放电量大小相似，但是模式差别很大。

3.2.5 封闭的空腔 试验模拟放电产生的气泡被周围区域吸附的情况。放电时产生的气泡在空腔中积累，虽然放电模式在试验时保持相似，但最后放电活动的强度很小，最大强度的放电发生在45°(也发生在负半周的225°)。

四、研究总结

本文介绍了变压器缺陷以及一些变压器实验室局部放电模型，通过实验室局放模型研究，可以使变压器检测人员掌握变压器局放特性和缺陷类型之间的关系，更好地完成变压器局放检测。